專利名稱：形成三維物理汽相沉積靶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成比如中空的陰極磁控管靶的三維物理汽相沉積(PVD)靶(或靶標(biāo))的方法，背景技術(shù)物理汽相沉積(或蒸汽沉積(PVD))是一種在半導(dǎo)體制造過(guò)程中用來(lái)形成材料薄層的通常使用的方法。PVD包括濺射過(guò)程。在一個(gè)示例性的PVD過(guò)程中，將一個(gè)陰極靶暴露給一個(gè)高強(qiáng)度粒子束。當(dāng)高強(qiáng)度粒子撞擊靶的表面時(shí)，這些粒子迫使材料由靶的表面發(fā)射出來(lái)。隨后這些材料可以在半導(dǎo)體基底上固結(jié)，以在基底上形成一個(gè)材料薄膜。
在可能與半導(dǎo)體基底表面相關(guān)聯(lián)的各種波動(dòng)起伏的構(gòu)造上企圖獲得一個(gè)均勻的薄膜厚度的PVD過(guò)程中遇到了困難。人們一直試圖用靶的幾何形狀來(lái)著手克服這些困難。因此，當(dāng)前在商業(yè)上正在生產(chǎn)多種靶的幾何形狀。參考圖1-12描述了示例性的形狀。圖1和2分別示出了一種Applied Materials Self Ionized Plasma PlusTM靶結(jié)構(gòu)10的等角投影圖和側(cè)剖視圖。圖3和4分別示出了一種Novellus HollowCathode MagnetronTM靶結(jié)構(gòu)12的等角投影圖和側(cè)剖視圖。圖5和6分別示出了一種Applied Materials EnduraTM靶結(jié)構(gòu)14的等角投影圖和側(cè)剖視圖。圖7和8分別示出了一種平面靶結(jié)構(gòu)16的等角投影圖和側(cè)剖視圖。圖9和10分別示出了一種Tokyo Electron Limited(TEL)靶結(jié)構(gòu)18的等角投影圖和側(cè)剖視圖。圖11和12分別示出了一種ULVAC靶結(jié)構(gòu)20的等角投影圖和側(cè)剖視圖。
圖2，4，6，8，10和12中的每個(gè)側(cè)剖視圖示出了所包括的水平尺寸“X”和豎直尺寸“Y”。“Y”與“X”的比可以決定靶是所謂的三維靶還是二維靶。具體地說(shuō)，每個(gè)靶包括由大約15英寸到大約21英寸的水平尺寸“X”。Applied MaterialsTM靶(圖2)典型地包括大約5英寸的豎直尺寸“Y”，NovellusTM靶(圖4)典型地包括大約10英寸的豎直尺寸，EnduraTM靶(圖6)典型地包括由大約2英寸到大約6英寸的豎直尺寸，而平面靶典型地包括比大約1英寸小或者等于大約1英寸的豎直尺寸。為了解釋本文件和附在后面的權(quán)利要求書(shū)的目的，如果靶有比圖8的簡(jiǎn)單平面靶更復(fù)雜的形狀，就將把它看作是一個(gè)三維靶，并且在某些情況下，三維靶可能是豎直尺寸“Y”與水平尺寸“X”的比大于或等于0.15的靶。在本發(fā)明的特別情況下，三維靶可能有大于或等于0.5的豎直尺寸“Y”與水平尺寸“X”的比值。如果豎直尺寸“Y”與水平尺寸“X”的比值小于0.15，就將該靶視為一個(gè)二維靶。
可以將Applied MaterialsTM靶(圖2)和NovellusTM靶(圖4)認(rèn)為是包括復(fù)雜的三維幾何形狀，原因在于，制造出有這樣的靶的幾何形狀的整體靶很困難。Applied MaterialsTM靶(圖2)和NovellusTM靶(圖4)都有如下的幾何形狀特點(diǎn)，包括至少一個(gè)杯狀部分11，它具有一對(duì)相對(duì)的端部13和15。端部15是開(kāi)口的，而端部13是封閉的。杯狀部分11具有在其中伸展的中空部分19。進(jìn)而，每個(gè)杯狀部分11具有限定中空部分19的周邊的內(nèi)部表面(或內(nèi)表面)21，以及與內(nèi)表面成相對(duì)關(guān)系的外表面23。外表面23圍繞著每個(gè)杯狀部分11伸展，并且在角部25包繞著封閉端13。靶10和12中的每個(gè)靶具有由外表面限定且在端部13與15之間伸展的側(cè)壁27。圖2和4的靶10和12還都具有如下特點(diǎn)，一個(gè)凸緣29圍繞著側(cè)壁27延伸。圖4的靶12與圖2的靶10之間的區(qū)別在于，靶10有一個(gè)內(nèi)腔17，其通過(guò)靶的中心向下延伸，使得靶10的杯狀部分11相對(duì)于靶12的杯狀部分變窄。
