一种高性能铁磁性靶材的制备方法技术

本发明专利技术公开了属于靶材制备技术领域的一种高性能铁磁性靶材的制备方法，所述方法包括，首先准备靶坯和背板，将靶坯加工至成品厚度尺寸，然后采用温差法焊接，保证靶材平面度，通过振动时效消除焊接内应力，最后通过加工背板完成靶材成品制备，所述方法适用于制备直径为Φ300‑450mm的大面积靶坯。采用本发明专利技术所述方法制备的大面积高纯铁磁性金属靶材厚度均匀性好，焊接应力小，透磁率分布均匀，靶材溅射薄膜均匀性好。

Preparation of a high performance ferromagnetic target

【技术实现步骤摘要】
一种高性能铁磁性靶材的制备方法
本专利技术属于靶材制备
，具体涉及一种高性能铁磁性靶材的制备方法。本
技术实现思路
提供的高纯铁磁性溅射靶材适用于半导体及集成电路制造领域。
技术介绍
随着半导体制造技术的不断进步，半导体集成电路的前道逻辑电路的线宽已经普遍达到90-28nm，未来将进一步普及到14-10nm的深纳米级。随着线宽减小，金属Co、Ni(Pt)硅化物取代了Ti硅化物用作电接触层(Contactor)，例如，CMOS器件中的应变硅技术和新型FinFET中的调制功函数技术所使用的钴靶、镍铂合金靶材等，通过PVD形成电接触层。由于这些靶材具有铁磁性，磁性能的分布均匀性成为影响溅射薄膜均匀性的关键。影响铁磁性靶材磁性能均匀性的因素有很多，主要包括微观组织织构、厚度及内应力分布均匀性。如果靶材厚度分布不均匀，会导致靶材表面磁场分布不均匀。另外，靶材焊接应力较大，会导致靶材加工过程中厚度均匀性不好控制。所以，铁磁性靶材的加工过程对于靶材的溅射性能影响较大。对于要求较高的8-12英寸铁磁性金属靶材，由于靶面直径过大(＞300mm)，靶材焊接后，通常有1-2mm整体变形。采用普通的调平方法调平后，靶材平面度仍然较大(＞0.2mm)，因此，需要采用特殊的方法来保证靶材焊接较低的焊接应力，从而具有较高的厚度均匀性(＜0.2mm)。温差法可用于消除焊接应力与变形，温差法包括火焰喷水法、感应加热法、散热法等。据报道美国的Hervey实验室在1968年研究了用控制焊接热分布形式的方法业减少铝件的变弯曲。其原理是采用深冷液体和辅助热源形成一个畸变温度场，使焊缝附近的金属产生收缩和膨胀,以抵消焊接产生的膨胀和收缩。但以上这些方法主要用在对焊结构中，无法解决大面积薄板平面焊接所产生的变形，并且现有技术振动时效多用于小工件，所以急需一种技术方案解决大面积铁磁性靶材的焊接变形并消除内应力的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种高性能铁磁性靶材的制备方法，包括如下步骤：1)首先准备靶坯和背板；2)将靶坯加工至成品靶材厚度尺寸；3)将加工后的靶坯和背板采用温差法焊接，保证靶材平面度和低应力，得到焊接组件；4)将焊接组件通过振动时效消除焊接残余内应力，得到坯料；5)将坯料加工成所需规格尺寸，得到成品靶材。步骤1)中所述靶坯为钎焊型铁磁性靶材。步骤1)中所述靶坯直径为Φ300-450mm。步骤2)所述靶坯加工方式为高精度加工。步骤3)中所述温差法焊接为通过加热靶坯，使靶坯与背板之间变形减小。步骤3)中所述温差法焊接为通过加热器控制靶坯降温速度，使靶坯降温速度控制在1-2℃/min。步骤3)中所述温差法焊接为通过冷却板控制靶坯1降温速度，使背板降温速度控制在3-10℃/min。步骤4)中所述振动时效时间为10-20min。步骤5)中所述靶材为8英寸或12英寸晶圆用铁磁性靶材。根据所述方法制备的高性能铁磁性靶材，靶材平面度≤0.2mm，薄膜均匀性≤2.2％，靶材溅射面透磁率分布均匀。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术制备的铁磁性金属铁磁性靶材厚度均匀、焊接应力小、溅射薄膜均匀，靶材表面透磁率分布均匀，可满足先进半导体芯片的使用要求。2.本专利技术采用温差法以减小大面积铁磁性靶材的焊接变形。并且结合振动时效消除大面积靶材的内应力，进一步减小平面度。附图说明图1为本专利技术所述高性能铁磁性靶材的工艺流程图；图2为本专利技术所述靶材的靶坯1示意图；图3为本专利技术所述靶材的背板2示意图；图4为对比例方法焊接靶坯1与背板2后变形示意图；图5为本专利技术温差法焊接示意图；图6为本专利技术靶材通过振动时效消除应力示意图。其中：1-靶坯，2-背板，3-加热器，4-冷却板，5-载物台，6-激振器，7-传感器。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：首先准备靶坯1和背板2。对于含Co、Ni、Fe金属元素的等铁磁性金属靶坯1，主要包括高纯Co靶、NiPt靶和NiFe靶等。