CN104593719A - 靶材的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材的制作方法，包括：提供第一靶材坯料；对所述第一靶材坯料进行锻打，形成第二靶材坯料；对所述第二靶材坯料进行静压，形成第三靶材坯料；对所述第三靶材坯料进行压延，形成第四靶材坯料；对所述第四靶材坯料进行热处理，形成靶材。采用本发明的技术方案，可以节省现有技术中锻打后的第一热处理、静压后的第二热处理步骤，因此，简化了工艺流程、降低了生产成本、提高了生产效率。同时产品质量也得到保证。从而提高了溅镀速度、进而提高了基片上所镀膜层的质量。

Description

靶材的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种靶材的制作方法。

背景技术

真空溅镀是由电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子（或分子）沉积在基片上成膜，而最终达到对基片表面镀膜的目的。

沉积铝的真空溅镀工艺中使用铝靶材。现有技术中，铝靶材的制作方法如下：

首先，提供第一靶材坯料，所述第一靶材坯料为圆柱体。

接着，对第一靶材坯料进行锻打，锻打后，形成第二靶材坯料，第二靶材坯料也为圆柱体。

接着，对第二靶材坯料进行第一热处理，使第二靶材坯料内部进行结晶，形成第三靶材坯料。第一热处理的温度为200℃～300℃，保温时间为20min～30min。

接着，将第三靶材坯料放在静压机上进行静压，静压时间小于1min，形成第四靶材坯料，第四靶材坯料也为圆柱体。静压机上的压头只是从第三靶材坯料的高度方向下压第三靶材坯料的上表面（圆形面），使第三靶材坯料的高度被压缩50%～60%。

接着，对第四靶材坯料进行第二热处理，使第四靶材坯料内部再次进行结晶，形成第五靶材坯料。第二热处理的温度为200℃～300℃，保温时间为20min～30min。

接着，对第五靶材坯料在常温下进行压延处理，形成第六靶材坯料。第六靶材坯料也为圆柱体。

接着，对第六靶材坯料进行第三热处理，形成靶材。第三热处理的为100℃～200℃，保温时间为20min～30min。

现有技术中形成的铝靶材内部的晶粒尺寸较大，为400μm～600μm。而且晶粒分布不均匀，从而影响溅镀速度、进而影响基片上所镀膜层的质量。

有鉴于此，实有必要提出一种新的铝靶材的制作方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明解决的问题是采用现有的技术中的方法，形成的铝靶材内部的晶粒尺寸较大，为400μm～600μm。而且晶粒分布不均匀，从而影响溅镀速度、进而影响基片上所镀膜层的质量。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材的制作方法，包括：

提供第一靶材坯料；

对所述第一靶材坯料进行锻打，形成第二靶材坯料；

对所述第二靶材坯料进行静压，形成第三靶材坯料；

对所述第三靶材坯料进行压延，形成第四靶材坯料；

对所述第四靶材坯料进行热处理，形成靶材。

可选的，所述第一靶材坯料的材料为铝。

可选的，所述第二靶材坯料为圆柱体。

可选的，所述静压为八角静压，所述第三靶材坯料为正八棱柱，或者，所述静压为九角静压，所述第三靶材坯料为正九棱柱。

可选的，所述静压的具体工艺步骤为：

将第二靶材坯料放置在静压机上；

所述静压机的压头对第二靶材坯料的侧面施加静压压力；

对第二靶材坯料的侧面施加所述静压压力后，对第二靶材坯料的上、下表面施加所述静压压力。

可选的，所述静压温度为23℃～30℃，所述静压压力为3吨～5吨。

可选的，所述第一靶材坯料为圆柱体，所述锻打后，相对于所述第一靶材坯料的高度，第二靶材坯料的高度被拉伸60%～70%。

可选的，所述锻打的温度为100℃～200℃，所述锻打的压力为6吨～7吨。

可选的，所述压延的温度为20℃～30℃，所述第四靶材坯料为圆柱体，所述压延后，所述第四靶材坯料的高度被压缩60%～70%。

可选的，所述热处理的温度为100℃～200℃，所述热处理的时间为20min～30min。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

