CN113699499A - 一种靶材结构及其制作方法 - Google Patents

一种靶材结构及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113699499A
CN113699499A CN202111027798.5A CN202111027798A CN113699499A CN 113699499 A CN113699499 A CN 113699499A CN 202111027798 A CN202111027798 A CN 202111027798A CN 113699499 A CN113699499 A CN 113699499A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target
copper
back plate
filler
copper back
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111027798.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113699499B (zh
Inventor
温质康
乔小平
苏智昱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Huajiacai Co Ltd
Original Assignee
Fujian Huajiacai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Huajiacai Co Ltd filed Critical Fujian Huajiacai Co Ltd
Priority to CN202111027798.5A priority Critical patent/CN113699499B/zh
Publication of CN113699499A publication Critical patent/CN113699499A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113699499B publication Critical patent/CN113699499B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及一种靶材结构及其制作方法，所述靶材结构包括铜背板，铜背板上设有靶材，所述靶材分隔成若干块设在铜背板上，每块靶材与铜背板之间设有绑定金属层，所述绑定金属层由铜铟合金成型，若干块靶材之间形成靶材间隙，所述靶材间隙设有填充物。本发明通过在靶材间隙处设置填充物，该填充物在磁控溅射的环境中，不会被高能电子轰击出原子，其化学结构稳定，由于靶材间隙中的铜背板是直接裸露的，该方案在靶材间隙填充填充物物不仅可以阻挡高能电子直接轰击裸露的铜背板，阻挡溅射出来的铜原子污染靶材材料以及器件中的薄膜纯度，而且作为靶材之间的中间填充物，有利于综合靶材由于热胀冷缩而产生的向左右拉伸的应力，减少靶材开裂和变形的风险。

