专利名称：一种溅射靶材的制作方法
技术领域：
本实用新型属于溅射靶材技术领域，特别涉及一种溅射靶材。
背景技术：
随着半导体集成电路芯片的制备向着大尺 寸化方向发展(8、12甚至18英寸)，派射靶材的尺寸和溅射功率也随之增大。对溅射靶材的微观组织以及靶材与背板连接的要求也越来越高。大面积靶材与背板的连接技术已成为靶材组件制备的关键技术。多数靶材在溅射前必须与无氧铜(或Al等其他材料))底盘连接到一起，使溅射过程中靶材与底盘的导热导电状况良好。在溅射过程中，靶材组件作为阴极，首先应具有优良的导电性，同时为了排放高能态离子高速轰击靶材表面产生的热量，靶材组件也要具有优良的导热性。因此，靶材与背板的连接既要有一定的结合强度，以避免溅射靶在工作中的脱落、脆裂等问题，又要有高的热传导率和电传导率，靶材与背板连接的常用技术包括机械咬合、钎焊、扩散焊等。在平面磁控溅射过程中，由于正交电磁场对溅射离子的作用关系，溅射靶在溅射过程中将产生不均匀冲蚀(Erosion)现象，从而造成溅射靶材的利用率普遍低下，只有30%左右。近年来，设备改善后靶材的利用率提高到50%左右。由于靶材优先从中心溅射，因此圆柱形靶在溅射过程中的产量或利用率较低，因此如何利用此特点为提高溅射靶材的使用效率和使用寿命创造了机会。CN1849408A公开了一种溅射靶材的制作方法，它采用锥形嵌入的方法制备靶坯和背板的组合件。该方法的主要缺陷为无法完全控制溅射的区域，有可能打穿溅射靶，从而影响溅射寿命。同时该组合件的加工难度大，要求高，焊接强度低，容易变形。而且在焊接过程中，还容易过快的导致焊接层处接近溅射区域，而焊接层处的晶粒极易长大，从而影响溅
射质量。CN201793723U也公开了一种溅射靶材组件的制作方法，该专利是通过改变靶材的上表面的设计，来提高靶材的使用寿命的。这是两种不同的考虑延长靶材寿命的方法。
实用新型内容本实用新型针对现有技术中溅射靶材使用寿命短的不足提供一种溅射靶材，本实用新型的目的在于利用靶材的溅射特点，合理的设计和利用靶坯和背板的结构，通过加厚靶坯的总厚度，来达到充分提高靶坯的使用效率而又不影响靶坯和背板的结合强度的作用。本实用新型能够显著的提高靶材寿命，靶材的使用寿命提高了至少30%，最多能够提高100%以上，采用本实用新型的溅射靶材使得焊接层远离溅射表面，提高溅射效果。传统的溅射靶材中背板和靶坯的焊接面都为水平，靶坯尺寸小于背板尺寸(如图I所示)。本实用新型提出一种溅射靶材，包括靶材和背板，其特征在于所述背板具有一凹槽，该凹槽为圆柱形凹槽或者为直径向内侧逐渐减小的阶梯式凹槽，该凹槽用以容纳靶坯的嵌入，所述靶坯具有一凸起，该凸起为圆柱形凸起或者为直径向内侧逐渐减小的阶梯式凸起，该凸起与背板上的凹槽相对应，用以嵌入相应的背板中，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。所述凹槽槽深为1-15毫米，所述凸起高1-15毫米。背板底部阶梯式凹槽可形成两层或大于两层的阶梯式结构，同时相应的靶坯也为两层或大于两层的阶梯式结构用以嵌入背板中。还可以在靶材和背板接触表面制备中间层后再焊接靶坯和背板成为一体(图6和图7)，该中间层设在凹槽面上，或者设在凸起面上，或者凹槽面和凸起面上都设置中间层。中间层厚度约为0. 1-5毫米。该中间层通常为钛及钛合金，铝及铝合金，镍及镍合金，银及银合金，铜及铜合金，钒及钒合金等。中间层可以通过电镀、热喷涂、溅射、钎焊等方法制备。
对于不能相互扩散焊接的金属或焊接强度低的金属来说，必须要采用中间层进行过渡，力口入中间层后可以使得靶材的焊接强度提高50%以上。成品靶材外形可为圆形、方形、三角形或异形。靶坯材料可为铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金、镍、镍合金、钨、钨合金、铬、铬合金、钽或钽合金等各种可以成为溅射靶坯的材料；背板材料可为铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金、钥、钥合金或不锈钢等各种高性能背板材料。本实用新型的背板底部阶梯式凹槽可形成两层或大于两层的阶梯式结构(图3、图4和图5)，同时相应的靶坯也制作成两层或或大于两层的阶梯式结构用以嵌入背板中，本实用新型能够最大量的提高靶材的有效溅射厚度，延长靶材的溅射寿命。本实用新型的溅射靶材因靶厚度的加深，使得靶材的寿命提高了至少30%，具有非常好的的实际意义。
