[发明专利]一种改善磁场分布的平面磁控溅射靶

说明书

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，具体涉及一种平面磁控溅射靶。

背景技术

目前，溅射镀膜是应用最广泛的一种薄膜制备技术，它具有沉积速率高、 靶温升低、基板辐照损伤小等优点，其中平面磁控溅射方法是很大的一类，然 而，该类溅射方法具有靶材的利用率低的缺点。平面磁控溅射靶(见图1)主要 是由一个外围永磁体12、一个中心永磁体10、永磁体底部轭铁(磁轭8)和阴 极靶3构成，镀膜时将基片置于靶面的上方。由于该磁控溅射的磁场由中心永 磁体和外围永磁体产生，在靶面附近，磁场强度B呈圆弧形分布(磁场分布图 如图2所示)，在圆弧顶部具有最大的水平方向的磁场分量。因此，该处能最有 效地束缚电子的运动，产生高浓度的等离子体放电，并导致其正下方的阴极靶 以最快的速度被刻蚀，而靶的其他位置刻蚀得慢，甚至不刻蚀。这种非均匀的 刻蚀导致靶材的利用率仅有20-30％左右，降低了靶材的使用寿命，需要频繁地 更换，不仅靶材浪费严重，而且浪费时间，特别是对于昂贵的靶材会极大地增 加制作成本。

靶的非均匀刻蚀的另一个缺点是增加了膜厚控制的难度，因为随着溅射的 进行，靶上逐步形成V形的刻蚀槽，并且V形槽的断面形貌是随时间而变化的， 使得膜厚分布也随着时间变化。因此，需要实时地调整工艺参数，才能控制膜 厚均匀性，这大大增加了磁控溅射操作的复杂性。

为了解决以上问题，目前已有的方法是：1.磁场扫描法，利用机械转动装置 使磁铁在溅射靶的下面扫描，但该方法结构复杂；2.利用辅助磁铁或导磁材料改 善靶面上磁场的分布，辅助磁铁或导磁材料有多种设置方法，通常设置在溅射 靶的下面。如可以在底座的下面正对溅射靶V型刻蚀槽的区域设置导磁片，参 见J.R.German.Ma，Magnetron shunt for enhaneed performanee of sputter targets. IBM Teehnieal Disclosur Bulleting.1993，11：414-414。与没有导磁片的情况相比， 靶材利用率提高了6％，但这种设置会降低靶面处的水平磁场强度，溅射速率会 有所下降。

日本薄膜技术专家和佐清孝发明了一种在阴极靶上面设置导磁片的磁控溅 射靶，参见文献①Ai Ryuta，Wasa Kiyotaka，Ichikawa Yoko，Magnetron sputtering cathode with confined magnetic flux，Vacuum，2000，59：466-467；②日本专利特开 2000-345337。其特征是整个屏蔽罩采用高导磁的坡莫合金制成。由于靶背面的 磁铁组件比靶小，因此在外圈磁铁与屏蔽罩之间形成第二刻蚀区域。这种结构 与非导磁屏蔽罩结构相比，虽然提高了靶材的利用率，但并不具有十分明显的 优势。因为第二刻蚀区横向磁场强于第一刻蚀区，第二刻蚀区将首先被刻蚀穿。 而如果磁铁的尺寸与靶一样大，并通过磁场的优化，使得刻蚀槽不是狭窄的V 型，而是宽底的U型，显然其靶材利用率将远远高于这种双V型刻蚀槽的结构。 大靶小磁铁的结构适用于磁场扫描法，而在磁铁与靶相对固定的结构中，还是 采用同等大小的靶和磁铁为宜。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提高平面磁控溅射靶的利用率。在现有的平 面磁控溅射靶结构的基础上，通过对某些部件的特定位置用导磁材料作替换，能 显著地克服现有装置中所存在的缺陷，使得靶上方具有更长的水平方向的磁场分 布，从而使得溅射靶能够更加均匀地侵蚀。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种改善磁场分布的平面磁控 溅射靶，包括阴极靶、靶座、永磁体、屏蔽罩、靶材压圈和导磁片，所述永磁体 安装在靶座的下面，由中心永磁体和外围永磁体组成，阴极靶设置在靶座的上方 并由四周的靶材压圈固定在靶座上，屏蔽罩设置在溅射靶四周上方1-3mm处并 与阴极靶绝缘，其特征在于，导磁片由导电的软磁材料制成，设置在溅射靶的四 周上方，导磁片的外侧端面位于外围永磁体的外侧端面以内，内侧端面比外围永 磁体的内侧端面向内伸入3-10％R，R为中心永磁体和外围永磁体的中心距。

按照本发明所提供的改善磁场分布的平面磁控溅射靶，其特征在于，所述的 导磁片由屏蔽罩支撑连接，成为屏蔽罩的内侧部分，在阴极靶靶面上方1-3mm。

按照本发明所提供的改善磁场分布的平面磁控溅射靶，其特征在于，所述的 导磁片由靶材压圈支撑连接，成为靶材压圈的内侧部分。