溅射靶材用铜铬镍硅合金背板的制作方法与流程

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及一种溅射靶材用铜铬镍硅合金背板的制作方法。

背景技术：

磁控溅射是电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩原子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击溅射基台上的靶材组件上的靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子(或分子)沉积在基板上成膜，而最终达到对基板表面镀膜的目的。

靶材是由符合溅射性能的靶坯、与靶坯焊接连接的背板构成。背板在靶材中起支撑作用，并具有传导热量的功效。

大规模集成电路磁控溅射过程，需要使用强度较高、导热、导电性高的铜材料作为背板材料，安装在溅射机台上，在高真空、磁场、电场作用下靶材可以有效进行溅射。现有技术中所制造出的合金的强度较低，硬度不够不能满足背板材料的要求。

因此，急需一种制作方法使得所制作出来的合金材料的硬度达到要求。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有技术中所制作出来的合金的强度较低，硬度不够。

为解决上述问题，本发明提供一种包括：提供合金熔液；将所述合金熔液进行浇铸工艺，形成合金锭；将所述合金锭进行固溶处理工艺，所述固溶处理工艺温度为980℃-1020℃，时间为1h-2h。

可选的，将所述合金锭进行固溶处理之后，还包括步骤：将所述合金锭进行时效处理工艺。

可选的，所述时效处理工艺的温度为470℃-490℃，时间为3h-5h。

可选的，将所述合金锭进行固溶处理之后，将固溶处理后的所述合金锭进行时效处理之前，还包括步骤：将所述合金锭进行水冷处理，所述水冷处理时间为1秒～10秒。

可选的，提供合金熔液之前，包括提供金属铜、镍、铜铬合金以及硅块，将所述金属铜、镍、铜铬合金以及硅块熔化，形成合金熔液。

可选的，将所述金属铜、镍、铜铬合金以及硅块熔化，包括：将所述金属铜装入熔炼设备，充入惰性气体，升温到1100℃-1200℃，形成铜熔液；于所述铜熔液中加入所述金属镍，进行搅拌，同时升温至1400-1500℃，保温10-30min，形成铜镍合金熔液；于所述铜镍合金熔液中加入所述硅块，进行搅拌，保温10-30min，形成铜镍硅合金熔液；于所述铜镍硅合金熔液中加入所述铜铬合金，进行搅拌，保温10-30min，形成合金熔液。

可选的，提供合金熔液后，还包括：将所述合金熔液进行除气处理工艺。

可选的，提供碳管及镁金属颗粒，将所述碳管深入到所述合金熔液底部，所述镁金属颗粒的加入量为每500kg10-20g，静置20-30min，进行除气处理。

可选的，将所述合金熔液进行除气处理工艺中，还包括步骤：将所述合金熔液的温度降为1300℃-1400℃。

可选的，所述合金熔液进行浇铸速度为每分钟380-400kg。

可选的，将所述合金锭进行固溶处理工艺之前，还包括：将所述合金锭进行锻造工艺。

可选的，将所述合金锭进行锻造工艺之前，还包括：对所述合金锭进行热处理工艺。

所述热处理工艺温度为850℃-950℃。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

将所提供的合金熔液经过浇铸形成合金锭后，将所述合金锭进行固溶处理，以保障所属合金锭硬度性能，且将固溶处理的温度控制在980℃-1020℃，时间为1h-2h，使所述合金熔液中的过剩相充分快速的溶解，保障形成的合金的硬度与电导率达到要求。

附图说明

图1至图4是一实施例提供的制作方法的部分步骤的示意图。

具体实施方式

目前，将金属合金熔液浇铸成为合金锭之后进行锻造处理，将锻造后的金属合金锭固溶时效处理。

经发明人分析研究发现，对上述过程所制作出的合金材料中，固溶处理过程是将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺材料，以便时效处理时重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物以及强化相，同时消除由于冷热加工产生的应力，使合金发生再结晶，从而获得适宜的晶粒度，以保证合金抗高温的性能；所以，固溶处理工艺的把控决定了所制作出的合金的硬度、强度以及晶粒度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1至图4是一实施例提供的制作方法的部分步骤的示意图。

参考图1，提供合金熔液200，所述合金熔液200为铜合金熔液。

本实施例中，提供合金熔液200之前，还提供金属铜、金属镍、硅块以及金属铬，将所述金属铜、镍、铬以及硅块熔化，形成合金熔液200。本实施例中，提供熔炼设备100，所述熔炼设备100可以为坩埚炉，具体的，将所述金属铜装入感应炉坩埚，充入惰性气体10，升温到1100℃-1200℃，形成铜熔液；于所述铜熔液中加入所述金属镍，进行搅拌，同时升温至1400℃-1500℃，保温10min-30min，形成铜镍合金熔液；于所述铜镍合金熔液中加入所述硅块，进行搅拌，保温10min-30min，形成铜镍硅合金熔液；于所述铜镍硅合金熔液中加入所述金属铬，进行搅拌，保温10min-30min，形成合金熔液。

