具有界面部分的多块溅射靶及相关方法和物品技术

本发明专利技术公开了一种溅射靶，包括至少两个固结块，每个块包括一合金，该合金包含第一金属(如难熔金属，如钼，其存在的量按重量计大于约30％)和至少一种另外的合金元素；以及至少两个固结块之间的一接合部分，处理该接合部分不存在因熔融结合一添加的松散粉末粘接剂产生的微结构。一种用于制造靶的方法，包括热等静压压制(温度在1080℃以下)，固结预制块，在压制之前，在固结粉末金属块之间放置至少一个连续的固体界面部分。该至少一个连续的固体界面部分可包括一冷喷射体，一块、一烧结预制件、一压实粉末体(如拼贴)或其任意组合，其中冷喷射体可以是将粉末冷喷射沉积到表面上的块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有界面部分的多块溅射靶及相关方法和物品要求申请日的权益本申请要求2012年5月9日提交的美国申请61/644,669以及2013年3月11日提交的美国专利13/793,043的权利，其内容通过引用清楚的整合。
本专利技术通常指溅射，尤其指改进的多元溅射靶和它们的制品，以及用于生产薄膜的用途，其包括在固结操作(例如热等静压操作)中结合在一起的多个块，以限定至少一个界面部分，这避免了松散粉末的扩散压合。
技术介绍
采用溅射工艺将薄膜沉积到基材上以制造各种不同的设备。溅射工艺一般涉及用能量粒子撞击固体溅射靶，使原子从靶喷射出来。最近几年，对大面积溅射靶的需求日益增长。对于制造大尺寸产品的一些应用尤其如此。例如，平板显示器往往需要在基材上沉积均匀的薄膜。对大显示器的需求，例如用于电视机，持续使材料生产商尽力去开发替代性方法以有效供应这类材料。根据美国专利7,336,324(Kim等人)，在一个特定应用中，采用在基材上沉积钼-钛阻挡层制造液晶显示设备。这种应用加剧了能够为大显示设备喷射这类材料的需求，尤其是同时包含钼和钛的靶。在大面积溅射靶的制造中，靶在组成、微观结构或二者的组合方面表现出一致性，这往往被认为是关键和必要的。对于一些靠靶来制造设备的设备制造商而言，极其微小的不完善处也被看作是一个潜在的产品质量控制风险。例如，制造商的一个注重之处是在设备制造过程中可能形成微粒(例如，原子簇或团，其原子组成与膜其他区域的原子组成不同)。美国专利6,755,948(Fukuyo等人)讨论了在钛靶方面微粒的潜在影响。通过引用多份专利申请来解释溅射靶领域的活动。例如，美国专利申请20070089984描述了大面积溅射靶的形成，其在冷等静压块之间使用钼和钛粉末的混合物粉末。一般来说，使用这种粉末结果是在相邻块之间形成明显的粘结层。即使这种粘结层不会实际上对性能产生负面影响，其显眼性也是设备制造商产生潜在的担忧。例如，一些制造商认为，在溅射过程中粘结层会导致形成非必需的微粒；如果形成，则认为这些微粒可能会影响设备性能。美国专利4,594,219(Hostatter等人)论述了预制件并排固结以形成复合物或化合物形状的物品(例如连接杆和手动扳手)。其没有描述包含钼和/或钛粉末的预制件固结(例如，通过热等静压)。而且也没有描述成功获得包含钼和/或钛粉末的预制件的固结特定工艺步骤。美国专利申请20050191202(Iwasaki等人)披露了一钼溅射靶(其中提供了70.0at％Mo-30.0at/％Ti材料的一实例)。该申请从第40段起，披露了需要使用相对较高的温度和压力，如果压力低于100MPa、温度低于1000℃，则“很难产生具有不小于98％相对密度的烧结体”。该申请描述了一工艺，通过该工艺次级粉末固结成相对较大尺寸的主体，然后将烧结体切割成单独的靶。一个实例说明了进一步的一个热塑料加工步骤。美国专利申请公布文本20050189401(Butzer)披露了制造用于溅射靶的大钼坯或钼条的方法，其中两个或更多个包含钼的主体相邻放置(如一个堆叠在另一个上)，在相邻主体之间的间隙或接合部分中存在钼粉末金属。相邻主体通过热等静压压制，在相邻主体间，每个金属-钼粉末层-金属的接合部分处形成扩散结合，以形成坯或条，其可通过机械加工或其他方式形成以提供大溅射靶。