CN1370853A - 金属溅镀靶材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关一种金属溅镀靶材的制造方法,其是将经由双V熔炼制程,产生的单一金属的铝、钛或铜或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的合金,再经由高温锻造加工制程,生产适用于半导体产业及光电产业,具有微细化及高均质化的金属溅镀靶材。
Description
本发明是有关一种金属溅镀靶材(metal target for sputtering),特别是有关一种制造其具有微细的晶粒大小及二次相细化的高均质化金属溅镀靶材的制造方法,以符合半导体产业及光电产业所适用的金属溅镀靶材。
按溅镀技术是利用电浆所产生的离子,藉著离子对溅镀靶材进行轰击,使所产生的溅镀靶材原子沉积于基材表面形成薄膜的一种薄膜制程技术。溅镀技术是形成薄膜沉积众所熟知的技术之一。近年来,已被广泛的运用于半导体产业及光电产业的相关制程中所需的金属层或非金属层。溅镀时所形成薄膜的性质,对于产品品质有极为重大影响,制造时其有高的溅射速率,及稳定的制程,对于经济规模的制造具有降低成本的优势,这些都是生产时考量的关键性因素。溅镀所形成的薄膜性质与溅镀靶材本身的性质,诸如晶粒大小及二次相形态的分布特性有关。
依传统的铸造、成形、退火及锻造技术,生产金属溅镀靶材对于其晶粒大小及二次相的微细化及均质化均有其限制。而可以形成相对较小的粒径的喷覆成型技术,因其设备及生产成本过高,并不适用于经济规模的商业量产制造。
有鉴于此,本发明的主要目的是提供一种金属溅镀靶材的制造方法,其能使得晶粒大小及二次相微细化且均质化,并具有商业应用价值的金属溅镀靶材;当应用于溅镀时,使其得以其有高的溅射速率及优异的薄膜品质。
本发明是提供一种金属溅镀靶材,使得金属溅镀靶材本体包含例如:铝、钛或铜,不论单一金属或是添加选自包含例如:铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的合金,都具有晶粒大小及二次相微细化且均质化的性质,符合适用于半导体产业及光电产业的商业化需求。
本发明另提供一种金属溅镀靶材的制造技术,是将经由双V熔炼制程熔炼,产生的单一金属的铝、钛或铜,或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的合金,再经由高温锻造加工制程,产生晶粒大小及二次相微细化的高均质化金属溅镀靶材。其中,该双V熔炼制程乃是本发明提供产生晶粒大小及二次相微细化且高均质化的熔炼方法,该方法包括:一真空感应熔炼(Vacuum lnduction Melting,简称VIM)步骤,及一真空电弧精炼(Vacuum Arc Remelting,简称VAR)步骤,故称的为双V熔炼制程。
为使贵审查委员能进一步了解本发明的结构、方法特征及其目的,兹附以图式及较佳具体实施例的详细说明如后,其中:
图1为铝-钛合金经单一直空感应熔炼(WIM),所产生的材料晶粒显微组织图;
图2为铝-钛合金经双V熔炼制程,所产生的材料晶粒显微组织图;
图3为铝-钛合金经单一真空感应熔炼(VIM),所产生的材料二次相显微组织图;
图4为铝-钛合金经双V熔炼制程,所产生的材料二次相显微组织图;以及
图5为铝-钛合金经双V熔炼制程及高温锻造加工,所产生的材料显微组织图。
按金属溅镀靶材被广泛的应用于半导体产业及光电产业的薄膜沉积制程,其材料中晶粒及二次相的组织,因与基地原子束缚能的不同,所造成溅镀速率差异的效应,会影响到所沉积的薄膜品质特性。一般传统的铸造方式,无法得到高纯度的单一金属,对于添加不同金属的合金,亦不能产生成份均匀的合金,且其对晶粒大小和二次相微细化及均质化均有其限制性。有鉴于此,本发明是利用具空感应熔炼(VIM)的熔炼方式,产生单一金属或是添加其他不同金属所形成的合金,但单一真空感应熔炼(VIM)仍受限于传统铸造方式的自然凝固特性的影响,无法产生较微细的晶粒,且其二次相亦因此凝固速率较大,进而导致有二次相过大及分布不均匀的问题产生。
因此,将前述已经单一真空感应熔炼(VIM)所产生的单一金属或是添加其他不同金属所形成的的合金,再经由一真空电弧精炼(VAR)制程,即可明显获得晶粒大小及二次相微细化且均质化的目的。其中,该真空电弧精炼(VAR)是一种在真空的环境中,藉由电弧重熔的方式,将单一金属或合金局部融化后再固化的过程,进而能产生高均质化的单一金属或合金的一种熔炼方法。该精炼步骤是将欲产生的单一金属或合金当作电极,在此电极与一导电坩埚之间,利用一高直流电源,使其引导产生电弧;然后,利用此电极与一导电坩埚之间所产生的电弧,融化由单一金属或合金所形成的电极,使该熔融物落至导电坩埚中固化而获得。故经由一真空感应熔炼(VIM)步骤后,再经一真空电弧精炼(VAR),即为本发明的双V熔炼制程。是以,经由前述的双V熔炼制程,所产生的单一金属的铝、钛或铜,或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的合金,可明显获得晶粒大小及二次相微细化且均质化的结果。
即以铝-钛合金为例,图1为铝-钛合金经单一真空感应熔炼(VIM),所产生的材料晶粒显微组织图,其与图2的铝,就合金经双V熔炼制程,所产生的材料晶粒显微组织图相比较,可明显观察并得知,经由双V熔炼制程所获得的晶粒大小,约小于30微米,明显比只经由单一真空感应熔炼制程要微细了许多。此外,图3为铝-钛合金经单一真空感应熔炼(VIM),所产生的材料二次相显微组织图,其与图4的铝-钛合金经双V熔炼制程,所产生的材料二次相显微组织固相比较,可明显观察并得知,经由双V熔炼制程所添加的钛金属所形成的二次相长度,约小于20微米且分布均匀,明显比只经由单一真空感应熔炼制程要微细且分布均匀。更证明了经双V熔炼制程相较于只,经由单一真空感应熔炼制程,有较佳的微细化且均质化的性质。此外,添加少量不同金属种类及用量,会根据不同的应用而有所不同,诸如金属溅镀靶材本体的铝单一金属,添加其他不同金属所形成的铝合金,其添加其他不同金属含量不超过10%为佳,以便可控制其品质及成本。
