專利名稱：增強的磁控濺射靶的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及濺射靶，特別涉及增強的濺射靶，用于改善磁控濺射系統(tǒng)內(nèi)的性能。
背景技術：
使用二極濺射系統(tǒng)對襯底表面施加靶材料層。在靶和襯底之間施加電場，在濺射室內(nèi)產(chǎn)生等離子區(qū)。來自等離子區(qū)的離子與靶碰撞，從靶材料逐出靶材料的原子，被逐出的原子附著在襯底表面上形成膜。
磁控濺射系統(tǒng)通過使用除了電場之外的磁場改善了二極濺射系統(tǒng)的濺射速率。磁控濺射系統(tǒng)在濺射靶后布置了磁性陣列，以在靶的有效表面上方產(chǎn)生磁場。磁場截獲靶有效表面附近的等離子區(qū)內(nèi)的離子，從而增加了等離子體密度，改善了濺射速率。然而，當濺射鐵磁性靶材料時，通過磁控濺射系統(tǒng)提供的益處減小或喪失了。
磁性材料諸如鐵磁性鈷鎳合金的淀積用在如磁性數(shù)據(jù)存儲器的應用中。這些材料的高磁導率和低通過通量使得在磁控濺射系統(tǒng)中很難濺射。具體而言，由磁控濺射系統(tǒng)磁性陣列產(chǎn)生的磁場的大部分或全部分流通過靶內(nèi)部而不是通過并位于靶有效表面的上方。
靶生產(chǎn)商試圖尋找解決與鐵磁性靶材料有關的濺射難題的方法。例如，努力通過熱處理或冷處理在靶內(nèi)引入應力，以提高制靶材料的通過通量和降低磁導率。然而，改善這些特性的能力是有限的。另一種解決方案包括改進磁控濺射系統(tǒng)的布置或構造，以增加所產(chǎn)生的磁場。這些解決方案也并不理想。
因此，需要改善的磁控濺射靶，其改善了鐵磁性材料的濺射效率，而不需要對現(xiàn)有的磁控濺射系統(tǒng)作大的改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過在濺射靶中嵌入磁體克服了常規(guī)濺射靶的上述不足。具體而言，一個或多個磁體被嵌入濺射靶的背面并經(jīng)過取向以增加穿過濺射靶進入濺射室的磁場。通過增加濺射室內(nèi)的磁場，增加了等離子體密度，這改善了濺射速率，并可以減少工作電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了在磁控濺射系統(tǒng)中使用的濺射靶。該濺射靶包括有效表面，靶材料從該有效表面濺射；和與有效表面相對的背面。至少一個磁體被嵌入濺射靶的背面。磁體進一步經(jīng)過取向，以增加穿過靶有效表面的磁場。濺射靶通常包括鐵磁性材料，然而，也可使用非鐵磁性材料。
優(yōu)選地，嵌入的磁體是稀土磁體并與磁控濺射系統(tǒng)的濺射軌跡的中心對準。另外，磁體優(yōu)選以離有效表面的深度大于濺射軌跡的最大深度嵌入靶中。
增強的濺射靶也可包括與靶的背面結合的后板。磁體可以嵌入后板、靶材料、或嵌入兩者中。
已經(jīng)前面概括了本發(fā)明使得可以迅速地理解本發(fā)明的本質(zhì)。通過參考以下發(fā)明的詳細說明和附圖可以更詳細和全面了解本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。


圖1是說明磁控濺射系統(tǒng)部件的圖。
圖2A是說明常規(guī)濺射靶的剖視圖。
圖2B是說明本發(fā)明的一個實施方案的濺射靶的剖視圖。
圖3A是說明具有后板的常規(guī)濺射靶的剖視圖。
圖3B是說明本發(fā)明的一個實施方案的具有后板的濺射靶的剖視圖。
具體實施例方式
圖1是說明磁控濺射系統(tǒng)10的部件圖。磁控濺射系統(tǒng)10包括濺射靶11，靶材料從該濺射靶11濺射到襯底12的表面上。在該系統(tǒng)操作期間，襯底12位于由外殼13和濺射靶11形成的濺射室中。磁控濺射系統(tǒng)10進一步包括磁性陣列，其在圖1中以磁體14a到14c表示，用于在濺射靶11的有效表面11a上方產(chǎn)生磁場。需要指出的是，所示的磁控濺射系統(tǒng)10只是磁控濺射系統(tǒng)的一個例子而并非包括系統(tǒng)操作過程中使用的全部部件。本領域的技術人員可以理解本發(fā)明在具有不同于圖1所示布置的磁控濺射系統(tǒng)中的應用性。
為了從濺射靶11濺射靶材料，使濺射室充滿工作氣體如氬氣，并在濺射靶11和襯底12之間施加電場。電場在分裂器室中使工作氣體分解產(chǎn)生等離子體。等離子區(qū)內(nèi)的離子被吸引并與濺射靶11的有效表面11a碰撞。這些碰撞逐出靶材料的原子，這些原子然后移向并附著到襯底12的表面上，在該表面上形成膜。
