一种磁控溅射靶材制造技术

本实用新型专利技术公开一种磁控溅射靶材，属于高真空磁控溅射镀膜领域。所述靶材包括圆环状靶材、带凹槽靶材，带凹槽靶材的凹槽和圆环状靶材的形状相同，圆环状靶材放置在带凹槽靶材的凹槽上，圆环状靶材对应非均匀磁场部分，带凹槽靶材除凹槽以外的部分对应均匀磁场部分；本实用新型专利技术所述磁控溅射靶材的圆环状靶材属于重溅射区域，带凹槽靶材属于轻溅射区域，当圆环状靶材优先于带凹槽靶材靶材溅射完毕时，可在此区域加入新的靶材，使靶材可以继续正常使用，直至整个靶材的所有区域达到最低刻蚀要求厚度，避免出现由于局部过早刻蚀穿而导致整个磁控溅射靶材浪费，提高靶材的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种磁控溅射靶材，属于高真空磁控溅射镀膜领域。
技术介绍
磁控溅射技术在薄膜制备领域的应用十分广泛，通过磁控溅射方法可以制备多种薄膜，如超硬薄膜、耐腐蚀薄膜、光学薄膜以及特殊电学性能的薄膜。磁控溅射镀膜的基本原理是依靠溅射气体的原子（通常为氩气原子）在低气压下受电场作用，产生辉光放电。形成的电子受到磁场束缚作用使其运动路径相对变长，提高了惰性气体的电离率；最终，高密度高能量的带电离子流在电场作用下撞击靶面，将靶材中的原子从靶中轰击出来，溅射到基片上，沉积形成薄膜。然而，在磁控溅射镀膜过程中，靶材不同区域的磁场强度并不均匀，从而造成靶材上方不同区域的等离子体浓度不同，使得靶材不同区域刻蚀速率存在巨大差别，经过相同溅射时间后靶材不同区域刻蚀的深度不一样，使靶出现不均匀刻蚀现象，被刻蚀严重的局部区域相对于其他区域就更早被刻蚀穿。当靶材中任何一个区域被刻蚀穿后，整个靶材就不能再继续使用了。现有技术中圆形磁控溅射靶的刻蚀形状（如图1所示），包括磁铁3，气体离子4，阴极靶材5，靶材原子6，冷却水7，电场线8，磁场线9，等离子体10，在溅射过程中，磁场是以圆形靶材轴线为对称轴的环状场，该磁场形状决定了异常辉光放电等离子体区的形状；也就是说，磁场并不是处处均匀的，这样的磁场在磁控溅射中将会使等离子体在不同的区域浓度不一样，进而可能出现靶材在不同区域刻蚀不均匀的现象。如图1所示，拱形最凹处将首先被击穿，导致整个靶材就不能再继续使用了，靶材的利用率很低。传统的磁控溅射靶材设计方法采用整体设计，没有考虑磁场及溅射速率的不均匀性，靶材各部分厚度均一，致使靶材的材料利用率偏低，一般在30%左右。对于一些贵重材料如铂、金或者一些纯度极高的溅射材料，它们的成本相对来说比较高，靶材的低利用率无疑将在很大程度上增加生产成本。为了提高整个靶材的利用率，将圆环状靶材1设计成可拆卸形式，在此部分溅射完毕而带凹槽靶材2还留有很大部分可继续溅射时，通过在带凹槽靶材2沟槽重新加入新的靶材（加入靶材的厚度及加入次数视情况而定），使整个靶材得以继续使用，提高靶材的利用率。靶材的尺寸一般较大（以JGP某一型号磁控溅射装置为例，其靶材直径为Φ80mm，厚度10mm）。当使用贵金属靶材（如金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂）时，将其制成靶材的形式，即不分区域部分，整个靶材就单一的一个整体，不可拆卸，不仅浪费原材料，而且大大增加了靶材费用。以金靶为例，靶材尺寸为Φ80×10mm，金的密度ρ=19g/cm3，则需纯金体积50.24cm3，约955g，按照市场每克200元的黄金价格计算，靶材的费用约19.1万元。如果此靶材的利用率为30%，那么靶材的材料浪费极大。
技术实现思路
为改善现有靶材设计方法中的不足，本技术的目的在于提供一种磁控溅射靶材种磁控溅射靶材，包括圆环状靶材1、带凹槽靶材2，带凹槽靶材2的凹槽和圆环状靶材1的形状相同，圆环状靶材1放置在带凹槽靶材2的凹槽上，圆环状靶材1对应非均匀磁场部分，带凹槽靶材2除凹槽以外的部分对应均匀磁场部分；优选的，本技术所述圆环状靶材1的厚度为6-8mm，带凹槽靶材2的厚度为8-10mm；所述的圆环状靶材1厚度比带凹槽靶材2小2mm（2mm为溅射的极限安全厚度）。