专利名称：旋转磁控溅射靶及相应的磁控溅射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及薄膜制作领域，特别是涉及一种可显著提高镀膜区域的等离子体浓度的旋转磁控溅射靶及相应的磁控溅射装置。
背景技术：
旋转磁控溅射靶因其表面刻蚀均匀而具有较高的靶材使用率(大于70%)，同时较高的薄膜均匀性以及旋转溅射特性可以很好的消除靶面起弧等常见于平面靶材的缺点。常见的旋转磁控溅射靶如图I所示，图I为现有的旋转磁控溅射靶的结构示意图，其中该旋转磁控溅射靶包括极靴11、多个磁控管12以及靶材13。其中靶材13为中空的圆 柱形，极靴11和磁控管12设置在其内部，磁控管12包括设置在两侧的N极和S极，其中N极和S极产生如图中所示的平衡磁场，辉光放电产生的等离子体通过该平衡磁场束缚在靶材13附近，等离子体在电场的作用下对靶材13进行轰击。然而现有的旋转磁控溅射靶具有以下缺陷一、由于辉光放电产生的等离子体被平衡磁场仅仅束缚在靶材13附近，在距离靶材13较远的位置，等离子体浓度迅速降低，使得等离子体轰击所产生的靶材原子到达基板的镀膜区域时的能量较低(即镀膜区域的等离子体浓度较低)，不足以生成较为致密的膜层，使得膜层表面较为粗糙，不利于后续制程的进行。二、同时由于等离子体被平衡磁场仅仅束缚在靶材13附近，使得靶材13和基板之间间距的调节范围较小，可能会影响到生成膜层的均匀性。故，有必要提供一种旋转磁控溅射靶及磁控溅射装置，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转磁控溅射靶及磁控溅射装置，该旋转磁控溅射靶设置有非平衡闭合的磁场，从而提高了镀膜区域的等离子体浓度，使得生成的膜层质量更佳、均匀性更好，解决了现有的磁控溅射装置的基板的镀膜区域的等离子体浓度较低，使得生成的膜层粗糙，同时膜层均匀性难以调节的技术问题。为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下本发明涉及一种旋转磁控溅射靶，其包括圆柱形靶材，其内部包括一容纳空间；极靴，设置于所述容纳空间内；磁控管，沿所述圆柱形靶材的轴向镶嵌于所述极靴的外表面，包括设置在所述磁控管中部的第一磁极以及设置在所述磁控管两侧的第二磁极，所述第一磁极和第二磁极的极性相反。在本发明所述的旋转磁控溅射靶中，所述第二磁极的磁强大于所述第一磁极的磁强。在本发明所述的旋转磁控溅射靶中，相邻的所述磁控管的所述第二磁极的极性相反。
在本发明所述的旋转磁控溅射靶中，所述极靴为圆柱体或正棱柱体。在本发明所述的旋转磁控溅射靶中，所述极靴与所述圆柱形靶材同轴。在本发明所述的旋转磁控溅射靶中，所述旋转磁控溅射靶包括至少四个所述磁控管，所述磁控管均匀的镶嵌于所述极靴的整个外表面。在本发明所述的旋转磁控溅射靶中 ，所述旋转磁控溅射靶包括六个所述磁控管，所述磁控管均匀的镶嵌于所述极靴的整个外表面。本发明还涉及一种磁控溅射装置，其包括屏蔽罩，包括一溅射口 ；基板，设置在所述溅射口，用于沉积镀膜材料；以及旋转磁控溅射靶，设置在所述屏蔽罩与所述基板构成的腔体内，包括圆柱形靶材，其内部包括一容纳空间；极靴，设置于所述容纳空间内；磁控管，沿所述圆柱形靶材的轴向镶嵌于所述极靴的外表面，包括设置在所述磁控管中部的第一磁极以及设置在所述磁控管两侧的第二磁极，所述第一磁极和第二磁极的极性相反。在本发明所述的磁控溅射装置中，所述第二磁极的磁强大于所述第一磁极的磁强，相邻的所述磁控管的所述第二磁极的极性相反。在本发明所述的磁控溅射装置中，所述旋转磁控溅射靶包括六个所述磁控管，所述磁控管均匀的镶嵌于所述极靴的整个外表面。相较于现有的旋转磁控溅射靶及磁控溅射装置，本发明的旋转磁控溅射靶设置有非平衡闭合的磁场，从而提高了镀膜区域的等离子体浓度，使得生成的膜层质量更佳、均匀性更好，解决了现有的磁控溅射装置的基板的镀膜区域的等离子体浓度较低，使得生成的膜层粗糙，同时膜层均匀性难以调节的技术问题。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下