磁控濺射系統(tǒng)10使用磁性陣列，在圖1中以磁體14a到14c表示，以改善濺射工藝。磁性陣列產(chǎn)生磁場，其在圖1中以虛線表示。如圖1所示，磁場穿透濺射靶11進入濺射室。磁場通過截獲等離子區(qū)內(nèi)的離子增加了有效表面11a附近的等離子體密度，增加的等離子體密度改善了系統(tǒng)的濺射速率，并使系統(tǒng)可在較低的電壓下操作。磁體14a到14c用于表示磁控濺射系統(tǒng)中使用的許多磁性陣列中的任何一種。可使用本領域技術人員已知的具有任何形狀、大小和/或布置的電磁體或者永久性磁體實現(xiàn)磁性陣列。
圖1所示的磁場穿透濺射靶11代表磁控濺射系統(tǒng)10的優(yōu)選操作模式。然而，如上所述，當在常規(guī)系統(tǒng)中濺射鐵磁性材料時磁場穿透減小。這種穿透減小是由鐵磁性材料典型的高磁導率和低通過通量特征所引起的。圖2A是說明常規(guī)鐵磁性濺射靶21和由磁體24a到24c表示的磁控濺射系統(tǒng)磁性陣列的剖視圖。鐵磁性材料通常具有高磁導率和低通過通量。因此，當磁體24a到24c產(chǎn)生如虛線所示的磁場時，磁場分流通過濺射靶21的內(nèi)部而不是穿透有效表面21a進入濺射室內(nèi)。當磁場不穿透進入濺射室中時，磁控濺射系統(tǒng)的優(yōu)點大部分喪失，并且該系統(tǒng)的操作類似于常規(guī)的二極濺射系統(tǒng)。
圖2B是說明本發(fā)明的一個實施方案的鐵磁性濺射靶21的剖視圖。與圖2A中所述布置類似，由磁體24a到24c表示的磁控濺射系統(tǒng)磁性陣列位于濺射靶21的背面21b附近。然而，為了阻止由磁體24a到24c產(chǎn)生的磁場的分流，磁體25a和25b被嵌入背面21b中?？墒褂迷S多磁性材料中的任何一種實現(xiàn)磁體25a和25b。例如，可使用由釤鈷或者釹鐵硼化物制成的稀土磁體作為磁體25a和25b。本領域的技術人員可以理解也可使用其它磁性材料和磁性物質(zhì)源而不脫離本發(fā)明的保護范圍。
磁體25a和25b在濺射靶21內(nèi)經(jīng)過取向以阻止磁場穿過靶內(nèi)部的分流并增加磁場穿透有效表面21a進入濺射室內(nèi)的量。為了達到這種結果，本發(fā)明的一個實施方案使磁體25a和25b的磁極相對于由磁體24a到24c所示的磁性陣列的磁極進行取向。具體而言，25a和25b的磁極取向為與磁性陣列的磁極平行。可以理解，該取向表述本發(fā)明的一個實施方案，其它增加磁場穿透濺射靶21的取向也落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
所嵌入的磁體的形狀和布置隨著用于靶材料濺射的磁控濺射系統(tǒng)中磁性陣列布置的不同而不同。磁性陣列的布置定義了有效表面21a內(nèi)一個或多個軌道的位置。濺射軌跡表示當濺射靶材料時在有效表面21a內(nèi)形成的蝕刻圖形。典型的濺射軌跡如圖2B所示的點線。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，磁體25a和25b在濺射軌跡的寬度內(nèi)排列，優(yōu)選與濺射軌跡的中心對準。在圖2B所示的布置中，將磁體25a和25b與濺射軌跡中心對準使這些磁體位于成對的磁體24a到24c之間?？梢岳斫鈭D2B中所示的磁體25a、25b和24a到24c的布置只是簡單的例子，它們用于代表磁控濺射系統(tǒng)中使用的許多不同磁性陣列的布置。本發(fā)明不試圖局限于圖2B中所示布置，根據(jù)磁控管設計，選擇性的布置可采用具有適當形狀的單個嵌入磁體或具有各種形狀的多個磁體。本領域的技術人員可以理解在本發(fā)明范圍內(nèi)的嵌入磁體的可供選擇的形狀和布置基于特定磁控管設計的不同而不同。
磁體25a和25b嵌入濺射靶21內(nèi)而不是簡單地將它們布置在背面21b上的一個優(yōu)點是布置磁體25a和25b使它們與有效表面21a接近。這增加了磁場穿透有效表面21a進入濺射室內(nèi)的量，從而改善了濺射工藝。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，磁體25a和25b以離有效表面21a的深度剛好低于濺射軌跡的最大深度嵌入。這使得磁體可接近有效表面21a，而防止由磁體自身濺射引起的污染。
使用本領域技術人員已知的多種方法將磁體25a和25b嵌入背面21b中。例如，可使用常規(guī)的加工技術轉出每個磁體所需的孔。然后將磁體壓配到孔中，使用已知的焊接技術或這些方法的結合進行焊接。
