本發(fā)明涉及磁控濺射技術領域，尤其涉及一種磁控濺射陰極裝置及磁控濺射裝置。

背景技術：

磁控濺射設備一般用于集成電路、半導體照明、太陽能電池等領域，由傳送腔體、工藝腔體、控制柜及輔助設備組成。工藝腔體也稱反應腔體或真空腔體，安裝有陰極靶位、襯底樣品臺、氣體管路以及真空管路。陰極靶位按照需要安裝靶材，連接直流電源或射頻電源，并通有冷卻水。需要鍍膜的材料會由傳送腔體傳送至工藝腔體內的襯底樣品臺上。真空管路與分子泵及前級泵連接，用于為工藝腔體提供真空。氣體管路一般以腔壁打通孔的形式接入工藝腔體內，負責將需要的工藝氣體引入工藝腔體。

現(xiàn)有技術中磁控濺射設備設置有陰極靶位裝置，該裝置通常會在陰極與襯底樣品臺之間設置一個與通入工藝腔體內的氣體管路連接的勻氣環(huán)，用于將氣體通入工藝腔體，消除氣體的流動對工藝腔體內真空氣氛的影響，并且使氣體獲得電離。但是由于受到工藝腔體內空間布局的影響，勻氣環(huán)設置在陰極與襯底樣品臺之間，會使得勻氣環(huán)很難與陰極接近，從而增大了氣體與安裝在陰極上的靶材之間的距離，導致氣體不容易被電離，進而對等離子體的產生有一定的影響，最終影響沉積性能。

因此，如何縮短氣體與靶材之間的距離，從而使得氣體容易被電離，是目前亟需解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種磁控濺射陰極裝置及磁控濺射裝置，用以解決現(xiàn)有技術中存在的氣體與靶材之間的距離較大，從而使得氣體不容易被電離的問題。

本發(fā)明實施例提供一種磁控濺射陰極裝置，包括：陰極背板，設置在陰極背板底面的底環(huán)結構，以及氣體管路；其中，

所述底環(huán)結構環(huán)內限定的區(qū)域為靶材放置區(qū)域；

所述底環(huán)結構包括：固定于所述陰極背板底面的上環(huán)，以及固定于所述上環(huán)背離所述陰極背板一側的底環(huán)；所述上環(huán)和底環(huán)之間形成有環(huán)狀中空結構，所述環(huán)狀中空結構面向所述靶材放置區(qū)域的一側設置有氣體通道；

所述氣體管路貫穿所述陰極背板和所述上環(huán)后與所述環(huán)狀中空結構導通。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，所述底環(huán)包括：底板、分別與所述底板的兩端連接的外壁和內壁，所述底板、所述外壁和所述內壁連接構成一環(huán)狀凹槽結構，所述環(huán)狀凹槽結構為所述環(huán)狀中空結構。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，所述環(huán)狀凹槽結構面向所述靶材放置區(qū)域的一側設置的氣體通道為環(huán)狀狹縫氣體通道。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，所述內壁的高度小于所述外壁的高度；所述內壁面向上環(huán)的一面與所述上環(huán)之間形成所述環(huán)狀狹縫氣體通道。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，所述內壁與所述外壁的高度之差為0.01mm～1mm。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，所述上環(huán)由固定螺絲通過平行于上環(huán)軸線的通孔與所述陰極背板連接；所述底環(huán)由固定螺絲通過在所述外壁中平行于底環(huán)軸線的通孔與所述上環(huán)連接。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，所述氣體管路包括貫穿所述陰極背板與所述上環(huán)的通孔；或者，

所述氣體管路包括設置在貫穿所述陰極背板與所述上環(huán)的通孔內的管道，且所述管道在與所述環(huán)狀中空結構連接的一端具有出氣孔。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，還包括：設置于所述上環(huán)與所述氣體管路之間的密封圈。