Description

一种靶材结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及靶材加工领域，具体涉及一种靶材结构及其制作方法。
背景技术
溅射镀膜靶材在半导体集成电路(VLSI)、光碟、平面显示器以及工件的表面涂层等方面都得到了广泛的应用，镀膜靶材是通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。
半导体工业中，靶材主要分为圆柱靶材和平面靶材，平面靶材多采用磁控溅射技术沉积；磁控溅射即PVD(Physical Vapor Deposition：物理气相沉积)是指在真空条件下，采用中电压、大电流的电弧放电技术，电离惰性气体He产生He离子，He轰击靶材使靶材原子在磁场的控制下旋转并均匀地沉积在基板上。
在磁控溅射过程中，由于溅射中对腔体的加热，溅射过程中加入电子的加速电场，加速电子轰击靶材的过程不断给予靶材能量，导致溅射中的靶材温度升高，由于靶材绑定的金属铟的熔点低，靶材背板的导热性差，靶材与铜背板的热膨胀系数相差大，冷热膨胀过程中导致的局部应力差值巨大，容易导致靶材受到热冷膨胀的应力而开裂，甚至导致靶材脱离铜背板。
对于一些陶瓷靶材及金属氧化物靶材，由于靶材受到应力影响容易开裂，因此做成小块进行绑定，绑定后，靶材小块之间形成缝隙，靶材缝隙上是没有靶材材料而是裸露的金属铜，随着溅射时间的延长，靶材高度的消耗，金属铜也会被电子轰击出来污染腔体，掺杂在靶材材料中，影响电器件的电性特性，并且间隙中容易积累一定的颗粒，颗粒容易掉落在器件上，形成线路的短路及断路不良。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种靶材结构及其制作方法，解决靶材冷却过程中温度不均导致的应力集中，弥补绑定材料铟导热差，熔点低的缺点，解决溅射靶材开裂，脱靶，颗粒聚集的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术：
一种靶材结构，包括铜背板，铜背板上设有靶材，所述靶材分隔成若干块设在铜背板上，每块靶材与铜背板之间设有绑定金属层，所述绑定金属层由铜铟合金成型，若干块靶材之间形成靶材间隙，所述靶材间隙设有填充物。
所述靶材为ITO，IZO，AZO，IGZO靶材中的一种。
不管靶材溅射设备采用直流或者交流电源溅射，靶材间隙的填充物均可为有机物，所述有机物包括聚酰亚胺、四氟乙烯，特氟龙等。
当装载靶材的物理气相沉积采用直流电源驱动粒子轰击溅射时，靶材间隙的填充物为陶瓷材料。所述陶瓷材料包括氮化铝、氮化钛、碳化硅等。
所述填充物的高度与靶材高度一致。
本发明所述靶材结构的制作方法，包括以下步骤：
S1:在铜背板上形成若干块绑定金属层；
S2:将靶材沉积在绑定金属层上；
S3:在靶材间隙之间填充填充物。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明的绑定金属层为铜铟合金，通过将靶材的绑定材料设计为铜铟合金，铜铟合金不仅导热系数好，而且在金属氧化物ITO，IZO，AZO，IGZO靶材制作过程中，铜铟合金的热膨胀系数处于金属铜和金属铟之间，随着温度的变化，金属氧化物靶材，绑定金属层和铜背板由于热胀冷缩产生的热应力将会变小，热应力和金属之间的热膨胀系数关系最大，因此绑定金属铜铟合金作为中间缓冲层将热应力降低，减小了金属氧化物靶材的翘曲，提高了靶材表面的平整度。
2、本发明通过在靶材间隙处设置填充物，该填充物在磁控溅射的环境中，不会被高能电子轰击出原子，其化学结构稳定，由于靶材间隙中的铜背板是直接裸露的，该方案在靶材间隙填充填充物不仅可以阻挡高能电子直接轰击裸露的铜背板，阻挡溅射出来的铜原子污染靶材材料以及器件中的薄膜纯度，而且作为靶材之间的中间填充物，有利于综合靶材由于热胀冷缩而产生的向左右拉伸的应力，减少靶材开裂和变形的风险。
附图说明
图1为现有靶材结构的俯视示意图；
图2为现有靶材结构的主视示意图；
图3为本发明靶材结构的俯视示意图；
图4为本发明靶材结构的主视示意图。
具体实施方式
现有的靶材结构装置如图1、2所示，其中传统靶材结构包含铜背板1，绑定层2，靶材3，靶材间隙4，传统靶材的绑定材料为金属铟，在持续溅射的过程中，靶材的温度逐渐升高，铜背板背面设计的一套冷却系统，经过冷却水循环，靶材将热量传递给绑定金属层，绑定金属层将热量传递给铜背板，铜背板中的冷却水将热量带出，使靶材一直处于一个安全稳定的温度。传统的绑定方式，金属铟作为绑定层的材料，其中金属铟的热膨胀系数是金属铜的一倍以上，因此铜背板与绑定层之间的热应力极大，间接导致铜背板1与靶材3的热应力极大，铜背板与绑定层的热应力大小σ如公式(1)所示，
Figure BDA0003244192190000031
σ:热应力大小
Ef:靶材材料的弹性模量；
Vf:泊松比；
af:靶材材料的膨胀系数；
as:铜背板的膨胀系数；
T1:靶材的初始温度；
T2:靶材的最终温度。
由公式可知铜背板与绑定金属材料的热膨胀系数直接导致金属材料在热胀冷缩过程中所受到的热应力大小，热应力变大直接导致绑定层2上面的靶材变形，甚至开裂。
本发明提供的靶材结构如图3、4所示，所述靶材结构包括铜背板1，铜背板上设有靶材3，所述靶材3分隔成若干块设在铜背板1上，每块靶材3与铜背板1之间设有绑定金属层2，所述绑定金属层2由铜铟合金成型，若干块靶材3之间形成靶材间隙，所述靶材间隙设有填充物4。
本发明通过将靶材的绑定金属层材料设计为铜铟合金，在持续溅射的过程中，靶材3的温度逐渐升高，铜背板1的背面设计了一套冷却系统，铜背板1背面处于中空，内部设计有连通外界的水管，经过冷却水水管中冷却水循环将铜背板中的热量带出，其中靶材将热量传递给绑定金属层，绑定金属层将热量传递给铜背板，铜背板中的冷却水将热量带出，使靶材一直处于一个安全稳定的温度。
在制作该靶材结构时，其金属氧化物靶材的材料不限于ITO，IZO，AZO，IGZO靶材，其中靶材绑定材料的金属层采用铜铟合金，铜铟合金的热膨胀系数处于金属铜和金属铟之间，随着温度的变化，金属氧化物靶材，绑定金属层和铜背板由于热胀冷缩产生的热应力将会变小，其中热应力的计算公式如上述公式(1)，热应力和金属之间的热膨胀系数关系最大，因此绑定金属铜铟合金作为中间缓冲层将热应力降低，减小了金属氧化物靶材的翘曲，提高了靶材表面的平整度。
本发明提供的靶材结构的制作方法，包括以下步骤：
S1:在铜背板上形成若干块绑定金属层；
S2:将靶材沉积在绑定金属层上；
S3:在靶材间隙之间填充填充物。
本发明通过在靶材间隙处填充一种填充物，不管靶材溅射设备采用直流或者交流电源溅射，靶材间隙的填充物均可为有机物，所述有机物不限于聚酰亚胺、四氟乙烯，特氟龙；而当装载靶材的物理气相沉积采用直流电源驱动粒子轰击溅射时，靶材间隙的填充物为陶瓷材料，陶瓷材料不限于氮化铝、氮化钛、碳化硅中的一种。填充物的厚度范围为6mm～10mm，其最佳厚度可根据实际靶材的厚度而设定，该填充物在磁控溅射的环境中，不会被高能电子轰击出原子，其化学结构稳定，随着靶材的溅射时间越来越长，靶材的厚度逐渐变小，其中填充物的厚度不变，因此在靶材定期打磨的过程中，也需要定期对中间的间隙填充物也进行打磨，将打磨掉高出靶材部分，使填充物与靶材的高度一致，摒弃传统方案中靶材间隙中的铜背板是直接裸露的缺陷；该方案在靶材间隙设置填充物不仅可以阻挡高能电子直接轰击裸露的铜背板，阻挡溅射出来的铜原子污染靶材材料以及器件中的薄膜纯度，而且作为靶材之间的中间填充物，有利于综合靶材由于热胀冷缩而产生的向左右拉伸的应力，减少靶材开裂和变形的风险，也避免了颗粒在中间的间隙处形成集聚，提高了腔体的洁净度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种靶材结构，包括铜背板，铜背板上设有靶材，其特征在于：所述靶材分隔成若干块设在铜背板上，每块靶材与铜背板之间设有绑定金属层，所述绑定金属层由铜铟合金成型，若干块靶材之间形成靶材间隙，所述靶材间隙设有填充物。
2.根据权利要求1所述的一种靶材结构，其特征在于：所述靶材为ITO，IZO，AZO，IGZO靶材中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种靶材结构，其特征在于：靶材间隙的填充物为有机物，所述有机物为聚酰亚胺、四氟乙烯，特氟龙中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种靶材结构，其特征在于：当装载靶材的物理气相沉积采用直流电源驱动粒子轰击溅射时，靶材间隙的填充物为陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的一种靶材结构，其特征在于：所述陶瓷材料为氮化铝、氮化钛、碳化硅中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种靶材结构，其特征在于：所述填充物的高度与靶材高度一致。
7.如权利要求1-6任意一种靶材结构的制作方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1: 在铜背板上形成若干块绑定金属层；
S2: 将靶材沉积在绑定金属层上；
S3: 在靶材间隙之间填充填充物。
CN202111027798.5A 2021-09-02 2021-09-02 一种靶材结构及其制作方法 Active CN113699499B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111027798.5A CN113699499B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种靶材结构及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111027798.5A CN113699499B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种靶材结构及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113699499A true CN113699499A (zh) 2021-11-26
CN113699499B CN113699499B (zh) 2023-06-16

