專利名稱：織構(gòu)化晶粒粉末冶金鉭濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉭濺射靶領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明涉及粉末冶金鉭濺射靶。
背景技術(shù)：
通過鑄造和熱機械加工而制造出的常規(guī)鉭濺射靶顯示出交替跨過濺射靶面和穿過靶的剖面的(200)晶向帶和(222)晶向帶。例如，靶表面常常交替地在靠近(200)晶向的地方顯示出色調(diào)稍淺的晶粒，且在靠近(222)晶向的地方顯示出色調(diào)較深的晶粒。不利的是，(200)織構(gòu)帶的濺射產(chǎn)量低于(222)織構(gòu)帶的濺射產(chǎn)量，由此導(dǎo)致產(chǎn)生基底內(nèi)鉭濺射層厚度不同的基底。例如，受到濺射的薄層在49點試驗中得到的薄膜電阻均勻度通常在2％與3％之間，1σ(或者一個標(biāo)準(zhǔn)偏差)。這樣的不均勻的鉭層可能致使制造商增加濺射厚度從而消除薄區(qū)。另外，所得到的鉭厚度差異常常會妨礙受到濺射的鉭薄層在所需應(yīng)用中的使用。
過去，制造商已采用晶粒生長工藝對晶粒取向進(jìn)行控制。例如，Dunn等在美國專利No.3,335,037中披露了一種用于生產(chǎn)鉭箔的軋制/晶粒再結(jié)晶方法。該方法使得(110)晶向獲得最大化，從而生產(chǎn)出鉭箔--該產(chǎn)品的厚度和晶向?qū)τ跒R射靶的制造而言都是不可接受的。
Zhang在美國專利No.6,193,821中披露了一種用于使純鉭坯料形變成濺射靶的熱機械加工工藝。該工藝首先進(jìn)行側(cè)鍛或側(cè)軋，然后進(jìn)行鐓鍛或加壓軋制。該工藝生產(chǎn)出主要具有(222)織構(gòu)且晶粒尺寸小于25微米的濺射靶。該工藝看來不會消除與由鑄造鉭靶形成的靶相關(guān)的全部條帶效應(yīng)或者使(222)織構(gòu)對準(zhǔn)與濺射靶面相正交的方向。
在另一種熱機械加工工藝中，Michaluk等在國際專利WO 00/31310中披露了一種用于鑄造和加工鉭濺射靶的工藝。該工藝看來似乎能夠生產(chǎn)出具有沿正交于濺射靶面方向的(222)主織構(gòu)的鉭坯，且具有最少量的貫穿所述坯的厚度的(200)-(222)織構(gòu)條帶。(本說明書指的是慣例方向，即對于體心立方(bcc)晶格而言，h+k+1必須等于偶數(shù)，以使反射具有非零強度，bcc晶格導(dǎo)致當(dāng)h+k+1為奇數(shù)時體系不存在(systematic absence))。例如，本說明書指的是(222)和(200)晶向，而不是其它慣例所指的(111)和(100)晶向。不幸的是，單獨控制(222)和(200)晶向不會提供適于最嚴(yán)格的濺射應(yīng)用所需的必要的晶粒取向或者控制。
發(fā)明內(nèi)容
所述鉭濺射靶包括具有通過密實化鉭粉末形成的鉭晶粒的鉭本體和濺射面。所述濺射面具有用于將鉭原子輸送遠(yuǎn)離濺射面以對基底進(jìn)行鍍覆的原子輸送方向。所述鉭晶粒在遠(yuǎn)離濺射面的原子輸送方向上具有至少為40％的(222)晶向的取向比率和小于15％的(110)晶向的取向比率，用于增強濺射均勻度，所述鉭本體沒有可采用電子背散射衍射法而檢測到的(200)-(222)晶向條帶并且其中所述濺射靶的純度至少達(dá)到4N(即99.99％)并且優(yōu)選至少達(dá)到4N5(即99.995％)。
圖1是織構(gòu)化晶粒粉末冶金鉭濺射靶的頂視示意圖。
圖2是沿平面2-2截取的圖1所示濺射靶的剖面示意圖。
具體實施例方式
制備用以使(222)晶向的取向比率最大化和使(110)晶向的取向比率最小化的織構(gòu)化晶粒粉末冶金鉭靶與常規(guī)鍛造鉭靶相比在薄膜電阻均勻度方面得到明顯的改進(jìn)。對本說明書來說，取向比率被定義為以百分比表示的一種特定的晶粒取向相對于晶?？偭康南鄬Ρ壤?。例如，通過測量X射線峰的強度并將該強度除以在粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(JCPDS)卡片上列出的該峰的相對強度，可計算出晶粒取向。然后將該比值乘以100％并將其歸一化，即除以在所述強度與它們相對應(yīng)的相對強度之間的全部晶粒取向比率的總和。
