專利名稱：一種長壽命濺射靶材的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半導體領域，特別涉及一種長壽命濺射靶材。
背景技術：
物理氣相沉積(PVD，Physical VaporDeposition)通常用于形成薄層。例如，物
理氣相沉積通常用于沉積半導體結構中所使用的薄層，且物理氣相沉積對于沉積金屬材 料特別有用。物理氣相沉積工藝通常被稱作濺射工藝，即以一定能量的粒子(離子或中 性原子、分子)轟擊固體表面，使固體近表面的粒子獲得足夠大的能量而最終逸出固體 表面，在此過程中，被轟擊的固體材料稱為靶材，在濺射過程中，所述靶材的工作環(huán)境 比較惡劣，例如，靶材工作溫度較高，例如300°C至500°C ；另外，靶材的一側充以冷卻 水強冷，而另一側則處于KT9Pa的高真空環(huán)境下，由此在靶材結構的相對二側形成有巨 大的壓力差；再有，靶材處在高壓電場、磁場中，受到各種粒子的轟擊。需要沉積的薄 膜材料決定靶材的材質。例如，在半導體器件制作中，需要在硅襯底上沉積一層金屬鋁 薄膜，則應用鋁靶材進行濺射。目前，濺射靶材的濺射面是平面，圖1為現(xiàn)有的平面式濺射靶材的剖面示意 圖。如圖1所示，所述平面式濺射靶材包括濺射面11、冷卻面12和底面13。所述 濺射面11為圓形表面，濺射面11的背面為冷卻面12。該靶材的濺射面11的直徑D 范圍為373.218mm-373.618mm，例如為373.418mm，該平面式濺射靶材總高Hl (即 該平面式濺射靶材的濺射面11至該平面式濺射靶材底面13的垂直距離)的范圍為 48.06mm_48.46mm，例如為48.06mm。如圖1所示，該平面式濺射靶材的第一臺階高hi 的范圍為9.96mm-10.36mm，例如為10.16mm。平面式濺射靶材在濺射過程中，使用壽 命一般為IOOOkwh(千瓦時或度)左右，就需要換新的濺射靶材，因此該平面式濺射靶材 的利用率比較低，造成原材料浪費和增加生產(chǎn)成本的問題。例如，有關濺射靶材可以參 考實用新型(申請?zhí)枮?00420124584.3)，它只是提供了一種濺射面為平面的濺射靶材， 也不能解決濺射靶材在濺射過程中，使用壽命比較短，利用率低下的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的技術問題是針對濺射靶材的濺射面是平面，當濺射靶材在濺 射過程中，使用壽命比較短，靶材的利用率比較低，造成原材料浪費和增加生產(chǎn)成本的 問題。為了解決上述問題，提供一種長壽命濺射靶材，包括濺射面，所述濺射面的表 面包括兩個濺射區(qū)域，沿徑向方向由外到里依次為第一濺射區(qū)域和第二濺射區(qū)域，所述 第二濺射區(qū)域高于第一濺射區(qū)域，所述兩個濺射區(qū)域的中心與所述濺射靶材的中心同 心?？蛇x的，所述第一濺射區(qū)域為環(huán)形，具有第一外徑和第一內(nèi)徑，所述第一外徑 范圍為 323.218mm_323.618mm，所述第一內(nèi)徑范圍為 280.05mm-280.45mm。
3[0007]可選的，所述第二濺射區(qū)域為圓形，其直徑范圍為255.8mm-256.2mm?？蛇x的，所述第二濺射區(qū)域比第一濺射區(qū)域高6mm-8mm?？蛇x的，所述第二濺射區(qū)域包括第三濺射區(qū)域和第四濺射區(qū)域，所述第三濺射 區(qū)域和第四濺射區(qū)域高度不同?？蛇x的，所述第三濺射區(qū)域比第一濺射區(qū)域高6mm-8mm?？蛇x的，所述第四濺射區(qū)域比第一濺射區(qū)域高3mm-5mm?？蛇x的，所述第三濺射區(qū)域為環(huán)形，具有第三外徑和第三內(nèi)徑，所述第三外徑 的范圍為255.8mm_256.2mm，所述第三內(nèi)徑的范圍為209.8mm_210.2mm?？