嵌套式溅射靶及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种嵌套式溅射靶及其制造方法，本发明专利技术溅射靶包括靶材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。本发明专利技术结构简单，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；本发明专利技术制造方法不用焊接，方法简单，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于溅射靶，具体地说涉及一种嵌套式溅射耙及其制造方法。
技术介绍
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，使被轰击出的耙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。因而耙 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革E，其耙材与耙托 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耙托连接 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。耙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。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种制作简单、生产成本低的嵌套式溅射耙。 本专利技术的另一 目的是提供嵌套式溅射靶的制造方法。 为实现上述目的，本专利技术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，其中耙材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100(xm以内，通常为20 100nm，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O. 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°C，然后将板坯经精密模锻加工制备成底部形成凸台结构的耙材；(2 )机加工出与靶材1相配合的靶托2，靶托内径略小于耙材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、纯净水将耙材 和靶托表面清洗干净，然后将靶托加热到100 250°C，再将耙材的凸台部分 迅速挤入靶托内，然后让嵌套式复合体空冷，制得嵌套式溅射耙。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耙托，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，本专利技术可将耙材的晶粒尺寸控 制在100^im以内，通常为20 100fmi。本专利技术的优点是(1)本专利技术结构简单，具有良好的导电性、传热性 和一定的结合强度；(2)本专利技术使用后耙材可以回收，减少耙材材料贵金 属的浪费；(3)本专利技术采用铝或铜靶托，能够节省贵重的溅射材料，并且 减轻溅射靶的重量；(4)本专利技术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 IB为由铸锭加工成的圆板 1C为加工后的耙材 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。 l为靶材，2为靶托。 具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术的方法作进一步说明。 实施例1Ta/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095mm 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。C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 80拜。退火后再将板 坯加热到40(TC，同时预热模具(约200°C)，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) 选用无氧铜作为耙托材料，机加工出与耙材配合的耙托(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，然后将无氧铜耙托加 热到20(TC，接着将Ta靶材迅速挤入靶托内，经过热胀冷縮后，Cu靶托和 Ta靶材嵌套配合紧密，组成溅射靶(见图3)。实施例2NiPt/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070mm的合金铸锭。将铸锭进行锻压和轧 制，变形量为75%，在700。C进行退火处理，时间lhr，真空度10—'Pa量级， 最终板材厚度为3.5ram (见图1B)。金相分析表明，NiPt的组织细小均匀， 晶粒尺寸30 50拜。将板坯加热到60(TC，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6061A1合金作为靶托材料，机加工出与耙材配合的环形耙托 (见图2)，其中耙托内径略小于靶材底部凸台外径，相应地耙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A1合金耙托加热到 15(TC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，采用本专利技术得到的靶材组织更加均匀，晶粒 能够细小l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%。权利要求1、一种嵌套式溅射靶，由靶材(1)和靶托(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。2、 按照权利要求1所述的溅射靶，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等金属之一种。3、 按照权利要求1或2所述的溅射靶，其特征在于所述的靶材(1)的 晶粒尺寸为20 100pm。4、 按照权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌套式溅射靶，由靶材（１）和靶托（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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何金江，郭力山，尚再艳，雷继锋，廖赞，杨亚卓，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，有研亿金新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]