图I显示了传统的靶坯与背板的焊接方式；图2显示了本实用新型的制造溅射靶材的工艺示意图；图3、图4和图5显示了本实用新型的多层嵌入的靶材组件示意图；图6和图7显示了有中间层的嵌入靶材组件示意图；图中标号1_靶坯；2_背板；3_中间层。
具体实施方式
通过结合附图对本实用新型的优选实施例进行的以下详细描述将更易于理解本实用新型的目的和优点。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案
具体实施方式
本实用新型提供了一种溅射靶材，如图2所示。靶坯通过A区域嵌入背板的B区域，通过这样嵌入的方法，溅射靶的有效溅射厚度相对于传统靶(图I)增加了50%-100%。同时通过真空热压或者热等静压的方式焊接靶坯与背板结合。由于靶坯和背板发生了强烈的塑性变形，这样嵌入式的结构能够将焊接强度提高30-50%。这样靶厚度加深，使得靶材的寿命提高了至少30%，具有非常好的的实际意义。该靶材经过热压后，再进行200°C以上的扩散I至5小时，使得焊接截面能够充分扩散，增强焊接强度。类似的方法也适用于图3、图4、图5、图6和图7，都能够提高靶材的有效溅射厚度，延长靶材的使用寿命。在热压过程中，还包括在靶坯A区域和C区域(图2)和背板B区域和D区域加工各种接触表面形状，包括接触表面的锯齿和一定的表面粗糙化处理；还包括在接触表面加入通过电镀、热喷涂、溅射等制备的中间层的方法(图6和图7)。这样的方法都能够增加靶材的焊接强度，防止靶材变形，提高溅射效果。本实用新型的靶材外形为圆形、方形、三角形或异形。采用类似的方法都能够提高靶材的焊接强度和使用寿命。实施例I背板直径为500-550mm，靶坯直径为420_480mm (图2)。靶坯采用6N (99. 9999 % )高纯铜，背板选用Cu合金材料，其中背板的硬度要远大于靶坯的硬度(靶坯硬度约为50HV，背板硬度大于130HV)。背板具有一直径在400_450mm的圆柱形凹槽，同时在勒1 具有相应的圆柱形凸起，凹槽或凸起的厚度均约为12_。所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。本实施例的高纯铜靶的寿命相较于传统的高纯铜靶材寿命提高了约50%。实施例2背板直径为480-580mm，靶坯直径为440_500mm (图2)。靶坯采用4N5 (99. 995 % )高纯钛，背板选用Al合金材料。背板具有一直径在420-480mm的圆柱形凹槽，同时靶坯具有相应的圆柱形凸起，凹槽和凸起的厚度均约为15_。所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。本实施例的的高纯钛靶的寿命相较于传统的高纯钛靶材寿命提高了约40%。实施例3背板直径为380-600mm，靶坯直径为300-500mm(图3)。靶坯采用5N(99. 995% )高纯铝，背板选用Cu合金材料。背板具有一直径在280-460mm的直径向内侧逐渐减小的阶梯式凹槽，同时靶坯具有相应的直径向内侧逐渐减小的阶梯式凸起，凹槽和凸起的总厚度均约为15_。所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。本实施例的高纯铝靶的寿命相较于传统的高纯铝靶材寿命提高了约60%。实施例4背板直径为400-550mm，靶坯直径为320_480mm (图2)。靶坯采用6N (99. 9999 % )高纯铜，背板选用Al合金材料。背板具有一直径在300_450mm的圆柱形凹槽，同时勒1 具有相应的圆柱形凸起，凹槽或凸起的厚度均约为15_。所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。本实施例的高纯铜靶的寿命相较于传统的高纯铜靶材寿命提高了约100%。实施例5背板直径为400-580mm，靶坯直径为320_520mm(图6)。靶坯采用4N(99. 99% )高纯钽，背板选用Cu合金材料。背板具有一直径在350-520mm的直径向内侧逐渐减小的阶梯式凹槽，同时靶坯具有相应的直径向内侧逐渐减小的阶梯式凸起，凹槽或凸起的总厚度均约为18mm。同时在背板凹槽面上设有中间层(该中间层为镍合金或钛合金，厚度约为0. Imm)(图6)，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。