與二維靶或者平面靶相比，在物理汽相沉積過(guò)程中采用三維靶可能有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)可以包括在所沉積的材料的數(shù)量和/或品質(zhì)方面的均勻性。然而，有許多材料，把它們做成三維靶很困難。例如，將包括相對(duì)較脆的材料如釕，鎢和鉬中的一種或多種的材料，基本上由相對(duì)較脆的材料構(gòu)成的材料，或者由相對(duì)較脆的材料構(gòu)成的材料做成三維靶可能很困難。但是仍然希望這些材料可以用于濺射沉積過(guò)程。例如，釕在半導(dǎo)體工業(yè)中對(duì)于結(jié)合進(jìn)阻擋材料中可能是有用的。因此，就希望開(kāi)發(fā)出形成三維靶的新方法，這些新方法可適用于采用相對(duì)較脆的材料。還有一些材料，雖然它們不是特別脆，但是很難用傳統(tǒng)的技術(shù)把它們做成三維靶。還可能希望這些新方法可應(yīng)用于用傳統(tǒng)的方法難以做成三維靶的多種材料。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種形成中空的陰極磁控管靶的方法。形成一個(gè)罐，它的形狀基本上與所希望的中空陰極磁控管靶的形狀互補(bǔ)。將成粉末的材料放置在罐內(nèi)，這種成粉末的材料包括銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和鉭中的一種或多種；和/或由鋁化物，硅化物，硅化物和硫族化物構(gòu)成的一組材料中挑選出的一種或多種材料。在本發(fā)明的某些情況下，銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和鉭中的一種或多種可以是合金的形式。使罐內(nèi)的粉末經(jīng)受熱均衡加壓(hot isostaticpressing)，以使材料形成物理汽相沉積靶，該靶基本上建議所希望的中空陰極磁控管靶的形狀。在接續(xù)的加工步驟中，移開(kāi)罐的某些部分或全部。
在一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種由很難或者不可能擠壓成三維形狀的材料形成三維的物理汽相沉積靶的方法。形成一個(gè)罐，它的形狀基本上與靶的所希望的三維形狀互補(bǔ)。將成粉末的材料放置在該罐中，且使罐內(nèi)的成粉末的材料經(jīng)受熱均衡加壓，以使材料形成物理汽相沉積靶，該靶基本上具有所希望的三維形狀。由物理汽相沉積靶移開(kāi)罐的至少一部分。在某些情況下，可以由物理汽相沉積靶移開(kāi)罐的全部，而在其它情況下，由物理汽相沉積靶僅移開(kāi)罐的一部分，將罐的剩余部分結(jié)合成為裝接到物理汽相沉積靶上的背板。
在罐的一部分仍然裝接到物理汽相沉積靶上作為背板的情況下，可以將凸緣裝接到罐的這部分上?？梢栽谶M(jìn)行熱均衡加壓之前裝接上凸緣作為罐的一部分，或者可以在熱均衡加壓之后裝接上凸緣。在特別的情況下，可以通過(guò)焊接在進(jìn)行熱均衡加壓之前裝接上凸緣，可以將焊接件抽空，且隨后可以利用熱均衡加壓增強(qiáng)凸緣與罐的將最終用作三維靶的背板的那部分之間的結(jié)合。


以下將參考著下面的附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1是先有技術(shù)的Applied MaterialsTM濺射靶的等角投影圖；圖2是圖1的濺射靶的側(cè)剖視圖；圖3是先有技術(shù)的NovellusTM中空陰極濺射靶的等角投影圖；圖4是圖3的濺射靶的側(cè)剖視圖；
圖5是先有技術(shù)的Applied Materials EnduraTM濺射靶的等角投影圖；圖6是圖5的濺射靶的側(cè)剖視圖；圖7是先有技術(shù)的平面濺射靶的等角投影圖；圖8是圖7的濺射靶的側(cè)剖視圖；圖9是先有技術(shù)的濺射靶的頂視圖；圖10是圖9的濺射靶的側(cè)剖視圖；圖11是先有技術(shù)的濺射靶的頂視圖；圖12是圖11的濺射靶的側(cè)剖視圖；圖13是在本發(fā)明的示例性方法的初步加工階段的一個(gè)示例性罐的示意性剖面圖；圖14是在接著圖13的加工階段后面的加工階段的圖13的罐的視圖，在罐中已經(jīng)填充了成粉末的靶材料；圖15是在接著圖14的加工階段后面的加工階段的圖13的罐的視圖，表示出成粉末的靶材料已經(jīng)固結(jié)成靶結(jié)構(gòu)之后的情況；圖16是在將罐移開(kāi)之后的圖15的靶結(jié)構(gòu)的視圖；圖17是按照相對(duì)于圖16的實(shí)施例的一個(gè)替代實(shí)施例在接著圖15的加工階段后面的加工階段的圖15的靶結(jié)構(gòu)的視圖；圖18是在接著圖17的加工階段后面的加工階段的圖17的結(jié)構(gòu)的視圖；圖19是在本發(fā)明的另一實(shí)施例形成的示例性罐的示意性剖面圖，在罐中已經(jīng)填充了成粉末的靶材料；圖20是在接著圖19的加工階段后面的加工階段的圖19的