优选的，本技术所述圆环状靶材1为可拆卸的，在磁控溅射过程中，当圆环状靶材1先于带凹槽靶材2溅射完毕，此时可在带凹槽靶材2的凹槽区域重新放入圆环状靶材1，使靶材继续正常使用，直至整个靶材所有区域溅射到最低刻蚀厚度，最终实现减少靶材使用量，有效降低靶材费用。本技术所述圆环状靶材1厚度可以根据具体需要具体设定，但通常而言，因为重溅射区的溅射速率总是大于轻溅射区的溅射速率，凹槽的深度和圆环状靶材1的厚度相同是比较好的方案。本技术的原理：在靶材下方设有磁铁3，用于产生磁场，在磁控溅射的过程中，由于磁场对带电粒子具有约束作用，使电子的运动路径相对变长，提高了等离子体密度，这样就提高了溅射率。通常磁铁产生的磁场并非完全均匀的，不均匀的磁场在磁控溅射中会使靶材表面不同区域的等离子体浓度的分布出现差异，导致在靶材表面不同区域可能会出现溅射不均匀现象。如果将上述磁控溅射靶材所占据的区域称之为“磁感应线走廊”，也就是说，以辉光放电跑道作为它的表现形式，那么圆环状靶材1对应于磁控溅射靶的“磁感应线走廊中心”区域，即非均匀磁场部分，属于重溅射区域；带凹槽靶材2对应于磁控溅射中的“磁感应线走廊中心”区域以外区域，即均匀磁场部分，属于轻溅射区域。位于“磁感应线走廊中心”的非均匀磁场区域部分（圆环状靶材1）的溅射速率远远大于位于“磁感应线走廊中心”以外的均匀磁场区域部分（带凹槽靶材2）。本技术的有益效果：本技术所述磁控溅射靶材的圆环状靶材1属于重溅射区域，带凹槽靶材2属于轻溅射区域，当圆环状靶材1优先于带凹槽靶材2靶材溅射完毕时，可在此区域加入新的靶材，使靶材可以继续正常使用，直至整个靶材的所有区域达到最低刻蚀要求厚度，避免出现由于局部过早刻蚀穿而导致整个磁控溅射靶材浪费，提高靶材的利用率。附图说明图1现有技术中磁控溅射靶的刻蚀形状；图2为本技术的磁控溅射靶结构俯视示意图；图3为本技术的磁控溅射靶结构断面示意图。图中：1-圆环状靶材1；2-带凹槽靶材；3-磁铁；4-气体离子；5-阴极靶材；6-靶材原子；7-冷却水；8-电场线；9-磁场线；10-等离子体。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明，但本技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1本实施例所述磁控溅射靶材种磁控溅射靶材，包括圆环状靶材1、带凹槽靶材2，带凹槽靶材2的凹槽和圆环状靶材1的形状相同，圆环状靶材1放置在带凹槽靶材2的凹槽上，圆环状靶材1对应非均匀磁场部分，带凹槽靶材2除凹槽以外的部分对应均匀磁场部分，如图2~3所示。本实施例以一种常用的圆形磁控溅射靶材为例，位于圆形靶材的中间非均匀磁场区域部分，即所述的圆环状靶材1，其最初的设计厚度为6mm,位于圆形靶材的最内和最外均匀磁场区域部分，即带凹槽靶材2的最初设计厚度为8mm时，当圆环状靶材1第一次溅射完毕，再在沟槽中加入6mm的靶材，本实施例中以2mm作为溅射的极限安全厚度，此时磁控溅射靶材的利用率相对比较高。以上结合附图对本技术的具体实施方式作了详细说明，但是本技术并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利技术宗旨的前提下作出各种变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁控溅射靶材，其特征在于：包括圆环状靶材（1）、带凹槽靶材（2），带凹槽靶材（2）的凹槽和圆环状靶材（1）的形状相同，圆环状靶材（1）放置在带凹槽靶材（2）的凹槽上，圆环状靶材（1）对应非均匀磁场部分，带凹槽靶材（2）除凹槽以外的部分对应均匀磁场部分。

【技术特征摘要】
1.一种磁控溅射靶材，其特征在于：包括圆环状靶材（1）、带凹槽靶材（2），带凹槽靶材（2）的凹槽和圆环状靶材（1）的形状相同，圆环状靶材（1）放置在带凹槽靶材（2）的凹槽上，圆环状靶材（1）对应非均匀磁场部分，带凹槽靶材（2）除凹槽以外的部分对应均匀磁场部分。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丰，孟彬，吴闪，林作亮，朱延俊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南;53