一种赛隆陶瓷靶材的制作方法技术

本发明专利技术提供了一种赛隆陶瓷靶材的制作方法。包括：提供包括氮化硅、氧化铝、氮化铝、助烧剂以及导电剂的原料粉末；并将所述原料粉末混合均匀后，进行热压烧结处理，形成赛隆陶瓷靶材。采用本发明专利技术制得的赛隆陶瓷具有良好的导电性和导热性能，从而在线丝切割工艺中，加强赛隆陶瓷与移动中的电极丝之间不断产生脉冲性的火花放电，并在火花放电时瞬时产生高温，加快赛隆陶瓷与电极丝的接触部位的蚀除，改善赛隆陶瓷的切割性能，提高切割赛隆陶瓷的顺畅性，以及赛隆陶瓷的机械加工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种赛隆陶瓷靶材的制作方法
本专利技术涉及半导体溅射领域，特别涉及一种赛隆陶瓷靶材的制作方法。
技术介绍
赛隆（sialon）是一种基本结构单元为（Si，Al）（O，N）4四面体材料，其常用作于陶瓷材料。赛隆陶瓷包括α-sialon（MeXSi12-（m+n）Alm+n）OnN16-n，Me为金属离子，包括钇等）和β-sialon（Si6-ZAlZOZN8-Z）两种变形体。其中，sialon陶瓷是氮化硅（Si3N4）和氧化铝（Al2O3）在高温下生成的固溶体，两种sialon陶瓷继承了氮化硅和氧化铝两种物质的晶相的特性具体高硬度、耐磨性的同时，还各具特性。如α-sialon还具抗热震性，而β-sialon相较于普通陶瓷具有更好的断裂韧性。Sialon陶瓷具有良好的热、力、光性能，且化学性质稳定，是重要的无机材料。而由α-sialon和β-sialon组成的复相赛隆陶瓷在高温下也兼具高强度和高韧度。基于sialon陶瓷良好的机械性能，sialon陶瓷常用于轴承、密封圈、以及光学器件、半导体分立器等半导体器件中的耐磨部件。其中，在半导体领域中，sialon陶瓷通过真空磁控溅射镀膜方式形成光学器件、半导体分立器等元件的耐磨部件。更多关于sialon陶瓷介绍请参考公开号为CN102307827A的中国专利文献。在真空磁控溅射镀膜工艺中，sialon陶瓷靶材被放置于溅射基台的靶材腔体中，通过离子溅射方式在基材上形成一层纳米级或微米级的sialon陶瓷薄膜。基于sialon陶瓷薄膜的厚度的精确性要求，真空磁控溅射镀膜工艺所采用的sialon陶瓷靶材必须完全与溅射机台的靶材腔体匹配。现有的sialon陶瓷靶材制作工艺，包括靶材制作以及机械加工程序，先通过热压（HP）、无压（PLS）、气压（GPS）以及高温等静压（HIP）等工艺形成靶材，之后通过线切割等机械加工方式实现sialon陶瓷靶材的结构精确加工，从而使用时与溅射机台的靶材腔体相匹配。然而，在sialon陶瓷靶材进行线切割过程中，常常出现赛隆陶瓷靶材碎裂情况，且sialon陶瓷靶材的加工的偏差较大，加工精度难以保障，致使赛隆陶瓷靶材的成品率低。因而，如何提高sialon陶瓷的可切割性，以提高sialon陶瓷切割精度是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种赛隆陶瓷靶材的制作方法，采用本专利技术获得赛隆陶瓷易于机械加工，从而提高赛隆陶瓷靶材的机械加工精度。本专利技术提供的一种赛隆陶瓷靶材的制作方法，包括：提供包括氮化硅、氧化铝、氮化铝、助烧剂以及导电剂的原料粉末；将所述原料粉末混合均匀后，进行热压烧结处理，形成赛隆陶瓷靶材。可选地，所述导电剂为金属氮化物。可选地，所述金属氮化物为氮化钛或氮化钽。可选地，所述氮化硅、氧化铝、氮化铝、助烧剂以及导电剂的重量含量为：45～60wt%、2～10wt%、2～5wt%、5～10wt%、30～45wt%。可选地，所述热压烧结处理工艺包括：以5～10℃/min的速率加热至1200℃；之后，以1.5～3℃/min的速率加热至1300～1400℃；之后，以4～6℃/min的速率加热至1450～1700℃；以0.3～0.5MPa/min速率持续加压，至预设压强，所述预设压强大于20MPa；并在温度为1450～1700℃，预设压强条件下保温保压加热4～7h。可选地，所述预设压强为20～30MPa。可选地，所述热压烧结处理在保护气氛下进行。可选地，所述保护气氛包括Ar、He或是N2气氛。可选地，将原料粉末混合均匀的方法为球磨工艺。可选地，所述球磨工艺包括：将所述原料粉末置于球磨罐中，添入分散介质后，球磨16～24h。可选地，所述球磨工艺包括：以氧化锆或氧化铝作为球磨介质。可选地，所述分散介质为无水乙醇和/或甘油。可选地，还包括：在所述球磨工艺后，对所述原料粉末进行干燥处理。可选地，所述干燥处理的温度小于分散介质的沸点。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：在氮化硅、氧化铝、氮化铝、助烧剂中加入导电剂，并经热压烧结处理制得赛隆陶瓷的工艺，可有效改善赛隆陶瓷整体的导电性，并在赛隆陶瓷通入电流后，基于赛隆陶瓷整体的良好的导电性提升赛隆陶瓷靶材的导热性能。