本發(fā)明實施例還提供了一種磁控濺射裝置，包括：真空腔體，設置于所述真空腔體內的至少一套上述磁控濺射陰極裝置。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射裝置中，每一套所述磁控濺射陰極裝置的靶材放置區(qū)域處安裝有不同材料的靶材。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明實施例提供的一種磁控濺射陰極裝置及磁控濺射裝置，包括：陰極背板，設置在陰極背板底面的底環(huán)結構，以及氣體管路；其中，底環(huán)結構環(huán)內限定的區(qū)域為靶材放置區(qū)域；底環(huán)結構包括：固定于陰極背板底面的上環(huán)，以及固定于上環(huán)背離陰極背板一側的底環(huán)；上環(huán)和底環(huán)之間形成有環(huán)狀中空結構，環(huán)狀中空結構面向靶材放置區(qū)域的一側設置有氣體通道；氣體管路貫穿陰極背板和上環(huán)后與環(huán)狀中空結構導通。由于氣體管路貫穿陰極背板和上環(huán)后與環(huán)狀中空結構導通，并且環(huán)狀中空結構面向靶材放置區(qū)域的一側設置有氣體通道，從而促使氣體能夠通入環(huán)狀中空結構內，并沿著氣體通道通向靶材，因此，有效縮短了氣體與靶材之間的距離，從而使得氣體更容易被電離。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的磁控濺射陰極裝置的結構示意圖之一；

圖2為本發(fā)明實施例提供的磁控濺射陰極裝置的結構示意圖之二；

圖3為本發(fā)明實施例提供的磁控濺射陰極裝置的結構示意圖之三；

圖4為本發(fā)明實施例提供的磁控濺射裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明實施例提供的磁控濺射陰極裝置及磁控濺射裝置的具體實施方式進行詳細地說明。

附圖中各部件的形狀和大小不反映磁控濺射陰極裝置的真實比例，目的只是示意說明本發(fā)明內容。

本發(fā)明實施例提供一種磁控濺射陰極裝置，如圖1至圖3所示，包括：陰極背板101，設置在陰極背板101底面的底環(huán)結構，以及氣體管路102；其中，

底環(huán)結構環(huán)內限定的區(qū)域為靶材放置區(qū)域103；

底環(huán)結構包括：固定于陰極背板101底面的上環(huán)104，以及固定于上環(huán)104背離陰極背板101一側的底環(huán)105；上環(huán)104和底環(huán)105之間形成有環(huán)狀中空結構106，環(huán)狀中空結構106面向靶材放置區(qū)域103的一側設置有氣體通道107；

氣體管路102貫穿陰極背板101和上環(huán)104后與環(huán)狀中空結構106導通。

具體地，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，由于氣體管路102貫穿陰極背板101和上環(huán)104后與環(huán)狀中空結構106導通，并且環(huán)狀中空結構106面向靶材放置區(qū)域103的一側設置有氣體通道107，從而促使氣體能夠通入環(huán)狀中空結構106內，并沿著氣體通道107通向靶材，因此，有效縮短了氣體與靶材之間的距離，從而使得氣體更容易被電離。

在具體實施時，為了將工藝氣體導入環(huán)狀中空結構106，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，氣體管路102的設置方式可以有多種，例如，如圖1所示，氣體管路102可以包括貫穿陰極背板101與上環(huán)104的通孔a；又如，如圖2所示，氣體管路102可以包括設置在貫穿陰極背板101與上環(huán)104的通孔a內的管道b，且管道b在與環(huán)狀中空結構106連接的一端具有出氣孔，出氣孔面向靶材放置區(qū)域103。當然，氣體管路102還可以有其他的設置方式，在此不做限定。

在具體實施時，由于本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中用底環(huán)結構代替了現(xiàn)有技術中的勻氣環(huán)，因此，為了將氣體通入工藝腔體，并消除氣體的流動對工藝腔體內真空氣氛的影響，底環(huán)中的環(huán)狀中空結構106可以有多種實現(xiàn)方式。例如，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，如圖1至圖2所示，底環(huán)105可以包括：底板、分別與底板的兩端連接的外壁和內壁，底板、外壁和內壁連接構成一環(huán)狀凹槽結構，環(huán)狀凹槽結構為環(huán)狀中空結構106。又如，環(huán)狀中空結構106還可以為由上環(huán)104的底板、外壁和內壁連接構成的一環(huán)狀凹槽結構，或者由上環(huán)104的底板、外壁和內壁連接構成的一環(huán)狀凹槽結構，以及底環(huán)105的底板、外壁和內壁連接構成的一環(huán)狀凹槽結構共同組成，在此不做限定。以下均以底環(huán)105的底板、外壁和內壁連接構成的一環(huán)狀凹槽結構為環(huán)狀中空結構106為例進行說明。

