CN113774340A - 溅射靶以及用于制造溅射靶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种溅射靶以及用于制造溅射靶的方法，溅射靶包括：管状衬管，其轴线定义为轴向，径向所在的面与轴向垂直；至少两个圆柱形的靶段，沿轴向并排设置在管状衬管上；粘结材料，设置在管状衬管和至少两个圆柱形的靶段之间，彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌‑凹槽配合，当沿径向和/或轴向方向观察时，使得一个端部的至少一个榫舌与两个相邻的圆柱形的靶段的相应的另一个端部的至少一个凹槽重叠，上述重叠至少围绕相应的端部的圆周的一部分延伸。根据本发明，防止焊料从靶材接缝处泄露，显著提高装配精度和装配稳定性，实现了质量稳定、良品率高、节约成本。

Description

溅射靶以及用于制造溅射靶的方法
技术领域
本发明涉及一种溅射靶以及用于制造溅射靶的方法。
背景技术
溅射是一种物理气相沉积技术，指固体靶中的原子被高能量离子(通常来自等离子体)撞击而离开固体进入气体的物理过程。溅射一般是在充有惰性气体的真空系统中，通过高压电场的作用，使得氩气电离，产生氩离子流，轰击靶阴极，被溅出的靶材料原子或分子沉淀积累在半导体芯片或玻璃、陶瓷上而形成薄膜。溅射的优点是能在较低的温度下制备高熔点材料的薄膜，在制备合金和化合物薄膜的过程中保持原组成不变，所以在半导体器件和集成电路制造中已获得广泛的应用。
溅射靶材是一种通过溅射法生成薄膜的材料，由金属及陶瓷加工制造而成。近年来，对电子元件提出了进一步低功耗和高速化的需求，为了实现这些需求，就需要各种高品质的溅射靶材。
一般来说，溅射靶材主要由靶坯、背板等部分构成，其中，靶坯是高速离子束流轰击的目标材料，属于溅射靶材的核心部分，在溅射镀膜过程中，靶坯被离子撞击后，其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜；由于高纯度金属强度较低，而溅射靶材需要安装在专用的机台内完成溅射过程，机台内部为高电压、高真空环境，因此，超高纯金属的溅射靶坯需要与背板通过不同的焊接工艺进行接合，背板起到主要起到固定溅射靶材的作用，且需要具备良好的导电、导热性能。
在现有技术中，有一种管状靶材，具有管状靶体和两个连接件，管状靶体具有凹口，连接件具有凸缘，凸缘与凹口接合，连接件具有凹陷部，凹陷部内有焊料将管状靶体与连接件连接，但是采用这种靶材的话，随着温度的上升，焊料容易从靶材接缝处泄露。
在现有技术中，还有一种靶材组件与靶材单元，靶材组件具有多个靶材单元和多个连结部，多个靶材单元中的每一个都具有筒状的靶材和筒状的基体，筒状的基体接合在筒状的靶材的内侧。连结部位于多个靶材单元的内侧，而多个靶材单元中的每一个相互之间有间隙，但是采用这种靶材的话，随着温度的上升，焊料同样容易从靶材接缝处泄露。
在现有技术中，还有一种靶安装机构，靶安装机构安装圆筒形的靶，靶具备圆筒形的支持管和覆盖支持管的靶材，并且具有连结区域，靶与夹具相连，但是采用这种靶材的话，随着温度的上升，焊料同样容易从靶材接缝处泄露。
在现有技术中，还有一种互锁圆柱形磁控管阴极和靶材，磁控管组件具有第一单元，第一单元允许靶材从阴极体移除，但是采用这种靶材的话，随着温度的上升，焊料同样容易从靶材接缝处泄露。
在现有技术中，还有一种管形靶，管形靶由支承管和溅射材料管构成，支承管通过螺纹连接与溅射材料管相连，O形密封环位于支承管与溅射材料管之间，但是采用这种靶材的话，随着温度的上升，焊料同样容易从靶材接缝处泄露。
由此可见，能否基于现有技术中的不足，提供一种改进的溅射靶，防止焊料从靶材接缝处泄露，显著提高装配精度和装配稳定性，实现质量稳定、良品率高、节约成本，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的是在于克服现有技术的缺陷，提供一种改进的溅射靶以及用于制造溅射靶的方法。根据本发明所提供的改进的溅射靶以及用于制造溅射靶的方法，实现了质量稳定、良品率高、节约成本。
用于解决课题的方法
本发明第一方面涉及一种溅射靶，包括：
管状衬管，其轴线定义为轴向，径向所在的面与轴向垂直；