将第一靶材坯料进行锻打，使第一靶材坯料中的粗大枝状晶粒和柱状晶粒打碎变为细小晶粒，形成第二靶材坯料。接着直接将第二靶材坯料进行静压，进一步细化细小晶粒，静压施加压力的过程比较缓慢，进一步细化成细小晶粒后，晶粒状态不稳定，在静压工艺中结晶成稳定状态的细小晶粒。然后直接进行压延，将静压工艺中结晶形成的较大晶粒再次进一步细化成更加细小的晶粒（晶粒尺寸100μm），形成第四靶材坯料，而且第四靶材坯料内部的晶粒分布很均匀。形成第四靶材坯料后，对所述第四靶材坯料进行热处理，以消除残余应力，形成靶材，使得后续对靶材进行机械加工时，防止出现变形的现象。采用本发明的技术方案，可以节省现有技术中锻打后的第一热处理、静压后的第二热处理步骤，因此，简化了工艺流程、降低了生产成本、提高了生产效率。同时产品质量也得到保证。从而提高了溅镀速度、进而提高了基片上所镀膜层的质量。

附图说明

图1是本发明的具体实施例的第一靶材坯料的结构示意图；

图2是本发明的具体实施例的第二靶材坯料的结构示意图；

图3是本发明的具体实施例的第三靶材坯料的结构示意图；

图4是本发明的具体实施例的将第三靶材坯料压延成第四靶材坯料时的示意图；

图5是本发明的具体实施例的第四靶材坯料的结构示意图；

图6是本发明的具体实施例中的压延过程中的旋转角度和压延方向示意图；

图7是本发明的具体实施例中将第四靶材坯料进行热处理时的示意图。

具体实施方式

经过创造性劳动，提出一种新的靶材的制作方法，具体为，

执行步骤S11，提供第一靶材坯料；

执行步骤S12，对所述第一靶材坯料进行锻打，形成第二靶材坯料；

执行步骤S13，对所述第二靶材坯料进行静压，形成第三靶材坯料；

执行步骤S14，对所述第三靶材坯料进行压延，形成第四靶材坯料；

执行步骤S15，对所述第四靶材坯料进行热处理，形成靶材。

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

首先，参考图1，执行步骤S11，提供第一靶材坯料30。

本实施例中，第一靶材坯料30为圆柱体。其中第一靶材坯料30的高度为h1。其他实施例中，第一靶材坯料30的截面除了是圆形，还可以为其他形状，例如为长方形，正方形、环形，其他规则或不规则的形状。本实施例中，第一靶材坯料30的材料为铝，而且，铝的纯度要求在99.999%以上。其他实施例中，第一靶材坯料30也可以为其他符合溅镀性能的材料。

接着，结合图2，执行步骤S12，对所述第一靶材坯料30（参考图1）进行锻打，形成第二靶材坯料31。

所述锻打的实施方式为利用空气锤对第一靶材坯料30进行多方向的打击，包括沿着与第一靶材坯料30的圆周方向对第一靶材坯料30进行击打和利用空气锤对着第一靶材坯料30的上表面进行击打。沿着圆周方向对第一靶材坯料30进行击打使得第一靶材坯料30的高度增加，而圆形横截面积减小，对第一靶材坯料30的上表面进行击打使得第一靶材坯料30的高度降低，而圆形横截面积增大。

经过发明人多次实践后的总结，以锻打对第一靶材坯料30的变形率来衡量锻打的程度，所述变形率以△H表示，其定义为：

△H=|h1-h2|/h1

本实施例中，h1为锻打之前第一靶材坯料30的高度，h2为锻打完成后形成的第二靶材坯料的高度。

本实施例中，采用利用空气锤沿着第一靶材坯料30的圆周方向对第一靶材坯料30进行击打和利用空气锤对第一靶材坯料30的上表面进行击打的两种锻打方式交替进行。所述锻打温度为100℃～200℃，锻打的压力为6吨～7吨。所述锻打为拉伸锻打，形成第二靶材坯料31，第二靶材坯料31也为圆柱体，与第一靶材坯料30的高度相比，第二靶材坯料31的高度增加，其变形率达到60%～70%。

