一种Al-Cu溅射靶材及其制备方法与流程

一种al
‑
cu溅射靶材及其制备方法
技术领域
1.本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种al
‑
cu溅射靶材及其制备方法。


背景技术：

2.溅射工艺是以一定能量的粒子(离子或中性原子、分子)轰击固体表面，使固体近表面的原子或分子获得足够大的能量而最终逸出固体表面的工艺。溅射靶材在表面粗糙度、电阻值、晶粒尺寸均匀性、成分与组织均匀性、异物(氧化物)含量与尺寸、导磁率、超高密度与超细晶粒等等均具有较高的要求。
3.现有技术中的靶材在溅射过程中时常会发生不同程度的异常放电。


技术实现要素：

4.本申请实施例的目的在于提供一种al
‑
cu溅射靶材及其制备方法，其旨在提供一种可抑制异常放电的溅射靶材。
5.本申请第一方面提供一种al
‑
cu溅射靶材。
6.所述溅射靶材的纯度为99.999％以上；
7.所述溅射靶材的粗糙度ra≦0.4μm，且所述溅射靶材的外周部的粗糙度ra和所述溅射靶材的中心部的粗糙度ra的差异在
±
40％以内。
8.在本申请的一些实施例中，所述外周部为溅射靶材从最外周起至向内15mm处的范围，所述中心部为所述溅射靶材中心起向外15mm处的范围。
9.在本申请的一些实施例中，溅射靶材的粗糙度rz≦3.2μm，且所述溅射靶材的外周部的粗糙度rz和所述溅射靶材的中心部的粗糙度rz的差异在
±
40％以内。
10.在本申请的一些实施例中，溅射靶材的粗糙度ra≦0.2μm，且所述溅射靶材的外周部的粗糙度ra和所述溅射靶材的中心部的粗糙度ra的差异在
±
20％以内。
11.在本申请的一些实施例中，所述溅射靶材为圆形靶材。
12.本申请还提供一种上述的al
‑
cu溅射靶材的制备方法，包括：
13.采用车床加工得到溅射靶材。
14.在本申请的一些实施例中，车床加工过程中切削液为碳氢溶剂或者93vol％以上的乙醇。
15.在本申请的一些实施例中，所述采用车床加工得到溅射靶材的加工过程中，在溅射靶材的表面通惰性气体。
16.在本申请的一些实施例中，所述车床加工的条件如下：
17.转数为500rpm
‑
1500rpm，进给速度为0.01mm/min
‑
0.1mm/min，吃刀量为0.01mm
‑
0.05mm。
18.在本申请的一些实施例中，所述车床加工的条件如下：
19.刀具与加工面的接触角度为45
°
以上。
20.本申请实施例提供的al
‑
cu溅射靶材及其制备方法至少具有以下有益效果；
21.al
‑
cu溅射靶材的纯度大于99.999％，并且车床加工后得到外周部粗糙度ra和中心部粗糙度ra的差异在
±
40％以内的溅射靶材，外周部和中心部的粗糙度差异较小，能够有效抑制由于靶材表面的颗粒或凹凸造成的异常放电。随着溅射时间的增加，溅射靶材表面的被溅射的区域逐渐扩大，粗糙部分的异常放电将持续很长时间。为了防止这种现象，需要表面粗糙均匀的靶材。本申请实施例提供的溅射靶材表面可以防止该现象。
附图说明
22.为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1为本申请实施例提供的溅射靶材的截面示意图。
具体实施方式
24.为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
25.在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“以上”、“以下”、“以内”是包含本数的；“数值a～数值b”的范围包括两端值“a”和“b”，“数值a～数值b+计量单位”中的“计量单位”代表“数值a”和“数值b”二者的“计量单位”。
26.下面对本申请实施例的al
‑
cu溅射靶材及其制备方法进行具体说明。
27.一种al
‑