至少两个圆柱形的靶段，沿轴向并排设置在管状衬管上；
粘结材料，设置在管状衬管和至少两个圆柱形的靶段之间，
彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿所述径向和/或所述轴向方向观察时，使得一个端部的至少一个榫舌与两个相邻的圆柱形的靶段的相应的另一个端部的至少一个凹槽重叠，上述重叠至少围绕相应的端部的圆周的一部分延伸。
优选地，彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿所述径向和/或所述轴向方向观察时，使得一个端部的一个榫舌与两个相邻的圆柱形的靶段的相应的另一个端部的一个凹槽重叠。
优选地，彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿径向方向观察时，使得具有多于一个榫舌和/或凹槽的一个端部与具有多于一个榫舌和/或凹槽的另一个端部重叠，从而每个榫舌与相应的面对的凹槽、或每个凹槽与相应的面对的榫舌重叠。
优选地，当沿径向方向观察时，一个端部的至少一个榫舌和相应地另一个端部的至少一个凹槽布置在两个相邻的圆柱形的靶段的相应端部的径向平面中最大厚度的75％的内部范围内。
优选地，当沿径向平面观察时，所述重叠沿两个相邻的靶段的整个圆周上延伸从而提供榫舌-凹槽配合。
优选地，榫舌为具有矩形横截面和两个平行侧壁的凸脊，凹槽为具有矩形横截面和两个平行侧壁的槽部。
优选地，当沿径向和/或轴向方向观察时，沿两个相邻的靶段的圆周上逐段地建立榫舌-凹槽配合。
优选地，在榫舌和凹槽中的一个部件上设有突起，在榫舌和凹槽中的另一部件上设有对应的槽部，从而通过两个相邻的靶段之间的相对转动，使突起与槽部啮合。
优选地，还包括周向的密封构件，该密封构件沿两个相邻的靶段之间的间隙周向延伸。
优选地，所述周向的密封构件布置在形成在两个相邻的靶段中的槽部中。
优选地，靶段由金属材料制成。
优选地，靶段由基于钼和/或钨的材料制成。
优选地，粘结材料为焊料。
优选地，粘结材料为铟焊料或铟合金焊料。
优选地，还包括至少一个圆柱形的靶段，布置在管状衬管上，管状衬管沿轴向延伸通过该至少一个圆柱形的靶段的总长度的至少90％，
该溅射靶还包括：
止动构件，用于与该止动构件相邻的靶段，该止动构件在管状衬管的轴向端部区域与管状衬管一体形成且从管状衬管径向突出，并至少围绕管状衬管的圆周的一部分延伸，
周向的密封构件，其插入止动构件和相邻靶段之间，以防止粘结材料的泄漏。
本发明第二方面涉及一种用于制造溅射靶的方法，包括以下步骤：
提供管状衬管以及至少两个圆柱形的靶段，管状衬管的轴线定义为轴向，径向所在的面与轴向垂直，靶段的端部具有至少一个榫舌或至少一个凹槽；
提供设置在管状衬管和至少两个圆柱形的靶段之间的粘结材料；
将圆柱形的靶段沿轴向并排布置在管状衬管上，彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿径向和/或轴向方向观察时，使得一个端部的至少一个榫舌与两个相邻的圆柱形的靶段的相应的另一个端部的至少一个凹槽重叠，上述重叠至少围绕相应的端部的圆周的一部分延伸；
将至少两个圆柱形的靶段粘结到管状衬管。
发明的效果
根据本发明第一方面所涉及的溅射靶，防止焊料从靶材接缝处泄露，显著提高装配精度和装配稳定性，实现了质量稳定、良品率高、节约成本。
根据本发明第二方面所涉及的用于制造溅射靶的方法，实现了产品质量稳定、良品率高、节约成本。
附图说明
图1为本发明的第一实施方式的溅射靶的示意图。
图2为图1中的溅射靶中的B处的局部放大图。
图3为图1中的溅射靶中的A处的局部放大图。
图4为本发明的第二实施方式的用于制造溅射靶的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1为本发明的第一实施方式的溅射靶的示意图。如图1所示，溅射靶包括管状的衬管1和圆柱形的靶段2、3，靶段的数量不限于两个，也可以是三个或更多个。将衬管1的轴线定义为轴向(在图1中为上下方向)，衬管1的径向(在图1中为左右方向)所在的面与轴向垂直。圆柱形的靶段2、3布置在衬管1上，衬管1沿轴向延伸通过靶段2、3的整个总长度。靶段2、3优选为由金属材料制成，进一步优选为由基于钼和/或钨的材料制成。在衬管1和靶段2、3之间设置有粘结材料，粘结材料优选为焊料，进一步优选为铟焊料或铟合金焊料。在靶段3的下侧(图1中的A处)设有止动构件。
