一种一体型大尺寸平面靶材的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种一体型大尺寸平面靶材的制备方法，所述制备方法先将两块厚度较小的第一靶坯与第二靶坯组合装配，所述第一靶坯与所述第二靶坯的直径相等且均为500‑600mm，再依次进行脱气处理、热等静压处理、电子束焊接以及机加工，得到一体型大尺寸平面靶材，不仅打破了熔炼炉容量有限以及TMP工艺的双重限制，并且所得一体型大尺寸平面靶材具有结构均匀、晶粒细小、连接强度高、外观色泽均一的优点，符合半导体领域的溅射要求。

【技术实现步骤摘要】
一种一体型大尺寸平面靶材的制备方法
本专利技术涉及平面靶材
，具体涉及一种一体型大尺寸平面靶材的制备方法。
技术介绍
目前，溅射靶材集中用于信息存储、集成电路、显示器、汽车后视镜等产业，主要用于磁控溅射各种薄膜材料。磁控溅射是一种制备薄膜材料的方法，利用离子源产生的离子，在真空中加速聚集成高速离子流，被加速的粒子流轰击到待沉积薄膜的物体表面，离子和待沉积薄膜的物体表面的原子发生动能交换，在待沉积薄膜的物体表面沉积上了纳米或微米薄膜。而被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。在集成电路制作中一般用纯金作表面导电层，但金与硅晶圆容易生成AuSi低熔点化合物，导致金与硅界面粘结不牢固，人们提出了在金和硅晶圆的表面增加一粘结层，常用纯镍作粘结层，但镍层和金导电层之间也会形成扩散，因此需要再有一阻挡层，来防止金导电层和镍粘结层之间的扩散。阻挡层需要采用熔点高的金属，还要承受较大的电流密度，高纯金属钒能满足该要求。所以在集成电路制作中会用到镍溅射靶材、钒溅射靶材、金溅射靶材等。镍钒溅射靶材是在制备镍钒和金的过程中，在镍熔体中加入钒，使制备出的合金更有利于磁控溅射，结合了镍溅射靶材和钒溅射靶材的优点，可一次完成溅射镍层(粘结层)和钒层(阻挡层)。镍钒合金无磁性，有利于磁控溅射。在电子及信息产业中，已完全替代了纯镍溅射靶材。镍钒溅射靶材主要用于太阳能行业，平板显示器镀膜、电子及半导体领域；如集成电路、背板金属化、光电子等应用。随着半导体技术的发展，工艺制程更加先进，靶材要求越来越高，寿命要求越来越长。传统的8寸焊接型靶材已经不能满足使用要求，靶材尺寸逐渐往一体型大尺寸发展，即，靶材和背板为同一种材料，主要对应铸造类靶材。例如CN103827349A公开了一种背衬板一体型溅射靶的制造方法，溅射靶和背衬板均由Cu-Mn合金形成，对熔化铸造而得到的Cu-Mn合金锭(Mn占1wt％)进行锻造、轧制，制作轧制板，进一步对该轧制板的外周部(相当于凸缘部)进行锻造，接着，对其进行热处理，然后骤冷，得到靶原材。然后，通过机械加工制造直径540mm、厚度25mm的背衬板一体型溅射靶，使得凸缘部的维氏硬度Hv为90以上，且凸缘部的0.2％屈服应力为6.98×107N/m2以上。然而，当靶材尺寸大到一定程度或重量达到一定程度时，一是熔炼炉无法满足生产，二是厚度太厚会大大增加TMP工艺难度，甚至无法进行TMP工艺，内部材料无法进行有效变形加工，导致晶粒均匀程度受到影响。因此，亟需寻求一种新型的一体型大尺寸平面靶材的制备方法。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种一体型大尺寸平面靶材的制备方法，所述制备方法将两块厚度较小的第一靶坯与第二靶坯组合装配，所述第一靶坯的直径为500-600mm，所述第二靶坯的直径≥所述第一靶坯的直径，再依次进行脱气处理、热等静压处理、电子束焊接以及机加工，得到一体型大尺寸平面靶材，不仅打破了熔炼炉容量有限以及TMP工艺的双重限制，并且所得一体型大尺寸平面靶材具有结构均匀、晶粒细小、连接强度高、外观色泽均一的优点，符合半导体领域的溅射要求。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的在于提供一种一体型大尺寸平面靶材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)准备作为溅射面的第一靶坯以及作为背板的第二靶坯，将所述第一靶坯的第一焊接面与所述第二靶坯的第二焊接面相接触进行装配处理；其中，所述第一靶坯与所述第二靶坯的材质相同且均为圆形，所述第一靶坯与所述第二靶坯的直径相等且均为500-600mm；(2)将步骤(1)得到的装配整体放入包套内并封口，进行脱气处理；(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压处理，然后去除所述包套得到组合靶坯；(4)对步骤(3)所述组合靶坯的连接处进行电子束焊接，然后经机加工得到一体型大尺寸平面靶材。对于一体型大尺寸平面靶材，现有技术往往采用一体铸造后经TMP工艺再机加工得到，但是存在熔炼炉容量较小无法满足生产，以及厚度太厚会大大增加TMP工艺难度的双重限制，本专利技术所述制备方法先将两块厚度较小的第一靶坯与第二靶坯组合装配，所述第一靶坯与所述第二靶坯的直径相等且均为500-600mm，再依次进行脱气处理、热等静压处理、电子束焊接以及机加工，不仅打破了熔炼炉容量有限以及TMP工艺的双重限制，并且所得一体型大尺寸平面靶材具有结构均匀、晶粒细小、连接强度高、外观色泽均一的优点，符合半导体领域的溅射要求。本专利技术所述第一靶坯与所述第二靶坯的直径相等且均为500-600mm，例如520mm、540mm、550mm、570mm或590mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，在步骤(1)中，所述第一靶坯与所述第二靶坯的材质均为镍钒合金。优选地，所述镍钒合金的纯度为99.95-99.99wt％，其余为不可避免的杂质。优选地，所述镍钒合金中V含量为6.5-7.5wt％，例如6.6wt％、6.7wt％、6.8wt％、6.9wt％、7wt％、7.1wt％、7.2wt％、7.3wt％或7.4wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述第一靶坯与所述第二靶坯采用热塑性变形加工以及机加工得到。作为本专利技术优选的技术方案，在步骤(1)所述第一靶坯的第一焊接面上设置凸台，在步骤(1)所述第二靶坯的第二焊接面上设置凹槽，所述凸台与所述凹槽相配合。本专利技术所述凸台与凹槽的结构设计，不仅可以有效地增加扩散连接的接触面积，还可以对第一靶坯与第二靶坯起到有效地定位作用，便于装配处理的进行；此外，优选在第一靶坯的第一焊接面上设置凸台，可以增大用于溅射的靶材厚度，提高靶材利用率。优选地，所述凸台为圆形，且所述凸台与所述第一靶坯同心设置。优选地，所述凸台的高度为3-4mm，例如3.2mm、3.3mm、3.5mm、3.6mm或3.8mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述凸台的边缘与所述第一靶坯的边缘之间距离为5.5-6.5mm，例如5.7mm、5.9mm、6mm、6.1mm、6.2mm或6.4mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述第一靶坯的厚度为10-20mm，例如11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm或19mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述第二靶坯的厚度为10-20mm，例如11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm或19mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，在步骤(1)所述装配处理之前，对所述第一靶坯与所述第二靶坯分别进行清洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体型大尺寸平面靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n(1)准备作为溅射面的第一靶坯以及作为背板的第二靶坯，将所述第一靶坯的第一焊接面与所述第二靶坯的第二焊接面相接触进行装配处理；/n其中，所述第一靶坯与所述第二靶坯的材质相同且均为圆形，所述第一靶坯与所述第二靶坯的直径相等且均为500-600mm；/n(2)将步骤(1)得到的装配整体放入包套内并封口，进行脱气处理；/n(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压处理，然后去除所述包套得到组合靶坯；/n(4)对步骤(3)所述组合靶坯的连接处进行电子束焊接，然后经机加工得到一体型大尺寸平面靶材。/n

