[发明专利]经扩散结合的溅射靶组件及制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年2月14日提交的美国临时专利申请No.61/442,427的优先权。

技术领域

本申请涉及提供溅射靶对衬板(backing plate)的扩散结合(DB)的方法和结构组合体，其中，靶和衬板可具有不同的热膨胀系数(CTE)。

背景技术

阴极溅射广泛用于在所需基材上沉积材料的薄层。基本上，该方法需要对具有由将要在基材上沉积为薄膜或层的材料形成的溅射表面的靶进行气体离子轰击。靶的离子轰击不仅导致靶材料的原子或分子发生溅射，而且赋予靶显著量的热能。该热量通过使用典型地在导热衬板之下或其周围循环的冷却液来耗散，所述导热衬板与所述靶以热交换关系安置。

靶形成阴极组件的一部分，所述阴极组件与阳极一起置于包含惰性气体、优选氩气的真空室中。跨越阴极和阳极施加高压电场。通过与自阴极排出的电子发生碰撞而使惰性气体离子化。带正电的气体离子被吸引至阴极，而且，通过与靶表面撞击，撞出靶材料。撞出的靶材料穿过经抽空的罩壳并且在通常位于阳极附近的所需基材上沉积为薄膜。

除了使用电场以外，还已通过同时使用叠加在电场上且在靶表面上形成为封闭环路构造的弧形磁场来实现提高溅射速率。这些方法称为磁控溅射法。所述弧形磁场捕集在邻近于靶表面的环形区域中的电子，从而提高该区域中的电子-气体原子碰撞数量，引起撞击靶以撞出靶材料的在该区域中的带正电的气体离子数量的增加。因此，在称为靶回旋区(raceway)的靶面的通常环形部分中，靶材料变得被侵蚀(即，被消耗以用于随后在基材上的沉积)。

在常规的靶阴极组件中，将靶附着在非磁性衬板上。衬板通常是被水冷的以带走由靶的离子轰击产生的热量。磁体典型地以这样的位置布置在衬板下方，使得前述磁场形成围绕靶的暴露表面延伸的环路或隧道的形状。

对在靶材料与衬板材料之间具有愈加不同的热膨胀系数的溅射靶组件方面已经存在越来越多的关注。尽管可通过将各种材料的衬板焊接结合至靶来制造溅射靶组件，但是，焊接结合具有不能经受高功率溅射应用的缺点。因此，优选经扩散结合的溅射靶组件。

扩散结合通过如下产生：挤压表面至接触，同时施加热以诱导冶金学连接和跨越结合界面的不同程度扩散。可使用多种不同的金属组合作为结合助剂。向一个或多个DB界面表面施加这些金属作为涂层以促进DB结合，而且，可经由常规电镀、无电镀、真空镉镀、物理气相沉积或其它技术施加这些金属。在一些情况中，在将要通过DB连接的表面之间设置金属箔。通常地，待连接的表面通过化学或其它手段制备以除去可成为结合过程界面的氧化物或者它们的化学膜。

扩散结合技术包括热等静压(HIP)和单轴热压(UHP)。在UHP中，在提供仔细控制的温度、压力和其它气氛条件的腔室中，将靶和衬板置于一对压板或类似物之间。受控的气氛可为真空、惰性或还原气体的气氛。将组件加热至这样的温度，该温度低于靶/衬板组合体的较低熔点构件的温度。当对组件进行加热时，通过沿单轴方向作用的压板来施加压力。将组件保持在所述控制腔室中，直至形成强的DB结合。

在HIP过程中，将靶/衬板组件置于罐内。对该罐抽真空，然后，将其置于HIP室中。在该罐中充入氩气或氦气气氛并提高温度和压力。从各方向对该HIP罐施加压力。如在UHP过程中一样，温度接近靶/衬板组合体的较低熔点构件的熔融连接点(melting joint)。然后，将经HIP的组件保持在所需温度、压力和气氛条件下以形成强的DB结合。

在已经发生结合后，冷却所述组件。经冷却的靶通常向一个方向弯曲或偏转。该偏转通常由归因于靶和衬板各自不同的CTE的它们的不均匀收缩或膨胀导致。在冷却期间也可发生靶与衬板之间的结合的开裂或层离。此外，在溅射过程中发生的高温期间，不同CTE材料使得组件对其它应力、降解或扭曲敏感。为了消除偏转并产生“平坦”的组件靶表面，典型地对靶进行机械平坦化。

该扩散结合以及后续的平坦化过程适用于柔性靶，例如钛或钽。但是，对于诸如钨的脆性靶，在整个过程中，层离的可能性较大。这样的靶组件的各层之间的结合强度典型地低于45MPa。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供制造靶/衬板组件的方法。第一金属或合金的靶坯(target blank)拥有具有在溅射操作期间限定溅射表面的第一表面以及相对的第二表面的坯料。第二金属或合金靠着(alongside)第一和第二靶表面放置。衬板邻接于靠着第二靶表面安置的第二金属或合金放置。从而，所述靶、第二金属和衬板定义了组合的组件。