參見圖1和圖2，一種典型的靶10包括鉭本體12和托板14。有利地，托板14具有銅、銅合金或鋁合金構(gòu)造以降低制造成本并且改進(jìn)所述靶的機械完整性。鉭本體12的純度至少為99.99％且鉭本體12包括濺射面16。優(yōu)選地，鉭本體的純度至少為99.995％。濺射面具有用于將鉭原子輸送遠(yuǎn)離濺射面16用于對基底20進(jìn)行鍍覆的原子輸送方向D。該靶利用該原子輸送方向作為織構(gòu)化晶粒的基準(zhǔn)方向。最有利的是，所述原子輸送方向D與濺射面16正交。
該織構(gòu)化晶粒粉末冶金鉭靶優(yōu)先使(222)晶向的晶粒與原子輸送方向相對齊。(222)晶向是體心立方(bcc)晶體結(jié)構(gòu)中的密排方向。所述靶中包含的(222)晶向的取向比率至少為約40％以提高濺射均勻度，并且所述靶具有99.995％的純度。有利地，所述靶中包含的(222)晶向的取向比率至少為約45％以進(jìn)一步提高濺射性能。最有利的是，所述靶中包含的(222)晶向的取向比率至少為約50％以利于進(jìn)行有效濺射。鉭濺射實驗已示出在原子輸送方向上(222)晶向的晶粒排列越多，濺射性能增強。然而，單獨使(222)晶向最大化不足以生產(chǎn)出具有非常優(yōu)越濺射均勻度的濺射靶。
除使具有(222)晶向的晶粒最大化以外，濺射靶還必須使與原子輸送方向?qū)R的具有(110)晶向的晶粒減至最少。例如，(222)晶向晶粒的取向比率相對較大且(110)晶向的取向比率為約25％的粉末冶金靶具有與傳統(tǒng)鍛造濺射靶相當(dāng)?shù)臑R射性能。保持原子輸送方向上的(110)晶向的取向比率小于約1 5％是獲得優(yōu)良濺射性能的關(guān)鍵所在。有利地，濺射靶中包含小于約10％的在原子輸送方向上的(110)晶向的取向比率，從而使濺射均勻度進(jìn)一步最大化。最有利的是，濺射靶中包含小于約5％的在原子輸送方向上的(110)晶向的取向比率，從而使濺射均勻度進(jìn)一步最大化。此外，對鉭粉末的密實化和后續(xù)處理進(jìn)行精確控制能夠保持在原子輸送方向上的(110)晶向的取向比率小于約3％。
與(222)和(110)晶向不同的是，(200)、(211)和(310)晶向?qū)R射性能具有最小限度的影響。有利地，所述靶保持與原子輸送方向?qū)R的(200)、(211)和(310)晶向的每一個取向比率小于約30％以保持濺射均勻度。最有利的是，所述靶保持與原子輸送方向?qū)R的(200)、(211)和(310)晶向的每一個取向比率小于約25％以保持濺射均勻度。
由密實化粉末形成鉭本體消除了常常與鍛造濺射靶相關(guān)的可見的(200)-(222)條帶。條帶的消除進(jìn)一步增大了濺射薄膜的均勻度。另外，濺射靶可選地具有值小于約1.5的晶粒長寬比。對本說明書來說，長寬比為沿厚度方向測量得到的晶粒長度除以沿平行于濺射面方向測量得到的晶粒長度的比值。最有利的是，所述長寬比小于約1.3。
實例1下表中總結(jié)了在帶有4”(10厘米)直徑靶的由MRC制造的603型批量濺射系統(tǒng)中進(jìn)行的初步試驗的試驗結(jié)果。在該系統(tǒng)中的濺射試驗是在以下條件下進(jìn)行的，即功率為640瓦，最高達(dá)15千瓦小時，晶片掃描速度為16厘米/分鐘-對應(yīng)于厚度為1000埃的薄膜，室壓為10毫托且靶-晶片的間距為2.0英寸(5.1厘米)。在不包括6毫米邊緣的直徑為75毫米的二氧化硅晶片上的9個點處測量薄膜電阻。