图I为现有技术的旋转磁控溅射靶的结构示意图；图2为本发明的磁控溅射装置的优选实施例的结构示意图。其中，附图标记说明如下21、屏蔽罩；22、基板；23、旋转磁控溅射靶；231、圆柱形靶材；232、极靴；233、磁控管；2331、N极-S极-N极型的磁控管；2332、S极-N极-S极型的磁控管。
具体实施例方式以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。请参照图2，图2为本发明的磁控溅射装置的优选实施例的结构示意图。该磁控溅射装置包括屏蔽罩21、基板22以及旋转磁控溅射靶23，屏蔽罩21包括一溅射口。基板22设置在该溅射口，用于沉积镀膜材料。旋转磁控溅射靶23设置在屏蔽罩21与基板22构成的腔体内，该旋转磁控溅射靶23包括圆柱形靶材231、极靴232以及磁控管233，该圆柱形靶材231内部中空，包括一容纳空间。极靴232设置于该容纳空间内，极靴232优选为圆柱体或正棱柱体等规则的形状，以获得较佳的磁场形状，这样圆柱形靶材231与极靴232可同轴设置。六个磁控管233沿圆柱形靶材231的轴向镶嵌于极靴232的外表面，每个磁控管 233均包括第一磁极和第二磁极，第一磁极沿圆柱形靶材231的轴向设置在磁控管233的中部，第二磁极沿圆柱形靶材231的轴向设置在磁控管233的两侧，第一磁极和第二磁极的极性相反，即第一磁极为N极，第二磁极为S极；或第一磁极为S极，第二磁极为N极。这样即构成了如图所示的N极-S极-N极型的磁控管2331和S极-N极-S极型的磁控管2332。在本实施例中，第二磁极的磁强(磁极强度或通过第二磁极的磁通量)大于第一磁极的磁强(磁极强度活通过第一磁极的磁通量)，即N极-S极-N极型的磁控管2331中的N极的磁强大于S极的磁强，S极-N极-S极型的磁控管2332中的S极的磁强大于N极的磁强。同时相邻的磁控管233的第二磁极的极性相反，即与N极-S极-N极型的磁控管2331相邻的均是S极-N极-S极型的磁控管2332，N极-S极-N极型的磁控管2331和S极-N极-S极型的磁控管2332依次设置在极靴232的外表面。这样每个磁控管233都形成了非平衡闭合的磁场，而每个磁控管233与相邻的磁控管233之间形成平衡闭合的磁场(即每个磁控管233必然有磁力线要延伸到相邻的磁控管233以形成闭合磁场)，这样增强了磁控管233之间区域的磁场强度，使得磁控溅射装置的腔体内高浓度等离子体的区域更大。在本实施例中，旋转磁控溅射靶23包括了六个上述的磁控管233，这六个磁控管233均匀的镶嵌于极靴232的整个外表面，即每个磁控管233的横截面的中心与极靴232的横截面的中心的连线成60度。这样保证了磁控管233在圆柱形靶材231处所形成磁场的均匀性，使得磁场内的等离子体对圆柱形靶材231进行均匀的轰击，进而保证了溅射出的靶材原子在基板22上形成均匀的薄膜。当然根据实际的情况也可只设置四个磁控管233，这些磁控管233也是均匀的镶嵌于极靴232的整个外表面。如采用四个磁控管233，即每个磁控管233的横截面的中心与极靴232的横截面的中心的连线成90度。本发明的磁控溅射装置使用时，在作为阴极的旋转磁控溅射靶23和作为阳极的基板22之间加上正交的磁场和电场，然后向屏蔽罩21和基板22所构成的腔体内充入惰性气体(通常为氩气)，在电场的作用下，氩气电离成带正电的氩离子和电子，氩离子在电场的作用下加速轰击圆柱形靶材231，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子在基板22上沉积形成薄膜；同时，氩离子在轰击圆柱形靶材231时放出二次电子，二次电子在加速飞向基板22的过程中受到磁场的洛伦兹力的影响，被束缚在靠近圆柱形靶材231表面的高浓度的等离子体区域内。由于每个磁控管233形成非平衡闭合的磁场，因此在现有技术的旋转磁控溅射靶的基础上通过改变磁场分布，保证N极和S极在圆柱形靶材231的靶面形成的平行于祀面的横向磁场能有效地束缚住派射出的二次电子，维持稳定的磁控派射放电；同时另一部分电子在N极和S极产生的垂直于靶面的纵向磁场的作用下从圆柱形靶材231的区域中逃逸出来，飞向基板22上的镀膜区域，飞向基板22的电子会与中性的靶材原子发生碰撞，进一步增强基板22的镀膜区域的等离子体的浓度。