結(jié)構(gòu)的視圖；圖21是在接著圖20的加工階段后面的加工階段的圖19的結(jié)構(gòu)的視圖，具體地表示出成粉末的靶材料已經(jīng)固結(jié)成靶結(jié)構(gòu)之后的情況；圖22是在接著圖21的加工階段后面的加工階段的圖21的結(jié)構(gòu)的視圖，具體地表示出將罐的某些部分移開(kāi)以留下靶/背板結(jié)構(gòu)之后的情況；圖23是在接著圖22的加工階段后面的加工階段，以形成示例性的最后的靶/背板結(jié)構(gòu)的圖22的結(jié)構(gòu)的視圖；圖24是一個(gè)與圖21的結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)的視圖，示出了本發(fā)明的另一方面；圖25是在接著圖24的加工階段后面的加工階段的圖24的結(jié)構(gòu)的視圖，具體地表示出將罐的某些部分移開(kāi)以留下靶/背板結(jié)構(gòu)之后的情況；圖26是在接著圖25的加工階段后面的加工階段以形成示例性的最后的靶/背板結(jié)構(gòu)的圖25的結(jié)構(gòu)的視圖；圖27是在本發(fā)明的另一情況下形成的示例性罐的示意性剖面圖；圖28是在本發(fā)明的另一情況下形成的罐的示意性剖面圖；以及圖29是在采用圖28的罐形成的示例性靶/背板結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以前一直采用熱壓技術(shù)和熱均衡加壓(HIP)技術(shù)將釕和鎢靶制作成平板形狀的靶。認(rèn)為釕是一種用于進(jìn)一步生成半導(dǎo)體芯片(45納米或者更薄的芯片)的所希望的阻擋材料，且也認(rèn)為鎢對(duì)于結(jié)合到半導(dǎo)體芯片中有用。因此，工業(yè)界一直在尋求包括釕或鎢的、基本上由釕和鎢構(gòu)成的或者由釕和鎢構(gòu)成的三維靶構(gòu)形(比如中空的陰極磁控管(HCM)構(gòu)形的靶)。然而，釕和鎢的脆性使得用傳統(tǒng)的方法比如深度拉伸和模鍛由這些材料制作出三維靶不可行。本發(fā)明提供一種用來(lái)形成三維靶的新過(guò)程?？衫帽景l(fā)明的方法由多種材料中的任何材料形成三維靶，這些材料例如為包括下述材料、基本上由下述材料構(gòu)成或由下述材料構(gòu)成的材料銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和鉭。
在本發(fā)明的示例性方面，通過(guò)熱均衡加壓(HIPping)利用適當(dāng)組成的粉末在基本上近似于三維靶的所希望的形狀的罐內(nèi)的固結(jié)形成三維靶。
在圖13中將可以在本發(fā)明的示例性方面采用的一個(gè)示例性的罐表示為罐100。所示出的罐為處在圖13的加工階段還沒(méi)有組裝起來(lái)，因此所示出的罐包括第一杯形件102和第二杯形件104，把第二杯形件的構(gòu)形做成配裝在第一杯形件內(nèi)。第一杯形件包括第一組分。這種組分可以是任何適合的組分，例如可以包括鋁，銅，鋼，鈦，復(fù)合材料等等。在特別的情況下，杯形件102將包括鋁，銅或鈦，基本上由鋁，銅或鈦構(gòu)成，或由鋁，銅或鈦構(gòu)成，或者，包括鋁，銅和/或鈦的合金，基本上由鋁，銅和/或鈦的合金構(gòu)成，或由鋁，銅和/或鈦的合金構(gòu)成。在本發(fā)明的某些情況下，杯形件104的組分可能與杯形件102相同，或者，在其它情況下可能有不同的組分。
下面參見(jiàn)圖14，把杯形件104連接到杯形件102上(可以例如通過(guò)焊接實(shí)現(xiàn)這樣的連接)，以將罐100組裝起來(lái)。組裝起來(lái)的罐在其中有一個(gè)空間106。將所希望的靶組分的粉末107添加(或放置)在空間106中?？臻g106與三維靶所希望的形狀近似，因此，可以將罐100看作基本上與靶所希望的三維形狀互補(bǔ)。在所示出的本發(fā)明的情況下，罐100基本上與HCM靶比如上面參考著圖3和4描述過(guò)的靶的形狀互補(bǔ)。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括其它實(shí)施例(未示出)，其中，可以將罐做成與其它的三維靶構(gòu)形基本上是互補(bǔ)的。
成粉末的靶材料可以包括任何所希望的組分，在特別的情況下將包括以下材料，基本上由以下材料構(gòu)成或由以下材料構(gòu)成銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和/或鉭中的一種或多種；可以包括銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和/或鉭的任何適合的合金。在某些情況下，成粉末的靶材料可以包括鋁化物，硅化物，硫族化物和/或碳化物。在特別的情況下希望形成高純度的釕，鎢或鉬的靶，該成粉末的材料可以基本上由釕，鎢或木構(gòu)成，或者由釕，鎢或鉬構(gòu)成。例如成粉末的材料可以包括至少99.9重量百分比或更高純度的釕，鎢或鉬。
