申请/专利权人：包头稀土研究院;瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司

申请日：2018-07-05

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN108624856B

主分类号：C23C14/35

分类号：C23C14/35

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2018.11.02#实质审查的生效;2018.10.09#公开

摘要：本发明公开了一种靶材组件，包括：靶体盖圈、中心靶体、冷却背板，靶体盖圈在中部设置有开口，在内侧设置有腔室；中心靶体设置在腔室内，靶体盖圈的底部固定在冷却背板上；中心靶体的底面与靶体盖圈的底面位于同一个平面；中心靶体位于开口的上平面与上端面构成溅射面。本发明能够改善溅射强烈区域靶材消耗过快的情况，解决了现有技术中靶材利用率低以及溅射不均匀的问题。

主权项：1.一种靶材组件，其特征在于，包括：靶体盖圈、中心靶体、冷却背板，靶体盖圈在中部设置有开口，在内侧设置有腔室，靶体盖圈的上端面为环形平面或者环形斜面，靶体盖圈、腔室的外形为圆柱体，靶体盖圈的底部固定在冷却背板上；中心靶体设置在腔室内，中心靶体与腔室无缝隙紧密配合，中心靶体为单体靶或者焊接型靶；中心靶体的底面与靶体盖圈的底面位于同一个平面，中心靶体的底面与靶体盖圈的底面贴合于冷却背板上，中心靶体位于开口的上平面与靶体盖圈的上端面构成溅射面。

