專利名稱：一種濺射靶材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于濺射靶材技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種濺射靶材。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路芯片的制備向著大尺 寸化方向發(fā)展(8、12甚至18英寸)，派射靶材的尺寸和濺射功率也隨之增大。對濺射靶材的微觀組織以及靶材與背板連接的要求也越來越高。大面積靶材與背板的連接技術(shù)已成為靶材組件制備的關(guān)鍵技術(shù)。多數(shù)靶材在濺射前必須與無氧銅(或Al等其他材料))底盤連接到一起，使濺射過程中靶材與底盤的導(dǎo)熱導(dǎo)電狀況良好。在濺射過程中，靶材組件作為陰極，首先應(yīng)具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，同時為了排放高能態(tài)離子高速轟擊靶材表面產(chǎn)生的熱量，靶材組件也要具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。因此，靶材與背板的連接既要有一定的結(jié)合強(qiáng)度，以避免濺射靶在工作中的脫落、脆裂等問題，又要有高的熱傳導(dǎo)率和電傳導(dǎo)率，靶材與背板連接的常用技術(shù)包括機(jī)械咬合、釬焊、擴(kuò)散焊等。在平面磁控濺射過程中，由于正交電磁場對濺射離子的作用關(guān)系，濺射靶在濺射過程中將產(chǎn)生不均勻沖蝕(Erosion)現(xiàn)象，從而造成濺射靶材的利用率普遍低下，只有30%左右。近年來，設(shè)備改善后靶材的利用率提高到50%左右。由于靶材優(yōu)先從中心濺射，因此圓柱形靶在濺射過程中的產(chǎn)量或利用率較低，因此如何利用此特點為提高濺射靶材的使用效率和使用壽命創(chuàng)造了機(jī)會。CN1849408A公開了一種濺射靶材的制作方法，它采用錐形嵌入的方法制備靶坯和背板的組合件。該方法的主要缺陷為無法完全控制濺射的區(qū)域，有可能打穿濺射靶，從而影響濺射壽命。同時該組合件的加工難度大，要求高，焊接強(qiáng)度低，容易變形。而且在焊接過程中，還容易過快的導(dǎo)致焊接層處接近濺射區(qū)域，而焊接層處的晶粒極易長大，從而影響濺
射質(zhì)量。CN201793723U也公開了一種濺射靶材組件的制作方法，該專利是通過改變靶材的上表面的設(shè)計，來提高靶材的使用壽命的。這是兩種不同的考慮延長靶材壽命的方法。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中濺射靶材使用壽命短的不足提供一種濺射靶材，本實用新型的目的在于利用靶材的濺射特點，合理的設(shè)計和利用靶坯和背板的結(jié)構(gòu)，通過加厚靶坯的總厚度，來達(dá)到充分提高靶坯的使用效率而又不影響靶坯和背板的結(jié)合強(qiáng)度的作用。本實用新型能夠顯著的提高靶材壽命，靶材的使用壽命提高了至少30%，最多能夠提高100%以上，采用本實用新型的濺射靶材使得焊接層遠(yuǎn)離濺射表面，提高濺射效果。傳統(tǒng)的濺射靶材中背板和靶坯的焊接面都為水平，靶坯尺寸小于背板尺寸(如圖I所示)。本實用新型提出一種濺射靶材，包括靶材和背板，其特征在于所述背板具有一凹槽，該凹槽為圓柱形凹槽或者為直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凹槽，該凹槽用以容納靶坯的嵌入，所述靶坯具有一凸起，該凸起為圓柱形凸起或者為直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凸起，該凸起與背板上的凹槽相對應(yīng)，用以嵌入相應(yīng)的背板中，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。所述凹槽槽深為1-15毫米，所述凸起高1-15毫米。背板底部階梯式凹槽可形成兩層或大于兩層的階梯式結(jié)構(gòu)，同時相應(yīng)的靶坯也為兩層或大于兩層的階梯式結(jié)構(gòu)用以嵌入背板中。還可以在靶材和背板接觸表面制備中間層后再焊接靶坯和背板成為一體(圖6和圖7)，該中間層設(shè)在凹槽面上，或者設(shè)在凸起面上，或者凹槽面和凸起面上都設(shè)置中間層。中間層厚度約為0. 1-5毫米。該中間層通常為鈦及鈦合金，鋁及鋁合金，鎳及鎳合金，銀及銀合金，銅及銅合金，釩及釩合金等。中間層可以通過電鍍、熱噴涂、濺射、釬焊等方法制備。
對于不能相互擴(kuò)散焊接的金屬或焊接強(qiáng)度低的金屬來說，必須要采用中間層進(jìn)行過渡，力口入中間層后可以使得靶材的焊接強(qiáng)度提高50%以上。成品靶材外形可為圓形、方形、三角形或異形。靶坯材料可為銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金、鎢、鎢合金、鉻、鉻合金、鉭或鉭合金等各種可以成為濺射靶坯的材料；背板材料可為銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、鑰、鑰合金或不銹鋼等各種高性能背板材料。本實用新型的背板底部階梯式凹槽可形成兩層或大于兩層的階梯式結(jié)構(gòu)(圖3、圖4和圖5)，同時相應(yīng)的靶坯也制作成兩層或或大于兩層的階梯式結(jié)構(gòu)用以嵌入背板中，本實用新型能夠最大量的提高靶材的有效濺射厚度，延長靶材的濺射壽命。本實用新型的濺射靶材因靶厚度的加深，使得靶材的壽命提高了至少30%，具有非常好的的實際意義。

