一种用于磁控溅射的高纯镍靶材制造技术

一种用于磁控溅射的高纯镍靶材，在平面靶的溅射面或者背面表面带有均匀形状或者非均匀形状环形溅射环，溅射环典型的形状包括矩形、圆角矩形、八边矩形、双半圆矩形、六边矩形、椭圆形；沟槽位于靶材背后磁铁的正上方位置，沟槽的典型形状为矩形槽、Ｕ型槽、Ｖ型槽、上矩形下梯形槽、上宽下窄的梯形槽，或者上宽下窄双矩形槽；溅射环外部沟槽是台阶形状。本发明专利技术的优点：本发明专利技术克服磁控溅射铁磁性靶材的磁屏蔽问题、侵蚀后磁场分布不均问题和横向侵蚀不均靶材利用率低的问题。克服有磁性纯镍靶材厚度限制；大大降低了纯镍靶材磁场随磁控溅射过程变化的问题，改善镀膜的均一性；均衡了溅射环的刻蚀深度，大大提高了纯镍靶材利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁控溅射镀膜
，特别提供了一种用于磁控溅射的 高纯镍靶材。
技术介绍
溅射法被广泛的被应用于耐磨零件、太阳能薄膜、磁头、芯片和磁记 录介质、玻璃表面，聚酯带、膜泡棉和聚氨酯泡棉等上形成薄膜的一种方 法，镀膜密度高，附着好，近年发展很快，应用很广。现在实施的大部分溅射为磁控溅射。磁控溅射原理电子在电场的作用 下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子。 氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的 靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。这种磁控溅射在靶的背面放置磁铁， 在与靶表面的电场垂直方向产生一个磁场，二次电子在加速飞向基片的过 程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该 区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动， 在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击耙材，溅 射出大量的靶材原子沉积到基片成为镀膜。磁场与电场的强度，方向和范 围都会对成膜有很大影响。磁控溅射镀膜可以实现大面积、均匀沉积，膜/基结合力好，成膜较致 密，溅射速率高，基底温升小，几乎所有金属、化合物均可作靶。磁控溅射靶大致可分为柱状耙和平面靶两大类。柱状靶原理结构简单， 但其形状限制了它的用途。在工业生产中应用的多是矩形平面靶，目前已有长度达4m的矩形靶用于镀制窗玻璃的隔热膜。让基片连续不断地由矩形 耙下方通过，不但能镀制大面积的窗玻璃，还适于在成巻的聚酯带、膜和 泡棉或者聚氨酯泡棉上镀制各种膜层和导电膜。镍耙作为常用的靶材由于其化学稳定性，导电性和防止金属扩散性能 已经在半导体行业(闸极材料)和导电膜(泡沫镍导电化)等方面有广泛 应用。其常用的是可以在连续基片或者成巻聚酯带或者聚酯、聚氨酯泡棉 的镀镍的矩形镍靶。存在的问题一是纯镍靶材厚度不能太厚，影响靶材利用率。是有磁性的合金或者金属虽然也可作为磁控溅射靶材。但是当靶有磁 性时，虽然磁控溅射方法可以在磁场捕获电子，并有效地离子化溅射气体， 但是，因为铁磁性靶材对磁控溅射阴极的磁场有很强的屏蔽效应，所以当 铁磁性靶材超过一定厚度时，靶材表面剩余磁场太小，无法有效约束靶材 表面的二次电子，从而无法进行磁控溅射。即使有高磁性磁铁的应用改善 了靶材厚度的范围，但是镍靶材仍然不能太厚，过去使用磁铁为铁氧体时 一般在镍靶的厚度在5mm以内，现在使用磁性比较大的磁铁(如钕铁硼)， 一般在12mm以内，因为溅射刻蚀环呈喇叭口型(参见图4、 5)，这使得靶 材利用率与厚度的关系很大，厚度增加对利用率呈指数关系，厚度小利用 率低，同时还增加了拆卸靶材的次数，增加了生产成本，较低生产效率。存在的问题二是纯镍靶材形成溅射刻蚀环后磁场分布不均，刻蚀呈V 型深入并恶化，影响镀膜质量和纯镍耙材利用率。在磁控溅射开始时，磁场分布比较均匀(参见图2)磁控溅射比较均匀； 而在溅射一段时间后，靶材表面有侵蚀的环状的刻蚀槽时，靶材就成为一 个不均匀的磁屏蔽体，磁场越来越多的从侵蚀的刻蚀槽部位表面流出，磁 场空间越来越小(参见图3)， 二次电子约束的空间也变小，更接近沟槽的 最深处，随后二次电子的刻蚀区愈加集中在刻蚀槽附近，使得整个磁场是 随溅射过程而变化的，而且越来越不均匀，越不均匀，对刻蚀槽的集中侵 蚀越严重，最后侵蚀的沟槽前端尖锐，很容易打透，利用率大大降低。