專利名稱：蒸發(fā)源的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，其包括一個(gè)靶和一個(gè)與靶相連的支承板，靶包含鋁組分及一種或多種其它組分，制造支承板的材料的熱導(dǎo)率比靶好，靶的制造是將粉末狀個(gè)體組分的混合物冷壓之后，在低于個(gè)體組分熔點(diǎn)的溫度下邊流動(dòng)邊成型，直至密度至少為理論密度的98％。
如今用于物理氣相沉積的濺射靶已經(jīng)被大規(guī)模地用于多種涂層的制造。它們的用途覆蓋了多種底物材料的抗磨及抗腐蝕涂層的生產(chǎn)和涂層材料復(fù)合物的生產(chǎn)，尤其是在半導(dǎo)體和電子工業(yè)中。應(yīng)用的廣泛性意味著有多種涂層材料需要沉積。
在多種物質(zhì)需要同時(shí)沉積的情況下就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，在合金的常規(guī)形成過(guò)程中會(huì)生成易碎的金屬間相，這樣合金實(shí)際上就不能在冷或熱條件下成型，只有花費(fèi)相當(dāng)?shù)拇鷥r(jià)才能加工。因而由這些合金制造濺射靶非常困難甚至根本不可能。
例如，這些有問(wèn)題的材料包括，例如，鋁和鈦的合金，其只能通過(guò)上述方法才能制成濺射靶。
上述方法在AT PS 388 752中有詳細(xì)的描述。
在濺射系統(tǒng)中，通常濺射靶采用機(jī)械手段固定在水冷銅板上以降低表面溫度。最常見(jiàn)的是，完全由被濺射材料制成的濺射靶直接位于銅板上。
由于需要使盡可能多的材料用濺射靶霧化，濺射靶的總高度應(yīng)盡可能地高。但是，需要考慮的是，隨總高度增高而增高的濺射靶的熱阻不能增加得太大，以確保濺射靶的表面溫度保持在可靠值。
由于大多數(shù)被霧化的材料具有相對(duì)好的熱導(dǎo)率和/或相對(duì)高的表面溫度，常見(jiàn)的濺射系統(tǒng)中濺射靶的總高度相對(duì)較大，因此如果這些系統(tǒng)中濺射靶的總高度相對(duì)較低將會(huì)非常不利。
尤其是，使用濺射技術(shù)涂覆時(shí)，具有很好熱導(dǎo)率的鋁非常常用，因而尤其從濺射靶的總高度考慮，許多濺射系統(tǒng)利用鋁的良好熱導(dǎo)率。
在這些涂覆設(shè)備中，當(dāng)鋁和其它熱導(dǎo)率較差的材料一起霧化，同時(shí)為了防止，例如，濺射靶的幾種組分之間不需要的反應(yīng)發(fā)生，濺射過(guò)程中表面溫度不能太高，這樣就會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。因此，鋁經(jīng)常和鈦一起使用，另外如果可用，也可加入用于涂覆的其它組分，尤其是可抗磨和抗剪切的組分。
使用這些材料制造的濺射靶，即使少量的鈦也會(huì)明顯降低鋁的良好熱導(dǎo)率。因此，對(duì)于這些濺射靶，如果按照常規(guī)濺射系統(tǒng)中的總高度來(lái)制造，在較高的涂覆速度下表面溫度會(huì)過(guò)高而發(fā)生放熱反應(yīng)，而造成靶的毀壞。
但是，和鋁一起利用濺射靶霧化的其它材料在涂覆過(guò)程中也非常關(guān)鍵并會(huì)引起問(wèn)題。鋁和鉭、釹或釔的材料組合物可用于，例如，電子領(lǐng)域，而鋁和鎳及鉻的材料組合物常用作光和磁貯存的介質(zhì)材料。
例如，鋁與錫、鋅、銀、鎢、鉬的材料組合物在應(yīng)用中經(jīng)常加入另外的鈦部分以防磨損和剪切，其中有一種材料組分用作干膜潤(rùn)滑劑。
為了盡可能避免在涂覆過(guò)程中使用這些關(guān)鍵的材料組合物時(shí)產(chǎn)生上述問(wèn)題，沉積速度通常應(yīng)受限制以防止表面溫度升得太高。
在較高的涂覆速度下不改變總高度而降低這些關(guān)鍵濺射靶的表面溫度的一個(gè)可能方法是，在濺射靶與水冷銅板接觸區(qū)域上用具有良好熱導(dǎo)率材料制成的支承板作為部分濺射靶，然后將該支承板與銅板機(jī)械相連。
例如在WO 00/22185或US 5 397 050中描述了制造這樣的蒸發(fā)源的方法，其中支承板通過(guò)焊接或擴(kuò)散結(jié)合而與濺射靶相連。
按此方法制造蒸發(fā)源時(shí)，如在靶和支承板之間出現(xiàn)一個(gè)熱導(dǎo)率差的過(guò)渡區(qū)域?qū)⒑懿焕?，其不能保證熱量從濺射靶表面最佳地散發(fā)到支承板上，再散發(fā)到冷卻銅板。