蛇x的，所述第四濺射區(qū)域為圓形，其直徑范圍為203.75mm_204.25mm。可選的，還包括冷卻面，所述冷卻面在所述濺射面的背面。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型提供了一種長壽命濺射靶材，根據(jù)濺射情況對濺 射靶材的濺射面做部分加厚設計，解決了濺射靶材在濺射過程中，使用壽命比較短，靶 材的使用效率比較低，造成原材料浪費和增加生產(chǎn)成本的問題。

圖1是現(xiàn)有的平面式濺射靶材的剖面示意圖；圖2是本實用新型一實施例的長壽命濺射靶材的剖面示意圖；圖3是本實用新型一實施例的長壽命濺射靶材濺射面的平面示意圖；圖4是本實用新型另一實施例的長壽命濺射靶材的剖面示意圖；圖5是本實用新型另一實施例的長壽命濺射靶材濺射面的平面示意圖；圖6A是現(xiàn)有的平面式濺射靶材的消耗曲線示意圖；圖6B是本實用新型一實施例的長壽命濺射靶材的消耗曲線示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種長壽命濺射靶材，根據(jù)濺射情況在濺射靶材的濺射面做 部分加厚設計，解決了當濺射靶材在濺射過程中，使用壽命比較短，靶材的使用效率比 較低，造成原材料浪費和增加生產(chǎn)成本的問題。制作長壽命濺射靶材的靶材坯料可以為單質靶材、合金靶材，或者化合物靶 材。單質靶材一般為高純度的Al、Ta、Ti、Cu等金屬。合金靶材為鈦鋁、鎳銅、鈦鉻 等?；衔锇胁臑檠趸琛⒀趸X。在本實施例中，采用鋁靶材進行說明。所述長壽命濺射靶材的濺射面可以為正方形，矩形或環(huán)形，在本實施例中長壽 命濺射靶材的濺射面為圓形。
以下結合附圖來對本實施例進行具體說明。圖2為本實用新型一實施例中長壽命濺射靶材的剖面示意圖，如圖2所示，所述 長壽命濺射靶材包括濺射面21、冷卻面22和底面23。所述濺射面21為圓形，濺射面21 的背面為冷卻面22。圖3為本實施例圖2長壽命濺射靶材的濺射面21的平面示意圖，所述濺射面21 的表面包括兩個濺射區(qū)域，即濺射面21沿徑向方向由外到里依次為第一濺射區(qū)域A和第 二濺射區(qū)域B，所述第二濺射區(qū)域B包括第三濺射區(qū)域C和第四濺射區(qū)域D。上述第一 濺射區(qū)域A、第二濺射區(qū)域B (第三濺射區(qū)域C和第四濺射區(qū)域D)的中心與上述圓形濺
4射靶材濺射面的中心同心。結合圖2和圖3，所述第一濺射區(qū)域A為環(huán)形平面，第二濺射區(qū)域B包括第三濺 射區(qū)域C和第四濺射區(qū)域D，所述第二濺射區(qū)域B中凹陷部分為第四濺射區(qū)域D，所述第 四濺射區(qū)域D為圓形平面，剩下的濺射區(qū)域為第三濺射區(qū)域C，所述第三濺射區(qū)域C為環(huán) 形平面，所述第三濺射區(qū)域C與第四濺射區(qū)域D的高度不相同(即第三濺射區(qū)域C表面 至底面23的垂直距離與第四濺射區(qū)域D表面至底面23的垂直距離不同)。結合圖2和 圖3，第一濺射區(qū)域A是一個環(huán)形平面，第一濺射區(qū)域A的外徑Dai與上述平面式濺射靶 材濺射面的直徑D相同，范圍為373.218mm-373.618mm，例如，本實施例中Dai可以為 373.418mm。第一濺射區(qū)域A的內(nèi)徑Da2范圍為280.05mm-280.45mm，例如，本實施例 中Da2可以為280.25mm。第二濺射區(qū)域B的外側面是斜面，第二濺射區(qū)域B的直徑為 Db的范圍為255.8mm_256.2mm，例如，在本實施例中Db可以為256mm。在本實施例中，第二濺射區(qū)域B包括第三濺射區(qū)域C和第四濺射區(qū)域D。