[發(fā)明專利]一種復(fù)合式磁控濺射陰極

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711432650.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN108149209B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱清泉;汪天龍;屈飛;靖立偉;張國民;肖立業(yè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;H01J37/34
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 關(guān)玲

一種復(fù)合式磁控濺射陰極，由平面靶材(1)、水冷背板(2)、外永磁體(3、4)、內(nèi)永磁體(5)、內(nèi)電磁線圈(6、7)、外電磁線圈(8、9)、外磁軛(10、11)、內(nèi)磁軛(12)、中磁軛(13、14)、底磁軛(15)和框架(16)構(gòu)成。兩個(gè)內(nèi)電磁線圈(6、7)構(gòu)成一個(gè)閉合線圈，兩個(gè)外電磁線圈(8、9)構(gòu)成一個(gè)閉合線圈。內(nèi)電磁線圈和外電磁線圈通過引線分別連接到外供電電源。通過調(diào)節(jié)內(nèi)電磁線圈和外電磁線圈中電流的大小和方向，實(shí)現(xiàn)磁控濺射陰極表面磁場強(qiáng)度和分布的變化，從而調(diào)節(jié)濺射速率、磁場非平衡度和增加靶材利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁控濺射設(shè)備，特別涉及一種磁控濺射陰極。

背景技術(shù)

磁控濺射屬于物理氣相沉積，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、金屬、絕緣體等功能薄膜的制備。磁控濺射包括很多種類，從陰極靶結(jié)構(gòu)上可以分為平面型磁控濺射靶和圓柱型磁控濺射靶，從放電空間磁場分布上可以分為平衡靶和非平衡靶，從工作電源上可以分為直流磁控濺射和交流磁控濺射。磁控濺射設(shè)備簡單，所用靶材容易制造、便于安裝。平面型磁控濺射靶的靶材利用率很低，圓形靶利用率一般低于10％，矩形靶利用率一般介于20％-30％之間。在貴金屬薄膜的制備上，靶材利用率低成為亟待解決的問題。

磁控濺射靶材的刻蝕形貌與磁場分布有關(guān)，對(duì)于圓形磁控濺射陰極，刻蝕形貌是環(huán)形的，對(duì)于矩形平面磁控濺射陰極，刻蝕形貌是跑道形的，且刻蝕形貌的最深處位于靶面磁場垂直分量等于零的位置。另一方面，隨著刻蝕溝槽的形成，被刻蝕區(qū)域的磁力線暴露出來，磁場增強(qiáng)，會(huì)增加對(duì)電子的束縛，提高等離子體密度加深刻蝕，這樣刻蝕溝槽會(huì)連續(xù)收縮，中心刻蝕深度加劇，不利于提高靶材利用率。因此理想的磁場分布應(yīng)具有靶面磁場的水平分量呈中心弱兩邊強(qiáng)的馬鞍面分布。

為了提高靶材利用率，SOLERAS公司提出了在外磁極和中心磁極之間安裝導(dǎo)磁片的方式，靶面磁場的水平分量呈下凹的分布，實(shí)驗(yàn)證明靶材利用率提高了6％。德國singulus公司采用一個(gè)外永磁環(huán)和兩個(gè)電磁線圈結(jié)構(gòu)的磁控濺射陰極，中國專利201110379503.0公開了采用兩個(gè)電磁線圈結(jié)構(gòu)的磁控濺射陰極。通過調(diào)節(jié)兩個(gè)電磁線圈的電流大小和方向來改變靶面磁場的分布，進(jìn)而提高靶材利用率。

SOLERAS公司通過增加導(dǎo)磁片雖然提高了靶材利用率，但是靶面的磁場強(qiáng)度會(huì)降低，濺射速率有所下降。中國專利201110379503.0申請(qǐng)公開的陰極結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)電磁線圈，該結(jié)構(gòu)雖然可以對(duì)磁場進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)也能保證靶面具有一定的磁場強(qiáng)度以滿足不同的工藝要求，但是該結(jié)構(gòu)沒有采用分流設(shè)計(jì)，靶材利用率仍然可以進(jìn)一步提高。德國singulus公司的陰極雖然考慮了分流設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)效果得到極大改善，但是該結(jié)構(gòu)的靶面磁場很弱，在某些需要較強(qiáng)磁場的工藝場合并不適用。上述設(shè)計(jì)仍然沒有解決靶材利用率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服常規(guī)磁控濺射裝置的靶面磁場在使用過程中不能靈活調(diào)節(jié)、靶材利用率低的缺點(diǎn)，提出一種復(fù)合式的磁控濺射陰極。與現(xiàn)有的電磁永磁復(fù)合式磁控濺射陰極不同的是，本發(fā)明不僅可以保證靶面磁場具有一定強(qiáng)度，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)靶面大范圍區(qū)域的磁場分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)濺射速率、增加靶材利用率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：