由于濺射靶表面溫度只要略高幾度就會(huì)導(dǎo)致霧化性能的缺陷，因而這些熱導(dǎo)率差的過(guò)渡區(qū)域要盡可能地避免。
本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)一種制造用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的方法，其中含鋁組分的濺射靶與支承板相連，沒(méi)有形成熱導(dǎo)率差的過(guò)渡區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，將含有粉末狀起始材料的支承板與靶組分一起擠壓成夾層式粉末部分，然后再成型即可以達(dá)到以上目的。
按此方法，在靶材料與支承板之間可以形成優(yōu)異的連接，不形成熱導(dǎo)率差的過(guò)渡區(qū)域，因此熱量可以較好地從濺射靶表面散發(fā)到支承板上，再散發(fā)到水冷銅板。
通常濺射靶使用螺栓固定或夾在水冷板上，因而可以把靶上不能霧化的部分設(shè)計(jì)成支承板，這樣在相同的總高度下，相對(duì)于沒(méi)有支承板的濺射靶可以有更多的材料可以有效地蒸發(fā)。
為使靶材料能與支承板特別好地連接，靶優(yōu)選至少含15原子％的鋁。
本發(fā)明可以按特別有利的方式實(shí)行的濺射靶是由15原子％的鋁和85原子％的鈦制成的靶。
具有優(yōu)良熱導(dǎo)率的純鋁尤其適合做蒸發(fā)源的支承板的材料。由于鋁相對(duì)較軟，與水冷銅板的力學(xué)連接較好，因而形成一個(gè)熱阻低的較好的過(guò)渡區(qū)域。此外，如果靶材料無(wú)意間被過(guò)度濺射，造成支承板的某些部分也被濺射，但這樣對(duì)沉積涂層的破壞并不太大。
但是，與鋁相似，其它熱導(dǎo)率好的材料，如銅也可用作支承板。
一種經(jīng)證實(shí)在鍛壓成型的過(guò)程中能使材料流動(dòng)的方法是在鍛壓機(jī)中使用鍛壓方法。
如果靶由鋁/鈦，如15原子％的鋁和85原子％的鈦構(gòu)成，在400-450℃之間進(jìn)行鍛壓被證明是合適的。
另一種加壓鍛件的成型方法是在材料盡可能流動(dòng)的條件下擠塑。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法的這種變化的優(yōu)點(diǎn)是具有不同總高度的濺射靶可以與擠塑坯段分開(kāi)。
通過(guò)使用以下生產(chǎn)實(shí)施例更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明按照以下方法制造直徑63mm、總高度32mm的盤狀蒸發(fā)源，其包括高20mm含50原子％鋁和50原子％鈦的濺射靶，以及緊密固定在濺射靶上的高12mm的支承板。
用于濺射靶的鋁粉末和鈦粉末的平均顆粒大小為30微米，將它們?cè)诓粚?duì)稱的移動(dòng)混合器中混合。
在遠(yuǎn)大于蒸發(fā)源的最終尺寸的液壓兩件式擠塑模中，在擠塑模的底部先填入平均顆粒大小為30微米的純鋁粉，并將粉末填料壓平。然后將擠塑模的頂部放到位，再填入混合好的鋁/鈦粉末，將粉末混合物再次壓平之后，模中料經(jīng)冷壓形成綠色壓坯，其密度為理論值的94％。
加壓鍛件的二次壓固在鍛壓機(jī)中進(jìn)行，使用半開(kāi)鍛壓模，鍛壓溫度接近200℃，經(jīng)5次壓煉，個(gè)體組分可流動(dòng)或被混捏。
此外在二次壓固之前和每一壓固步驟之間將加壓鍛件放入預(yù)熱到400-450℃的爐中。由于成型時(shí)間較短且成型溫度較低無(wú)需氧化保護(hù)，因而二次壓固的條件并不固定。
最終，蒸發(fā)源經(jīng)機(jī)械加工制成最后的尺寸大小。
對(duì)濺射靶材料和支承板材料之間的過(guò)渡區(qū)域進(jìn)行金相分析，得到顯微照片。


圖1顯示放大100倍的過(guò)渡區(qū)域。
可以清楚地觀察到，在濺射靶材料和支承板材料之間形成絕對(duì)均勻的過(guò)渡，沒(méi)有形成降低熱導(dǎo)率的討厭的中間層。