所述 第二濺射區(qū)域B中凹陷部分為第四濺射區(qū)域D，剩下的區(qū)域為第三濺射區(qū)域C，即所述第 三濺射區(qū)域C與第四濺射區(qū)域D的高度不相同。如圖2和圖3所示，第三濺射區(qū)域C為 環(huán)形平面，第三濺射區(qū)域C的內(nèi)外側面是斜面，第三濺射區(qū)域C的外徑Dci和第二濺射區(qū) 域B的直徑Db重合(在圖2中，只標識了 Dei，第二濺射區(qū)域B的直徑Db圖2未示)， 范圍都為255.8mm_256.2mm，例如，在本實施例中Dci可以為256mm。第三濺射區(qū)域C WRgDc2,范圍為209.8.mm-210.2mm，例如，在本實施例中Dc2可以為210mm。第四 濺射區(qū)域D為圓形平面，它的直徑范圍Dd為203.75mm_204.25mm，例如，在本實施例中 Dd可以為204mm。如圖2所示，所述第三濺射區(qū)域C與第四濺射區(qū)域D的高度不相同。所述第 三濺射區(qū)域C比第一濺射區(qū)域A高hc(hc為第三濺射區(qū)域C至第一濺射區(qū)域A的垂直距 離)。hc的范圍為6mm-8mm，在本實施例中，hc可以為7mm。所述第四濺射區(qū)域D 比第一濺射區(qū)域A高hD(hD為第四濺射區(qū)域D至第一濺射區(qū)域A的垂直距離)，hD的范 圍為3mm-5mm，在本實施例中，hD可以為4mm。因此第三濺射區(qū)域C比第四濺射區(qū)域 D 高 2mm-4mm。本實施例的長壽命濺射靶材將濺射面部分加高，即第三濺射區(qū)域C和第四濺射 區(qū)域D高于第一濺射區(qū)域A，具體地，第一濺射區(qū)域A的高度H2 (即濺射靶材的第一濺 射區(qū)域A至濺射靶材的底面23的垂直距離)的范圍與平面式濺射靶材的總高Hl的范圍 一樣，都為48.06mm_48.46mm，例如，本實施例中長壽命濺射靶材的第一濺射區(qū)域A的 高度H2為48.26mm ；而本實施例的長壽命濺射靶材的總高度為第三濺射區(qū)域C至底面23 的垂直距離，即濺射靶材的總高度比圖1所示的平面式濺射靶材的總高度高6mm-8mm。 另外，如圖2所示，本實施例長壽命濺射靶材的第一臺階高h2和圖1中的平面式濺射靶 材的第一臺階高hi的范圍也相同，為9.96mm-10.36mm，例如，本實施例中第一臺階的 高度 h2 為 10.16mm。本實施例中的長壽命濺射靶材的第一濺射區(qū)域A、第三濺射區(qū)域C和第四濺射 區(qū)域D的高度(分別為第一濺射區(qū)域A、第三濺射區(qū)域C和第四濺射區(qū)域D至底面23的 垂直距離)不同的設計，是因為，物理氣相沉積工藝(濺射工藝)通常用于沉積半導體結 構中所使用的薄層，半導體結構中所使用的薄層質量受物理氣相沉積(濺射)過程中靶材濺射面和半導體結構的距離的影響，在濺射靶材平面的濺射面上做上述各區(qū)域的加厚 設計，既可以保證濺射工藝中半導體結構上薄膜的質量，又可以增加濺射靶材的使用壽 命。圖6A是現(xiàn)有的平面式濺射靶材的消耗曲線示意圖，圖6B是本實用新型一實施 例的長壽命濺射靶材(以下簡稱為改進式濺射靶材)的消耗曲線示意圖。由圖6A可以看出，平面式濺射靶材的剖面以Y軸對稱，圖6A只是顯示平面式 濺射靶材剖面的一半(以右半邊為例)，直線段I表示平面式濺射靶材沒有被消耗的濺射 面，曲線段II表示平面式濺射靶材被消耗后的濺射面(該平面式濺射靶材使用壽命終結 即該平面式濺射靶材再不能被使用)，直線段III表示平面式濺射靶材的冷卻面。直線 段I和曲線段II包圍的面積表示平面式濺射靶材在濺射工藝后被消耗的部分(即平面式 濺射靶材的有效應用部分)，直線段III和曲線段II包圍的面積表示平面式濺射靶材在濺 射工藝后剩余的部分(即平面式濺射靶材的非有效應用部分)。