所示出的空間106伸展進(jìn)入一個(gè)接套區(qū)域(a nipple region)108，可以將空間由此接套區(qū)域連接到一個(gè)真空源，并且基本上將氣體抽空。在這樣的抽空之后，橫過(guò)該接套區(qū)域形成密封(這樣的密封例如可以通過(guò)焊接形成)，在空間106和在已經(jīng)填充(或設(shè)置)在空間106內(nèi)的粉末中保持被抽空的狀態(tài)。雖然所示出的接套區(qū)域僅只沿著罐的一側(cè)，但是應(yīng)當(dāng)理解，接套區(qū)域可以整個(gè)地圍繞罐延伸，使得圖14的截面關(guān)于中心軸線是對(duì)稱的。同樣，雖然僅只示出了一個(gè)接套區(qū)域，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以采用多個(gè)接套區(qū)域。同樣，雖然示出的接套區(qū)域在橫向上在罐的一側(cè)的外面延伸，但是應(yīng)當(dāng)理解，接套區(qū)域可以在其它方向上延伸，比如向下或者向上延伸。
參見(jiàn)圖15，所示出的罐100為它經(jīng)受過(guò)熱均衡加壓(HIPping)過(guò)程，以將粉末(圖14)固結(jié)成實(shí)體件110之后的情況。這個(gè)實(shí)體件與物理汽相沉積靶的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，此結(jié)構(gòu)基本上為PVD靶所希望的三維形狀。將該形狀稱為基本上為所希望的三維形狀，以表示出該形狀可能需要微小的機(jī)械加工，就可獲得實(shí)際上所希望的三維形狀。雖然所示出的粉末沒(méi)有延伸到接套區(qū)域104中，但是應(yīng)當(dāng)理解，在某些情況下，粉末可延伸到接套區(qū)域中。在這些情況下，可以將接套區(qū)域形成為完全圍繞著罐延伸，從而在接套區(qū)域內(nèi)固結(jié)的粉末形成一個(gè)完全圍繞實(shí)體件110的凸緣。
在圖15的加工階段，所示出的罐100塌縮成實(shí)體件110。罐的塌縮可能典型地在HIPping過(guò)程中出現(xiàn)，但是在某些未示出的情況下，在粉末固結(jié)成實(shí)體件110之后在罐內(nèi)可能仍然保留某些空間。
用來(lái)形成結(jié)構(gòu)110的HIPping過(guò)程可以包括任何適當(dāng)?shù)臈l件。在示例性的過(guò)程中，采用HIPping使基本上由釕，鎢和鉬構(gòu)成或者由釕，鎢和鉬構(gòu)成的粉末固結(jié)，并且在這些示例性的過(guò)程中，HIPping可以采用大約每平方英寸30000磅(psi)的均衡壓力，與大約1500℃的溫度相結(jié)合。然而，壓力和溫度可以是任何適當(dāng)?shù)臈l件，且因此，在某些情況下溫度可能比1500℃低，而在其它情況下可能比1500℃高；而且在某些情況下壓力可能比30000psi低，而在其它情況下可能比30000psi高。
罐的組分(或成分)最好是能夠經(jīng)受HIPping過(guò)程的高溫而不會(huì)熔化的材料，并且因此可能希望對(duì)于罐采用鉭。
在HIPping過(guò)程之后，可以將罐100(圖15)由實(shí)體件110移開(kāi)，以留下由實(shí)體件110構(gòu)成的整體的靶。圖16示出了由實(shí)體件110構(gòu)成的整體靶120。在其它情況下，僅只移開(kāi)罐的一部分，以留下仍然粘接到靶上的罐的另一部分，從而形成一種靶/背板結(jié)構(gòu)。這在圖17中示出，在該圖中，所示出的靶/背板結(jié)構(gòu)130包括粘接到杯形件102的一部分上的實(shí)體件110。靶/背板結(jié)構(gòu)130包括在靶的內(nèi)部的一個(gè)濺射表面132，并且包括在靶的外部與杯形件102之間的界面134，通過(guò)這個(gè)界面杯形件102被結(jié)合到靶110上。這種結(jié)合可以是在HIPping過(guò)程中產(chǎn)生的擴(kuò)散結(jié)合(a diffusion bond)。
可以采用任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)械加工和/或化學(xué)處理實(shí)現(xiàn)整個(gè)罐的移開(kāi)或罐的一部分的移開(kāi)。