而 且由此生产的膜厚度分布和靶材使用过程的均一性就有很大的问题，已经 发现镀膜的前半周期(靶材侵蚀较少)膜质量和均一性较好，而后期膜质量和均一性较差。图2、 3可以说明对于磁性靶材而言，磁场因侵蚀而变化 的情况和刻蚀槽的特征。存在问题三是在纯镍矩形靶材直道和转弯处磁场强度有差别，溅射刻 蚀环直道与弯道处的刻蚀深度差别大，刻蚀最深的的深度决定了耙材的寿 命。处于矩形镍耙背后的磁铁一般均匀排布，在直道上磁场分布均匀，但 在转弯处磁场过于集中，这会导致在这个部位的磁场强度大于直线段，即 造成了横向不同部位磁场分布不均的问题，导致镀膜不均一，也造成了转 弯处的溅射刻蚀快。虽然有将转弯部分的磁铁减少或者减弱的处理方法， 但不均匀的问题仍然严重。对现在用的平面纯镍靶材测试表明溅射刻蚀环 直道部分只侵蚀了纯镍靶材深度的30-50% (参见图4),而溅射刻蚀环弯道 部分刻蚀的深度超过镍靶厚度的85%了 (参见图5)。如果减少了弯道磁铁， 一方面磁场分布不均匀会造成镀膜质量的差异，同时有时在弯道侵蚀约50%左右，而直道已经侵蚀超过85%了。从问题二的分析可以看出，现有平面纯 镍靶材磁场的前期差异会造成后来溅射溅射环刻蚀深度的差别，而深度的 差别进一步强化的磁场的差别使得差别不断放大，最终造成很大的差别。 这样必然导致靶材利用率低和寿命短。存在问题四是靶材太厚冷却不好，由于靶材热量升高，所以导致了被 施镀的材料基体温度高，对于玻璃等材料并没有影响，但是对有机薄膜或 者各类泡棉则影响较大，有机薄膜或者泡棉在受热时易变形，当温度越过 某一临值时，泡绵还会挥发一些气体易造成对真空室和靶极污染，严重影 响镀膜产品质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种利用率高、使用寿命长的用于磁控溅射的 高纯镍靶材。本专利技术提供了一种用于磁控溅射的高纯镍靶材，其特征在于所述的 用于磁控溅射的高纯镍靶材为，在平面靶表面带有均匀的和非均匀环形溅 射环，溅射环外环和内环的沟槽位于靶材背后磁铁的正上方位置，沟槽的 具体形状为矩形槽、U型槽、V型槽、上矩形下梯形槽、上宽下窄的梯形槽， 或者上宽下窄双矩形槽。突出的溅射环在溅射面或者非溅射面，对于镍靶背面可以直接水冷却 的情况，突出的溅射环在非溅射面的情况，因为水流过沟槽加之又对溅射 环侧面冷却，所以对冷却非常好；突出环在溅射面的情况，由于散热面积 加大，也会对冷却有改善；对于有冷却隔板(一般为无磁的紫铜或者奥氏体不锈钢板)，突出溅射环在非溅射面的不太适用，而突出溅射环在溅射面 的冷却效果也由于表面积的增加，冷却厚度的降低而改善。所述的沟槽的深度与靶材背后的磁铁强度和在弯道磁铁排布有关，在长段处沟槽较深，在弯道处沟槽较浅；在弯道处的磁场降低的情况下，在 弯道处较深，在直道处较浅。所述的环形溅射环的形状位于沟槽外环和内 环之间，典型的形状包括矩形、圆角矩形、八边矩形、双半圆矩形、六边 矩形、椭圆形。沟槽的深度能相同也能不同，能连续变化也能非连续变化。溅射环外 部沟槽可以是槽型，也能是密封部分与槽相同深度的L型。所述的用于磁控溅射的高纯镍靶材的结构能为整体，也能是把一个整 体溅射环或者组合的溅射环与其它部分分块组装成的一个溅射靶材。本专利技术的优点本专利技术在于在平面镍耙表面均匀的和非均匀刻槽，以克服磁控溅射铁 磁性耙材的磁屏蔽问题、侵蚀后磁场分布不均问题、横向侵蚀不均靶材利 用率低的问题和冷却效果不佳的问题。克服有磁性纯镍靶材厚度限制，可 以制作厚度大于5mm以上(磁铁为铁氧体)和大于10mm (磁铁为钕铁硼) 的纯镍耙材；大大降低了纯镍靶材磁场随磁控溅射过程变化的问题，改善 镀膜的均一性；均衡了溅射环的刻蚀深度，大大提高了纯镍靶材利用率， 改善镍耙冷却效果，降低了施镀基体温度，对有机薄膜和泡棉的效果有改 进，同时使过去由于温度高无法施镀的有机物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磁控溅射的高纯镍靶材，其特征在于：所述的用于磁控溅射的高纯镍靶材为，在平面靶表面带有均匀的和非均匀环形溅射环，溅射环外环和内环的沟槽位于靶材背后磁铁的正上方位置，沟槽的具体形状为矩形槽、Ｕ型槽、Ｖ型槽、上矩形下梯形槽、上宽下窄的梯形槽，或者上宽下窄双矩形槽。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪锡，
申请(专利权)人：沈阳金纳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]