图2为图1中B处的局部放大图。如图2所示，彼此面对的靶段2、3的两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿径向和/或轴向方向观察时，使得靶段2的端部的一个榫舌6与靶段3的相应的另一个端部的一个凹槽7重叠，上述重叠围绕相应的端部的圆周的一部分延伸，榫舌6和凹槽7的数量并不限于一个，也可以有多个榫舌6和凹槽7，优选为在沿两个相邻的靶段的圆周上逐段地建立榫舌-凹槽配合(特别是在与下述卡口机构结合的情况下)。优选为上述重叠围绕相应的端部的整个圆周延伸。榫舌6优选为具有矩形横截面和两个平行侧壁的凸脊，凹槽7优选为具有矩形横截面和两个平行侧壁的槽部，但并不限于此，榫舌6和凹槽7也可以是其他合适的结构，例如具有锥形横截面和相应锥形凹槽的舌头。优选地，在榫舌6上设有突起，在凹槽7上设有对应的槽部，或者在榫舌6上设有槽部，在凹槽7上设有对应的突起，从而通过靶段2、3之间的相对转动，使突起与槽部啮合，即与卡口结构结合，但并不限于此，榫舌6和凹槽7上也可以设有凹槽/槽/台阶。
优选地，榫舌6和凹槽7布置在靶段2、3的每个相应端部的径向平面中最大厚度的75％的内部范围内，但并不限于此，也可以布置在其他适当的位置。
图3为图1中A处的局部放大图。如图3所示，止动构件4在衬管1的轴向端部区域与衬管1一体形成且沿衬管1径向突出，并至少围绕衬管1的圆周的一部分延伸，即止动构件4为衬管1的整体零件，止动构件4和相邻的靶段3形成榫舌-凹槽配合。“一体形成”应包括用相同的材料一步成型或者通过焊接、胶水连接等结合。在止动构件4和靶段3之间插入防止粘结材料的泄漏的周向的密封构件5。优选地，止动构件4围绕衬管1的圆周连续延伸。优选地，密封构件5是由弹性材料制成的O形圈且被压缩在靶段3和止动构件4之间，但是并不限于此，也可以是其他适用的结构。
优选地，止动构件4为突出的台阶部，但是并不限于此，也可以是其他适用的结构。突出的台阶部可以为具有两个平行侧壁的突出的脊，其包括具有两个平行侧壁的基本矩形横截面，但是并不限于此，也可以是其他适用的结构，例如也可以是具有锥形横截面和相应锥形凹槽的台阶部。
优选地，止动构件4为具有沿径向突出的唇缘并压靠在止动构件4和/或靶段3上以提供密封功能的周向构件，但是并不限于此，也可以是其他适用的结构。即周向的密封件沿两个相邻靶段之间的间隙沿周向延伸，例如为唇缘、T型轮廓、箔片、具有弹簧功能的环形金属件等。
优选地，止动构件4包括例如在轴向方向上延伸的凹槽或榫舌，但是并不限于此，也可以是其他适用的结构。
现有的溅射靶在多段靶材拼接处一般都为平面接缝，也没有在背管表面设有固定靶材凸台。与现有的切割方式相比，本发明的溅射靶在彼此面对的靶段的两个端部彼此形成榫舌-凹槽配合，可以显著提高装配精度和装配稳定性，而且在靶材应用过程中，随着温度的上升，还能防止焊料从靶材接缝处泄露。
以下，将对本发明合适的实施例做说明，不过本发明的实施形式不限于此。
＜实施例1＞
实施例1中的溅射靶包括：管状的衬管1、由钼制成的圆柱形的靶段2、3、止动构件4、密封构件5，靶段2、3布置在衬管1上，衬管1沿轴向延伸通过靶段2、3的整个总长度。在衬管1和靶段2、3之间设置有铟焊料，彼此面对的靶段2、3的两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿径向和轴向方向观察时，使得靶段2的端部的一个榫舌6与靶段3的相应的另一个端部的一个凹槽7重叠，上述重叠围绕相应的端部的圆周的一部分延伸，榫舌6为具有矩形横截面和两个平行侧壁的凸脊，凹槽7为具有矩形横截面和两个平行侧壁的槽部，在榫舌6上设有突起，在凹槽7上设有对应的槽部，从而通过靶段2、3之间的相对转动，使突起与槽部啮合。在靶段3设有止动构件4。止动构件4使用与衬管1相同的材料在衬管1的轴向端部区域与衬管1一体形成且沿衬管1径向突出，并围绕衬管1的圆周连续延伸。止动构件4为突出的台阶部，具有两个平行侧壁的突出的脊，其包括具有两个平行侧壁的基本矩形横截面。应用了本发明的溅射靶之后，防止焊料从靶材最下端泄露，显著提高装配精度和装配稳定性，大大提高了生产效率。