圖2A和圖2B說明了單塊的靶結構，其直接安裝在磁控濺射系統(tǒng)內(nèi)的濺射陰極上方。圖3A和圖3B說明了具有兩部分結構的濺射靶。具體而言，濺射靶31與后板36連接，在濺射工藝期間后板36安裝在濺射陰極上。
與圖2A類似，圖3A說明了常規(guī)鐵磁性濺射靶和由磁體34a到34c表示的磁控濺射系統(tǒng)磁性陣列的剖視圖。如圖3A所示，濺射靶的鐵磁性材使由磁性陣列產(chǎn)生的虛線所示的磁場分流通過濺射靶。因此，通過磁控濺射系統(tǒng)提供的濺射工藝的改善減少或喪失。
圖3B說明了本發(fā)明的一個實施方案的鐵磁性濺射靶的剖視圖。如圖3B所示，磁體35a和35b嵌入到后板36中。除了磁體35a和35b是嵌入后板36而不是嵌入靶材料中之外，磁體35a和35b相對于磁性陣列與濺射靶的取向和布置與上述圖2B中所述的磁體25a和25b的相同。
將磁體嵌入后板中的優(yōu)點是當濺射靶已經(jīng)消耗時，可除去后板并將其與新的濺射靶結合。具有兩部分結構的濺射靶的選擇性實施方案包括在后板36的界面處將磁體35a和35b嵌入濺射靶31中(與圖2B中所示類似)。另外，磁體35a和35b可完全或部分地嵌入在濺射靶31和后板36中。
如上所述，本發(fā)明提供了用于增強磁控濺射系統(tǒng)中使用的濺射靶的新方法。本發(fā)明提供的顯著優(yōu)點是對靶本身作了增強而不是對磁控濺射系統(tǒng)作大的改進。本發(fā)明已經(jīng)在上下文中描述了由鐵磁性濺射材料制成的濺射靶。然而，可以理解，本發(fā)明同樣適用于非鐵磁性濺射靶來改善濺射速率。另外，本發(fā)明不限于具有特定形狀的濺射靶。例如，濺射靶可包括環(huán)形、矩形等。
上述的詳細說明適用于說明本發(fā)明的優(yōu)選方案。然而，上述例子并未企圖限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍應該用權利要求進行解釋說明?？梢岳斫?，可實施本發(fā)明所述例子的各種變體而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.用在磁控濺射系統(tǒng)中的濺射靶，包括具有有效表面和與有效表面相對的背面的靶，靶材料從有效表面濺射；和至少一個磁體，其嵌入所述靶的背面并經(jīng)過取向以增加穿過所述靶有效表面的磁場。
2.權利要求1的濺射靶，其中靶材料具有鐵磁性。
3.權利要求1的濺射靶，其中所述至少一個磁體與磁控濺射系統(tǒng)的濺射軌跡對準。
4.權利要求3的濺射靶，其中所述至少一個磁體與濺射軌跡的中心對準。
5.權利要求1的濺射靶，其中所述至少一個磁體是稀土磁體。
6.權利要求1的濺射靶，其中所述至少一個磁體以離有效表面的深度大于所述靶有效表面上的濺射軌跡的最大深度嵌入所述靶中。
7.權利要求1的濺射靶，進一步包括與所述靶的背面結合的后板。
8.權利要求1的濺射靶，其中所述至少一個磁體的磁極與磁控濺射系統(tǒng)的磁極平行排列。
9.用在磁控濺射系統(tǒng)中的濺射靶，包括具有有效表面和與有效表面相對的背面的靶，靶材料從有效表面濺射；與所述靶的背面結合的后板；和至少一個磁體，其嵌入所述后板并經(jīng)過取向以增加穿過所述靶有效表面的磁場。
10.權利要求9的濺射靶，其中靶材料具有鐵磁性。
11.權利要求9的濺射靶，其中所述至少一個磁體與磁控濺射系統(tǒng)的濺射軌跡對準。
12.權利要求11的濺射靶，其中所述至少一個磁體與濺射軌跡的中心對準。
13.權利要求9的濺射靶，其中所述至少一個磁體是稀土磁體。
14.權利要求9的濺射靶，其中所述至少一個磁體的磁極與磁控濺射系統(tǒng)的磁極平行排列。
15.權利要求9的濺射靶，其中所述至少一個磁體還嵌入所述靶的背面。
16.權利要求14的濺射靶，其中所述至少一個磁體以離有效表面的深度大于所述靶有效表面上的濺射軌跡的最大深度嵌入所述靶中。
全文摘要
本發(fā)明提供了用在磁控濺射系統(tǒng)中的增強的濺射靶，該濺射靶包括有效表面和與有效表面相對的背面，靶材料從有效表面濺射。至少一個磁體嵌入該靶的背面并經(jīng)過取向以增加穿過該靶的有效表面的磁場。
文檔編號C23C14/35GK1896297SQ200510114068
公開日2007年1月17日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權日2005年7月11日
發(fā)明者程遠達, 楊興波, 史蒂文·羅杰·肯尼迪 申請人:黑羅伊斯有限公司