CN100567560C - 嵌套式溅射靶及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌套式溅射靶及其制造方法，本发明溅射靶包括靶材1和靶托2，其中靶材1具有凸台结构，靶材1的凸台结构部分嵌套在靶托2内。本发明结构简单，使用后剩余靶材可以回收，减少贵重金属的浪费；其次，靶托可采用铝、铜等金属材料，节省了贵重的溅射材料；本发明制造方法不用焊接，方法简单，生产成本低。

Description

嵌套式溅射靶及其制造方法

技术领域

本发明属于溅射靶，具体地说涉及一种嵌套式溅射靶及其制造方法。

背景技术

物理气相沉积(PVD)溅射是最重要的薄膜材料制备方法之一，它是在真空室中利用荷能离子轰击靶表面，使被轰击出的靶材粒子沉积在基片上的成膜技术。溅射镀膜技术在半导体、存储记录以及显示器等相关产业中，有着极其广泛的应用，溅射靶材也就有非常大的需求。

在材料的纯度、显微组织结构等方面溅射靶都有一定的要求，尤其是在半导体集成电路领域，靶材的杂质含量控制严格，晶粒要求细小均匀。此外，靶材与靶托的连接要求紧密、可靠，并且保证传热、导电性能良好。因而靶材的制造难度大、成本高。但是，靶材在溅射镀膜时用到一定程度后就会停止使用，还残留相当一部分没有消耗掉，造成了较大的浪费。尤其对于稀有、贵重金属材料来说，溅射靶的高成本和低利用率是不可取的。在专利《溅射靶》(99243973.6)中描述了几种特定形貌横截面的溅射靶，其靶材与靶托之间是平面接触。实际上，在集成电路等镀膜生产线上，靶材的横截面形貌是由溅射基台决定的，高纯度、组织细小均匀、与靶托合理可靠连接等才是制作优质靶材的关键。通常的制造方法是：溅射靶的高纯原材料经过一定的塑性变形、热处理后加工成靶坯，再按照溅射基台的尺寸特征要求加工成靶材，然后采用冷压焊、钎焊、扩散焊、电子束熔焊等方法将靶材与靶托连接起来。应用焊接方法连接时需要考虑靶材与靶托材料之间的相容性、焊接可能产生的缺陷、焊接过程对靶材组织性能的影响等因素，因此，涉及的工艺参数多，过程复杂，加工成本高。如专利《真空溅射系统阴极靶的粘接方法》(申请号：90109471.4)中公开的钎焊法，靶材、靶托表面预处理后，将低熔点的In，Sn等钎料涂在它们之间，加热后钎料熔化填充连接处间隙使得两者结合。靶材与靶托之间热物性参数的不同，以及母材与焊料的浸润性等都会影响焊接性能。而扩散焊接更加复杂困难，对焊接材料的相容性和真空焊接设备等的要求高。

发明内容

本发明目的是提供一种制作简单、生产成本低的嵌套式溅射靶。

本发明的另一目的是提供嵌套式溅射靶的制造方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种嵌套式溅射靶，由靶材1、靶托2组成，其中靶材1具有凸台结构，靶材1的凸台结构部分嵌套在靶托2内。

上述溅射靶中所述的靶材，其所用的材料可以是Ti、V、Cr、Ni、Co、Zr、Ta、Au、Pt、Pd、NiPt、NiCr或NiV等金属之一种。靶材晶粒尺寸控制在100μm以内，通常为20～100μm，细小均匀。

上述溅射靶中所述的靶托，其所用的材料可以是高强度的铝合金、无氧铜及铜合金等金属之一种。

上述嵌套式溅射靶的制造方法，包括如下步骤：

(1)以高纯度金属为原材料，真空熔炼成铸锭，然后按照50～80％的变形量将铸锭进行锻压和轧制，制成厚度为2～10mm的板坯，退火0.5～2hr后压平；再将板坯加热到低于材料的再结晶温度，同时预热模具至100～300℃，然后将板坯经精密模锻加工制备成底部形成凸台结构的靶材；

(2)机加工出与靶材1相配合的靶托2，靶托内径略小于靶材1底部外径；

(3)将靶材、靶托进行精加工，再依次用丙酮或酒精、纯净水将靶材和靶托表面清洗干净，然后将靶托加热到100～250℃，再将靶材的凸台部分迅速挤入靶托内，然后让嵌套式复合体空冷，制得嵌套式溅射靶。