圖I顯示了傳統(tǒng)的靶坯與背板的焊接方式；圖2顯示了本實用新型的制造濺射靶材的工藝示意圖；圖3、圖4和圖5顯示了本實用新型的多層嵌入的靶材組件示意圖；圖6和圖7顯示了有中間層的嵌入靶材組件示意圖；圖中標(biāo)號1_靶坯；2_背板；3_中間層。
具體實施方式
通過結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行的以下詳細(xì)描述將更易于理解本實用新型的目的和優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案
具體實施方式
本實用新型提供了一種濺射靶材，如圖2所示。靶坯通過A區(qū)域嵌入背板的B區(qū)域，通過這樣嵌入的方法，濺射靶的有效濺射厚度相對于傳統(tǒng)靶(圖I)增加了50%-100%。同時通過真空熱壓或者熱等靜壓的方式焊接靶坯與背板結(jié)合。由于靶坯和背板發(fā)生了強(qiáng)烈的塑性變形，這樣嵌入式的結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒑附訌?qiáng)度提高30-50%。這樣靶厚度加深，使得靶材的壽命提高了至少30%，具有非常好的的實際意義。該靶材經(jīng)過熱壓后，再進(jìn)行200°C以上的擴(kuò)散I至5小時，使得焊接截面能夠充分?jǐn)U散，增強(qiáng)焊接強(qiáng)度。類似的方法也適用于圖3、圖4、圖5、圖6和圖7，都能夠提高靶材的有效濺射厚度，延長靶材的使用壽命。在熱壓過程中，還包括在靶坯A區(qū)域和C區(qū)域(圖2)和背板B區(qū)域和D區(qū)域加工各種接觸表面形狀，包括接觸表面的鋸齒和一定的表面粗糙化處理；還包括在接觸表面加入通過電鍍、熱噴涂、濺射等制備的中間層的方法(圖6和圖7)。這樣的方法都能夠增加靶材的焊接強(qiáng)度，防止靶材變形，提高濺射效果。本實用新型的靶材外形為圓形、方形、三角形或異形。采用類似的方法都能夠提高靶材的焊接強(qiáng)度和使用壽命。實施例I背板直徑為500-550mm，靶坯直徑為420_480mm (圖2)。靶坯采用6N (99. 9999 % )高純銅，背板選用Cu合金材料，其中背板的硬度要遠(yuǎn)大于靶坯的硬度(靶坯硬度約為50HV，背板硬度大于130HV)。背板具有一直徑在400_450mm的圓柱形凹槽，同時在勒1 具有相應(yīng)的圓柱形凸起，凹槽或凸起的厚度均約為12_。所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。本實施例的高純銅靶的壽命相較于傳統(tǒng)的高純銅靶材壽命提高了約50%。實施例2背板直徑為480-580mm，靶坯直徑為440_500mm (圖2)。靶坯采用4N5 (99. 995 % )高純鈦，背板選用Al合金材料。背板具有一直徑在420-480mm的圓柱形凹槽，同時靶坯具有相應(yīng)的圓柱形凸起，凹槽和凸起的厚度均約為15_。所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。本實施例的的高純鈦靶的壽命相較于傳統(tǒng)的高純鈦靶材壽命提高了約40%。實施例3背板直徑為380-600mm，靶坯直徑為300-500mm(圖3)。靶坯采用5N(99. 995% )高純鋁，背板選用Cu合金材料。背板具有一直徑在280-460mm的直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凹槽，同時靶坯具有相應(yīng)的直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凸起，凹槽和凸起的總厚度均約為15_。所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。本實施例的高純鋁靶的壽命相較于傳統(tǒng)的高純鋁靶材壽命提高了約60%。實施例4背板直徑為400-550mm，靶坯直徑為320_480mm (圖2)。靶坯采用6N (99. 9999 % )高純銅，背板選用Al合金材料。背板具有一直徑在300_450mm的圓柱形凹槽，同時勒1 具有相應(yīng)的圓柱形凸起，凹槽或凸起的厚度均約為15_。所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。本實施例的高純銅靶的壽命相較于傳統(tǒng)的高純銅靶材壽命提高了約100%。實施例5背板直徑為400-580mm，靶坯直徑為320_520mm(圖6)。靶坯采用4N(99. 99% )高純鉭，背板選用Cu合金材料。背板具有一直徑在350-520mm的直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凹槽，同時靶坯具有相應(yīng)的直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凸起，凹槽或凸起的總厚度均約為18mm。