[發明專利]一種應用于多脈沖激光共沉積的靶材

有效

• 申請號: 202010424392.X
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111349898B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 郁彩艷;白瑩;趙慧玲;尹延鋒
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種應用于多脈沖激光共沉積的靶材，包括可被獨立拆裝的圓形靶材模塊和環形靶材模塊，所述圓形靶材模塊置于環形靶材模塊中間固定成圓形靶材，圓形靶材模塊和環形靶材模塊的側壁設有貫通孔，貫通孔內設有貫通柱，貫通柱的兩端露出設置。本發明所提供的靶材結構，包括至少兩個可被獨立拆裝的靶材模塊，且該結構與現有的PLD靶托配合使用，解決了多部分可組裝靶材在PLD設備中的脫落問題，這樣，當某一個靶材模塊隨著工藝的進行己經消耗至需要更換的程度時，可以僅對該靶材模塊進行更換，而其它的靶材模塊則可被繼續使用。

技術領域

本發明涉及制造和處理半導體領域，具體涉及一種應用于多脈沖激光共沉積的靶材。

背景技術

隨著現代科學和技術的發展，薄膜科學已成為近年來迅速發展的學科領域之一，是凝聚態物理學和材料科學的一個重要研究領域。功能薄膜是薄膜研究的主要方面，它不僅具有豐富的物理內涵，而且在微電子、光電子、超導材料等領域具有十分廣泛的應用。

長期以來，人們發明了多種制膜技術和方法：真空蒸發沉積、離子束濺射、磁控濺射沉積、分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、溶膠-凝膠法等。上述方法各有優點，并在一些領域得到應用。但由于其各有局限性，仍然不能滿足薄膜研究的發展及多種薄膜制備的需要。隨著激光技術和設備的發展，特別是高功率脈沖激光技術的發展，脈沖激光沉積(PLD)技術的特點逐漸被人們認識和接受。

PLD也被稱為脈沖激光燒蝕(Pulsed laser ablation, PLA)。與其它傳統的薄膜沉積方法不同，脈沖激光沉積是一種利用激光對物體進行轟擊，然后使被轟擊區域的物質燒蝕，燒蝕物(ablated materials)擇優沿著靶的法線方向傳輸，形成一個等離子體羽毛狀的發光團——羽輝(plume)，最后燒蝕物沉積到前方的襯底上，形成沉淀薄膜的一種手段。如圖1所示，現有的脈沖沉積設備一般為單脈沖沉積，由一個脈沖激光器、一個光路系統(會聚透鏡、激光窗等)，沉積系統(真空室、抽真空泵、靶材、靶托、襯底加熱臺)，輔助設備(測控裝置、監控裝置)等組成，在沉積的過程中，靶材與襯底相對設置，繞各自的軸心自傳，靶材被靶托固定，其實成一定角度傾斜放置。目前靶材結構為圓形的平板式結構，PLD靶托固定靶材的方式如圖2所述，將圓形的平板式靶材放入靶托的圓形凹槽中，將靶材蓋板蓋在靶材上，靶材蓋板的螺孔與靶托周垣的螺孔對齊后，利用螺母固定。

公開號為US6489587B2的美國專利，以兩束激光同時分別打在兩個單元靶材(以下分別稱作A靶, B靶)上，從A, B靶中打出的A, B原子同時到達基板表面，所以在基板上形成均質的AB膜，首次提出了一種使A, B原子同時到達基板表面，在基板上形成均質的AB膜的多脈沖共沉積技術。但是現有的多激光共沉積使用多個靶材，多個靶材間距離較遠，不同靶材的羽輝之間接觸面積小，影響了靶材材料以等離子體狀態進行反應或充分接觸，直接影響均質的AB膜的均勻性。

公開號為CN103668085A的中國專利，放棄了利用PLD共沉積技術獲得均質薄膜，利用PLD獲得非化學計量比的薄膜與結構上非均質的薄膜。其將圓盤狀靶材分為多種不同材料的扇形體；由于靶材是多種不同單元材料構成的多元靶材，繞中心軸旋轉時，脈沖激光光束周期性照射在各單元靶材表面，由各單元靶材產生的等離子羽輝在不同的時間到達基板表面，在基板表面形成疊層薄膜。

在上述PLD設備和方面中，靶材是一個非常重要的部件。首先，靶材屬于消耗性部件，當靶材消耗到一定程度之后就要進行更換，而靶材的純度要求達到5N (99. 999 % )以上，價格非常昂貴，更換成本很高。目前常用的一種靶材結構為圓形的平板式結構，且為同一種材料制成?，F有技術中的PLD靶材無法實現兩種以上材料的共沉積以獲得高質量的均質薄膜，是制約PLD技術發展的關鍵瓶頸。