一种金锡合金靶材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种制造半导体芯片的溅射靶材，由重量百分比Au75

【技术实现步骤摘要】
一种金锡合金靶材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及含锡量20
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25％的金锡AuSn
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合金材料靶材的制备方法，该合金材料主要用作制造半导体芯片的磁控溅射靶材。

技术介绍

[0002]AuSn
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合金具有极好的化学稳定性、低电阻、低电迁移性、易形成膜、与半导体基体好的附着性、特别是具有与化合物半导体芯片形成金属
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半导体(M
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S)欧姆接触的优良性能，是制备半导体芯片过程中形成欧姆接触层的重要材料；AuSn
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合金通常加工成规则颗粒蒸发材料或溅射靶材形状，使用真空蒸发或溅射工艺沉积在半导体芯片表面，形成欧姆接触膜，是制造半导体芯片的关键基础材料，大量应用于制造发光二极管(LED)，军用和民用微波通信器件，航天、航空用高转化率半导体化合物(多p
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n结GaAs芯片等)芯片太阳能电池等。
[0003]作为蒸发材料，AuSn
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合金通常需要加工成规则颗粒，每粒重在0.2至2克之间，每次用一粒或多粒合金材料蒸镀一炉芯片；作为溅射靶材，AuSn
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合金通常需要加工成一定厚度方形或圆形靶材。根据现有的Au
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Sn二元相图(文献1)可知，在浓度20％Sn、温度为278℃处形成共晶，在固态由六方晶格的ξ相和金属间化合物AuSn所组成。铸造状态及退火状态的AuSn
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合金都很脆，很难加工成材。
[0004]在现有的技术中，国外有直径1
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4毫米长度4至6毫米AuSn
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合金丝段规则颗粒产品，也有各种规格方形或圆形靶材，但对其制备方法处于保密状态。
[0005]国内由于技术原因，制备AuSn
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规则颗粒有两种方法，一种采用连铸法生产合金丝材，然后剪切成一定长度丝段，重量约1.5克；另一种工艺是采用熔炼后，直接浇出颗粒。
[0006]制备方形和圆形靶材方法，通常采用中频感应电炉真空熔炼，浇铸在石墨模具或钢模具中(图1、2)，然后进行机加工成型，该方法不足之处，1、浇铸过程存在不可预见铸造缺陷，比如冷隔、夹杂等，成型后出现明显缺陷，导致靶材报废；2、冷却过程不可控，晶粒大小不均；3、浇铸方形或圆形靶，都需要有浇口，同时预留足够加工余量，增加投料量；4、为方便脱模，模具需要有一定锥度，也同样增加投料量，靶材成品率不到50％。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的提出制备AuSn
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合金靶材的新方法。
[0008]该方法具体工艺是，AuSn
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合金材料先用真空中频感应电炉进行合金化熔炼，浇铸在石墨铸模中，冷却后取出。用自制低真空中频感应电炉，预熔炼坯料放入相应石墨模具(根据靶材尺寸进行设计)中，在低真空+氩气保护下进行熔炼，熔化后用超冷结晶器进行定向结晶冷却成型(图3、4)，冷却后取出，进行机加工成型。
[0009]本专利技术提出的AuSn
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合金的重量百分比Au75
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80％，Sn20
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25％的成分范围内。
[0010]本专利技术提出了一种采用预熔炼+熔炼定向结晶成型+机加工制备脆性AuSn
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合金靶材的工艺，用该方法制备圆形或方形靶材，圆形靶材厚度3
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6毫米，直径50.8毫米(2英寸)
至203.2毫米(8英寸)，长方形靶材厚度3
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6毫米，长度100
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200毫米，宽度50
‑
120毫米，合金靶材纯度达到99.999％，杂质含量≤0.001％。该方法制备靶材纯度高，晶粒细小，大小方向一致，成品率达到70％以上，用作制造半导体芯片的溅射靶材。
[0011]本专利技术的技术方案
[0012]AuSn
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合金靶材制备方法具体如下：
[0013]⑵
合金原料：纯度≥99.999％Au、Sn；
[0014]⑵
配料：按AuSn
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‑
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合金名义重量百分比配料。
[0015]⑶
熔炼：用高纯石墨坩埚和铸模，在中频感应电炉上进行真空充氩熔炼和浇铸，得到AuSn
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合金扁锭；
[0016]⑷
铸造靶材坯料：在自制的20千瓦低真空中频感应电炉放入相应尺寸高纯石墨铸模，放入合金扁锭(铸锭可切小)，盖上盖板，设置好相应参数(1、抽真空3分钟至真空度≤80pa、充入0.04mpa氩气、升温+保温时间6
‑
8分钟、冷却15
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18分钟)后启动设备，设备自动抽低真空后冲入氩气，升温熔化后，感应圈关电，超冷结晶器提升含有合金的石墨铸模，进行快速冷却，24
‑
29分钟后打开炉盖，取出坯料；
[0017]⑸
机加工：用车床和铣床按图纸要求进行机械加工成型；
[0018]⑹
表面喷砂处理：用表面喷砂机进行表面处理；
[0019]⑺
擦洗包装：用丙酮进行AuSn
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合金靶材擦洗并烘干，检验合格的产品称重后，用封口机密封在塑料袋中，再装入铁盒或塑料盒内，帖上产品标签发货。
[0020]本专利技术创新点在于：利用AuSn
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凝固过程中金属收缩比例小，凝固不产生缩孔、疏松等金属特性，石墨预成型模具、超冷结晶器技术制备的合金靶材，纯度高，晶粒细小，大小方向一致，成品率达到70％以上，成功地应用于制造半导体芯片的溅射靶材。石墨预成型模具+超冷结晶器铸造预成型坯料技术工艺在国内外尚未见诸报道，具有一定的创造性和新颖性，并产生了良好的经济效益和社会效益。
附图说明
[0021]图1、图2是现有的传统方法浇铸AuSn
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合金靶材的石墨模具或钢模具示意图中A：浇口，B：物料即AuSn
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合金，C：石墨铸模或钢模；
[0022]图3、图4是本专利技术石墨预成型模具、感应圈、超冷结晶器示意图；图中A：石墨铸模，B：物料即AuSn
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合金，C：感应圈，D：超冷结晶器；
[0023]图5表示本专利技术底部直径Φ1为53
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20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金锡合金靶材，其特征在于：该金锡合金成分含量中，Sn的重量百分比为20
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25，余量为Au，Au、Sn的纯度≥99.999％，金锡合金靶材尺寸为圆形靶材或长方形靶材，圆形靶材厚度3
‑
6毫米，直径50.8毫米至203.2毫米，长方形靶材厚度3
‑
6毫米，长度100
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200毫米，宽度50
‑
120毫米，合金靶材纯度达到99.999％，杂质含量≤0.001％。2.一种金锡合金靶材的制备方法，其特征在于含有以下工艺步骤：
⑴
合金原料：纯度≥99.999％Au、Sn；
⑵
配料：按AuSn
20
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25
合金名义重量百分比配料；
⑶
熔炼：用高纯石墨坩埚和铸模，在中频感应电炉上进行真空充氩熔炼和浇铸，得到AuSn20
‑
25合金扁锭；
⑷
铸造靶材坯料：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广丰，
申请(专利权)人：深圳市稀研靶材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：