全文数据：靶材组件技术领域[0001]本发明涉及一种真空镀膜技术，具体是，涉及一种靶材组件。背景技术[0002]磁控派射技术是工业镀膜中非常重要的技术之一，其广泛应用于材料表面功能薄膜、材料表面装饰、材料表面改性、电子、光学等众多领域。磁控濺射具有较高的溅射沉积速率、较低的沉积温度以及较好的膜层质量等优点。磁控溅射的基本原理是：电子在电场的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子;新电子飞向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射，溅射出的靶材原子在被镀膜的工件表面上形成镀膜。[0003]现有磁控溅射靶材一般为圆形靶材，且为平滑的平面结构。平面磁控溅射靶材具^加工简单、安装方便等优点，特别适于批量生产镀膜产品。但是，由于在磁控溅射过程中采用的是非均匀磁场，而非均匀磁场区域中的等离子体会产生局部收缩效应，使靶材上局部位置的減射刻蚀速率变的极大。一般圆形靶材中心部分溅射强度较弱，中心与边缘之间的部分溅射较强，这使得靶材的局部区域容易刻蚀穿，致使靶材的利用率一般仅在20%〜30%。由于局部溅造成靶材表面起伏较大，使得溅射参数如薄膜的均匀度、薄膜的沉积速率及薄膜上的颗粒数量不符合要求。因此，在镀膜过程中需频繁更换磁控濺射靶材，造成靶材的利用率低。一些贵金属材料或者高纯度合金材料的濺射以及一些功能膜的制备，所需要的靶材都极其昂贵，靶材的利用率低会在很大程度上增加生产成本。[0004]另外，现有靶材多为单一成分，当需要二元成分的薄膜时往往需要先将材料做成二元合金，再进行镀膜。然而有些成分间难以形成合金，因此采用单一材料成分的靶材无法满足相关实际需求。发明内容[0005]本发明所解决的技术问题是提供一种靶材组件，能够改善溉射强烈区域靶材消耗过快的情况，解决了现有技术中靶材利用率低以及溅射不均匀的问题。[0006]技术方案如下：[0007]—种靶材组件，包括:靶体盖圈、中心靶体、冷却背板，靶体盖圈在中部设置有开口，在内侧设置有腔室；中心靶体设置在腔室内，中心靶体与腔室无缝隙紧密配合，靶体盖圈的底部固定在冷却背板上；中心靶体的底面与靶体盖圈的底面位于同一个平面；中心靶体位于开口的上平面与上端面构成溅射面。[0008]进一步，靶体盖圈与中心靶体的材质选用〇141、附、11、1的单一金属或者合金。[0009]进一步，中心靶体为单体靶或者焊接型靶。[0010]进一步，靶体盖圈与中心靶体为相同材质。[0011]进一步，靶体盖圈的材质为钛，中心靶体的材质为铝。[0012]进一步，靶体盖圈的上端面为环形平面或者环形斜面，靶体盖圈、腔室的外形为圆柱体，中心靶体的底面与靶体盖圈的底端面贴合于冷却背板上。[0013]进一步，中心靶体与腔室采用螺纹连接的方式。[0014]进一步，上端面的顶部设置特有顶柱，顶柱为环形，顶柱的顶面为环形平面；上端面、顶柱、中心靶体位于开口的上平面构成台阶形的溅射面。[0015]进一步，顶柱的外径与靶体盖圈的外径相同。[0016]进一步，靶体盖圈、腔室、中心靶体的外形为矩形柱体。[0017]本发明技术效果包括：[0018]1、将本发明的靶材组件用于磁控派射时，由于靶体盖圈的厚度大于中心靶体的厚度，因此靶材组件可以改善溅射强烈区域靶材消耗过快的情况，达到均匀消耗靶材的效果，提高了靶材利用率，降低了生产成本。[0019]当靶体盖圈的溅射面为曲面时，可以使派射时靶材原子向中心聚集，使镀膜集中在被镀工件区域，进一步提高了磁控溅射靶材的使用效率。[0020]当靶体盖圈与中心靶体的材料不同时，可以直接在被镀工件上进行二元成分薄膜的溅射成膜，解决制备某些合金靶困难，无法漉射成膜的问题。[0021]目前靶材的利用率一般为20%-30%，采用本发明可将靶材利用率提高5%-10%，按溅射铂靶为例，铂价格为185〇〇〇元公斤，每公斤铂靶价格可节省925〇_18500元，节约成本显著。[0022]2、本发明结构简单易于加工制作，主要解决现有靶材寿命短，利用率低，同时还可以进行某些难融合金无法制靶的问题。采用本发明可显著提高靶材的寿命和利用率，当溅射靶材为贵金属时节约成本明显。本发明易于转化为现实生产力，形成技术与经济创收转化，产业化前景良好。附图说明[0023]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。[0024]图1是是本发明优选实施例1和2中靶材组件的结构示意图；[0025]图2是本发明优选实施例1和2中靶体盖圈的结构示意图；[0026]图3是本发明优选实施例1和2中靶体盖圈的结构示意图；[0027]图4是本发明优选实施例3中靶材组件的结构示意图；[0028]图5是本发明优选实施例3中靶体盖圈的结构示意图。[0029]图6是本发明优选实施例4中靶材组件的结构示意图；[0030]图7是本发明优选实施例4中革G体盖圈的结构不意图；[0031]图8是本发明优选实施例5中革G材组件的结构不意图；[0032]图9是本发明优选实施例5中革G体盖圈的结构不意图；[0033]图1〇是本发明优选实施例6中祀材组件的结构不意图；[0034]图11是本发明优选实施例6中体盖圈的俯视图。具体实施方式[0035]以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。[0036]本发明中，靶材组件主要包括:靶体盖圈1、中心靶体2、冷却背板3。[0037]靶体盖圈1在中部设置有开口12，在内侧设置有腔室13;中心靶体2设置在腔室13内，靶体盖圈1的底部固定在冷却背板3上。中心靶体2的底面与靶体盖圈1的底面位于同一个平面。[0038]靶体盖圈1与中心靶体2的材质选用高纯度金属〇!、八1、附、1^、1或者合金。中心靶体2的类型可以为单体靶，也可以为焊接型靶。靶体盖圈1与中心靶体2可以为相同材质也可以为不同材质。[0039]下面结合附图和优选实施例进一步具体说明。[0040]实施例1:[0041]如图1所示，是本发明优选实施例1和2中靶材组件的结构示意图；如图2所示，是本发明优选实施例1和2中靶体盖圈1的结构示意图；如图3所示，是本发明优选实施例1和2中靶体盖圈1的结构示意图。[0042]靶材组件包括:靶体盖圈1、中心靶体2、冷却背板3;靶体盖圈1在中部设置有开口12，在内侧设置有腔室13;中心靶体2设置在腔室13内，靶体盖圈1的底部固定在冷却背板3上。[0043]靶体盖圈1的材质为钛，中心靶体2的材质为铝。[0044]靶体盖圈1的上端面11为平面，并且上端面11与开口12上表面位于同一个平面，靶体盖圈1、腔室13的外形为圆柱体。中心靶体2位于开口12的上平面与上端面11共同构成溅射面，中心靶体1的底面与靶体盖圈1的底端面位于同一平面，贴合于冷却背板3上。[0045]靶体盖圈1的厚度为20mm，中心靶体2为圆形靶，厚度为l〇mm，小于靶体盖圈1的厚度。中心靶体2与靶体盖圈1内壁面采用螺纹方式连接；中心靶体2固定在腔室13内，以螺纹连接的方式与腔室13无缝隙紧密配合。[0046]进行磁控溅射时，靶体盖圈1所在位置的溅射速率高于中心靶体2,因此靶体盖圈1的增厚部分可以防止该部位被过早刻蚀穿，从而延长靶材使用寿命，同时可以在工件上很方便的镀铝钛膜，省去了熔炉铝钛合金的环节。[0047]实施例2:[0048]靶材组件包括:靶体盖圈1、中心靶体2、冷却背板3;靶体盖圈1在中部设置有开口12，在内侧设置有腔室13;中心靶体2设置在腔室13内，靶体盖圈1的底部固定在冷却背板3上。[0049]靶体盖圈1和中心靶体2为同种材质。[0050]靶体盖圈1的上端面11为环形平面，并且上端面11与开口12上表面位于同一个平面，靶体盖圈i、腔室13的外形为圆柱体。中心靶体2位于开口12的上平面与上端面11共同构成溅射面，中心靶体2的底面与靶体盖圈1的底端面位于同一平面，贴合于冷却背板3上。[0051]靶体盖圈1的厚度为20mm，中心靶体2为圆形靶，厚度为10mm，小于靶体盖圈1的厚度。中心靶体2以嵌套的方式与腔室13无缝隙紧密配合。[0052]进行磁控派射时，靶体盖圈1所在位置的溅射速率高于中心靶体2,因此靶体盖圈1的增厚部分可以防止该部位被过早刻蚀穿，从而延长靶材使用寿命。[0053]实施例3[00M]如图4所示，是本发明优选实施例3中靶材组件的结构示意图；如图5所示，是本发明优选实施例3中靶体盖圈1的结构示意图。[0055]靶材组件包括:靶体盖圈1、中心靶体2、冷却背板3;靶体盖圈1在中部设置有开口12,在内侧设置有腔室13;中心靶体2设置在腔室13内，靶体盖圈1的底部固定在冷却背板3上。中心靶体2的底面与靶体盖圈1的底面位于同一个平面。[0056]靶体盖圈1和中心靶体2为同种材质。[0057]上端面11的顶部设置特有顶柱14,顶柱14为环形，顶柱15的顶面为环形平面，顶柱14的外径与靶体盖圈1的外径相同;靶体盖圈1、腔室13的外形为圆柱体。[0058]上端面11、顶柱14、中心靶体2位于开口12的上平面共同构成台阶形的減射面；中心靶体2的底面与靶体盖圈1的底端面位于同一平面，贴合于冷却背板3上。[0059]靶体盖圈1的厚度为25mm，上端面11的高度为20mm。中心靶体2为一圆形靶，厚度为10mm，小于靶体盖圈1的厚度，中心靶体2以嵌套的方式与腔室丨3无缝隙紧密配合。[0060]进行磁控派射时，革巴体盖圈1所在位置的派射速率由外向内高于中心革巴体2,因此靶体盖圈1的增厚部分可以防止该部位被过早刻蚀穿，从而延长靶材使用寿命，台阶形的溅射面的存在可以使溅射更加均匀，进一步提高靶材利用率。[0061]实施例4[0062]如图6所示，是本发明优选实施例4中靶材组件的结构示意图；如图7所示，是本发明优选实施例4中靶体盖圈1的结构示意图。[0063]靶材组件包括:靶体盖圈1、中心靶体2、冷却背板3;靶体盖圈1在中部设置有开口12，在内侧设置有腔室13;中心靶体2设置在腔室13内，靶体盖圈1的底部固定在冷却背板3上。中心靶体2的底面与靶体盖圈1的底面位于同一个平面。[0064]靶体盖圈1和中心靶体2为同种材质。[0065]上端面11的顶部设置特有顶柱15,顶柱15为环形，顶柱15的顶面为环形平面，顶柱15的外径小于靶体盖圈1的外径;耙体盖圈1、腔室13的外形为圆柱体。[0066]上端面11、顶柱15、中心靶体2位于开口12的上平面共同构成台阶形的溅射面，顶柱I5外侧的上端面11也是溅射面；中心靶体2的底面与靶体盖圈1的底端面位于同一平面，贴合于冷却背板3上。[0067]靶体盖圈1的厚度为25mm，上端面11的高度为20mm。中心靶体2为一圆形靶，厚度为10_，小于靶体盖圈1的厚度，中心靶体2以嵌套的方式与腔室13无缝隙紧密配合。[0068]进行磁控溅射时，顶柱is的溅射速率最高，因此靶体盖圈1在该部位的增厚可以防止被过早刻蚀穿，从而延长祀材使用寿命，台阶的存在可以使溅射更加均匀，进一步提高祀材利用率。[0069]实施例5[0070]如图8所示，是本发明优选实施例5中靶材组件的结构示意图；如图9所示，是本发明优选实施例5中靶体盖圈1的结构示意图。[0071]靶材组件包括:靶体盖圈1、中心靶体2、冷却背板3;靶体盖圈1在中部设置有开口12，在内侧设置有腔室13;中心靶体2设置在腔室13内，靶体盖圈1的底部固定在冷却背板3上。[0072]靶体盖圈1和中心靶体2为同种材质。[0073]靶体盖圈1的上端面11为斜面，靶体盖圈1、腔室13的外形为圆柱体。中心靶体2位于开口12的上平面与上端面11共同构成溅射面，中心靶体1的底面与靶体盖圈1的底端面位于同一平面，贴合于冷却背板3上。[0074]靶体盖圈1的厚度为25mm，中心靶体2为圆形靶，厚度为10mm，小于靶体盖圈1的厚度。中心靶体2与靶体盖圈1内壁面采用螺纹方式连接；中心靶体2固定在腔室13内，以螺纹连接的方式与腔室13无缝隙紧密配合。[0075]进行磁控溅射时，靶体盖圈1的斜面溅射面可以使派射时靶材原子向中心聚集，使镀膜集中在被镀工件区域，进一步提高了磁控溅射靶材的使用效率。[0076]实施例6[0077]如图10所示，是本发明优选实施例6中靶材组件的结构示意图；如图11所示，是本发明优选实施例6中靶体盖圈1的俯视图。[0078]靶材组件包括:靶体盖圈1、中心靶体2、冷却背板3;靶体盖圈1在中部设置有开口12，在内侧设置有腔室13，腔室13的外形为矩形柱体;中心靶体2设置在腔室13内，靶体盖圈1的底部固定在冷却背板3上。[0079]靶体盖圈1和中心靶体2为同种材质。[0080]靶体盖圈1的上端面11为平面，靶体盖圈1、腔室13、中心靶体2的外形为矩形柱体。中心靶体2位于开口12的上平面与上端面11共同构成派射面，中心靶体1的底面与靶体盖圈1的底端面位于同一平面，贴合于冷却背板3上。[0081]靶体盖圈1的厚度为25mm，中心靶体2厚度为10mm，小于靶体盖圈1的厚度。中心靶体2固定在腔室13内，以嵌套的方式与腔室13无缝隙紧密配合。[0082]进行磁控灘射时，上端面11所处位置的溅射速率最高，因此靶体盖圈1在该部位的增厚可以防止该部位被过早刻蚀穿，从而延长靶材使用寿命，台阶的存在可以使溅射更加均匀，进一步提高靶材利用率。[0083]在上述实施例中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或事例中以合适的方式结合。[0084]应当理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