在如线丝切割工艺中，良好的导电和导热性能加强赛隆陶瓷靶材与移动中的电极丝之间不断产生的脉冲性的火花放电，并在火花放电时瞬时产生高温，加快赛隆陶瓷靶材与电极丝的接触部位的蚀除，改善赛隆陶瓷靶材的切割性能，提高切割赛隆陶瓷靶材的顺畅性，从而提升赛隆陶瓷的机械加工精度。附图说明图1为本专利技术赛隆陶瓷靶材的制作方法的流程图；图2是本专利技术制作赛隆陶瓷靶材过程中，采用球磨工艺混合原料的实施例示意图；图3～图4是本专利技术制作赛隆陶瓷靶材过程中使用热压烧结处理工艺处理靶材的实施例示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述的，鉴于赛隆陶瓷良好的机械性能，在半导体领域，赛隆陶瓷薄膜作为耐磨部件，在光学器件、半导体分立器等元件上得到广泛应用。然而，在赛隆陶瓷靶材进行线切割时常常出现赛隆陶瓷靶材碎裂等缺陷，致使赛隆陶瓷靶材的切割精度难以保障。分析其原因归结于：在赛隆陶瓷靶材线切割过程中，赛隆陶瓷靶材接高频脉冲电源的正极，电极丝（如钼丝）接负极。当高频脉冲电源通电后，赛隆陶瓷靶材与移动着的电极丝之间需要产生脉冲性的火花放电，并在火花放电时瞬时产生高温热源，由此在赛隆陶瓷靶材上，与电极丝接触的触点部位被电腐蚀，实现赛隆陶瓷靶材的切割。但现有赛隆陶瓷是介电材料，其导电、导热性能差。在线切割过程中，高频脉冲电源通电后，电流无法顺畅通过赛隆陶瓷靶材，因而在赛隆陶瓷靶材与电极丝之间无法产生足够的脉冲性的火花放电，对赛隆陶瓷靶材实现电腐蚀，实现赛隆陶瓷靶材顺利切割。为此，本专利技术提供了一种赛隆陶瓷靶材的制作方法，获得具有良好导电和导热性的赛隆陶瓷靶材，提高赛隆陶瓷靶材的切割顺畅度和切割加工精度。下面结合附图，通过具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。首先，参考图1所示，执行步骤S1：提供包括氮化硅、氧化铝、氮化铝、助烧剂以及导电剂的原料粉末。上述原料粉末用于制作赛隆陶瓷靶材。在后续制作过程中，氮化硅和氧化铝反应制作赛隆陶瓷。其中，如制作β-sialon时，氮化硅中的Z个Si-N被Z个Al-O取代；制作α-sialon时，氮化硅中的n个Si-N被n个Al-O取代，m个Si-N被m个Al-N取代，且后一个取代引起的电价不平衡由x个金属离子Me补偿。最终获得的赛隆陶瓷具体的结构根据不同的原料配合比例决定。而由α-sialon和β-sialon组成的复相赛隆陶瓷根据原料比例，同时发生上述反应。所述助烧剂可选为La2O3、Y2O3以及Al2O3。基于氮化硅是共价键型的材料，因而热压烧结过程中导致赛隆陶瓷难以致密。在原料中添入助烧剂后，在热压烧结过程中，部分助烧剂由固相转变为液相，从而通过液相烧结提高获得的赛隆陶瓷靶材的致密性。本实施例中，所述助烧剂优选Y2O3。所述Y2O3呈液相后，与部分其他原料反应，并使得Y2O3和部分其他原料呈液相或是熔融状态，以促进烧结致密。所述导电剂可改善获得的赛隆陶瓷靶材的导电性能。所述导电剂可选为金属化合物，进一步可选为金属氮化物，如TiN和TaN。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种赛隆陶瓷靶材的制作方法，其特征在于，包括：提供包括氮化硅、氧化铝、氮化铝、助烧剂以及导电剂的原料粉末；将所述原料粉末混合均匀后，进行热压烧结处理，形成赛隆陶瓷靶材。

【技术特征摘要】
1.一种赛隆陶瓷靶材的制作方法，其特征在于，包括：提供包括氮化硅、氧化铝、氮化铝、助烧剂以及导电剂的原料粉末；所述导电剂为氮化钛或氮化钽；所述氮化硅、氧化铝、氮化铝、助烧剂以及导电剂的重量含量为：45～60wt％、2～10wt％、2～5wt％、5～10wt％、30～45wt％；将所述原料粉末混合均匀后，进行热压烧结处理，形成赛隆陶瓷靶材。2.根据权利要求1所述的赛隆陶瓷靶材的制作方法，其特征在于，所述热压烧结处理工艺包括：以5～10℃/min的速率加热至1200℃；之后，以1.5～3℃/min的速率加热至1300～1400℃；之后，以4～6℃/min的速率加热至1450～1700℃；以0.3～0.5MPa/min速率持续加压，至预设压强，所述预设压强大于20MPa；并在温度为1450～1700℃，预设压强条件下保温保压加热4～7h。3.根据权利要求2所述的赛隆陶瓷靶材的制作方法，其特征在于，所述预设压强大于20MPa且小于或等于30MPa。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，相原俊夫，大岩一彦，潘杰，王学泽，王科，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33