上述制造方法中所述的靶材，其所用的材料可以是Ti、V、Cr、Ni、Co、Zr、Ta、Au、Pt、Pd、NiPt、NiCr或NiV等金属之一种。

上述制造方法中所述的靶托，其所用的材料是导热性好、热膨胀系数高的金属材料，如铝合金、无氧铜或铜合金等金属之一种。

经过上述制造方法中锻压和轧制等过程，本发明可将靶材的晶粒尺寸控制在100μm以内，通常为20～100μm。

本发明的优点是：(1)本发明结构简单，具有良好的导电性、传热性和一定的结合强度；(2)本发明使用后靶材可以回收，减少靶材材料贵金属的浪费；(3)本发明采用铝或铜靶托，能够节省贵重的溅射材料，并且减轻溅射靶的重量；(4)本发明方法避免复杂的焊接工艺，制造方法简单，成本低。

附图说明

图1为靶材加工过程流程图。

1A为铸锭          1B为由铸锭加工成的圆板

1C为加工后的靶材

图2为靶托结构示意图。

2为靶托

图3为嵌套式溅射靶的剖视图。

1为靶材，2为靶托。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的方法作进一步说明。

实施例1

Ta/Cu溅射靶的制作

(1)见图1所示，将纯Ta(纯度99.995％)经真空电子束熔炼成

的高纯铸锭(见图1A)，再在室温下交叉轧制成厚约5mm的圆板(见图1B)，变形量为60％，然后在1200℃进行退火处理，时间0.5hr，真空度10^-2Pa量级。金相分析表明，Ta的晶粒细小均匀，尺寸60～80μm。退火后再将板坯加热到400℃，同时预热模具(约200℃)，采用液压机进行模锻加工，制得类似于图1中形貌的靶材(见图1C)；

(2)选用无氧铜作为靶托材料，机加工出与靶材配合的靶托(见图2)，其中靶托内径略小于靶材底部外径；

(3)用丙酮、清水将靶材和靶托表面清洗干净，然后将无氧铜靶托加热到200℃，接着将Ta靶材迅速挤入靶托内，经过热胀冷缩后，Cu靶托和Ta靶材嵌套配合紧密，组成溅射靶(见图3)。

实施例2

NiPt/6061Al溅射靶的制作

(1)以纯Ni(纯度99.95％)和纯Pt(纯度99.99％)为原材料，按照一定的成分比例真空感应熔炼成

的合金铸锭。将铸锭进行锻压和轧制，变形量为75％，在700℃进行退火处理，时间1hr，真空度10^-1Pa量级，最终板材厚度为3.5mm(见图1B)。金相分析表明，NiPt的组织细小均匀，晶粒尺寸30～50μm。将板坯加热到600℃，同时预热模具，采用液压机进行模锻加工，靶材的中心部位根据装配需要通过线切割切除，切除的圆片留下来备用，重新熔炼后，可以制备新的靶材。

(2)选用6061Al合金作为靶托材料，机加工出与靶材配合的环形靶托(见图2)，其中靶托内径略小于靶材底部凸台外径，相应地靶托中心部位通过机加工车除。

(3)靶材和靶托表面用丙酮、清水等清洗干净。待Al合金靶托加热到150℃后，将NiPt靶材迅速挤入靶托内，然后随着复合体冷却，Al合金靶托和NiPt靶嵌套配合紧密，组成溅射靶。

与常规的贵金属靶材相比，采用本发明得到的靶材组织更加均匀，晶粒能够细小1个数量级，靶材的利用率大幅度提高，同时与靶托的连接工艺大大简化，成功率接近100％，制作成本能够减少40％～80％。

Claims (3)

1、一种嵌套式溅射靶的制造方法，包括如下步骤：

(a)以高纯度金属为原材料，真空熔炼成铸锭，然后按照50～80％的变形量将铸锭进行锻压和轧制，制成厚度为2～10mm的板坯，退火0.5～2hr后压平；再将板坯加热到低于材料的再结晶温度，同时预热模具至100～300℃，然后将板坯经精密模锻加工制备成底部形成凸台结构的靶材；

(b)机加工出与靶材(1)相配合的靶托(2)，靶托内径略小于靶材(1)底部外径；

(c)将靶材(1)、靶托(2)进行精加工，再依次用丙酮或酒精、纯净水将靶材和靶托表面清洗干净，然后将靶托加热到100～250℃，再将靶材的凸台部分迅速挤入靶托内，然后让嵌套式复合体空冷，制得嵌套式溅射靶。

2、按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的靶材的材料是Ti、V、Cr、Ni、Co、Zr、Ta、Au、Pt、Pd、NiPt、NiCr或NiV。

3、按照权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述的靶托的材料是铝合金、无氧铜或铜合金。

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