如圖6A所示，平面式濺 射靶材的濺射面的半徑范圍(即直線段I的線段長度)為0mm-161.709mm，在橫坐標為 0mm-150mm的范圍內(nèi)平面式濺射靶材的濺射面在濺射工藝中均有不同程度的消耗，在橫 坐標為100mm-130mm的范圍內(nèi)平面式濺射靶材的濺射面被消耗的最嚴重(即曲線段II在 此處的縱坐標最低為接近10mm)。該平面式濺射靶材的使用壽命只有900kwh (千瓦時或 度)。如圖6B所示，改進式濺射靶材的剖面以Y’軸對稱，圖6B同樣只是顯示改進 式濺射靶材剖面的一半(以右半邊為例)，直線段I’表示改進式濺射靶材沒有被消耗的 濺射面，曲線段II’表示改進式濺射靶材在濺射工藝后被消耗后的濺射面(該改進式濺射 靶材使用壽命終結即該改進式濺射靶材再不能被使用)，直線段III’表示改進式濺射靶 材的冷卻面。直線段I’和曲線段II’包圍的面積表示改進式濺射靶材在濺射工藝后濺 射面被消耗的部分(即改進式濺射靶材的有效應用部分)，直線段III’和曲線段II’包 圍的面積表示改進式濺射靶材的濺射面在濺射工藝后剩余的部分。改進式濺射靶材濺射 面的半徑范圍也為Omm-161.709mm，在橫坐標為0mm-150mm半徑的范圍內(nèi)改進式濺射 靶材的濺射面均有不同程度的消耗，在橫坐標為105mm-128mm半徑的范圍內(nèi)改進式濺 射靶材的濺射面被消耗的最嚴重(即曲線段II’在此處的縱坐標最低為接近10mm)。改 進式濺射靶材的使用壽命為1400kwh (千瓦時或度)。根據(jù)圖6A的平面式濺射靶材的消耗曲線示意圖為參考，本實用新型提供了圖2 所示的改進式濺射靶材，圖6A中，橫坐標為0mm-150mm的范圍內(nèi)平面式濺射靶材的 濺射面在濺射工藝中均有不同程度的消耗，橫坐標100mm-130mm的范圍內(nèi)平面式濺射 靶材的濺射面被消耗的最嚴重(即曲線段II在此處的縱坐標最低為接近10mm)，因此在 如圖2所示的改進式濺射靶材中，設計第三濺射區(qū)域C和第四濺射區(qū)域D來增加濺射靶 材的使用壽命，即在圖6B與圖6A的平面式濺射靶材的消耗程度相近的情況下，改進式 濺射靶材比平面式濺射靶材的使用壽命增加500個kwh(千瓦時或度)。對應的，如圖 6B所示，直線段I’中，橫坐標為105mm-128mm的范圍為改進式濺射靶材的第三濺射 區(qū)域C，它比第一濺射區(qū)域A(直線段I’中，橫坐標為140.125mm-161.709mm的范圍) 高7mm，因為第三濺射區(qū)域C在濺射過程中被消耗的最嚴重。直線段I’中，橫坐標為 0mm-102mm的范圍為改進式濺射靶材的第四濺射區(qū)域D，它比第一濺射區(qū)域A(直線段
6I’中，橫坐標為140.125mm-161.709mm的范圍)高4mm，因為第四濺射區(qū)域D在濺射 靶材濺射過程中也有不同程度的消耗，它的消耗程度在第一濺射區(qū)域A和第三濺射區(qū)域 C之間。因此，本實用新型提供了一種長壽命濺射靶材，即改進式濺射靶材的使用壽命 比平面式濺射靶材的使用壽命長是通過在濺射靶材的濺射面的濺射情況做部分加厚設 計，解決了當濺射靶材在濺射過程中，使用壽命比較短，靶材的使用效率比較低，造成 原材料浪費和增加生產(chǎn)成本的問題。如圖2和圖6B所示，在半徑為105mm-128mm的 范圍內(nèi)改進式濺射靶材的濺射面被加厚7mm，此處對應改進式濺射靶材濺射面的第三濺 射C區(qū)域，因為此處濺射面被消耗的最多。在半徑為0mm-102mm的范圍內(nèi)改進式濺射 靶材的濺射面被加厚4mm，此處對應改進式濺射靶材濺射面的第四濺射區(qū)域D。第四濺 射區(qū)域D的厚度小于第三濺射區(qū)域C的厚度，這樣做可以節(jié)省濺射靶材的原材料，即節(jié) 約成本。如圖6B所示，該改進式濺射靶材中沒有被加厚的部分對應的是該改進式濺射靶 材的第一濺射區(qū)域A。