背板2材质通常为铜合金，如CuCr和CuZn合金。靶坯1尺寸为8-12英寸，通常直径为Φ300-450mm。将靶坯1加工至成品厚度尺寸，可采用车床或磨床加工，保证靶坯厚度均匀性。靶坯1和背板2焊接面上涂覆焊料，焊料为高纯铟。将靶坯1与背板2焊接在一起。靶坯1与背板2焊接后，会由于靶坯1与背板2线膨胀系数不同，产生焊接内应力，导致降温后靶坯1与背板2变形翘曲，如图4所示。由于背板2材质为Cu合金，背板2线膨胀系数大。因此，降温后靶坯1与背板2中心位置会发生翘曲，翘曲量h通常为1.5-4mm。由于翘曲度较大，通常需要压块进行压平。但是平整度控制难度较大，并且由于铁磁性靶材的磁性能对应力比较敏感，压平后存在一定残余应力。导致靶材厚度均匀性及应力分布均匀性差。为了减小翘曲，使靶材表面使用加热器3，控制降温速度，使靶坯1降温速度低于背板2降温速度。使靶坯1降温速度控制在1-2℃/min。背板2位置使用使用冷却板4使背板2降温速度控制在3-10℃/min。冷却板可设计为水冷铜板，将整套组件放在载物台5上，如图5所示。靶坯与背板冷却过程中，将冷却板4先快速冷却至焊料凝固温度点，使靶坯与背板产生温差，使两者分别收缩。进而保证最终冷却后具有较小的翘曲度。相对于常规焊接方法，靶材采用温差法焊接后，靶材翘曲量翘曲量减小到0.3-0.5mm。采用振动时效消除焊接内应力。如图6所示，在靶坯表面使用激振器6，背板边缘使用传感器7获得振动信号。靶材消除焊接应力后，平面度降低到0.2mm以下，靶材平面度明显提高，焊接应力基本消除。将背板2加工成所需规格，最终得到成品靶材。以下结合实施例对本专利技术中工艺流程图1进行描述，确定工艺的可行性。实施例中选择高纯NiPt15靶坯1及Cu合金背板2进行实验。对比例1准备高纯NiPt15靶坯及Cu合金背板，靶坯直径Φ330mm，加工至成品厚度3.5mm，背板厚度15mm。NiPt15靶坯及Cu合金背板2在220℃完成铟钎焊焊接。焊接后测量靶材翘曲量h＝3mm。靶材采用压块进行机械压平，压平后测量靶材翘曲量h＝0.3mm。靶材完成成品加工，NiPt15靶坯部分加工至成品厚度3mm，测量靶材NiPt15部分厚度极差，焊接完成后如图4所示。对比例2准备高纯NiPt15靶坯及Cu合金背板，靶坯直径Φ450mm，加工至成品厚度3mm，背板厚度15mm。NiPt15靶坯及Cu合金背板在180℃完成铟钎焊焊接。焊接后测量靶材翘曲量h＝2mm。靶材进行振动时去除应力，靶材翘曲量h＝0.25mm。靶材完成成品加工，测量靶材NiPt15部分厚度极差。实施例1准备高纯NiPt15靶坯及Cu合金背板，靶坯直径Φ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能铁磁性靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)首先准备靶坯和背板；/n2)将靶坯加工至成品靶材厚度尺寸；/n3)将加工后的靶坯和背板采用温差法焊接，保证靶材平面度和低应力，得到焊接组件；/n4)将焊接组件通过振动时效消除焊接残余内应力，得到坯料；/n5)将坯料加工成所需规格尺寸，得到成品靶材。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能铁磁性靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)首先准备靶坯和背板；
2)将靶坯加工至成品靶材厚度尺寸；
3)将加工后的靶坯和背板采用温差法焊接，保证靶材平面度和低应力，得到焊接组件；
4)将焊接组件通过振动时效消除焊接残余内应力，得到坯料；
5)将坯料加工成所需规格尺寸，得到成品靶材。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述靶坯为钎焊型铁磁性靶材。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述靶坯直径为Φ300-450mm。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述靶坯加工方式为高精度加工。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述温差法焊接为通过加...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗俊锋，郭力山，熊晓东，徐国进，张巧霞，刘芳，李勇军，庞欣，刘丹，
申请(专利权)人：有研亿金新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11