cu溅射靶材，所述溅射靶材的纯度为99.999％以上；
28.所述溅射靶材的粗糙度ra≦0.4μm，且所述溅射靶材的外周部的粗糙度ra和所述溅射靶材的中心部的粗糙度ra的差异在
±
40％以内。
29.在本申请中，al
‑
cu溅射靶材的纯度为99.999％以上，换言之，在本申请中，al
‑
cu溅射靶材中除了al、cu之外的物质在靶材中的质量百分数小于或等于0.001％。
30.溅射靶材的粗糙度ra≦0.4μm，例如，溅射靶材的粗糙度ra为0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.23μm、0.25μm、0.29μm、0.3μm、0.4μm等等。此外，溅射靶材的粗糙度还满足下列条件：
31.外周部的粗糙度ra和中心部的粗糙度ra的差异在
±
40％以内；在一些实施例中，所述外周部为溅射靶材从最外周起至向内15mm处的范围，所述中心部为所述溅射靶材中心起向外15mm处的范围。
32.图1为本申请实施例提供的溅射靶材的截面示意图，请参阅图1，图1中，中心圆形阴影部位代表中心部，外侧圆环形的阴影部位代表外周部。图1中，中心部和外周部之间还具有部分区域，需要说明的是，在本申请的一些实施例中，中心部和外周部之间的区域面积可以为零，或者，该区域面积可以根据实际溅射靶材的大小进行确定，本申请不对中心部和外周部之间区域的大小进行限定。
33.外周部的粗糙度ra和中心部的粗糙度ra的差异在
±
40％以内；例如差异可以为
‑
40％、
‑
35％、
‑
30％、
‑
25％、
‑
20％、
‑
10％、
‑
6％、0、10％、18％、21％、28％、30％、36％或者
40％等等。
34.溅射靶材表面粗糙且不均匀时，随着溅射时间的增加，溅射靶材表面的被溅射的区域逐渐扩大，粗糙部分的异常放电将持续很长时间。为了防止该问题的发生，本申请实施例提供的溅射靶材满足粗糙度ra≦0.4μm，且外周部的粗糙度ra和中心部的粗糙度ra的差异在
±
40％以内，靶材表面光滑且组织均匀，可以有效抑制异常放电问题。
35.在本申请的一些实施例中，溅射靶材的粗糙度ra≦0.2μm，且所述溅射靶材的外周部的粗糙度ra和所述溅射靶材的中心部的粗糙度ra的差异在
±
20％以内。
36.在本申请的一些实施例中，溅射靶材的粗糙度rz≦3.2μm，例如，溅射靶材的粗糙度rz值为0.5μm、0.8μm、1.3μm、1.9μm、2.2μm、2.8μm、3.0μm、3.2μm等等。外周部的粗糙度rz和中心部的粗糙度rz的差异在
±
40％以内；例如差异可以为
‑
40％、
‑
32％、
‑
30％、
‑
24％、
‑
20％、
‑
18％、
‑
8％、0、11％、14％、20％、27％、32％、38％或者40％等等。
37.本申请实施例提供的溅射靶材至少具有以下优点：
38.该溅射靶材具有较均匀的组织，改善组织的细微化和均匀化，提高薄膜成型过程中的稳定性。其表面颗粒的高低差较小，且中心部和外周部的粗糙度差异小，能够有效抑制溅射靶材在溅射过程中的异常放电。
39.本申请还提供一种al
‑
cu溅射靶材的制备方法，溅射靶材的制备方法主要包括铸锭、锻造、热轧或者冷轧、拉伸、热处理(热处理包括均质化和再烧结)、机械加工、与背板结合、检测、包装与运输等。其中，机械加工主要包括切削、铣、车、磨等。
40.在本申请中，在切削过程中，采用碳氢溶剂或者体积分数93％以上的乙醇作为切削液加工溅射靶材。在一些实施例中，切削液为93vol％以上的乙醇，乙醇溶液的浓度例如可以为93.2vol％、94vol％、95vol％、97vol％、99vol％、99.5vol％等等。碳氢溶剂例如可以为芳香烃、烷烃等其他溶剂。