如上所述，該改進式濺射靶材是以Y’軸對稱，圖6B只是顯示 改進式濺射靶材的右半部分，該濺射靶材的左半部分同樣適用。本實用新型的另一個實施例如圖4和圖5所示，圖4是本實用新型另一實施例的 長壽命濺射靶材的剖面示意圖；圖5是本實用新型另一實施例的長壽命濺射靶材濺射面 的平面示意圖。本實施例(圖4和圖5)的長壽命濺射靶材的濺射面41包括第一濺射區(qū)域 4A和第二濺射區(qū)域4B (即濺射時消耗相對較多的區(qū)域)，與前一實施例(圖2和圖3)的 區(qū)別在于，第二濺射區(qū)域4B為圓形平面，第二濺射區(qū)域4B比第一濺射區(qū)域4A高h4B(h4B 為第二濺射區(qū)域4B至第一濺射區(qū)域4A的垂直距離)，即第二濺射區(qū)域4B并不分成第三 濺射區(qū)域和第四濺射區(qū)域，結構相對較簡單。如圖4所示，所述長壽命濺射靶材包括濺射面41、冷卻面42和底面43。所述 濺射面41為圓形，濺射面41的背面為冷卻面42。如圖5所示，所述濺射面41的表面包括兩個濺射區(qū)域，即濺射面41沿徑向方向 由外到里依次為第一濺射區(qū)域4A和第二濺射區(qū)域4B。上述第一濺射區(qū)域4A、第二濺射 區(qū)域4B的中心與上述圓形濺射靶材濺射面的中心同心。結合圖4和圖5，所述第一濺射區(qū)域4A為環(huán)形平面，第二濺射區(qū)域4B為圓形平 面，所述第一濺射區(qū)域4A與第二濺射區(qū)域4B的高度不相同(即第一濺射區(qū)域4A表面至 底面43的垂直距離與第二濺射區(qū)域B表面至底面43的垂直距離不同)。第一濺射區(qū)域 4A是一個環(huán)形平面，第一濺射區(qū)域4A的外徑D4ai與上述平面式濺射靶材濺射面的直徑 D相同，范圍為373.218mm-373.618mm，例如，本實施例中Dai可以為373.418mm。第 一濺射區(qū)域4A的內(nèi)徑D4a2范圍為280.05mm-280.45mm，例如，本實施例中D4a2可以為 280.25mm。第二濺射區(qū)域4B的外側面是斜面，第二濺射區(qū)域4B的直徑為D4b，范圍為 255.8mm_256.2mm，例如，在本實施例中D4b可以為256mm。本實施例的長壽命濺射靶材將濺射面部分加高，即第二濺射區(qū)域4B高于第一 濺射區(qū)域4A，具體地，第一濺射區(qū)域4A的高度H4(即濺射靶材的第一濺射區(qū)域4A至 濺射靶材的底面43的垂直距離)的范圍與平面式濺射靶材的總高Hl的范圍一樣，都為 48.06mm_48.46mm，例如，本實施例中長壽命濺射靶材的第一濺射區(qū)域4A的高度H4為 48.26mm ；而本實施例的長壽命濺射靶材的總高度為第二濺射區(qū)域4B至底面43的垂直距
7離，即長壽命濺射靶材的總高度比圖1所示的平面式濺射靶材的總高度高6mm-8mm，也 等于第二濺射區(qū)域4B的高度比第一濺射區(qū)域4A的高度高的范圍，在本實施例中，可以 為7mm。通過對第二濺射區(qū)域4B的加厚設計，解決了當濺射靶材在濺射過程中，使用 壽命比較短，靶材的使用效率比較低，造成原材料浪費和增加生產(chǎn)成本的問題。另外，如圖4所示，本實施例長壽命濺射靶材的第一臺階高h4和圖1中的平面 式濺射靶材的第一臺階高hi的范圍也相同，為9.96mm-10.36mm，例如，本實施例中第 一臺階的高度h4為10.16mm。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式 上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍情況下，都 可利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本實用新型技術方案作出許多可能的變動和修飾， 或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型的技術方案的內(nèi)容，依 據(jù)本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬 于本實用新型技術方案保護的范圍內(nèi)。