＜实施例2＞
实施例2中的溅射靶包括：管状的衬管1、由钨制成的圆柱形的靶段2、3、止动构件4、密封构件5，靶段2、3布置在衬管1上，衬管1沿轴向延伸通过靶段2、3的整个总长度，在靶段2、3之间还可以设有多个靶段，彼此面对的靶段的两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿径向方向观察时，使得一个靶段的端部的两个榫舌与另一个靶段的相应的另一个端部的两个凹槽重叠，上述重叠围绕相应的端部的整个圆周延伸。在衬管1和靶段2、3之间设置有铟合金焊料。在靶段3设有止动构件4。止动构件4使用焊接的方式在衬管1的轴向端部区域与衬管1一体形成且沿衬管1径向突出，并围绕衬管1的圆周连续延伸。止动构件4为具有沿径向突出的唇缘并压靠在止动构件4和/或靶段3上以提供密封功能的周向构件。应用了本发明的溅射靶之后，防止焊料从靶材最下端泄露，显著提高装配精度和装配稳定性，大大提高了生产效率。
＜实施例3＞
实施例3中的溅射靶包括：管状的衬管1、由钽制成的圆柱形的靶段2、3、止动构件4、密封构件5，靶段2、3布置在衬管1上，衬管1沿轴向延伸通过靶段2、3的整个总长度，在靶段2、3之间还可以设有多个靶段，彼此面对的靶段的两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿径向轴向方向观察时，使得一个靶段的端部的三个榫舌与另一个靶段的相应的另一个端部的三个凹槽重叠，上述重叠围绕相应的端部的整个圆周延伸。在衬管1和靶段2、3之间设置有铟合金焊料。在靶段3设有止动构件4。止动构件4使用胶水连接的方式在衬管1的轴向端部区域与衬管1一体形成且沿衬管1径向突出，并围绕衬管1的圆周连续延伸。止动构件4为具有弹簧功能的环形金属件。应用了本发明的溅射靶之后，防止焊料从靶材最下端泄露，显著提高装配精度和装配稳定性，大大提高了生产效率。
接着，对于本发明所涉及的用于制造溅射靶的方法详细地进行说明。
本发明的第二实施方式的用于制造溅射靶的方法是用于制造本发明第一实施方式的溅射靶的方法。如图4所示，在步骤S101中，首先提供管状衬管以及至少两个圆柱形的靶段，管状衬管的轴线定义为轴向，径向所在的面与轴向垂直，靶段的端部具有至少一个榫舌或至少一个凹槽。然后，在步骤S102中，提供设置在管状衬管和至少两个圆柱形的靶段之间的粘结材料。接着，在步骤S103中，将圆柱形的靶段沿轴向并排布置在管状衬管上，彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合(榫槽配合)，当沿径向和/或轴向方向观察时，使得一个端部的至少一个榫舌与两个相邻的圆柱形的靶段的相应的另一个端部的至少一个凹槽重叠，上述重叠至少围绕相应的端部的圆周的一部分延伸。最后，在步骤S104中，将至少两个圆柱形的靶段粘结到管状衬管。
采用了第二实施方式的制造方法制备得到第一实施方式的溅射靶，有效解决了在靶材应用过程中，随着温度的上升，焊料容易从靶材接缝处泄露的问题，与以往的现有工艺相比，制成的溅射靶质量稳定、良品率高。
本发明的第二实施方式的银钨触头材料是与第一实施方式的溅射靶相对应的实施方式。因此在第一实施方式中的各种实施要点也都同样适用于第二实施方式，在此不做赘述。
产业应用性
根据本发明所涉及的溅射靶以及用于制造溅射靶的方法，有效解决了在靶材应用过程中，随着温度的上升，焊料容易从靶材接缝处泄露的问题，实现质量稳定、良品率高、节约成本。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种溅射靶，其特征在于，包括：
管状衬管，其轴线定义为轴向，径向所在的面与轴向垂直；
至少两个圆柱形的靶段，沿轴向并排设置在管状衬管上；
粘结材料，设置在管状衬管和至少两个圆柱形的靶段之间，
彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿所述径向和/或所述轴向方向观察时，使得一个端部的至少一个榫舌与两个相邻的圆柱形的靶段的相应的另一个端部的至少一个凹槽重叠，上述重叠至少围绕相应的端部的圆周的一部分延伸。