对第一靶材坯料30进行上述方式的锻打具有以下优点：能够减少第一靶材坯料30的变形抗力，因而减少被锻打的第一靶材坯料30变形时所需的锻压力，使锻压施加的力度大大减小。同时使第一靶材坯料30中的粗大枝状晶粒和柱状晶粒打碎变为细小晶粒，使第一靶材坯料30中原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等被压实和焊合，使形成的第二靶材坯料31的组织变得更加紧密，从而可以提高第二靶材坯料31的塑性和力学性能。锻打的程度不够，则对于第一靶材坯料30内部组织的改善效果，以及晶粒细化的程度不够。而变形率太大，形成的第二靶材坯料31性能较脆，容易在加工中出现裂纹。

执行步骤S13，参考图3，对所述第二靶材坯料31（参考图2）进行静压，形成第三靶材坯料32。

本实施例中，所述静压为八角冷静压，静压工艺后形成的第三靶材坯料32为正八棱柱。具体过程如下：

将第二靶材坯料31放置在静压机（图未示）上，常温下（23℃～30℃），静压机的压头对第二靶材坯料31的侧面施加静压压力，所述静压压力为3吨～5吨，每一次压头的施压时间为2min～3min。使部分第二靶材坯料31的侧面静压成一个平面，该平面为第一平面，同时也为后续形成的正八棱柱的一个侧面，该侧面为第一侧面。此时，形成第一静压中间体。第一静压中间体除第一平面以外的侧面都为曲面。

接着，将第一静压中间体顺时针旋转135度角，静压机的压头继续下压第一静压中间体的侧面，使得部分第一静压中间体的曲面静压成一个平面，该平面为第二平面，第二平面与第一平面相邻，且互成135度角。第二平面也为后续形成的正八棱柱的第二侧面。当然，第二侧面与第一侧面相连且互成135度角。此时，形成第二静压中间体。

接着，将第二静压中间体顺时针旋转135度角，静压机的压头继续下压第二静压中间体的侧面，使得部分第二静压中间体的曲面静压成一个平面，该平面为第三平面，第三平面与第二平面相邻，且互成135度角。第三平面也为后续形成的正八棱柱的第三侧面。当然，第三侧面与第二侧面相连且互成135度角。此时，形成第三静压中间体。

接着，将第三静压中间体顺时针旋转135度角，静压机的压头继续下压第三静压中间体的侧面，使得部分第三静压中间体的曲面静压成一个平面，该平面为第四平面，第四平面与第三平面相邻，且互成135度角。第四平面也为后续形成的正八棱柱的第四侧面。当然，第四侧面与第三侧面相连且互成135度角。此时，形成第四静压中间体。

接着，将第四静压中间体顺时针旋转135度角，静压机的压头继续下压第四静压中间体的侧面，使得部分第四静压中间体的曲面静压成一个平面，该平面为第五平面，第五平面与第四平面相邻且互成135度角，而且第五平面与第一平面平行。第五平面也为后续形成的正八棱柱的第五侧面。当然，第五侧面与第四侧面相邻且互成135度角，而且第五侧面与第一侧面平行。此时，形成第五静压中间体。

接着，将第五静压中间体顺时针旋转135度角，静压机的压头继续下压第五静压中间体的侧面，使得部分第五静压中间体的曲面静压成一个平面，该平面为第六平面，第六平面与第五平面相邻，且互成135度角，第六平面与第二平面平行。第六平面也为后续形成的正八棱柱的第六侧面。当然，第六侧面与第五侧面相连且互成135度角，第六侧面与第二侧面平行。此时，形成第六静压中间体。

接着，将第六静压中间体顺时针旋转135度角，使得部分第六静压中间体的曲面静压成一个平面，该平面为第七平面，第七平面与第六平面相邻，且互成135度角，第七平面与第三平面平行。第七平面也为后续形成的正八棱柱的第七侧面。当然，第七侧面与第三侧面相连且互成135度角，第七侧面与第三侧面平行。此时，形成第七静压中间体。