圖16和17的靶120和130與圖3和4的靶結(jié)構(gòu)12類似，區(qū)別只在于，圖16和17的靶沒(méi)有凸緣29。這樣的凸緣最終用來(lái)將靶保持在濺射裝置中，因此希望在靶結(jié)構(gòu)中提供這樣的凸緣。可以由靶材料制成凸緣，并且在HIPping過(guò)程中制作成整體式的靶結(jié)構(gòu)的一部分，使得在本發(fā)明的多種情況下(未示出)圖16的靶結(jié)構(gòu)120可以包括這樣形成的凸緣。然而，對(duì)于包含脆性材料比如釕的靶，這樣的罐可能成問(wèn)題，問(wèn)題在于，凸緣也就包括脆性材料，并且當(dāng)在濺射裝置中或者在將靶插入濺射裝置中的期間經(jīng)受作用力時(shí)可能會(huì)斷裂。還有，靶材料常常很昂貴，因此由一種比昂貴的靶材料相對(duì)較便宜的材料形成凸緣更能實(shí)現(xiàn)成本有效。
可以利用圖17的杯形件102的結(jié)構(gòu)來(lái)形成一個(gè)凸緣，如在圖18中所示出的那樣。具體地說(shuō)，圖18示出了在已經(jīng)將一個(gè)凸緣136裝接到杯形件102上之后圖17的結(jié)構(gòu)130?？梢酝ㄟ^(guò)電子束焊接和/或任何其它適當(dāng)?shù)陌惭b手段安裝凸緣。凸緣136可以包括與罐102相同的組分，或者可以包括其它組分。
雖然把圖18的凸緣136描述成在HIPping過(guò)程之后被安裝上，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括其它實(shí)施例，在這些實(shí)施例中，在HIPping過(guò)程之前安裝上凸緣。圖19-23示出了示例性的情況，在這種情況下，在HIPping過(guò)程之前安裝上凸緣。
開(kāi)始參考圖19，所示出的罐結(jié)構(gòu)200處于初步的加工階段。此罐結(jié)構(gòu)包括一個(gè)內(nèi)杯形件204，以及與此內(nèi)杯形件連接起來(lái)的外杯形件202。此罐結(jié)構(gòu)在內(nèi)杯形件與外杯形件之間包括一個(gè)空間206，并且包括一個(gè)接套區(qū)域208，此接套區(qū)域可以用來(lái)由空間區(qū)域內(nèi)部抽空氣體。罐結(jié)構(gòu)也包括裝接到外杯形件202上的凸緣210。雖然在圖19的剖面圖中凸緣210似乎是兩個(gè)分開(kāi)的凸緣，但是應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)由上面看時(shí)，圖19的結(jié)構(gòu)200典型地是圓形的，并且，凸緣210典型地是整個(gè)地圍繞著這個(gè)圓形結(jié)構(gòu)伸展的一個(gè)整體的凸緣。
所示出的凸緣是中空的，并且因此包括一個(gè)內(nèi)部區(qū)域212。所示出的凸緣具有穿過(guò)它伸展的一個(gè)入口214，可以利用此入口在HIPping過(guò)程之前將凸緣抽空?？梢酝ㄟ^(guò)焊接比如一種Tig(即，鎢惰性氣體)焊接或者任何其它適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合方式把凸緣裝接到杯形件202上。雖然所示出的凸緣是中空的，從而可以將焊接件抽空，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括其它的情況，在這些情況下，凸緣是實(shí)體的(下面參考著圖24-26描述這種情況的一個(gè)示例性實(shí)施例)。同樣，雖然所示出的凸緣是與杯形件202分開(kāi)的件，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括其它的情況，在這些情況下，凸緣和杯形件202是一件結(jié)構(gòu)的不同部分(下面也將參考著圖24-26描述這種情況的一個(gè)示例性實(shí)施例)。
圖20示出了處于接在圖19的加工階段后面的加工階段的結(jié)構(gòu)200，并且具體地表示出在由空間206內(nèi)部將氣體抽空之后被密封起來(lái)的接套區(qū)域208，也示出了在由凸緣的內(nèi)部區(qū)域212將氣體抽空之后被密封起來(lái)的凸緣210的入口214?？梢詫⒖臻g206和空間212看作基本上完全被抽空，以表明這些空間被抽空到所希望的狀態(tài)，而不是將氣體完全抽空。
參見(jiàn)圖21，所示出的結(jié)構(gòu)200處于接在圖20的加工階段后面的加工階段，并且具體地表示出在結(jié)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)受HIPping過(guò)程使粉末固結(jié)且由這樣的粉末形成靶結(jié)構(gòu)220的情況。HIPping過(guò)程也可以增強(qiáng)將凸緣210粘接到罐206上。HIPping過(guò)程使罐塌縮到靶上。