本实施例中，先将所述金属铜放入所述熔炼设备100内，具体的所述金属铜为铜电解片，铜的熔点为1080℃，将所述熔炼设备100内部的温度加热至1100℃-1200℃，搅拌10min-30min加速金属铜的熔化，所述金属铜在熔化时，温度越高时，熔化越充分，但是温度超过1200℃时，所述铜熔液会因为温度过高出现汽化，并且，温度加的太高非常消耗能量，不经济；当温度低于1100℃，无法达到所述金属铜的熔点，或者熔化速度过慢，熔化不充分。

进一步，向所述铜熔液内加入所述金属镍，进行搅拌10min-30min，使得所述金属镍充分均匀的熔化在所述铜熔液中，所述金属镍的熔点为1453℃，为了保证所述金属镍完全熔化，将所述熔炼设备100内的温度升至1400℃-1500℃。

进一步，向所述铜镍熔液内加入硅块，具体的，可以是硅块，充分搅拌10min-30min，使所述金属硅熔化且与所述铜镍合金熔液混合均匀，形成铜镍硅合金熔液。

进一步，向所述铜镍硅合金熔液内加入所述铜铬合金，搅拌10min-30min，使所述铜铬合金熔化且均匀混合在所述铜镍硅合金内。需要说明的是，由于纯金属铬的熔点比较高，高达1800℃，加入金属铬单质进行熔化时需要进一步升高温度，会大量消耗能量造成能源浪费。本实施例中，加入所述铬铜合金，其中金属铬的含量为5％-20％。通过前述步骤后，搅拌所述铜铬合金使之充分熔化，不用将所述熔炼设备100内的温度升至1800℃以上，极大的减小了能耗，节约能量，削减成本，并且，经过上述步骤，形成非常均匀的铜铬镍硅合金熔液，后期加工得到的铜铬镍硅合金锭表面没有白点缺陷。

在其他实施例中，将所述金属铜装入所述熔炼设备100后，充入惰性气体10，升温到1100℃-1200℃，形成铜熔液；于所述铜熔液中加入所述硅块，进行搅拌，同时升温至1400℃-1500℃，保温10min-30min，形成铜硅合金熔液；于所述铜硅合金熔液中加入所述金属镍，进行搅拌，保温10min-30min，形成铜硅镍合金熔液；于所述铜硅镍合金熔液中加入所述铜铬合金，其中所述铜铬合金中铬含量为5％-20％，然后进行搅拌，保温10min-30min，形成合金熔液200。

本实施例中，将所述金属铜放入所述熔炼设备100后，立刻向所述熔炼设备100内充入惰性气体10，具体的，可以是氩气。目的是为了防止所述熔炼设备100内的氧气或杂质气体进入使得内部合金熔液200被氧化，也防止所述合金熔液200内进入其他杂质，使所述熔炼设备100内充满惰性气体10，起到保护作用。

在其他实施例中，将所述金属铜放入所述熔炼设备100后，向所述熔炼设备100内充入氮气。氮气的化学性质不活泼，很难跟其他物质发生反应，与惰性气体一样可以作为保护气体。

本实施例中，将上述获得的铜铬镍硅合金熔液进行除气处理工艺，使所述合金熔液200内部无杂质与氧气，进行20min-30min的静置的同时，将温度降到1350℃-1400℃。

本实施例中，除气工艺为，提供碳管12及镁金属颗粒11，将所述碳管12深入到所述合金熔液200底部，所述镁金属颗粒11的加入量为每500kg10-20g，静置20-30min。采用高纯度的镁金属颗粒进行除气，将所述合金熔液200内部的氧气、氢气以及其他杂质排出所述合金熔液之外，使最后所得到的合金锭内部缺陷降低，提升合金锭的电导率。除气每500kg合金熔液加入所述镁金属颗粒11超过20g时，由于镁过量，造成浪费；当每500kg合金熔液加入所述镁金属颗粒11低过10g时，不能充分除去所述合金熔液200内部的氧气以及其他杂质，造成形成的合金锭内有缺陷。