Family

ID=78658942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111027798.5A Active CN113699499B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种靶材结构及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113699499B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060283703A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-21 Le Hien-Minh H Bonding of target tiles to backing plate with patterned bonding agent
US20070289864A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-20 Zhifei Ye Large Area Sputtering Target
JP2015212422A (ja) * 2015-07-06 2015-11-26 三菱マテリアル株式会社 Ｉｎ又はＩｎ合金スパッタリングターゲット及びその製造方法
CN111575662A (zh) * 2020-05-14 2020-08-25 Tcl华星光电技术有限公司 一种靶材装置及其制作方法
CN112355461A (zh) * 2020-11-18 2021-02-12 河南东微电子材料有限公司 一种镁靶材与铜背板焊接的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060283703A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-21 Le Hien-Minh H Bonding of target tiles to backing plate with patterned bonding agent
US20070289864A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-20 Zhifei Ye Large Area Sputtering Target
JP2015212422A (ja) * 2015-07-06 2015-11-26 三菱マテリアル株式会社 Ｉｎ又はＩｎ合金スパッタリングターゲット及びその製造方法
CN111575662A (zh) * 2020-05-14 2020-08-25 Tcl华星光电技术有限公司 一种靶材装置及其制作方法
CN112355461A (zh) * 2020-11-18 2021-02-12 河南东微电子材料有限公司 一种镁靶材与铜背板焊接的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113699499B (zh) 2023-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI342341B (en) Multiple target tiles with complementary beveled edges forming a slanted gap therebetween
CN103388126B (zh) 低阻抗高透光ito导电膜加工方法
US20060266639A1 (en) Sputtering target tiles having structured edges separated by a gap
US20130118894A1 (en) Silver selenide sputtered films and method and apparatus for controlling defect formation in silver selenide sputtered films
CN105514028A (zh) 扩大Ti/TiN应力窗口的工艺方法
TW202244291A (zh) 可實現便捷控溫的真空鍍膜設備及方法
JPH02232358A (ja) 低抵抗透明導電膜の製造方法
CN113699499B (zh) 一种靶材结构及其制作方法
KR100859148B1 (ko) 고평탄 투명도전막 및 그 제조 방법
CN102051497B (zh) 金银镶嵌靶材及其薄膜的制备方法
CN109811308A (zh) 一种ito导电膜制作工艺
JP4229803B2 (ja) 透明導電膜の製造方法
JP4211558B2 (ja) スパッタリングターゲット材料、その製造方法、及びそれを用いた透明導電膜の製造方法
KR20100011996A (ko) 투명 도전막의 형성 방법
CN111139439B (zh) 一种在大面积衬底上磁控溅射制备薄膜的方法
JP2011099162A (ja) 薄膜形成装置、薄膜の製造方法及び電子素子の製造方法
CN114436640A (zh) 一种氧化锌铝合金靶材的制备方法
TWI641712B (zh) Heating stage device applied to sputtering target gun
WO2012144107A1 (ja) スパッタリングターゲット
CN111778478B (zh) 薄膜沉积方法
JP6202392B2 (ja) 透明導電膜の製造方法、及び透明導電膜の製造装置
CN105695946A (zh) 透光基板的镀膜方法
TWM649504U (zh) 具有透明導電結構之光感測元件
TWI571521B (zh) 於物理蒸汽沉積期間支持工作件的方法
WO2010106432A2 (en) Deposition apparatus with high temperature rotatable target and method of operating thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant