一种长寿命磁控溅射靶材的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种长寿命溅射靶材，包括溅射面和冷却面，所述溅射面的溅射区域在靶材原溅射区的基础上增厚2mm以内，增厚的部分小于靶材原溅射区域，且增厚部分的边缘与靶材原溅射区域之间呈台阶状或斜坡状。所述靶材原溅射区的厚度为5.8～6.2mm。本实用新型通过增加溅射区域厚度提高靶材使用寿命，未参与溅射的边缘保持原尺寸，这样可以避免影响靶材安装及整体的溅射性能。在靶材边缘为台阶结构或斜坡结构，其作用是防止在靶材溅射过程产生的反溅物质与机台阴极保护框接触而导致短路。本实用新型的有益效果是通过所述靶材的设计解决了溅射靶材使用寿命比较短、使用效率比较低与原材料浪费等问题，降低了生产成本。
【专利说明】一种长寿命磁控溅射朝材
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种磁控溅射镀膜靶材，特别涉及一种长寿命磁控溅射靶材。
【背景技术】
[0002]溅射靶材是半导体集成电路制备过程中重要的原材料之一，靶材的材质主要包括Al、N1、Cu、T1、W、贵金属及其合金等，主要用于集成电路中接触、通孔、互连线、阻挡层、封装等物理气相沉积薄膜的制备。溅射过程中，用加速的离子轰击靶材表面使表面的原子沉积在基底表面。靶材在使用过程中，外观尺寸会直接影响靶材的使用寿命。为了降低集成电路制备成本，提高靶材寿命，可以通过改进靶材的形状及尺寸来降低生产成本，提高靶材寿命。最直接的方法是增加溅射区域厚度，设计的关键点为:1.可以提高靶材寿命；2.易于制备与加工；3.不影响靶材内部组织的均匀性及靶材整体强度；4.靶材的再设计要保证靶材仍然具有良好溅射性能。例如，专利号为CN 201962347 U和US 2009/0045051 Al的专利中采用减少背板厚度来提高溅射部分厚度，专利CN 201793726 U将消耗较快的溅射环位置增加一定厚度来提高靶材寿命。
[0003]图1A和图1B中显示的分别为现有靶材的平面示意图及侧面剖视图。该溅射靶材包括溅射面Al、固定凹槽NI和底面Cl，溅射面Al为矩形。所述溅射面Al的背面为冷却面Cl。该靶材的溅射面长度L范围为399.8?400.2mm，例如为399.98mm，该平面式溅射靶材厚度Hl的范围为11.98?12.02mm，例如为12.01mm。溅射靶材的台阶高hi的范围为5.8?6.2_。祀材中心有一个凹槽,其主要作用是为了固定祀材,防止祀材在派射过程中发生翘曲变形。靶材边缘有9.5mm宽的台阶，四周有定位孔与安装孔，其作用主要是为了定位与固定靶材。靶材的安装状态，其四边由固定压条进行固定。溅射过程中，溅射面边缘有阴极保护框进行保护，防止反溅射物质掉落到基片上。保护框的边缘宽度为3mm，距离靶材溅射面高度为5mm。
[0004]图2为现有靶材轮廓的平面图，其中，虚线区域即为实际溅射区域，溅射区域到靶材边缘距离D21 = 5mm。靶材两端的溅射区域范围为半圆形，半径约为58.5mm，距离边缘D22 = 7mm。图3为现有靶材使用后的消耗曲线剖面示意图，示意图给出的是图2中A-A位置的溅射情况。溅射轮廓是采用轮廓仪进行勾画得到。由图3可以看出，直线段A3表示靶材溅射前的溅射面，曲线段B3表示靶材被消耗后的溅射面，直线段C3表示溅射靶材的背面，即冷却面。直线段A3和曲线段B3包围的范围表示溅射靶材在溅射工艺后被消耗的部分(即溅射靶材的有效使用部分)，直线段C3和曲线段B3包围的面积表示溅射靶材在溅射工艺后剩余的部分(即溅射靶材的非有效使用部分)。测得溅射最深位置的深度h2C约为10mm，该溅射靶材的使用寿命只有400kWh (千瓦时或度)，达到使用寿命后就需要换新的溅射靶材,溅射靶材的寿命比较低,造成频繁更换靶材和增加生产成本的问题。
实用新型内容
[0005]针对现有的溅射靶材使用寿命低，需要频繁更换，生产成本高的问题，本实用新型的目的在于提供了一种长寿命的磁控派射祀材。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0007]一种长寿命磁控溅射靶材，包括溅射面和冷却面，所述溅射面的溅射区域在靶材原溅射区的基础上增厚2mm以内，增厚部分的面积小于靶材原溅射区域，且增厚部分的边缘与靶材原溅射区域之间呈台阶状或斜坡状。