接著參考圖22，將罐的內(nèi)杯形件204(圖21)移開(kāi)，而保留外杯形件202(或者外杯形件的至少一部分)，以形成一種靶/背板結(jié)構(gòu)230。同樣，凸緣210仍然裝到在靶/背板結(jié)構(gòu)230中的外杯形件202的保留部分上。
在所示出的圖22的加工階段，靶和背板有一個(gè)區(qū)域240，此區(qū)域在凸緣210的上方延伸。這種罐可以是靶/背板結(jié)構(gòu)的最后結(jié)構(gòu)。替代地，可以進(jìn)行后續(xù)的機(jī)械加工，以除去靶220和杯形件202的材料，使得材料202和220最上面的表面基本上與凸緣210的最上表面共平面。圖23示出了在這樣的加工之后的靶/背板結(jié)構(gòu)230。應(yīng)該注意到，參考著圖22和23采用了“最上面的表面”說(shuō)法，以表示在所示出的視圖中處于最上面的表面，而不是意味著一個(gè)特別的表面在此靶/背板結(jié)構(gòu)的任何應(yīng)用中是最上面的。事實(shí)上，典型地此靶/背板結(jié)構(gòu)在濺射應(yīng)用中相對(duì)于圖22和23所示出的圖將是上下顛倒的，所以，圖22和23的最上面的表面可能實(shí)際上是在結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中最下面的表面。
雖然所示出的圖19-23實(shí)施例的凸緣210是中空的且由與罐202不同的材料制成，但是應(yīng)當(dāng)理解，凸緣也可以整個(gè)是實(shí)心的，并且由與罐202相同的材料制成。在圖24-26中示出了本發(fā)明這樣的情況，這種情況與圖21-23類似，但是所示出的結(jié)構(gòu)201和231有實(shí)心的凸緣211，這些凸緣與罐202是一個(gè)整體件。
按照本發(fā)明的方法制成的靶(例如圖16，17和18的靶110以及圖22，23，25和26的靶220)可以包括多種組分中的任何組分。在特別的情況下，靶將包括下述材料，基本上由下述材料構(gòu)成或者由下述材料構(gòu)成銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和鉭中的一種或多種；和/或?qū)ㄓ上率鲆唤M中挑選的一種復(fù)合材料該組材料包括鋁化物，硅化物，碳化鎢和硫族化物。在具體的情況下，靶可以包括下述混合材料，基本上由下述混合材料構(gòu)成或者由下述混合材料構(gòu)成比如鎢和鉭的混合物(即，鎢/鉭)，鎢和鋁的混合物(即，鎢/鋁)，或者鉭和鋁的混合物(即，鉭/鋁)。靶可以是高純度的所要求的組分，例如可以包括99.9重量百分比或更高的所要求的組分。在特別的情況下，靶可以包括99.9重量百分比或更高的銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和鉭中的一種或多種；還包括一些情況，在這些情況下，靶基本上是純的釕，鎢和鉬；還包括一些情況，在這些情況下，靶是一些材料的混合物或合金，這些材料包括鎢和鉭的混合物，鎢和鋁的混合物，以及鉭和鋁的混合物。進(jìn)而，靶可具有高密度(在某些情況下，在靶內(nèi)的組分的密度可以大于或等于靶組分的理論最大密度的98％)。此外，如果靶組分是結(jié)晶體，在按照本發(fā)明的方法制成的靶內(nèi)這種組分可以有相對(duì)較小的晶粒尺寸(例如，在本發(fā)明的某些情況下，平均的晶粒尺寸可以小于或等于大約150微米)。小的晶粒尺寸和高密度相對(duì)于有較大晶粒尺寸和/或較低密度的靶可能會(huì)改進(jìn)濺射特性，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣。
在本發(fā)明的多種情況下采用的罐的組分可以是任何適用的組分。在某些情況下，可能希望罐的內(nèi)杯形件由與罐的外杯形件不同的組分制成，使得可以更容易地將內(nèi)杯形件由靶移開(kāi)，而外杯形件將仍然牢固粘接到靶上。圖27示出了一個(gè)示例性的罐300，它包括組分與外杯形件302不同的內(nèi)杯形件304。
雖然在上面的實(shí)施例中討論過(guò)的罐組分采用了包含均勻的單一組分的杯形件，但是應(yīng)當(dāng)理解，杯形件可以包括多層。對(duì)于實(shí)現(xiàn)更好地粘接到靶材料上來(lái)說(shuō)采用多層可能是有利的，或者替代地，在增強(qiáng)杯形件由靶材料上脫開(kāi)方面采用多層可能是有利的。