最后，将第七静压中间体顺时针旋转135度角，使得部分第七静压中间体的曲面静压成一个平面，使得第七静压中间体的曲面静压成一个平面，该平面为第八平面，第八平面同时与第一平面、第七平面相邻，且互成135度角。因此，第八平面将第一平面和第七平面相连。第八平面也为后续形成的正八棱柱的第八侧面。当然，第八侧面同时与第一侧面、第七侧面相连且互成135度角。此时，形成第一正八棱柱。

然后将第一正八棱柱翻转90度角，使静压机的压头对第一正八棱柱的上表面或下表面（正八边形）施加静压压力，使得第一正八棱柱的高度变小、第一正八棱柱的正八边形截面积变大，形成第二正八棱柱。

其他实施例中，形成第一静压中间体后，可以将第一静压中间体依次逆时针旋转135度角，依次形成第二静压中间体至第一正八棱柱。

形成第二正八棱柱后，相对于第二靶材坯料31，第二正八棱柱的高度下降，为h3，变形率为70%～80%。上述八角冷静压工艺对第二靶材坯料31的施压过程缓慢，与所施加的压力大小共同作用，能够使静压中间体内部的晶粒进一步破碎，并且由于上述八角冷静压工艺的施压缓慢，进一步破碎的晶粒状态很不稳定，为了趋于稳定，还是在八角冷静压工艺的过程中，形成的第二正八棱柱内部自动实现了结晶过程，而且结晶后的晶粒在第二正八棱柱的内部分布很均匀。因此，本实施例的八角冷静压工艺为先破碎晶粒、后结晶两个过程相结合的工艺，而且，结晶后的第二正八棱柱内部的晶粒分布均匀。因此，节省了现有技术中锻打后的第一热处理步骤、静压后的第二热处理步骤，因此，八角冷静压工艺节省了制作靶材的制作步骤、简化了工艺流程、降低了生产成本，提高了生产效率，而且形成的第二正八棱柱内部的晶粒分布均匀。

其他实施例中，所述静压也可以为九角冷静压，静压工艺后形成的第三靶材坯料32为正九棱柱。相对于第二靶材坯料31，正九棱柱的高度下降，为h3，变形率也为70%～80%。

需要说明的是，本实施例中，静压工艺后形成的第三靶材坯料中的棱柱棱数大于9或者变形率大于80%，静压工艺过程中晶粒会过分破碎，很难控制后续的结晶过程，例如，后续形成的第三靶材坯料中的晶粒分布不均匀或者过分破碎的晶粒状态本身很稳定，没有结晶过程。静压工艺后形成的第三靶材坯料中的棱柱棱数小于8或者变形率小于70%，形成的第三靶材坯料中的晶粒破碎程度不够，而且无法实现均匀的结晶过程，从而无法制作出晶粒细小而且晶粒分布均匀的靶材，进而无法在基片上形成均匀的膜层。

接着，参考图4和图6，对所述第三靶材坯料32进行压延，形成第四靶材坯料33。

本实施例中，所述压延为在压延机（calender）的两个辊筒1之间，由辊筒1挤压原本厚度为h3的第三靶材坯料32的上下表面（正八边形的面），缩小第三靶材坯料32的厚度为h4，而展开其上下表面积。经过多次的压延，最终把第三靶材坯料32展延成厚度为h4的第四靶材坯料33。

本实施例中，形成第四靶材坯料33后，相对于第三靶材坯料32，变形率为60%～70%。为了使得压延后的第四靶材坯料33的各个部分比较均匀一致，优选地，每进行一次压延，都会将每一次压延后的第三靶材坯料旋转同样的预设角度，然后再进行下一次的压延。本实施例中，所述预设角度在30°～150°之间。

参考图6，图6中双向箭头所示的方向为第三靶材坯料直接进行压延的方向，单向箭头所示的方向为第三靶材坯料进行旋转的方向，图6中所示的1～8是为了方便确定对所述第三靶材坯料压延后进行旋转的角度而设定的标记。举例来说，若第三靶材坯料上的某一个点从3的位置逆时针旋转到了8的位置，则可以获知所述第三靶材坯料在压延过程中逆时针旋转了135°。若第三靶材坯料上的某一个点从3的位置逆时针旋转到了2的位置，则可以获知所述第三靶材坯料在压延过程中逆时针旋转了45°，本实施例中，每对第三靶材坯料进行一次压延后，都会对其进行相同角度的旋转以确保压延后的第三靶材坯料比较均匀，具体采用多大的旋转角度，由实际情况而定。本实施例中，优选地，所述预设角度为45°。