實(shí)施例2為進(jìn)行對(duì)比，制得與實(shí)施例1大小相同的盤狀蒸發(fā)源。與實(shí)施例1不同的是，蒸發(fā)源包括完全由50原子％鋁和50原子％鈦制成的濺射靶，不含鋁支承板。濺射靶制造過(guò)程的參數(shù)與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3為進(jìn)行對(duì)比，按實(shí)施例1制成具有相同尺寸大小和相同材料組合物的含濺射靶和支承板的蒸發(fā)源。與實(shí)施例1不同之處在于蒸發(fā)源的制造沒(méi)有將起始粉末材料同時(shí)加工。不考慮濺射靶，由熔融冶金制得的銅半成品經(jīng)粗加工得到相同尺寸的支承板，并使用銦中間層與最后的濺射靶結(jié)合在一起，濺射靶按實(shí)施例1的相同制造參數(shù)使用粉末冶金的手段制得。
將實(shí)施例1-3的蒸發(fā)源相繼安裝在電弧(ARC)蒸發(fā)設(shè)備上，并在通常使用的相同的涂覆條件下霧化，電弧電流強(qiáng)度為60A，相當(dāng)于0.7MW/m2的電流，測(cè)定每一濺射靶的表面溫度。
下列表面溫度在霧化時(shí)間接近2分鐘之后得到。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制得的蒸發(fā)源的表面溫度為315℃。
根據(jù)實(shí)施例2制得的沒(méi)有支承板的蒸發(fā)源的表面溫度為420℃。
根據(jù)實(shí)施例3制得的帶有結(jié)合的支承板的蒸發(fā)源的表面溫度為395℃。
與實(shí)施例1相比，盡管使用相同大小的支承板，但表面溫度明顯高的事實(shí)說(shuō)明用于結(jié)合的銦中間層具有降低熱導(dǎo)率的極其不利的效應(yīng)。
從霧化特征看，即使濺射靶的表面溫度只降低幾度也會(huì)帶來(lái)優(yōu)點(diǎn)。因而本發(fā)明的蒸發(fā)源相對(duì)現(xiàn)有的蒸發(fā)源具有明顯優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，該蒸發(fā)源包括一個(gè)包含鋁組分及一種或多種其它組分的靶和一個(gè)與靶相連的由熱導(dǎo)率比靶好的材料組成的支承板，靶的制造是通過(guò)將粉末狀個(gè)體組分的混合物冷壓之后，在低于個(gè)體組分熔點(diǎn)的溫度下在流動(dòng)下成型，直至得到的密度至少為理論密度的98％，該方法的特征在于將同樣由粉末狀起始材料組成的支承板與靶組分一起擠壓形成夾層式粉末部分，然后成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，其特征在于靶包括至少15原子％的鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，其特征在于靶包括85原子％的鈦?zhàn)鳛榈诙M分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，其特征在于鋁用作支承板的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，其特征在于通過(guò)在鍛壓機(jī)中鍛壓進(jìn)行成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，其特征在于通過(guò)在鍛壓機(jī)中在400-450℃的溫度下的鍛壓進(jìn)行成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4的用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，其特征在于通過(guò)擠塑進(jìn)行成型。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法，其特征在于在400-450℃的溫度下經(jīng)擠塑進(jìn)行成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于物理氣相沉積的蒸發(fā)源的制造方法。該蒸發(fā)源包括一個(gè)包含鋁組分及一種或多種其它組分的靶和一個(gè)與靶相連的由熱導(dǎo)率比靶好的材料組成的支承板。根據(jù)本發(fā)明，由粉末起始材料制得的支承板與濺射靶的粉末組分一起經(jīng)擠壓形成夾層式粉末部分然后成型。
文檔編號(hào)C22C14/00GK1392904SQ01803003
公開(kāi)日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月20日
發(fā)明者P·維爾哈蒂滋, S·孫澳兒, P·樸里克 申請(qǐng)人:菩蘭茜股份公司