圖28示出了一種罐400，它的外杯形件402包括第一層401和第二層403；而它的內(nèi)杯形件404包括第一層405和第二層407。在某些情況下，外杯形件402的層403可以增強(qiáng)外杯形件對(duì)靶的粘接，從而在形成具有粘接到靶上作為背板的外杯形件的靶/背板結(jié)構(gòu)的過(guò)程中增強(qiáng)外杯形件對(duì)靶的結(jié)合。在某些情況下，內(nèi)杯形件的層407可以增強(qiáng)內(nèi)杯形件由靶上移開(kāi)，因此可能與一層脫開(kāi)層對(duì)應(yīng)，示例性的脫開(kāi)層是石墨油。
組分401和405可以彼此基本上相同，或者，可以彼此不同。在某些情況下，可以把層401和405分別稱為杯形件402和404的最外殼層，而可以把層403和407稱為在這些最外殼層與最終在罐400內(nèi)形成的靶之間的材料。
所示出的層403和407是金屬，但是，應(yīng)當(dāng)理解，這些層可以處于任何適當(dāng)?shù)奈锢頎顟B(tài)，且在某些情況下將是無(wú)定形的，粉末狀的，等等。在特別的情況下，這些層中的至少一層可以包括一種或多種陶瓷材料。
圖29示出了采用圖28的罐400形成的靶/背板結(jié)構(gòu)430。具體地說(shuō)，這種靶/背板結(jié)構(gòu)包括外杯形件402，它包含作為背板的層401和403，并且包括靶結(jié)構(gòu)450，這種靶結(jié)構(gòu)可以在適當(dāng)?shù)腍IPping過(guò)程中由在罐400內(nèi)固結(jié)的粉末制成。這樣的HIPping過(guò)程可以采用與上面關(guān)于圖14的加工過(guò)程或者圖20的加工過(guò)程討論過(guò)的方法類似的方法?？梢哉J(rèn)為靶/背板結(jié)構(gòu)430包括一個(gè)背板，它具有通過(guò)一種中間材料403結(jié)合到靶450上的最外殼層401。在特別的情況下，靶450可以包括釕，基本上由釕構(gòu)成，或者由釕構(gòu)成，殼層401可以包括鋁，鉭和/或銅，基本上由鋁，鉭和/或銅構(gòu)成，或者由鋁，鉭和/或銅構(gòu)成，而中間材料403可以包括用于增強(qiáng)背板與靶之間結(jié)合的任何適用的材料。
上面討論的方法是本發(fā)明的示例性方法，并且應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以包括上面討論過(guò)的加工過(guò)程的改型。例如，在某些情況下，可以利用將上面描述過(guò)的成粉末的材料的一種或多種材料真空熱壓到具有與所希望的三維靶形狀互補(bǔ)的形狀的背板上(一種示例性的背板可能有圖26的杯形件202的形狀，有凸緣211或者沒(méi)有凸緣211；背板可以包括任何適用的材料，例如包括由鋁，銅和鉭中的一種或多種構(gòu)成的材料)制作出三維靶。替代地，可以對(duì)粉末進(jìn)行真空熱壓，并且接著在制作三維靶的過(guò)程中經(jīng)受HIPping致密加工。
權(quán)利要求
1.一種形成三維物理汽相沉積靶的方法，它包括形成一個(gè)罐，所述罐的形狀基本上與靶的所希望的三維形狀互補(bǔ)；將成粉末的材料放置在所述罐內(nèi)；使罐內(nèi)的粉末經(jīng)受熱均衡加壓，以使所述材料基本上形成物理汽相沉積靶，所述靶基本上具有所希望的三維形狀；以及由所述物理汽相沉積靶僅移開(kāi)所述罐的一部分。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括在進(jìn)行所述熱均衡加壓之前對(duì)所述成粉末的材料進(jìn)行真空熱加壓。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料包括銥，鈷，釕，鉭，鎢，鉻和鉬中的一種或多種。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料基本上由銥，鈷，釕，鉭，鎢，鉻和鉬中的一種或多種構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料由銥，鈷，釕，鉭，鎢，鉻和鉬中的一種或多種構(gòu)成。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述罐包括鋁，鈦和銅中的至少一種。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料基本上由釕構(gòu)成。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述所希望的三維形狀是中空的陰極磁控管靶的形狀。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，僅移開(kāi)所述罐的某些部分所述留下罐的一部分作為背板仍然在物理汽相沉積靶上。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述罐的被移開(kāi)的部分包括與所述罐仍然保留在所述物理汽相沉積靶上作為背板的那部分不同的組分。