本实施例的高纯钽靶相较于传统钽靶的焊接强度提高了 50%，寿命提高了约40%。实施例6[0037]背板直径为400-580mm，靶坯直径为320_520mm (图7)。靶坯采用4N (99. 99 % )高纯钴，背板选用Cu合金材料。背板具有一直径在350-520_的直径向内侧逐渐减小的阶梯式凹槽，同时靶坯具有相应的直径向内侧逐渐减小的阶梯式凸起，凹槽或凸起的总厚度均约为14mm。在背板凹槽面上设有中间层(该中间层为镍合金或钛合金，厚度约为5mm)(图7)，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。本实施例的高纯钴靶相较于传统钴靶的焊接强度提高了 100%，寿命提高了约80%。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人 员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求1.一种溅射靶材，包括靶材和背板，其特征在于所述背板具有一凹槽，该凹槽为圆柱形凹槽或者为直径向内侧逐渐减小的阶梯式凹槽，该凹槽用以容纳靶坯的嵌入，所述靶坯具有一凸起，该凸起为圆柱形凸起或者为直径向内侧逐渐减小的阶梯式凸起，该凸起与背板上的凹槽相对应，用以嵌入相应的背板中，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。
2.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于所述凹槽槽深为1-15毫米，所述凸起高1-15毫米。
3.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于背板底部阶梯式凹槽形成两层或大于两层的阶梯式结构，同时相应的靶坯也为两层或大于两层的阶梯式结构用以嵌入背板中。
4.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于在靶材和背板接触表面设置中间层。
5.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于所述中间层设在凹槽面上，或者设在凸起面上，或者凹槽面和凸起面上都设置中间层。
6.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于中间层厚度为O.1-5毫米。
7.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于成品靶材的外形为圆形、方形、三角形或异形。
8.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于靶坯材料为铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金、镍、镍合金、钨、钨合金、铬、铬合金、钽或钽合金。
9.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于背板材料为铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金、钥、钥合金或不锈钢。
10.根据权利要求I所述的溅射靶材，其特征在于中间层材质为钛、钛合金、铝、铝合金、镍、镍合金、银、银合金、铜、铜合金、钥;或钥;合金。
专利摘要本实用新型公开了属于溅射靶材技术领域的一种溅射靶材。所述背板具有一凹槽，该凹槽为圆柱形凹槽或者为直径向内侧逐渐减小的阶梯式凹槽，该凹槽用以容纳靶坯的嵌入，所述靶坯具有一凸起，该凸起为圆柱形凸起或者为直径向内侧逐渐减小的阶梯式凸起，该凸起与背板上的凹槽相对应，用以嵌入相应的背板中，所述靶坯的凸起嵌入所述背板的凹槽内。本实用新型能够最大量的提高靶材的有效溅射厚度，延长靶材的溅射寿命。本实用新型的溅射靶材因靶厚度的加深，使得靶材的寿命提高了至少30％，具有非常好的实际意义。
文档编号C23C14/34GK202530154SQ20122009143
公开日2012年11月14日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者何金江, 曾浩, 郭力山, 高岩 申请人:北京有色金属研究总院, 有研亿金新材料股份有限公司