同時在背板凹槽面上設(shè)有中間層(該中間層為鎳合金或鈦合金，厚度約為0. Imm)(圖6)，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。本實施例的高純鉭靶相較于傳統(tǒng)鉭靶的焊接強(qiáng)度提高了 50%，壽命提高了約40%。實施例6[0037]背板直徑為400-580mm，靶坯直徑為320_520mm (圖7)。靶坯采用4N (99. 99 % )高純鈷，背板選用Cu合金材料。背板具有一直徑在350-520_的直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凹槽，同時靶坯具有相應(yīng)的直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凸起，凹槽或凸起的總厚度均約為14mm。在背板凹槽面上設(shè)有中間層(該中間層為鎳合金或鈦合金，厚度約為5mm)(圖7)，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。本實施例的高純鈷靶相較于傳統(tǒng)鈷靶的焊接強(qiáng)度提高了 100%，壽命提高了約80%。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人 員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種濺射靶材，包括靶材和背板，其特征在于所述背板具有一凹槽，該凹槽為圓柱形凹槽或者為直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凹槽，該凹槽用以容納靶坯的嵌入，所述靶坯具有一凸起，該凸起為圓柱形凸起或者為直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凸起，該凸起與背板上的凹槽相對應(yīng)，用以嵌入相應(yīng)的背板中，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于所述凹槽槽深為1-15毫米，所述凸起高1-15毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于背板底部階梯式凹槽形成兩層或大于兩層的階梯式結(jié)構(gòu)，同時相應(yīng)的靶坯也為兩層或大于兩層的階梯式結(jié)構(gòu)用以嵌入背板中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于在靶材和背板接觸表面設(shè)置中間層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于所述中間層設(shè)在凹槽面上，或者設(shè)在凸起面上，或者凹槽面和凸起面上都設(shè)置中間層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于中間層厚度為O.1-5毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于成品靶材的外形為圓形、方形、三角形或異形。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于靶坯材料為銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金、鎢、鎢合金、鉻、鉻合金、鉭或鉭合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于背板材料為銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、鑰、鑰合金或不銹鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材，其特征在于中間層材質(zhì)為鈦、鈦合金、鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、銀、銀合金、銅、銅合金、鑰;或鑰;合金。
專利摘要本實用新型公開了屬于濺射靶材技術(shù)領(lǐng)域的一種濺射靶材。所述背板具有一凹槽，該凹槽為圓柱形凹槽或者為直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凹槽，該凹槽用以容納靶坯的嵌入，所述靶坯具有一凸起，該凸起為圓柱形凸起或者為直徑向內(nèi)側(cè)逐漸減小的階梯式凸起，該凸起與背板上的凹槽相對應(yīng)，用以嵌入相應(yīng)的背板中，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽內(nèi)。本實用新型能夠最大量的提高靶材的有效濺射厚度，延長靶材的濺射壽命。本實用新型的濺射靶材因靶厚度的加深，使得靶材的壽命提高了至少30％，具有非常好的實際意義。
文檔編號C23C14/34GK202530154SQ20122009143
公開日2012年11月14日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者何金江, 曾浩, 郭力山, 高巖 申請人:北京有色金屬研究總院, 有研億金新材料股份有限公司