對于本說明書來說，印有字母的靶表示比較例而有編號的靶表示本發(fā)明的實例。雖然濺射條件沒有被優(yōu)化，但是所有試驗都是在相同的條件下進(jìn)行的且因此允許在鑄造和經(jīng)過熱機械加工的基準(zhǔn)靶(靶A)與多種粉末冶金靶(靶B-G和1)之間進(jìn)行比較。如上文所述，由X射線峰的強度計算各實例中的取向比率。
表14”(10厘米)濺射靶
具有較大的(222)晶向的取向比率和較小的(110)晶向的取向比率的靶1顯示出最佳的濺射和顯微結(jié)構(gòu)特性。然后，選擇該靶的制造參數(shù)用于在Eclipse濺射系統(tǒng)中對12”(30厘米)的RMX-12靶進(jìn)行全尺寸測試。
實例2該粉末冶金RMX-12濺射靶具有大小為40-50微米的平均晶粒大小和較大的(222)晶向的取向比率。
在Eclipse系統(tǒng)中的濺射試驗是在以下條件下進(jìn)行的，即功率為10千瓦，最高達(dá)50千瓦小時，沉積時間為60秒，氬氣流速為100sccm，室壓為15毫托，晶片溫度為150℃，且靶-晶片的間距為2.5英寸(6.4厘米)。在不包括6毫米邊緣的直徑為150毫米的二氧化硅晶片上的49個點處測量薄膜電阻。
表2中總結(jié)了通過鑄造和熱機械加工而制造出的常規(guī)靶(靶G)和經(jīng)過鍛壓(靶2)和未經(jīng)鍛壓(靶3)的兩種粉末冶金靶的晶粒取向數(shù)據(jù)。
表2
表2中示出了織構(gòu)化晶粒粉末冶金靶獲得的在(110)晶向取向比率與(222)晶向取向比率之間存在的顯著差異。此外，織構(gòu)化晶粒粉末冶金靶中沒有有害的通常與鑄造和加工過的制品相關(guān)的(200)-(222)條帶--這些靶在體積百分比為50％的氫氟酸和50％的過氧化氫的溶液中進(jìn)行宏觀浸蝕之后在未經(jīng)放大條件下看不到任何可見的(200)-(222)條帶。此外，經(jīng)過宏觀浸蝕的靶中不含任何采用電子背散射衍射(EBSD)法可檢測到的(200)-(222)條帶-EBSD法確定了靶的整個厚度上的晶粒取向。
表3中總結(jié)了表2中的靶在1σ條件下的薄膜電阻均勻度的數(shù)據(jù)。
表3
通過將粉末密實化至接近于理論密度的一定密度、軋制、退火、焊接結(jié)合到托板上并進(jìn)行機加工而制造出粉末冶金濺射靶2。在用于形成靶3的靶2的軋制步驟之前加入可選擇的鍛壓步驟顯示對濺射薄膜的薄膜電阻均勻度或濺射靶表面的外觀沒有明顯的影響。織構(gòu)化濺射靶2和3利用RMX型磁體在轉(zhuǎn)動的磁控管濺射室中分別對基底鍍覆的1σ條件下的薄膜電阻均勻度最大小于約1.5％。
通過將粉末密實化至接近于理論密度的一定密度、隨后進(jìn)行軋制和退火而制造出的鉭濺射靶沒有顯示出交錯的織構(gòu)條帶且具有顯著改進(jìn)的薄膜電阻均勻度。雖然給出了用于制造靶坯的實例，但是值得注意的是如果使用不同方法制造靶坯，那么本發(fā)明可使用具有相類似的效益。坯件制造方法可包括，但不限于，軋制、鍛壓、壓制及其組合。
如表2和3中所示，對(110)和(222)的結(jié)晶取向進(jìn)行精確控制改進(jìn)了濺射效果。特別是，具有較少的(110)晶向和較多的(222)晶向的織構(gòu)化晶粒粉末冶金濺射靶以及不存在交錯的(222)和(200)織構(gòu)條帶與常規(guī)鍛造靶相比具有改進(jìn)的濺射性能。例如，這些靶具有減小的濺射薄膜電阻均勻度，從高于2.7％至1.1-1.5％之間(1σ)。
在不偏離本發(fā)明范圍的前提下存在多種本發(fā)明的可能實施例，因此應(yīng)理解在這里所述的一些均是示例性而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種鉭濺射靶，所述鉭濺射靶包括具有通過密實化鉭粉末形成的鉭晶粒的鉭本體，所述鉭本體具有濺射面，所述濺射面具有用于將鉭原子輸送遠(yuǎn)離濺射面以對基底進(jìn)行鍍覆的原子輸送方向，所述鉭晶粒在遠(yuǎn)離濺射面的原子輸送方向上具有至少為約40％的(222)晶向的取向比率和小于約15％的(110)晶向的取向比率，用于增強濺射均勻度，所述鉭本體沒有可采用電子背散射衍射法而檢測到的(200)-(222)晶向條帶并且其中所