權利要求1.一種長壽命濺射靶材，包括濺射面，其特征在于，所述濺射面的表面包括兩個濺 射區(qū)域，沿徑向方向由外到里依次為第一濺射區(qū)域和第二濺射區(qū)域，所述第二濺射區(qū)域 高于第一濺射區(qū)域，所述兩個濺射區(qū)域的中心與所述濺射靶材的中心同心。
2.如權利要求1所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，所述第一濺射區(qū)域為環(huán) 形，具有第一外徑和第一內(nèi)徑，所述第一外徑范圍為323.218mm-323.618mm，所述第一 內(nèi)徑范圍為 280.05mm-280.45mm。
3.如權利要求1所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，所述第二濺射區(qū)域為圓 形，其直徑范圍為255.8mm-256.2mm
4.如權利要求1所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，所述第二濺射區(qū)域比第一 濺射區(qū)域高6mm-8mm。
5.如權利要求1所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，所述第二濺射區(qū)域包括第 三濺射區(qū)域和第四濺射區(qū)域，所述第三濺射區(qū)域和第四濺射區(qū)域高度不同。
6.如權利要求5所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，所述第三濺射區(qū)域比第一 濺射區(qū)域高6mm-8mm。
7.如權利要求5所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，所述第四濺射區(qū)域比第一 濺射區(qū)域高3mm-5mm。
8.如權利要求5所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，所述第三濺射區(qū)域為環(huán) 形，具有第三外徑和第三內(nèi)徑，所述第三外徑的范圍為255.8mm-256.2mm，所述第三內(nèi) 徑的范圍為 209.8mm-210.2mm。
9.如權利要求5所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，所述第四濺射區(qū)域為圓 形，其直徑范圍為203.75mm_204.25mm。
10.如權利要求1所述的一種長壽命濺射靶材，其特征在于，還包括冷卻面，所述冷 卻面在所述濺射面的背面。
專利摘要一種長壽命濺射靶材，包括濺射面，所述濺射面的表面包括兩個濺射區(qū)域，沿徑向方向由外到里依次為第一濺射區(qū)域和第二濺射區(qū)域，所述第二濺射區(qū)域高于第一濺射區(qū)域，所述兩個濺射區(qū)域的中心與所述濺射靶材的中心同心。解決了當濺射靶材在濺射過程中，使用壽命比較短，靶材的使用效率比較低，造成原材料浪費和增加生產(chǎn)成本的問題。
文檔編號C23C14/34GK201793723SQ20102055222
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權日2010年9月28日
發(fā)明者鄭文翔 申請人:寧波江豐電子材料有限公司