在具體實施時，為了有效縮短氣體與靶材之間的距離，以便使盡可能多的氣體獲得電離，環(huán)狀凹槽結構面向靶材放置區(qū)域103的一側設置的氣體通道107可以有多個，較佳地，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，如圖1至圖2所示，環(huán)狀凹槽結構面向靶材放置區(qū)域103的一側設置的氣體通道107為環(huán)狀狹縫氣體通道。

在具體實施時，環(huán)狀狹縫氣體通道的實現(xiàn)方式可以有多種，為了使氣體與靶材之間的距離最小化，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，可以通過內壁與外壁之間的高度差實現(xiàn)環(huán)狀狹縫氣體通道，但并不限于上述實現(xiàn)方式。

較佳地，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，如圖1至圖2所示，內壁的高度小于外壁的高度；內壁面向上環(huán)104的一面與上環(huán)104之間形成環(huán)狀狹縫氣體通道。這樣設置，使由環(huán)狀狹縫氣體通道流出的氣體原子第一時間被來自靶材的電場能量電離分解，生成陽離子及帶電粒子，在靶材表面區(qū)域形成等離子體，從而縮短等離子體與靶材之間的距離，進而提高等離子體的轟擊效果，提高沉積性能。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，為了滿足不同氣體的要求，內壁和外壁之間的高度差可以調節(jié)。內壁和外壁之間的高度差的調節(jié)方式可以有多種，例如，可以設置內壁的高度固定，外壁的高度通過伸縮進行調節(jié)，且保證外壁的高度大于內壁的高度；又如，可以設置外壁的高度固定，內壁的高度通過伸縮進行調節(jié)，并保證外壁的高度大于內壁的高度；再如，可以設置內壁和外壁的高度均通過伸縮進行調節(jié)，且外壁的高度大于內壁的高度，在此不做限定。

在具體實施時，由于環(huán)狀狹縫氣體通道的高度為外壁與內壁的高度之差，氣體從環(huán)狀狹縫氣體通道流出并吹向靶材，因此，為了使氣體更接近能夠產生等離子體的區(qū)域，從而更容易被電離，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，內壁與外壁的高度之差可以為0.01mm～1mm。較佳地，內壁與外壁的高度之差可以為0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1mm。

在具體實施時，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，上環(huán)104與底環(huán)105之間可以有多種連接方式，例如，可以通過膠合的方式進行連接；又如，可以通過相互配合的凹槽與相應的凸起壓合的方式進行連接；再如，采可以用螺絲的方式進行連接，在此不做限定。當上環(huán)104與底環(huán)105采用螺絲的方式進行連接時，上環(huán)104可以由固定螺絲通過平行于上環(huán)軸線的通孔與陰極背板101連接；底環(huán)105可以由固定螺絲通過在外壁中平行于底環(huán)軸線的通孔與上環(huán)104連接，以實現(xiàn)上環(huán)104與底環(huán)105軸向重疊連接。上環(huán)104與底環(huán)105的材質可以為金屬或陶瓷。為了使底環(huán)105與上環(huán)104之間形成密封連接，在底環(huán)105的外壁與上環(huán)104之間還可以設置密封圈進行密封。

在具體實施時，為了使金屬材質的氣體管路102與上環(huán)104之間形成密封連接，從而確保氣體不會從貫穿陰極背板101及上環(huán)104的通孔a處流出，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置中，如圖2所示，還可以包括設置于上環(huán)104與氣體管路102之間的至少一個密封圈108。密封圈108通過密封上環(huán)104與氣體管路102之間的縫隙，使得通入環(huán)狀中空結構106的氣體不會通過通孔a逆流。

