专利名称：可延展的金属间溅射靶的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种通过元素混合和热等静压制来制造可延展的金属间溅射靶的方法。
背景技术：
阴极溅射法广泛用于材料薄膜沉积到目标衬底上。典型的溅射系统包括用于产生电子或离子束的等离子体源、包括待雾化的材料的靶、和将溅射材料沉积其上的衬底。该方法基本包括用电子或离子束以某一角度轰击靶材料，这引起靶材料被溅射或从靶上侵蚀掉。被溅射的靶材料作为薄膜或层沉积在衬底上。
用于溅射法的靶材料已从纯金属发展到甚至更复杂的合金。溅射工业上通常使用复合的3-6种元素的化合物和极其脆的金属间合金如NiAl、NiAl、RuAl、CoAl、TiAl和NiNb。合金加成剂如Cr、B、Zr、Ta、Hf、Pt、SiO2、Ti2O3等常常加入到B2(即NiAl、CoAl、RuAl.....)和其它金属间合金来改变性质如沉积膜的粒度或表面能。
大多数金属间合金内在为硬且脆的，其中一些合金的热导性比金属低。因此，这些金属间合金一旦固结为固体形式就会在阴极溅射中引起与加工为靶的性质和使用延展性相关的令人沮丧的挑战。这些材料典型地在加工过程中具有非常有限的抗机械冲击性能，和在溅射过程中具有非常有限的耐热冲击性。
发明概述本发明涉及制造具有金属间化学计量的溅射靶的新方法，该方法给它们提供了足够的延展性用于加工和溅射。该方法使用规定种类的元素混合，它们在高压下构成金属间合金和低温热等静压制(HIP)固结，以防止和控制靶材料内金属间相的形成。靶不包含标称金属间相，这一事实在本申请中不是问题，因为阴极溅射是一种原子间的沉积方法，其中不同的原子种类在衬底上再组合以形成平衡和所需的金属间相。本发明的另一目的是减少靶材料的成本，因为在HIP固结之前制备金属间粉末不是必需的步骤。典型地，使用烧结或气体雾化方法来制备合金粉末，这些方法往往具有非常高的相关批处理费用。本发明的这些和其他目的将从下面的详细描述中变得显而易见。
附图简述现在参照附图，其中
图1为本文描述的本发明的工艺流程图；和图2a至2h显示了表中所列合金中的一些的微结构。
发明详述图1显示了用于制备本发明的靶的工艺流程图。第一步骤是在10中选择原材料粉末如Al、Ti、Ru、Ni、Nb等。这里必须指出，所涉及的粉末中的至少一种必须是非常细的粉末，如400目，这是由于致密化的要求。例如，在所有X-Al-Y中Al粉末的平均粒度为30微米，其中X可以由元素如Ru、Ti、Co和Ni表示，Y可以由元素如Cr、B、Zr、Ta、Hf、Pt、SiO2、Ti2O3表示。具体的合金组合物是那些典型地与晶体结构如B2、Ll2、DO19、Ll0等相关的。理论上，粉末越细，其加工性越好，但是超细Al粉末由于其爆炸性是非常难以处理的。因此，对于所有含Al的材料，典型地选择平均粒度为30微米的Al粉末。对于NiNb中的Ni粉末也是这样考虑的。
在20中的混合对于整个过程也是非常重要的，因为最终产品的均匀性取决于这个步骤。在实施时，可以使用不同的混合方法来达到所需的均匀性，如V形混合、管状混合、球磨机混合和/或磨碎机混合(湿或干)，所有这些都是本领域熟知的。
然后如果必要，在30中压紧混合粉末，接着在HIP压制之前在40中进行装罐。
在步骤40中，在混合过程之后，在HIP处理之前将粉末装罐。例如，用粉末填充容器，加热下排空，以保证除去存在的任何水分或夹带的气体，然后密封。尽管容器的几何形状不受任何方式的限制，但是容器可具有关于最终材料构型的近终形几何形状。
如上所述，在50中低温/高压的热等静压制(HIP)是本方法的必需部分。低温减低了在元素粒子之间的脆化金属间反应区域的形成，高温保证了粉末复合物的完全致密化。如本文所述，使用200-1000℃的温度和5-60ksi的压力进行等静压制。在指定温度和压力下的保持时间为0.5-12小时。在HIP固结后，在60中使用各种技术加工固体坯料至最终所需的尺寸，所述技术包括EDM线、锯、喷水管、车床、磨床等，所有这些都是本领域熟知的。值得注意的是，其他粉末固结技术如热压制和冷压制也可以独立使用或与HIP压制联合使用，这取决于所需的结果。在加工后，在70中清洗产品并进行最终检查。
下表描述了一些使用本文描述的发明制备的合金。图2a-2h描绘了与这些合金相关的微结构，并显示了在单个元素相之间的最小化金属间反应区域。
表所研究合金的总结
在该表和图2a-2f中，图2a-2b描绘了Al-Ni-B合金的总图和详图；图2c-2d描绘了Ni-Nb合金的总图和详图；图2e-2f描绘了Ru-Al合金的总图和详图；图2g描绘了Co-Al合金的微结构图，图2h描绘了Ti-Al合金的微结构图。
尽管已参照几个优选实施方案描述了本发明，但预计在阅读本文包含的详细描述后，对于本领域技术人员来说，各种改变和修改是显而易见的。因此打算将下面的权利要求书理解为包括所有这些改变和修改，它们都落在本发明的真正精神和范围内。
权利要求
1.一种制造具有金属间化学组成的可延展的溅射靶的方法，该方法包括如下步骤选择粗的元素或合金粉末，混合，装罐，在低温和高压下热等静压制，形成坯料，和加工该坯料以形成靶。
2.如权利要求1所述的方法，其中所选粉末或合金中的至少一种具有至少小至400目的粒度。
3.如权利要求1所述的方法，其中选择粉末以形成式X-Al-Y的合金，其中Al为铝，X为Ru、Ti、Co或Ni，Y为Cr、B、Zr、Ta、Hf、Pt、SiO2、或TlO3。
4.如权利要求3所述的方法，其中所得合金将具有选自B2、Ll2、DO19或Ll0的晶体结构。
5.如权利要求1所述的方法，其中所有粉末的平均粒度为约30微米。
6.如权利要求1所述的方法，其中热等静压制的参数包括200-1000℃的温度、5-60ksi的压力和0.5-12小时的时段。
7.如权利要求1所述的方法，其中靶包含RuAl。
8.如权利要求1所述的方法，其中靶包含CoAl。
9.如权利要求1所述的方法，其中靶包含TiAl。
10.如权利要求1所述的方法，其中靶包含Al-30％Ni-10％Cr。
11.如权利要求1所述的方法，其中靶包含NiAl和/或NiNb。
全文摘要
本发明涉及制造具有金属间化学组成的溅射靶，这使得它们可充分延展以进行加工和溅射。靶通过元素或合金粉末制造，其中至少一种具有非常细的粒度，例如400目。元素或合金粉末被混合、装罐、在低温和高压下进行热等静压制、形成坯料、和被加工形成靶。
文档编号C23C14/34GK1685078SQ03813211
公开日2005年10月19日 申请日期2003年5月29日 优先权日2002年6月7日
发明者迈克尔·桑德林, 贝恩德·孔克尔, 张文军 申请人:黑罗伊斯有限公司