一种溅射靶材及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体靶材制造技术领域，具体涉及一种溅射靶材及其制备方法。


背景技术：

2.溅射靶材是半导体集成电路制备过程中重要的原材料之一，靶材的材质主要包括al、ni、cu、ti及合金，主要用于集成电路中接触、通孔、互连线等物理气相沉积薄膜的制备。
3.通过磁控溅射形成材料表面材料沉积的过程为：用加速的离子轰击靶材(待溅射的材料)表面，使靶材表面的原子离开靶材后沉积在基底表面，被轰击的固体是溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。
4.在溅射靶材的使用过程中，外观尺寸、形状的变化会直接影响靶材使用寿命，为了降低集成电路制作成本，提高靶材寿命，如何保证溅射靶材的形状及尺寸成为降低生产成本，提高靶材寿命的关键因素之一。但是，在现有的长寿命靶材中，由于溅射靶材主要由高纯度材质制成，此类高纯材质通常强度、硬度低，在溅射轰击中容易产生形变，严重降低了溅射靶材的使用寿命，本技术就是针对上述溅射靶材硬度低，使用中容易出现形变的缺陷提出一种靶材的改进方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种溅射靶材及其制备方法，以解决现有技术中长寿命高纯度靶材硬度低，使用中容易发生形变导致其使用寿命缩短的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一方面，本发明提供了一种溅射靶材，该溅射靶材包括靶材本体和焊接包裹靶材本体底部及外侧的焊接壳。
8.进一步地，所述焊接壳为通过搅拌摩擦焊或电子束焊接实现与靶材本体间紧密结合。
9.进一步地，包覆靶材本体外侧的焊接壳厚度大于包覆靶材本体底部的焊接壳厚度。
10.进一步地，所述焊接壳对靶材本体的外侧部分包裹。
11.进一步地，所述焊接壳底部边缘位置开设螺纹孔。
12.另一方面，本发明还提供了一种溅射靶材的制备方法，该方法包括如下步骤：
13.步骤一：靶材本体底部贴敷金属板，靶材本体的周向嵌套金属环，使得靶材本体嵌入金属板与金属环所形成的凹槽空间；
14.步骤二：焊接靶材本体与金属环和金属板的边缘部，及焊接金属板与靶材本体底部的接触区域，从而形成包裹靶材本体外侧和底部的焊接壳。
15.进一步地，所述制备方法还包括步骤三：切割位于靶材本体外侧的焊接壳上边缘，及在焊接壳底部边缘位置加工螺纹孔。
16.进一步地，所述焊接为搅拌摩擦焊接或电子束焊接；当采用搅拌摩擦焊接方式进
行靶材底部与金属板接触面焊接时，搅拌搅拌头伸入至接触面深度旋转融化两种材料实现融合，该搅拌头行进轨迹是螺旋线或放射线。
17.进一步地，所述金属板为铝合金板，所述金属环为铝合金环。
18.进一步地，所述靶材本体的厚度为30-40mm，金属板的厚度为20-30mm，金属环的厚度为15mm。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.本发明的溅射靶材及其制备方法，通过在靶材本体的底部和周向将靶材本体与铝合金背板紧密焊接固定，使得靶材本体的底部和外侧被紧密连接的焊接壳所包裹，从而实现了以下优势：一是提高了靶材整体硬度，有效解决了长寿命靶材的水冷面硬度低，容易变形的技术问题；二是靶材本体与焊接壳熔为一体，靶材本体与焊接壳结合紧密牢固；三是靶材本体底部的焊接壳厚度较薄，在提高靶材硬度的同时，不会影响靶材的长寿命。
附图说明
21.图1为靶材本体与金属板、金属环的装配示意图；
22.图2为实施例1的溅射靶材的结构示意图；
23.图3为实施例2的溅射靶材的结构示意图；
24.图4为实施例3的溅射靶材的结构示意图；
25.图5为焊接轨迹的示意图；
26.图6为另一焊接轨迹的示意图；
27.图7为溅射靶材的硬度测试图。