述濺射靶的純度至少達(dá)到99.99％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶，其中所述原子輸送方向與濺射面正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶，其中所述晶粒在所述原子輸送方向上具有至少為約45％的(222)晶向的取向比率和小于約10％的(110)晶向的取向比率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶，其中所述晶粒具有小于約30％的(200)晶向的取向比率、小于約30％的(211)晶向的取向比率和小于約30％的(310)晶向的取向比率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶，其中所述濺射靶的純度至少達(dá)到99.995％。
6.一種鉭濺射靶，所述濺射靶包括具有通過密實化鉭粉末形成的鉭晶粒的鉭本體，所述鉭本體具有濺射面，所述濺射面具有用于將鉭原子輸送遠(yuǎn)離濺射面以對基底進(jìn)行鍍覆的原子輸送方向，所述鉭晶粒在遠(yuǎn)離濺射面的原子輸送方向上具有至少為約45％的(222)晶向的取向比率、小于約30％的(200)晶向的取向比率、小于約30％的(211)晶向的取向比率、小于約30％的(310)晶向的取向比率和小于約10％的(110)晶向的取向比率，用于增強濺射均勻度，所述鉭本體沒有可采用電子背散射衍射法而檢測到的(200)-(222)晶向條帶并且其中所述濺射靶的純度至少達(dá)到99.99％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濺射靶，其中所述晶粒在所述原子輸送方向上具有至少為約50％的(222)晶向的取向比率和小于約5％的(110)晶向的取向比率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濺射靶，其中所述晶粒具有小于約25％的(200)晶向的取向比率、小于約25％的(211)晶向的取向比率和小于約25％的(310)晶向的取向比率。
9.一種鉭濺射靶，所述濺射靶包括具有通過密實化鉭粉末形成的鉭晶粒的鉭本體，所述鉭本體具有濺射面，所述濺射面具有用于將鉭原子輸送遠(yuǎn)離濺射面以對基底進(jìn)行鍍覆的原子輸送方向，所述鉭晶粒在遠(yuǎn)離濺射面的原子輸送方向上具有至少為約50％的(222)晶向的取向比率、小于約25％的(200)晶向的取向比率、小于約25％的(211)晶向的取向比率、小于約25％的(310)晶向的取向比率和小于約5％的(110)晶向的取向比率，用于增強濺射均勻度，所述鉭本體沒有可采用電子背散射衍射法而檢測到的(200)-(222)晶向條帶并且其中所述濺射靶的純度至少達(dá)到99.99％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的濺射靶，其中所述靶利用RMX型磁體在轉(zhuǎn)動的磁控管濺射室中對基底鍍覆的1σ條件下的薄膜電阻均勻度最大為約1.5％。
全文摘要
濺射靶包括具有通過密實化鉭粉末形成的鉭晶粒的鉭本體和濺射面。所述濺射面具有用于將鉭原子輸送遠(yuǎn)離濺射面以對基底進(jìn)行鍍覆的原子輸送方向。所述鉭晶粒在遠(yuǎn)離濺射面的原子輸送方向上具有至少為40％的(222)晶向的取向比率和小于15％的(110)晶向的取向比率，用于增強濺射均勻度，所述鉭本體沒有可采用電子背散射衍射法而檢測到的(200)－(222)晶向條帶并且其中所述濺射靶的純度至少達(dá)到99.99％。
文檔編號C23C14/34GK1981065SQ200580017024
公開日2007年6月13日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者H·J·科伊尼斯曼恩, P·S·吉爾曼 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司