图5为铝-钛合金经双V制程熔炼后,再经高温锻造加工,所产生的材料显微组织图,其组织显微组织仍然微细且均匀。
是以,经由双V熔炼制程,再经由高温锻造加工制程,所产生的金属溅镀靶材,铝-钛合金只是其中的一种合金,有许多单一金属或合金皆可适用。因此,单一金属的铝、钛、铜或是添加其他不同的金属包含例如:铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等所形成的合金,皆是半导体产业及光电产业所需的金属溅镀靶材,皆可利用上述铝-钛合金的制造方式,形成晶粒大小及二次相微细化的高均质化金属溅镀靶材,并具有商业应用价值。因此,在应用于溅镀时,使其得以具有高的溅射速率及优异的簿膜品质。
故经由本发明的实施,藉由一真空感应熔炼(VIM)步骤及一真空电弧精炼(VAR)的双V熔炼制程,使产生的单一金属的铝-钛或铜或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的合金,再经由高温锻造的加工制程,可生产出适用于半导体产业及光电产业,并兼具有微细化及高均质化的金属溅镀靶材,诚为前所未见的金属溅镀靶材的制造方法。
本发明所揭示者,乃较佳实施例的一种,举凡局部的变更或修饰而源于本发明的技术思想而为熟习该项技艺的人所易于推知者,俱不脱本发明的专利权范畴。
综上所陈,本发明无论就目的、手段与功效,在在显示其迥异于习知的技术特征,且其首先创作合于实用,亦在在符合发明的专利要件,恳请贵审查委员明察,并祈早日赐予专利,以便嘉惠社会,实感德便。
Claims (12)
1.一种金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,是将经由双V熔炼制程,产生的单一金属的铝、钛或铜,或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的合金,再经由高温锻造加工制程,以便产生晶粒大小及二次相微细化的高均质化金属溅镀靶材。
2.根据权利要求1所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中金属溅镀靶材本体包含有铝单一金属或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的铝合金。
3.根据权利要求2所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中金属溅镀靶材本体的铝单一金属,添加其他不同金属所形成的铝合金,其添加其他不同金属含量不超过10%。
4.根据权利要求1所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中该双V熔炼制程包括:一真空感应熔炼步骤,及一真空电弧精炼步骤。
5.根据权利要求2所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中铝-钛合金溅镀靶材所产生的二次相长度,是小于20微米。
6.根据权利要求2所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中铝-钛合金溅镀靶材所产生的晶粒,是小于30微米。
7.一种金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,是将金属材料包含单一金属的铝、钛或铜,或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属,经由双V熔炼制程,产生单一金属的铝、钛或铜,或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、铝、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属的合金铸锭,再经高温锻造加工,形成一其有晶粒大小及二次相微细化的高均质化金属溅镀靶材。
8.根据权利要求7所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中包含铝单一金属或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的铝合金。
9.根据权利要求8所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中包含铝单一金属或是添加选自铜、硅、钛、锆、锕、钼、钨、白金、金、铌、钽、钴、铼、钪等至少一种不同金属所形成的铝合金,其添加其他不同金属含量不超过10%。
10.根据权利要求7所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中双V熔炼制粒包括:一真空感应熔炼步骤,及一真空电弧精炼步骤。
11.根据权利要求8所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中铝-钛合金溅镀靶材所产生的二次相长度,是小于20微米。
12.根据权利要求8所述的金属溅镀靶材的制造方法,其特征在于,其中铝-钛合金溅镀靶材所产生的晶粒,是小于30微米。
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