在实际应用中，每压延一次的压延量可以根据实际的需求进行相应地调整，以使得第三靶材坯料可以以最优的方式压延至第四靶材坯料的尺寸。本实施例中，每进行一次压延，压延量为待压延的第三靶材坯料高度的8%。

本实施例中的压延工艺起到了更进一步破碎晶粒的作用，使得在静压工艺中结晶的较大尺寸的晶粒进一步细化。细化后的晶粒大小为100μm，而且这些细小的晶粒分布很均匀。需要说明的是，本实施例中的压延工艺，不需要将进一步细化的晶粒进行再结晶，可以防止进一步细化的晶粒尺寸变大。

需要说明的是，本实施例中，压延的温度为20℃～30℃，温度太高，容易在上述压延的过程中发生再结晶，从而影响后续形成的靶材溅射性能，严重时，无法进行溅射。温度太低，无法实现细化晶粒的目的。

本实施例中的压延工艺还可以消除显微组织的缺陷，在压力作用下，气泡、裂纹等疏松结构被压实，从而使形成的第四靶材坯料组织更加密实，力学性能也得到改善。这种改善主要体现在沿压延方向上，从而使第四靶材坯料在一定程度上不再是各向同性体。

接着，执行步骤S15，参考图7，对所述第四靶材坯料33进行热处理，形成靶材,。

本实施例中，将第四靶材坯料33放入加热炉2中。设定加热炉的温度为热处理的温度，为100℃～200℃的温度下，保温20min～30min。热处理的作用为：（1）对第四靶材坯料33进行残余应力消除，使得后续工艺中，对形成的靶材进行机械加工时，能够稳定尺寸并且能够增加可塑性，不会发生变形现象。（2）使后续形成靶材中的元素产生固态扩散，来减轻化学成分的不均匀性，进一步形成内部结构、成分均匀的靶材。因此，热处理需要精确控制，温度公差只允许为±2℃。

最后，对靶材进行机械加工，得到尺寸符合要求的靶材。所述机械加工包括粗加工、精加工等工艺。其中粗加工是指轮廓车削、精加工是指产品尺寸车削，包括周圈线切割，上下平面磨床加工。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种靶材的制作方法，其特征在于，包括：

提供第一靶材坯料；

对所述第一靶材坯料进行锻打，形成第二靶材坯料；

对所述第二靶材坯料进行静压，形成第三靶材坯料；

对所述第三靶材坯料进行压延，形成第四靶材坯料；

对所述第四靶材坯料进行热处理，形成靶材。

2.根据权利要求1所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述第一靶材坯料的材料为铝。

3.根据权利要求1或2所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述第二靶材坯料为圆柱体。

4.根据权利要求3所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述静压为八角静压，所述第三靶材坯料为正八棱柱，或者，所述静压为九角静压，所述第三靶材坯料为正九棱柱。

5.根据权利要求4所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述静压的具体工艺步骤为：

将第二靶材坯料放置在静压机上；

所述静压机的压头对第二靶材坯料的侧面施加静压压力；

对第二靶材坯料的侧面施加所述静压压力后，对第二靶材坯料的上、下表面施加所述静压压力。

6.根据权利要求5所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述静压温度为23℃～30℃，所述静压压力为3吨～5吨。

7.根据权利要求3所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述第一靶材坯料为圆柱体，所述锻打后，相对于所述第一靶材坯料的高度，第二靶材坯料的高度被拉伸60%～70%。

8.根据权利要求7所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述锻打的温度为100℃～200℃，所述锻打的压力为6吨～7吨。

9.根据权利要求1所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述压延的温度为20℃～30℃，所述第四靶材坯料为圆柱体，所述压延后，所述第四靶材坯料的高度被压缩60%～70%。

10.根据权利要求1所述的靶材的制作方法，其特征在于，所述热处理的温度为100℃～200℃，所述热处理的时间为20min～30min。