28.图中，1-靶材本体；2-焊接壳；21-螺纹孔；3-金属板；4-金属环。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，本发明中，还需要说明的是，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如可以固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是机械连接，也可以是通过中间媒介间接连接，也可以电连接可以通过具体情况理解术语在本发明中的具体含义。
31.实施例1
32.本实施例中公开了一种溅射靶材，该溅射靶材包括靶材本体1和包裹靶材本体1底部及外侧的焊接壳2。
33.具体的，所述焊接壳2为通过搅拌摩擦焊实现与靶材本体1间紧密结合，靶材底部与金属板接触面焊接时，搅拌搅拌头伸入至接触面深度后旋转融化两种材料实现融合，该
搅拌头行进轨迹是螺旋线或放射线，如图5或图6。
34.具体的，包覆靶材本体1外侧的焊接壳2厚度大于包覆靶材本体1底部的焊接壳2厚度。
35.具体的，所述焊接壳2对靶材本体1的外侧部分包裹，优选的，焊接壳2对靶材本体1外侧的下半部分包裹。
36.如图所示，该实施例中的溅射靶材为上窄下宽的阶梯型，包裹靶材本体1底部的焊接壳2为圆形结构，包裹靶材本体1外侧的焊接壳2为圆环结构，靶材本体1的上端面和下端面均为圆形，且上端面的直径小于下端面的直径，靶材本体1的上端面周向与包裹靶材本体1外侧的焊接壳2的内侧通过斜线连接。
37.所述焊接壳2底部边缘位置开设螺纹孔21。优选的，包裹靶材本体1外侧焊接壳2的底部开设至少一个螺纹孔21，螺纹孔21沿靶材本体1的外周均布，且贯穿焊接壳2，螺纹孔21为上宽狭窄的阶梯型螺纹孔，用于固定溅射靶材。
38.上述溅射靶材的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
39.步骤一：靶材本体1底部贴敷金属板3，靶材本体1的周向嵌套金属环4，使得靶材本体1嵌入金属板3与金属环4所形成的凹槽空间；
40.步骤二：焊接靶材本体1与金属环4和金属板3的边缘部，及焊接金属板3与靶材本体1的底部接触面区域，即形成包裹靶材本体1外侧和底部的焊接壳2。
41.步骤三：切割位于靶材本体1外侧的焊接壳2上边缘，及在焊接壳2底部边缘位置加工螺纹孔21。
42.具体的，所述焊接为搅拌摩擦焊接。
43.具体的，所述金属板3为铝合金板，所述金属环4为铝合金环。
44.具体的，所述靶材本体1的厚度为30mm，金属板3的厚度为20mm，金属环4的厚度为15mm。
45.在实施搅拌摩擦焊时，在靶材本体1的边缘，搅拌头从底部向上依次穿过金属板3和靶材本体1边缘，伸入金属环4，将金属板3、靶材本体1边缘和金属环4焊接为一体；在对金属板3与靶材本体1底面接触面焊接时，搅拌头从底部向上穿过金属板3，并伸入两者接触面位置，高速旋转的搅拌头融化金属板3与靶材本体1的底部接触面使其焊接为一体。
46.如图1所示，溅射靶材焊接前的金属环4、金属板3和靶材本体1位置关系示意图。
47.如图2为焊接过程示意图，向上突出的圆弧形代表搅拌头，填充斜线代表焊接壳2。可见，位于靶材本体1周向的焊接壳2的厚度较大，位于靶材本体1底部的焊接壳2的厚度较薄，位于靶材本体1底部的焊接壳2的焊接轨迹为多个依次嵌套的圆弧形，相邻两个圆弧之间预留间隙，即相邻两个圆弧之间为未进行焊接的金属材质，也就是说，位于靶材本体1底部的焊接壳2由多个依次嵌套的圆弧形焊接层和圆弧之间的金属材质构成，焊接层的材质为靶材本体1与金属板2经搅拌摩擦焊混合而成。
48.将靶材本体1周向的焊接壳2的上端边缘切割后，再加工阶梯状的螺纹孔21，即得本实施例的溅射靶材，如图2所示。
49.优选的，底部焊接头的行进轨迹有两种：一是由外向内的盘旋延伸的圆弧形，如图5所示；二是依次套设的多个同心圆，再加上贯穿同心圆圆心及最外圈圆形两个末端的直线，直线的数量为3条，3条直线将最外圈圆形分割成多个面积相等的扇形，如图6所示。