[0008]优选地，革巴材原派射区厚度为5.8?6.2mm。
[0009]优选地，所述增厚部分大于靶材实际溅射区域。
[0010]优选地，所述增厚部分距离长边的距离为3?5mm。
[0011]优选地，所述增厚部分的宽度为117?121mm。
[0012]优选地，所述增厚部分距离宽边5?7mm。
[0013]优选地，所述增厚部分的长度为367?371mm。
[0014]优选地，所述靶材为单体靶或焊接型靶。
[0015]本实用新型的有益效果为:
[0016]与现有技术相比，本实用新型通过增加靶材溅射区的厚度，靶材寿命的提高可达到30%，本实用新型解决了溅射靶材在溅射过程中，使用寿命比较短，生产过程中频繁更换靶材和增加生产成本的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1A和图1B为现有溅射靶材的平面及剖面示意图。
[0018]图2为现有溅射靶材溅射轮廓的平面示意图。
[0019]图3为现有溅射靶材的溅射消耗轮廓曲线示意图。
[0020]图4A和图4B为本实用新型实施例1的长寿命溅射靶材的平面及剖面示意图。
[0021]图5为本实用新型实施例1的长寿命溅射靶材的溅射消耗轮廓曲线示意图。
[0022]图6A和图6B为本实用新型实施例2的长寿命溅射靶材的平面及剖面示意图。
[0023]图7为本实用新型实施例2的长寿命溅射靶材的溅射消耗轮廓曲线示意图。
【具体实施方式】
[0024]本实用新型提供了一种长寿命溅射靶材，在现有靶材的基础上(如图1A、图1B、图2所示)，通过增加靶材溅射区域的厚度提高靶材寿命，靶材溅射面增厚部分是平面的，其他非溅射区域尺寸保持不变，如靶材的长、宽等，避免影响靶材的安装及溅射性能。靶材溅射区域加厚的范围必须大于图2所示的实际溅射区域，若加厚范围小于此区域，影响到靶材溅射薄膜厚度的均匀性，甚至在台阶尖角可能会产生异常放电现象，影响溅射性能。因此，靶材增加厚度区域距离长边的距离可以为3?5mm。距离不小于3mm，则是为了保证靶面到保护框的距离，防止反溅射物质堆积到靶面到保护框之间，引起短路。靶材增加厚度区域距离宽边的距离可以为5?7mm，台阶在距离宽边位置的预留尺寸较大，这是由于靶材两端溅射的面积大，反溅射物质产出的多，增加此处台阶的宽度，可以更有效的避免此处反溅射物质与保护框发生接触。因此，靶材增加的溅射区域宽度可以为117?121mm。增加的溅射区域长度可以为367?371_。
[0025]本实用新型中的长寿命靶材的材质可以为高纯度Al、Cu、T1、N1、W、贵金属及其合金等。靶材的类型可以为单体靶，也可以为焊接型靶。下面结合附图对本实用新型中的实施例I与实施例2进行具体说明。
[0026]实施例1
[0027]图4A和图4B为本实用新型实施例1的长寿命溅射靶材的平面示意图及侧面剖视图，从图中可以看出长寿命溅射靶材主要包括溅射面、安装固定面和底面，靶材的长L与L4A、宽W与W4A尺寸与现有靶材(图1、图2)相同，通过在靶材原溅射区域增加靶材厚度提高靶材寿命，未参与溅射部位高度保持不变，增厚部分小于靶材的原溅射区域。这样，在增厚部分的边缘与靶材原溅射区域之间就形成了台阶结构，这种设计可以使边缘部分到保护框保持一定距离，可以起到防止反溅射物质与保护框接触的作用，避免出现短路的情况。增厚部分h4B = lmm,厚度的增加使溅射区域的厚度hlA = 5.8?6.2mm，变为h4A = 6.8?7.2mm。增厚部分距离长边的距离为D41 = 3mm，增厚部分距离宽边的距离为D42 = 5mm。这样设计的结果是，增厚部分的宽度为W4B = 120.8?121mm，长度为L4B = 370.8?371mm。
[0028]图5为本实用新型实施例1的长寿命溅射靶材的消耗曲线示意图，示意图给出的是图4A中A-A位置的溅射情况，直线段A5表示改进后溅射靶材没有被消耗的溅射面，曲线段B5表示溅射靶材在溅射工艺后被消耗后的溅射面(该溅射靶材使用寿命终结即该溅射靶材再不能被使用)，直线段C5表示溅射靶材的冷却面。直线段A5和曲线段B5包围的面积表示溅射靶材在溅射工艺后溅射面被消耗的部分(即溅射靶材的有效应用部分)，直线段C5和曲线段B5包围的面积表示溅射靶材的溅射面在溅射工艺后剩余的部分。改进后的长寿命溅射靶材的使用寿命可达到约480kWh (千瓦时或度)，提高约20%。