基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明實施例提供了一種磁控濺射裝置，如圖4所示，包括：真空腔體401，設置于真空腔體401內的至少一套上述磁控濺射陰極裝置402。該磁控濺射裝置的實施可以參見上述磁控濺射陰極裝置的實施例，重復之處不再贅述。

具體地，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射裝置中，真空腔體401的作用是隔離出一個密閉空間，用真空泵等真空設備在這個密閉空間產生一定真空度的氣體環(huán)境。磁控濺射陰極裝置402可以固定于真空腔體401的頂部或底部。較佳地，可以將磁控濺射陰極裝置402的陰極背板101通過連桿或直接固定于真空腔體401的頂部或底部。陰極背板101可以為餅狀圓柱形，采用導電材料，內部嵌有永磁鐵，其底部中心位置固定靶材，圍繞靶材一周安裝有上環(huán)104和底環(huán)105。靶材根據實際需要選擇不同材料，作為磁控濺射工藝中鍍膜材料的材料源。為與靶材放置區(qū)域103相匹配，靶材需呈餅狀圓柱形。磁控濺射陰極裝置402的氣體管路102一般以腔壁打通孔的形式接入真空腔體401內，負責將需要的工藝氣體引入真空腔體401。磁控濺射裝置還可以包括襯底樣品臺和真空管路。襯底樣品臺的作用是放置用于鍍膜的襯底，并與磁控濺射陰極裝置402分別設置于真空腔體401的底部和頂部。真空管路與分子泵及前級泵連接，用于為真空腔體401提供真空。

在具體實施時，當包括兩套以上的磁控濺射陰極裝置402時，在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射裝置中，每一套磁控濺射陰極裝置402的靶材放置區(qū)域103處可以安裝有不同材料的靶材。

并且，由于在每一套磁控濺射陰極裝置402的靶材放置區(qū)域103可以獨立擁有一套氣體管路102，因此，可以根據安裝靶材的不同分別通入不同類型的氣體，達到多種薄膜疊層濺射的效果，同時避免了不同靶材放置區(qū)域103間不同氣體的交叉污染。

進一步地，現(xiàn)有技術中勻氣環(huán)設置在真空腔體內，經過一定時間使用后會在其表面附著一層生成物，不同靶材的生成物之間在等離子體的作用下會產生一定的污染。長時間使用后如果不及時進行清理，由于生成物表面應力的不同，會產生爆膜并脫落，從而污染工藝腔室；也使襯底上鍍膜后的材料表面產生色斑或花片。在本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射裝置中，由于每一套磁控濺射陰極裝置402可以對應安裝同一靶材，因此，多套獨立的磁控濺射陰極裝置402對應安裝的不同靶材的生成物之間在等離子體的作用下不會相互污染。同一套磁控濺射陰極裝置402內只會產生一種靶材生成物，顯然，不會因為不同靶材的生成物表面應力的不同，導致爆膜并脫落，進而可以防止污染真空腔體，避免襯底上鍍膜后的材料表面產生色斑或花片。

本發(fā)明實施例提供的上述磁控濺射陰極裝置及磁控濺射裝置，包括：陰極背板，設置在陰極背板底面的底環(huán)結構，以及氣體管路；其中，底環(huán)結構環(huán)內限定的區(qū)域為靶材放置區(qū)域；底環(huán)結構包括：固定于陰極背板底面的上環(huán)，以及固定于上環(huán)背離陰極背板一側的底環(huán)；上環(huán)和底環(huán)之間形成有環(huán)狀中空結構，環(huán)狀中空結構面向靶材放置區(qū)域的一側設置有氣體通道；氣體管路貫穿陰極背板和上環(huán)后與環(huán)狀中空結構導通。由于氣體管路貫穿陰極背板和上環(huán)后與環(huán)狀中空結構導通，并且環(huán)狀中空結構面向靶材放置區(qū)域的一側設置有氣體通道，從而促使氣體能夠通入環(huán)狀中空結構內，并沿著氣體通道通向靶材，因此，有效縮短了氣體與靶材之間的距離，從而使得氣體更容易被電離。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。