该专利公开文本似乎公开了主要侧表面的结合，而非板的边-边结合。美国专利申请20080216602(Zimmerman等人)描述了另一种方法，用于制造具有钼-钛组分的大面积溅射靶，其包括冷喷涂沉积步骤，用于在一个界面结合多个靶。尽管认识到某些电子束焊接和热等静压工艺可结合靶(在第165-166段，参考图17和图18)，该专利申请也指出电子束焊接导致许多孔产生，而热等静压导致脆弱的合金相。美国专利申请20070251820(Nitta等人)描述了另一制造钼-钛溅射靶的方法实例。在该公开文本中，论述了两个或更多个预先烧结或熔接的溅射靶沿着至少一侧扩散结合(在至少1000摄氏度下)。描述了在接合部分处使用Mo-Ti粉末。美国专利申请20070289864(Zhifei等人)确定了需要大面积溅射靶以填充附在共同支撑板上的多个靶部分之间的空隙。该专利描述了在相邻靶部分之间的材料沉积工艺。有趣的是，该专利意识到制造大型钼板靶面临困难，以及有效制造的需求。冷喷涂技术是一种已经用于在不加热粉末材料的情况下将粉末材料沉积到基材上的方法。美国专利申请20080216602、20100086800、20110303535，以及美国专利7,910,051描述了在溅射靶领域中冷喷涂技术的使用，其均通过引用并入本文用于所有目的。在共同拥有的美国临时申请61/484,450(于2011年5月10日提交)和13/467,323(于2012年5月9日提交)以及公布号为WO2012/154817的PCT申请中教导包括钼和至少一种另外的合金元素的大型多元溅射靶的形成，其通过结合并入本文用于所有目的。鉴于以上所述，本领域仍然需要替代性溅射靶(尤其是大型靶，如最大尺寸超过约0.5米、约1米甚至约2米的靶)，也需要制造它们的方法，其满足以下需求中的一个或任意组合：通常的组分一致性、通常的微结构一致性、不存在颗粒形成的可能性、或相对较高的强度(如相对较高的横向断裂强度)。此外，本领域仍然需要替代性溅射靶，其在任何最终热等静压工艺中不需要粉末。例如，可取的是，在相邻块之间添加的任何材料在最终固结之前通常是固体的有粘着力的材料物质，且都将变成接合部分的材料。在结构一致性方面，使任何可见的接合线或的其他可见的差异最小化的能力，尽管对于现有目的不是关键的，但也是可取的特性。
技术实现思路
在一个方面，本教导通过提供一溅射靶，其尤其可能是相对较大的溅射靶，满足了上述的一个或多个需求(例如其最大尺寸超过约0.5米、约1米或甚至超过约2米；或者用另一种方法表述，可用于溅射的靶溅射面积超过约0.3平方米(m2)、0.5m2、1m2或甚至超过2m2)，该溅射靶包含至少两个固结块，每个块包括一合金，其包含第一金属(例如难熔金属如钼，其存在的量按重量计可超过30％)和至少一种另外的合金元素；至少一个连续的固体界面部分；和在至少两个固结块之间的接合部分，其将各块连接在一起以定义一靶主体。接合部分可包括至少一个连续的固体界面部分(其可取的是一通常具有粘着力的金属块，例如由特定起始材料原位形成(例如通过冷喷射沉积金属粉末混合物)的一个块，在单独的致密化操作中形成的一个块(例如压实、烧结或二者)或二者)。可取的，根据ASTMB528-10，溅射靶沿着接合部分展示出至少约400MPa的横向断裂强度。另一方面，本文的教导通过提供制造溅射靶的方法满足一个或多个上述需求，包含提供第一和第二至少部分固结的粉末金属块的步骤，每个块可选地具有一经过处理的表面，并且每个块包括一合金，该合金包含第一金属(如难熔金属如钼，其存在的量按重量计可超过30％)和至少一种另外的合金元素；置于固结粉末金属块之间的至少一个连续的固体界面部分(例如，在最终固结步骤之前)；在相接触的表面之间实质性缺少任何粘接剂的情形下，通过至少一个连续的固体界面部分，使第一个块经过处理的表面间接接触第二个块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溅射靶，包括：a.包含至少两个固结块，每个块包括一难熔金属合金和至少一种另外的合金元素，其中难熔金属合金的量按重量计大于约30％；b.