权利要求：1.一种靶材组件，其特征在于，包括:靶体盖圈、中心靶体、冷却背板，靶体盖圈在中部设置有开口，在内侧设置有腔室；中心靶体设置在腔室内，中心靶体与腔室无缝隙紧密配合，靶体盖圈的底部固定在冷却背板上；中心靶体的底面与靶体盖圈的底面位于同一个平面;中心IE体位于开口的上平面与上端面构成派射面。2.如权利要求1所述靶材组件，其特征在于，靶体盖圈与中心靶体的材质选用Cu、Al、Ni、Ti、W的单一金属或者合金。3.如权利要求1所述靶材组件，其特征在于，中心靶体为单体靶或者焊接型靶。4.如权利要求1所述靶材组件，其特征在于，靶体盖圈与中心靶体为相同材质。5.如权利要求1所述靶材组件，其特征在于，靶体盖圈的材质为钛，中心靶体的材质为错。6.如权利要求1所述靶材组件，其特征在于，靶体盖圈的上端面为环形平面或者环形斜面，靶体盖圈、腔室的外形为圆柱体，中心靶体的底面与靶体盖圈的底端面贴合于冷却背板上。7.如权利要求1所述靶材组件，其特征在于，中心靶体与腔室采用螺纹连接的方式。8.如权利要求1所述靶材组件，其特征在于，上端面的顶部设置特有顶柱，顶柱为环形，顶柱的顶面为环形平面;上端面、顶柱、中心靶体位于开口的上平面构成台阶形的派射面。9.如权利要求8所述靶材组件，其特征在于，顶柱的外径与靶体盖圈的外径相同。10.如权利要求1所述靶材组件，其特征在于，靶体盖圈、腔室、中心靶体的外形为矩形柱体。

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