41.用于加工的切削液，通过使用碳氢溶剂或者93vol％以上的乙醇溶液，在靶材加工表面，可以均匀形成优质的氧化膜，具有抑制溅射过程中异常放电的效果。溶剂的浓度如果过小，在切削过程中会快速氧化和腐蚀，难以控制氧化膜的均匀性，反而会导致异常放电。此外，使用水溶性切削油时，由于表面加工后迅速产生部分氧化和腐蚀，难以控制均匀性，后续工程又不能去除，成为溅射中异常放电的原因。
42.在本申请的一些实施例中，在切削过程中，在溅射靶材的切削表面通惰性气体，例如惰性气体可以为氮气、氩气等，在使用上述溶剂作为切削液的同时通惰性气体，可以在靶材表面形成一层很薄的均匀氧化膜，能够有效抑制异常放电。
43.作为示例性地，在本申请中，车床加工的条件如下：
44.转数为500rpm
‑
1500rpm，进给速度为0.01mm/min
‑
0.1mm/min，吃刀量为0.01mm
‑
0.05mm。通过该加工条件可以降低靶材表面的粗糙度。
45.作为示例性地，车床加工过程中，转数可以为500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、1000rpm、1200rpm或者1500rpm等等。
46.进给速度可以为0.01mm/min、0.03mm/min、0.06mm/min、0.07mm/min或者0.1mm/min等等。
47.吃刀量可以为0.01mm、0.02mm、0.04mm或者0.05mm等等。
48.进一步地，在本申请的一些实施例中，刀具与加工面的接触角度为45
°
以上。例如，
刀具与加工面的接触角为45.2
°
、46
°
、48
°
、50
°
等等。
49.作为示例性地，在本申请的实施例中，使用nc加工机，刀具由金刚石制成，以相同的周速进行加工。铝及铝合金靶材是一种非常柔软的材料，当进行切削或研磨时，表面磨损或混入异物等原因会导致异常放电，需要使用锐利的刀具进行切削，金刚石制成的刀具可以有效避免该问题。
50.通过对车床加工工艺参数的改进使溅射靶材的表面均匀，降低靶材表面的颗粒和凹凸，使外周部和中心部的粗糙度比较均匀。
51.本申请实施例提供的溅射靶材的制备方法至少具有以下优点：
52.采用碳氢溶剂或者93vol％以上的乙醇水溶液作为切削液加工靶材，并且车床加工后得到外周部粗糙度ra和中心部粗糙度ra的差异在
±
40％以内的溅射靶材，外周部和中心部的粗糙度差异较小,溅射靶材表面具有均匀的氧化膜，能够有效抑制靶材表面的颗粒造成的异常放电。
53.实施例1
54.本实施例提供了一种al
‑
cu溅射靶材，主要通过以下步骤制得：
55.将靶材安装在车床的主轴上，采用车刀对靶材进行加工得到溅射靶材。在加工过程中，刀具的转数为500rpm，进给速度为0.08mm/min，吃刀量为0.03mm。通过机床附带的水泵喷射93vol％的乙醇至刀头与靶材的交接点上。
56.测量实施例1提供的al
‑
cu溅射靶材的粗糙度值ra和rz。
57.实施例2
‑
实施例3
58.请参阅实施例1，实施例2、实施例3与实施例1的区别在于切削过程中转速等不相同，具体参数详见表1。
59.对比例1
60.请参阅实施例1，对比例1与实施例1的区别在于切削过程中转速等不相同，具体参数详见表1。
61.将实施例1
‑
实施例3、对比例1提供的al
‑
cu溅射靶材放到溅射设备上进行放电测试，测量1h内的异常放电次数，测量结果见表1。
62.表1
63.[0064][0065]
表1中，外周部为溅射靶材从最外周起至向内15mm处的范围；中心部为所述溅射靶材中心起向外15mm处的范围。
[0066]
从表1可以看出：实施例1
‑
实施例3提供的靶材1小时内异常放电次数较少，小于或等于2，对比例1提供的靶材1小时内异常放电次数远大于实施例，说明本申请实施例提供的靶材能够有效抑制异常放电。
[0067]
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。