【技术特征摘要】
1.一种一体型大尺寸平面靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)准备作为溅射面的第一靶坯以及作为背板的第二靶坯，将所述第一靶坯的第一焊接面与所述第二靶坯的第二焊接面相接触进行装配处理；
其中，所述第一靶坯与所述第二靶坯的材质相同且均为圆形，所述第一靶坯与所述第二靶坯的直径相等且均为500-600mm；
(2)将步骤(1)得到的装配整体放入包套内并封口，进行脱气处理；
(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压处理，然后去除所述包套得到组合靶坯；
(4)对步骤(3)所述组合靶坯的连接处进行电子束焊接，然后经机加工得到一体型大尺寸平面靶材。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第一靶坯与所述第二靶坯的材质均为镍钒合金；
优选地，所述镍钒合金的纯度为99.95-99.99wt％，其余为不可避免的杂质；
优选地，所述镍钒合金中V含量为6.5-7.5wt％；
优选地，步骤(1)所述第一靶坯与所述第二靶坯采用热塑性变形加工以及机加工得到。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)所述第一靶坯的第一焊接面上设置凸台，在步骤(1)所述第二靶坯的第二焊接面上设置凹槽，所述凸台与所述凹槽相配合；
优选地，所述凸台为圆形，且所述凸台与所述第一靶坯同心设置；
优选地，所述凸台的高度为3-4mm；
优选地，所述凸台的边缘与所述第一靶坯的边缘之间距离为5.5-6.5mm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一靶坯的厚度为10-20mm；
优选地，步骤(1)所述第二靶坯的厚度为10-20mm。


5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)所述装配处理之前，对所述第一靶坯与所述第二靶坯分别进行清洗和干燥处理；
优选地，所述清洗处理为超声波清洗；
优选地，所述清洗处理的清洗液包括异丙醇和/或乙醇；
优选地，所述清洗处理的时间为5-10min；
优选地，所述干燥处理为真空干燥处理；
优选地，所述真空干燥处理的真空度＜0.01Pa；
优选地，所述真空干燥处理的温度为65-75℃；
优选地，所述真空干燥处理的时间为50-70min。


6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述包套为不锈钢包套；
优选地，步骤(2)所述包套封口采用氩弧焊焊接；
优选地，步骤(2)所述脱气处理的温度为300-400℃；
优选地，步骤(2)所述脱气处理的真空度＜2×10-5Pa；
优选地，步骤(2)所述脱气处理的时间为2-5h。


7.根据权利要求1-6任一项所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，边逸军，潘杰，王学泽，黄东长，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33