2.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿所述径向和/或所述轴向方向观察时，使得一个端部的一个榫舌与两个相邻的圆柱形的靶段的相应的另一个端部的一个凹槽重叠。
3.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿径向方向观察时，使得具有多于一个榫舌和/或凹槽的一个端部与具有多于一个凹槽和/或榫舌的另一个端部重叠，从而每个榫舌与相应的面对的凹槽、或每个凹槽与相应的面对的榫舌重叠。
4.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
当沿径向方向观察时，一个端部的至少一个榫舌和相应地另一个端部的至少一个凹槽布置在两个相邻的圆柱形的靶段的相应端部的径向平面中最大厚度的75％的内部范围内。
5.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
当沿径向平面观察时，所述重叠沿两个相邻的靶段的整个圆周上延伸从而提供榫舌-凹槽配合。
6.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
榫舌为具有矩形横截面和两个平行侧壁的凸脊，凹槽为具有矩形横截面和两个平行侧壁的槽部。
7.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
当沿径向和/或轴向方向观察时，沿两个相邻的靶段的圆周上逐段地建立榫舌-凹槽配合。
8.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
在榫舌和凹槽中的一个部件上设有突起，在榫舌和凹槽中的另一部件上设有对应的槽部，从而通过两个相邻的靶段之间的相对转动，使突起与槽部啮合。
9.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
还包括周向的密封构件，该密封构件沿两个相邻的靶段之间的间隙周向延伸。
10.根据权利要求9所述的溅射靶，其特征在于，
所述周向的密封构件布置在形成在两个相邻的靶段中的槽部中。
11.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
靶段由金属材料制成。
12.根据权利要求11所述的溅射靶，其特征在于，
靶段由基于钼和/或钨的材料制成。
13.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
粘结材料为焊料。
14.根据权利要求13所述的溅射靶，其特征在于，
粘结材料为铟焊料或铟合金焊料。
15.根据权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，
还包括至少一个圆柱形的靶段，布置在管状衬管上，管状衬管沿轴向延伸通过该至少一个圆柱形的靶段的总长度的至少90％，
该溅射靶还包括：
止动构件，用于与该止动构件相邻的靶段，该止动构件在管状衬管的轴向端部区域与管状衬管一体形成且沿管状衬管径向突出，并至少围绕管状衬管的圆周的一部分延伸，
周向的密封构件，其插入止动构件和相邻靶段之间，以防止粘结材料的泄漏。
16.一种用于制造溅射靶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供管状衬管以及至少两个圆柱形的靶段，管状衬管的轴线定义为轴向，径向所在的面与轴向垂直，靶段的端部具有至少一个榫舌或至少一个凹槽；
提供设置在管状衬管和至少两个圆柱形的靶段之间的粘结材料；
将圆柱形的靶段沿轴向并排布置在管状衬管上，彼此面对的至少两个圆柱形的靶段的至少两个端部以如下方式彼此形成榫舌-凹槽配合，当沿径向和/或轴向方向观察时，使得一个端部的至少一个榫舌与两个相邻的圆柱形的靶段的相应的另一个端部的至少一个凹槽重叠，上述重叠至少围绕相应的端部的圆周的一部分延伸；
将至少两个圆柱形的靶段粘结到管状衬管。
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