50.实施例2
51.与实施例1不同之处在于，位于靶材本体1底部的焊接壳2为圆盘型结构，即对金属板3与靶材本体1底部全部进行焊接，如果焊接轨迹为多个依次嵌套的圆弧形，那么相邻两个圆弧之间紧邻，并且，焊接时相邻两次焊接的搅拌头最高点紧邻，即相邻两个圆弧之间未预留间隙，也就是说，位于靶材本体1底部的焊接壳2为圆盘型结构，圆盘结构的内部填充搅拌焊接层，即焊接层的材质为靶材本体1与金属板2经搅拌摩擦焊混合而成。将靶材本体1周向的焊接壳2的上端边缘切割后，再加工阶梯状的螺纹孔21，即得本实施例的溅射靶材，如图3所示。
52.实施例3
53.与实施例1不同之处在于，位于靶材本体1底部的焊接壳2为圆盘型结构，圆盘型结构的上端设有突出的焊接壳，即对金属板3与靶材本体1底部全部进行焊接，如果焊接轨迹为多个依次嵌套的圆弧形，那么相邻两个圆弧之间紧邻，并且，焊接时相邻两次焊接的搅拌头的边缘紧邻，搅拌头的最高点并不紧邻，即相邻两个圆弧之间未预留间隙，也就是说，位于靶材本体1底部的焊接壳2为圆形结构，圆形结构的内部填充搅拌焊接层，并且，圆形结构的上端面设有突出的依次嵌套的多个圆弧结构的焊接层，焊接层的材质为靶材本体1与金属板2经搅拌摩擦焊混合而成。
54.可见，位于靶材本体1底部的焊接壳2包括圆盘型结构以及圆盘型的上端设有的突出圆弧形焊接层。
55.将靶材本体1周向的焊接壳2的上端边缘切割后，再加工阶梯状的螺纹孔21，即得本实施例的溅射靶材，如图4所示。
56.实施例4
57.本实施例中公开了一种溅射靶材，该溅射靶材包括靶材本体1和包裹靶材本体1底部及外侧的焊接壳2。
58.具体的，所述焊接壳2为通过电子束焊接实现与靶材本体1间紧密结合。
59.具体的，包覆靶材本体1外侧的焊接壳2厚度小于包覆靶材本体1底部的焊接壳2厚度。
60.具体的，所述焊接壳2对靶材本体1的外侧部分包裹，优选的，焊接壳2对靶材本体1外侧的下半部分包裹。
61.上述溅射靶材的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
62.步骤一：靶材本体1覆盖金属板3，靶材本体1的周向嵌套金属环4，使得靶材本体1嵌入金属板3与金属环4所形成的凹槽空间；
63.步骤二：焊接金属环4、靶材本体1和金属板3的边缘，及焊接金属板3与靶材本体1的底部区域，即形成包裹靶材本体1外侧和底部的焊接壳2。
64.步骤三：切割位于靶材本体1外侧的焊接壳2上边缘，及在焊接壳2底部边缘位置加工螺纹孔21。
65.具体的，所述焊接为电子束焊接。
66.具体的，所述金属板3为铝合金板，所述金属环4为铝合金环。
67.具体的，所述靶材本体1的厚度为40mm，金属板3的厚度为30mm，金属环4的厚度为15mm。
68.对比例1
69.本实施例中，长寿命靶材的中部全部为靶材本体，周向设有背板，由于靶材本体为高纯材质制成，在纵向方向上，靶材本体的硬度很低，不能满足设计及实际使用的要求。
70.效果实施例
71.如图7所示，对本发明溅射靶材的硬度进行测试，靶材本体的材质为高纯铝合金(5n5al)，其硬度为23-26hb；背板(铝合金板及铝合金环)的材质为a6061，其硬度为103-111hb；背板与靶材本体焊接后的焊接层的硬度为59hb。
72.可见，通过在靶材本体的底部和周向将靶材本体与铝合金背板焊接，使得靶材本体的底部和背板均为焊接壳，主要具有以下三方面技术效果：一是提高了靶材本体的硬度，有效解决了长寿命靶材的水冷面硬度低的技术问题；二是靶材本体与焊接壳熔为一体，靶材本体与焊接壳结合紧密；三是靶材本体底部的焊接壳厚度较薄，在提高靶材硬度的同时，不会影响靶材的长寿命。
73.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
74.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。