高强度铝合金背板及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种形成高强度铝合金的方法。所述方法包括将包含钪的铝材料加热到所述铝材料的固溶温度，使得钪分散在整个所述铝材料中以形成铝合金。所述方法还包括使用等通道转角挤压来挤压所述铝合金以形成高强度铝合金，使得所述高强度铝合金在约300℃至约400℃的温度下保持至少一小时之后具有大于约40ksi的屈服强度。

High Strength Aluminum Alloy Back Plate and Its Preparation Method

The invention discloses a method for forming high strength aluminium alloy. The method includes heating an aluminium material containing scandium to the solution temperature of the aluminium material so that scandium is dispersed throughout the aluminium material to form an aluminium alloy. The method also includes the use of equal channel angular extrusion to extrude the aluminium alloy to form a high strength aluminium alloy, so that the high strength aluminium alloy has a yield strength greater than 40 Ksi after being kept at least one hour at temperatures ranging from about 300 to about 400 degrees centigrade.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度铝合金背板及制备方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年9月30日提交的美国临时专利申请序列号62/402,267的优先权，该临时专利申请的公开内容据此全文明确地以引用方式并入本文。
本公开涉及可例如在溅射靶组件中使用的高强度铝合金。更具体地讲，本公开涉及热稳定且可在溅射靶组件中用作背板的高强度铝合金。还描述了形成高强度铝合金、高强度背板和靶组件的方法。
技术介绍
物理气相沉积(“PVD”)方法广泛用于在各种基材上形成薄膜材料。可使用PVD技术沉积各种金属和合金，包括例如铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、钽(Ta)、镍(Ni)、钼(Mo)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)以及这些元素的合金。在称为溅射沉积或溅射的一种PVD工艺中，通过用诸如等离子体的气体离子轰击从溅射靶的表面喷射粒子。因此，溅射靶是沉积到基材(诸如半导体晶片)上的材料源。图1中示出了示例性溅射组件10的一部分的图解视图。溅射组件10包括背板12，该背板具有结合到其上的溅射靶14。半导体材料晶片18位于组件10内并且被设置成与靶14的溅射表面16间隔开。在操作中，粒子或溅射的材料22从靶14的表面16移位并用于在晶片18上形成涂层(或薄膜)20。应当理解，图1中描绘的溅射组件10是示例构型，这是由于例如靶和背板两者可为任何合适的尺寸或形状。溅射靶可耦接或附接到背板。背板可在溅射工艺期间支撑溅射靶，并且可减少例如溅射靶的翘曲。将溅射靶附接到背板的一种方法是热等静压(“HIPing”或“hipping”)。Hipping可用于在加热到hipping温度之后将溅射靶和背板按压在一起，从而将溅射靶结合到背板。在一些实施方案中，背板12可具有高机械强度，包括例如高杨氏模量(E)和高屈服拉伸强度(YS)；与靶材料相当的热膨胀系数；良好的导热性；以及与靶材料类似的电和磁特性。屈服强度或杨氏模量决定材料中产生特定塑性变形量的应力。具有与溅射靶材料相当的热膨胀系数降低了背板12和溅射靶14将在溅射期间剥离的风险。良好的导热性改善了冷却效率。具有与靶材料类似的电和磁特性优化了溅射期间穿过溅射组件10的磁和电通量。半导体晶片制造技术的进步引发了对越来越大的靶的需求，尤其是对制造300mm至450mm尺寸晶片的需求。更大的靶尺寸继而又需要更高强度的背板材料以最小化或避免靶翘曲。虽然已对背板材料做了改进，但需要越来越强的材料来提供足以支撑更大的靶尺寸的强度，尤其是考虑到要使用越来越高的溅射功率来改善生产量、膜质量和均匀度。背板目前最常由铝、铜、铝合金和铜合金形成。Cu合金提供高强度和热稳定性，而Al合金具有价格更便宜且质量更轻的优点。然而，大多数商业Al合金都会在hipping温度附近损失峰值强度，该温度通常大于250℃，并且时常更接近300℃。因此需要高温度稳定性和屈服强度的高强度背板。
技术实现思路