[0029]实施例2
[0030]靶材增厚部分可以根据溅射区域形貌特征设计为特定形状，为了保证溅射薄膜的均匀性，增厚部分要大于实际溅射区域。如图6A和图6B中给出了实施例2的长寿命靶材的平面与侧面剖视图。该靶材为焊接型靶材，通常焊接型靶材中间无固定凹槽，如图1中的NI。靶材焊接部分厚度为hlA = 6mm。从图中还可以看出靶材的长L与L6A、宽W与W6A尺寸与现有靶材(图1、图2)相同，通过在靶材溅射区域增加靶材厚度，增厚部分h6B = 2mm,靶材的总厚为H6为13.8?14mm。靶材厚度若增加过高，则会由于保护框到靶材表面的距离过小，而导致异常放电，因此，靶材厚度最大可增加到14_。靶材厚度增加后溅射区域的厚度由原来的hlA = 5.8?6.2mm,变为h6A = 7.8?8.2mm。增厚部分距离长边的距离为D61 = 5mm。增厚部分距离宽边的距离为D62 = 7mm。这样设计的结果是,增厚部分的宽度为W6B= 117?117.2mm，长度为L6B = 367?367.2mm。增厚部分边缘的台阶结构也可以为斜坡形式，这样边缘可以设计成过渡角，避免边缘尖角放电现象的发生。如图6A、图6B及图7所示，从图中可以看出溅射面增厚部分，两端为圆弧型，圆弧的直径R52 = 60.5_。与实施例1得设计不同的是，这种长寿命溅射靶材比实施例1更节省原材料，更适合贵金属Au、Ag等祀材的制备。
[0031]实施例2与实施例1中靶材溅射的消耗轮廓曲线相似。图7为实施例2的长寿命溅射靶材的消耗曲线示意图，示意图给出的是图6A中A-A位置的溅射情况，直线段A7表示改进后溅射靶材没有被消耗的溅射面，曲线段B7表示溅射靶材在溅射工艺后被消耗后的溅射面(该溅射靶材使用寿命终结即该溅射靶材再不能被使用)，直线段C7表示溅射靶材的冷却面。直线段A7和曲线段B7包围的面积表示溅射靶材在溅射工艺后溅射面被消耗的部分(即溅射靶材的有效应用部分)，直线段C7和曲线段B7包围的面积表示溅射靶材的溅射面在溅射工艺后剩余的部分。改进后的长寿命溅射靶材的使用寿命可达到约520kWh(千瓦时或度)，提高约30%。
[0032]根据本实用新型形成的靶材投入实际使用过程中的情况表明靶材寿命得到增加，边缘加工出的台阶结构使靶材在整个溅射寿命过程中，不会发生反溅射物质与靶材固定框接触而导致短路的情况。
[0033]本实用新型的设计还可以通过其他的方式改进应用类似形状的靶材中。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型的技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种长寿命磁控溅射靶材，包括溅射面和冷却面，其特征在于，所述溅射面的溅射区域在靶材原溅射区的基础上增厚2mm以内，增厚部分的面积小于靶材原溅射区域，且增厚部分的边缘与靶材原溅射区域之间呈台阶状或斜坡状。
2.如权利要求1所述的长寿命磁控溅射靶材，其特征在于，所述靶材原溅射区的厚度为 5.8 ?6.2mm。
3.如权利要求1所述的长寿命磁控溅射靶材，其特征在于，所述增厚部分大于靶材实际溅射区域。
4.如权利要求1所述的长寿命磁控溅射靶材，其特征在于，所述增厚部分距离长边3?5mm η
5.如权利要求1所述的长寿命磁控溅射靶材，其特征在于，所述增厚部分的宽度为117 ?121mm。
6.如权利要求1所述的长寿命磁控溅射靶材，其特征在于，所述增厚部分距离宽边5?7mm η
7.如权利要求1所述的长寿命磁控溅射靶材，其特征在于，所述增厚部分的长度为367 ?371mm0
8.如权利要求1所述的长寿命磁控溅射靶材，其特征在于，所述靶材为单体靶或焊接型靶。
【文档编号】C23C14/35GK204097558SQ201420452183
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】罗俊锋, 刘书芹, 万小勇, 董亭义, 何金江, 于海洋, 刘冬青, 吕保国 申请人:有研亿金新材料有限公司