将所述合金熔液进行除气处理工中，进行静置的同时，将所述合金熔液200的温度降为1300℃-1400℃，温度和时间达标后，将所述合金熔液进行浇铸工艺，形成合金锭201(参考图3)。

具体的，参考图2，提供漏斗21，锭模20以及浇道，将所述合金熔液200倾入所述漏斗21，并通过浇道浇注到所述锭模20内；保持所述浇道底部与液面顶部之间的距离，避免在浇注过程中所述浇道与进入所述锭模20内的合金熔液接触，从而避免在浇注过程中导致所述合金熔液200内增加杂质或空气，发生氧化或接触到杂质，影响所述合金熔液200内部的纯度。

本实施例中，所述合金溶液200进行浇铸工艺中，控制速度为每分钟380-400kg。因为在浇铸工艺过程中，要保证所述合金熔液200尽可能的波动缓慢，减少浇铸过程中所述合金熔液200中参入杂质或氧气的可能性，减少被氧化的可能性，并且浇铸过程中，要尽可能保证进入所述锭模20内的合金熔液充分且均匀的凝固，要保障浇铸速度不要过快，使浇铸工艺的速度每分钟不超过400kg，当每分钟超过400kg时，在合金熔液温度降低凝固的过程中，因为热胀冷缩的原因，凝固时体积会相应减小，浇铸速度太快的话，体积减小的差异与浇铸进来的合金熔液接触时会产生空隙，从而造成形成的合金内部有缺陷；并且，为保障整个熔炼过程的效率，尽可能缩短工艺时间，浇铸速度保证不低于每分钟380kg。

本实施例中，将所得到的所述合金锭201进行扒皮和去头去尾处理，也就是将所得到的合金锭201表面不整齐的部分以及氧化层去除掉，保障所述合金锭201的电导率。

本实施例中，将所述合金锭201进行锻造工艺，锻造工艺过程中，对所述合金锭201进行2-3次拔长墩粗工艺，保证每次拔长墩粗时的变形量在70％-80％，以使得所述合金锭201的内部晶粒足够细化，并且均匀。

每次拔长墩粗工艺中变形量越大，效果越优良，但是总变形量超过80％时，所述合金锭201会不能承受太大变形出现开裂，当总变形量小于70％时，效果不明显，拉长工艺时间，降低效率。

将锻打处理后的所述合金锭201进行热处理工艺，温度为850℃-950℃。目的是进一步释放所述合金锭201内部晶粒之间的应力，降低所述合金锭201的脆性，减小所述合金锭201在后续加工过程中出现开裂的可能性，提升所述合金锭201的电导率。当热处理工艺温度高于950℃时，所述合金锭201内部晶粒尺寸长大，造成内部晶粒大小不均匀，会造成所述合金锭201内部缺陷，当热处理工艺温度低于850℃时，消除所述合金锭201内部应力时间较长，浪费时间，降低效率。

参考图4，将所述合金锭进行固溶处理工艺，所述固溶处理工艺温度为980℃-1020℃，时间为1h-2h。提供固溶处理容器101，将所述固溶处理容器101温度控制在980℃-1020℃，固溶过程可以使所述合金熔液200中的过剩相充分快速的溶解，温度越高所述合金锭201的固溶度越大，扩散的速度也越快，所需时间也较短，但是温度超过1020℃时，所述合金锭201会产生过烧现象，导致所述合金锭表面出现大面积缺陷；当温度低于980℃时，固溶速度慢，导致工艺的效率降低，也会出现温度无法达到固溶度曲线，那么所述合金锭201经时效后硬度与电导率都达不到要求。

本实施例中，将所述合金锭201进行固溶处理之后，立刻将将所述合金锭201进行水冷处理，所述水冷处理时间为1秒～10秒，然后将所述合金锭201进行时效处理工艺。强度和硬度随时间会发生显著变化，经过时效，所述合金锭的硬度和强度都会增加，所述时效处理工艺的温度为470℃-490℃，时间为3h-5h。时效过程中，必须严格控制时效工艺的加热温度和保温时间，才能得到比较理想的强化效果。

本实施例中，时效温度为480℃，保温时间3小时。

在其他实施例中，时效工艺的温度为470℃，保温时间5小时。

在其他实施例中，时效工艺的温度为490℃，保温时间3小时。

本实施例中，将经过时效处理后的所述合金锭201取出在空气中自然冷却，以使所述合金锭201的硬度固定。

将经过上述工艺后的所述合金锭201经过机加工，去除所述合金锭201表面的氧化皮后，形成背板材料，检测所述背板材料的硬度、导电率、内部缺陷、晶粒大小等性能，然后与靶坯进行焊接形成合格靶材。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。