本文公开了形成高强度铝合金的方法。该方法包括将包含钪的铝材料加热到铝材料的固溶温度，使得钪分散在整个铝材料中而形成铝合金。该方法还包括使用等通道转角挤压来挤压铝合金以形成高强度铝合金，使得高强度铝合金在约300℃至约400℃的温度下保持至少一小时之后具有大于40ksi的屈服强度。在一些实施方案中，该方法还包括在约300℃至约400℃的温度下对高强度铝合金进行至少一小时的时效处理，使得钪的至少一部分在整个高强度铝合金中形成弥散体。本文还公开了形成用于溅射组件背板的铝合金的方法。该方法包括将钪添加到熔融铝中以形成铝材料，并且铸造该铝材料。该方法还包括将铝材料加热到约500℃至约650℃的温度并持续约8小时至约120小时，使得钪的至少一部分溶解在整个铝材料中以形成铝合金，并且对该铝合金进行淬火，使得钪保持溶解在整个铝合金中。该方法还包括使铝合金经受等通道转角挤压以形成高强度铝合金；并且在约300℃至约400℃的温度下对铝进行至少一小时的时效处理，使得钪的至少一部分在整个高强度铝合金中形成弥散体。高强度铝合金在约300℃至约400℃的温度下保持至少一小时之后具有大于40ksi的屈服强度。本文还公开了溅射组件，该溅射组件包括具有铝合金的背板。铝合金包含铝材料，该铝材料形成以铝作为主要组分的金属基体并且包含以占铝合金重量的约0.1重量％至约15.0重量％的重量百分比存在的钪。钪的至少一部分形成分布在整个铝合金中的弥散体；并且在铝合金已在约300℃至约400℃的温度下保持至少一小时之后，铝合金具有至少40ksi的屈服强度。虽然公开了多个实施方案，但是本领域技术人员从以下示出并描述了本专利技术的例示性实施方案的具体实施方式中将理解本专利技术的其他实施方案。因此，附图和具体实施方式本质上被认为是例示性的而非限制性的。附图说明图1是物理气相沉积装置的一部分的图解视图。图2是等通道转角挤压(ECAE)装置的一部分的图解视图。图3是根据一些实施方案的形成Al合金的方法的流程图。图4是示例铝材料的布氏硬度与屈服强度的比较。图5是将某些铝合金的温度与屈服强度进行比较的图表。图6是将示例铝合金的温度与屈服强度进行比较的图表。图7是将某些铝合金的温度与屈服强度进行比较的图表。图8是比较某些铝材料在各种温度下的硬度的图表。图9是将某些铝材料的组成与热稳定性进行比较的图表。图10是将某些铝材料的组成与硬度进行比较的图表。图11是比较某些铝材料的硬度随在各种温度下退火一小时的变化的图表。图12是比较某些铝材料的硬度随在各种温度下退火一小时的变化的图表。图13A至图13D是使用光学显微镜拍摄的各种铝合金的显微照片。图14A至图14C是使用光学显微镜拍摄的各种铝合金的显微照片。图15是比较各种铝合金的强度的图表。图16是比较某些铝合金的硬度随各种退火温度的变化的图表。图17是比较某些铝合金的硬度随各种退火温度的变化的图表。图18是比较某些铝合金的硬度随各种退火时间和温度的变化的图表。图19是比较在各种持续时间内加热之后某些铝合金的硬度的图表。图20是比较加热到各种温度之后某些铝合金的硬度的图表。图21A至图21B是使用光学显微镜拍摄的、加热到各种温度之后铝合金的显微照片。图22A至图22C是使用光学显微镜拍摄的、加热到各种温度之后铝合金的显微照片。图23A至图23C是使用光学显微镜拍摄的、加热到各种温度之后铝合金的显微照片。图24是比较某些铝合金在各种温度下的硬度的图表。具体实施方式本文公开了具有高强度和热稳定性的铝(Al)合金背板及其制备方法。更具体地讲，本文描述了这样的Al合金背板，该背板在已在约300℃至约400℃的温度下保持至少一小时之后具有大于40ksi的屈服强度和/或直径小于约1微米的晶粒尺寸。在其他实施方案中，在背板已在约300℃至约400℃的温度下保持至少一小时之后，Al合金可具有约40ksi至约50ksi、或约40ksi至约65ksi的屈服强度。在一些实施方案中，Al合金背板包含钪(Sc)，并且可例如包括含Sc和Al的弥散体。在一些实施方案中，Al合金背板可包含Sc和锆(Zr)，并且可形成含Al和Sc和/或Zr的弥散体。还公开了形成高强度Al合金的方法，包括通过等通道转角挤压(ECAE)。Al合金包括由Al形成的金属基体、分布在整个金属基体中的弥散体以及任选的附加元素。由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成高强度铝合金的方法，所述方法包括：将包含钪的铝材料加热到所述铝材料的固溶温度，使得钪分散在整个所述铝材料中而形成铝合金；以及使用等通道转角挤压来挤压所述铝合金以形成高强度铝合金；使得所述高强度铝合金在约300℃至约400℃的温度下保持至少一小时之后具有至少约40ksi的屈服强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 US 62/402,267;2017.09.15 US 15/705,9891.一种形成高强度铝合金的方法，所述方法包括：将包含钪的铝材料加热到所述铝材料的固溶温度，使得钪分散在整个所述铝材料中而形成铝合金；以及使用等通道转角挤压来挤压所述铝合金以形成高强度铝合金；使得所述高强度铝合金在约300℃至约400℃的温度下保持至少一小时之后具有至少约40ksi的屈服强度。2.根据权利要求1所述的方法，其中钪以约0.1重量％至约15.0重量％的重量百分比存在于所述铝合金中。3.根据权利要求1所述的方法，其中钪以约0.1重量％至约5.0重量％的重量百分比存在于所述铝合金中，并且其中所述铝合金还包含约0.1重量％至约5.0重量％的重量百分比的锆。4.根据权利要求1所述的方法，还包括在约300℃至约400℃的温度下对所述高强度铝合金进行至少一小时的时效处理，使得所述钪的至少一部分在整个所述高强度铝合金中形成弥散体。5.根据权利要求1所述的方法，其中加热所述铝材料还包括加热包含钪以及由以下组成的组的至少一个成员的铝材料：氧化物、碳化物、纳米管、硅化物、富勒烯、铬、铁、铪、锰、铌、镍、钪、钛、钒、锆、钇、锂、钽、钼、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·费拉泽，弗兰克·C·奥尔福德，迈克尔·R·品特，苏珊·D·斯特罗瑟，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US