至少一个源自冷喷射沉积的连续固体界面部分、一烧结的预制件、一压实的粉末主体或它们的任意组合；以及c.至少两个固结块之间的接合部分，其将各个块接合在一起以定义一靶体，该接合部分包括至少一个连续的固体界面部分，其中根据ASTM B528‑10，溅射靶连同接合部分展示出至少约400MPa的横向断裂强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.09 US 61/644,669;2013.03.11 US 13/793,0431.一种溅射靶，包括：a.包含至少两个固结块，每个块包括一难熔金属合金，该难熔金属合金包括按重量计大于30％的难熔金属和至少一种另外的合金元素；b.至少一个连续固体界面部分，其中，该连续固体界面部分是一拼贴，或源自冷喷射沉积到至少一个固结块的一表面，其中拼贴是一烧结的预制件或一压实的粉末主体；以及c.至少两个固结块之间形成的接合部分，其将各个块接合在一起以定义一靶体，该接合部分包括至少一个连续的固体界面部分，其中根据ASTMB528-10，溅射靶连同接合部分展示出至少400MPa的横向断裂强度；其中，拼贴在形成接合部分之前的密度为理论密度的60％至85％。2.根据权利要求1所述的溅射靶，其中难熔金属是钼，其中，得到的接合部分包括一难熔金属合金和至少一种另外的合金元素，并且根据ASTMB528-10，所述溅射靶连同所述接合部分展示出至少600MPa的横向断裂强度。3.根据权利要求2所述的溅射靶，其中，在整个靶体中，基本纯的钼相、基本纯的至少一种另外的合金元素的相以及包括钼和该至少一种另外的合金元素的合金的大于30vol％且小于70vol％的第三相大致连续并均匀的分布。4.根据权利要求1所述的溅射靶，其中，该靶体包括钼和钛；钼和钛的混合物用于制造连续固体界面部分；并且在形成接合部分之前，基于混合物中钛的总重量，未结合的钛在连续固体界面部分中的量按重量计至少为50％或更多。5.根据权利要求3所述的溅射靶，其中，基本纯的钼相的量为溅射靶体的30vol％至60vol％。6.根据权利要求3所述的溅射靶，其中，基本纯的钼相的量小于溅射靶体的48vol％。7.根据权利要求3所述的溅射靶，其中，基本纯的至少一种另外的合金元素的相的量为5vol％至25vol％。8.根据权利要求3所述的溅射靶，其中，基本纯的至少一种另外的合金元素的相是钛，并且其存在量小于10vol％。9.根据权利要求1-8中任一项所述的溅射靶，其中，钼和至少一种另外的合金元素的合金的量为40vol％至65vol％。10.根据权利要求1-8中任一项所述的溅射靶，其中，钼和至少一种另外的合金元素的合金包括钼和钛的β相，β相的量大于合金、靶或二者的40vol％。11.一种制造权利要求1的溅射靶的方法，包括以下步骤：a.提供第一个和第二个至少部分固结的粉末金属块，每个包括一合金，该合金包含一难熔金属和至少一种另外的合金元素，难熔金属存在的量按重量计大于30％；b.在固结粉末金属块之间放置至少一个连续的固体界面部分；c.在相接触的表面之间实质性缺少任何粘接剂的情形下，通过至少一个连续的固体界面部分，使经过处理的第一个块的表面间接接触经过处理的第二个块的经处理表面以形成一接触的接合结构；以及d.在一小于1080℃的温度下和一压力下，等静压压制接触结构一段充分的时间，从而足以实现第一和第二块之间的固结接合，其中，该连续固体界面部分是一拼贴或源自冷喷射沉积到至少一个固结块的表面，其中，拼贴的密度为理论密度的60％至85％，并且是一烧结的预制体或一压实的粉末主体。12.根据权利要求11所述的方法，其中，提供的步骤包括由合金形成第一个块和第二个块的步骤，该合金包括钼和至少一种合金元素，该至少一种合金元素选自：钛、铬、铌、钽、钨、锆或...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·A·罗扎克，M·E·盖多斯，C·迈卡卢克，
申请(专利权)人：H·C·施塔克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US