因此本发明的磁控溅射装置可以改善圆柱形靶材231的靶面的磁场分布，使得更好的束缚住溅射出的二次电子，从而提高溅射效率和离化率；同时还可提高逃逸的二次电子的能量，从而显著的提高基板22的镀膜区域的等离子体的浓度，使镀膜区域的成膜速率更快，电学及薄膜结晶性更好，薄膜的表面粗糙度降低，均匀性更佳；此外由于磁控管233的非平衡闭合的磁场的设置，使得高浓度等离子体区域更大，圆柱形靶材231和基板22之间的间距调节范围也较大，有利的保证了制作薄膜的均匀性、结晶程度以及表面粗糙度。使用高斯仪测量本发明的磁控溅射装置的有效的磁场范围，较现有技术的磁控溅射装置的有效的磁场范围大60% 100%，基板22的镀膜区域的等离子体浓度提高了 20% 40%,同时生成的薄膜的厚度的非均匀性小于4%，电学性能的非均匀性小于3%。本发明的旋转磁控溅射靶及磁控溅射装置设置有非平衡闭合的磁场，改善圆柱形靶材的靶面的磁场分布，提高了镀膜区域的等离子体浓度，使得生成膜层质量更佳、均匀性·更好，解决了现有的磁控溅射装置的基板的镀膜区域的等离子体浓度较低，使得生成的膜层粗糙，同时膜层均匀性难以调节的技术问题。综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
权利要求
1.一种旋转磁控溅射靶，其特征在于，包括 圆柱形靶材，其内部包括一容纳空间； 极靴，设置于所述容纳空间内； 磁控管，沿所述圆柱形靶材的轴向镶嵌于所述极靴的外表面，包括设置在所述磁控管中部的第一磁极以及设置在所述磁控管两侧的第二磁极，所述第一磁极和第二磁极的极性相反。
2.根据权利要求I所述的旋转磁控溅射靶，其特征在于，所述第二磁极的磁强大于所述第一磁极的磁强。
3.根据权利要求I所述的旋转磁控溅射靶，其特征在于，相邻的所述磁控管的所述第二磁极的极性相反。
4.根据权利要求I所述的旋转磁控溅射靶，其特征在于，所述极靴为圆柱体或正棱柱体。
5.根据权利要求4所述的旋转磁控溅射靶，其特征在于，所述极靴与所述圆柱形靶材同轴。
6.根据权利要求I所述的旋转磁控溅射靶，其特征在于，所述旋转磁控溅射靶包括至少四个所述磁控管，所述磁控管均匀的镶嵌于所述极靴的整个外表面。
7.根据权利要求6所述的旋转磁控溅射靶，其特征在于，所述旋转磁控溅射靶包括六个所述磁控管，所述磁控管均匀的镶嵌于所述极靴的整个外表面。
8.—种磁控溅射装置，其特征在于，包括 屏蔽罩，包括一派射口 ； 基板，设置在所述溅射口，用于沉积镀膜材料；以及 旋转磁控溅射靶，设置在所述屏蔽罩与所述基板构成的腔体内，包括 圆柱形靶材，其内部包括一容纳空间； 极靴，设置于所述容纳空间内； 磁控管，沿所述圆柱形靶材的轴向镶嵌于所述极靴的外表面，包括设置在所述磁控管中部的第一磁极以及设置在所述磁控管两侧的第二磁极，所述第一磁极和第二磁极的极性相反。
9.根据权利要求7所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述第二磁极的磁强大于所述第一磁极的磁强，相邻的所述磁控管的所述第二磁极的极性相反。
10.根据权利要求7所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述旋转磁控溅射靶包括六个所述磁控管，所述磁控管均匀的镶嵌于所述极靴的整个外表面。
全文摘要
本发明涉及一种旋转磁控溅射靶及相应的磁控溅射装置，该旋转磁控溅射靶包括圆柱形靶材、极靴以及磁控管，该磁控管包括设置在磁控管中部的第一磁极以及设置在磁控管两侧的第二磁极，第一磁极和第二磁极的极性相反。本发明的旋转磁控溅射靶及相应的磁控溅射装置提高了镀膜区域的等离子体浓度，使得生成的膜层质量更佳、均匀性更好。
文档编号C23C14/35GK102719799SQ20121018771
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者寇浩 申请人:深圳市华星光电技术有限公司