11.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述罐的保留下來(lái)的部分包括鉭，且其中，所述物理汽相沉積靶包括釕。
12.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其還包括把凸緣安裝到所述罐保留下來(lái)作為背板的那部分上。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述熱均衡加壓之后安裝整個(gè)所述凸緣。
14.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述熱均衡加壓之前安裝所述凸緣。
15.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述熱均衡加壓之前利用焊接將所述凸緣安裝到所述罐的那部分上；穿過(guò)被焊接的凸緣設(shè)置開(kāi)孔，通過(guò)所述開(kāi)孔將所述凸緣的內(nèi)部基本上抽空，并且隨后在進(jìn)行所述熱均衡加壓之前將所述開(kāi)孔密封起來(lái)；以及其中，利用所述熱均衡加壓以改進(jìn)將所述凸緣結(jié)合到所述罐的那部分上的連接。
16.一種形成中空的陰極磁控管靶的方法，它包括形成一個(gè)罐，所述罐的形狀基本上與所希望的中空的陰極磁控管靶形狀互補(bǔ)；將成粉末的材料放置在所述罐內(nèi)，所述成粉末的材料包括銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和鉭中的一種或多種；使罐內(nèi)的粉末經(jīng)受熱均衡加壓，以使所述材料基本上形成物理汽相沉積靶，所述靶基本上具有所希望的中空的陰極磁控管靶的形狀；以及由所述物理汽相沉積靶移開(kāi)所述罐的第一部分，同時(shí)留下所述罐的第二部分，作為裝接到所述物理汽相沉積靶上的背板。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，其還包括在進(jìn)行所述熱均衡加壓之前對(duì)所述成粉末的材料進(jìn)行真空熱加壓。
18.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述熱均衡加壓的過(guò)程中在所述罐內(nèi)的所有成粉末的材料基本上由釕構(gòu)成。
19.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述熱均衡加壓的過(guò)程中在所述罐內(nèi)的所有成粉末的材料基本上由鎢構(gòu)成。
20.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述熱均衡加壓的過(guò)程中在所述罐內(nèi)的所有成粉末的材料基本上由 構(gòu)成。
21.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述熱均衡加壓的過(guò)程中在所述罐內(nèi)的所有成粉末的材料基本上由鉭構(gòu)成。
22.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述熱均衡加壓的過(guò)程中在所述罐內(nèi)的所有成粉末的材料基本上由鎢和鉭構(gòu)成。
23.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述熱均衡加壓的過(guò)程中在所述罐內(nèi)的所有成粉末的材料基本上由鎢和鋁構(gòu)成。
24.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述熱均衡加壓的過(guò)程中在所述罐內(nèi)的所有成粉末的材料基本上由鉭和鋁構(gòu)成。
25.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述罐的所述第一和第二部分基本上具有彼此相同的化學(xué)組分。
26.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述罐的所述第一和第二部分基本上沒(méi)有彼此相同的化學(xué)組分。
27.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于；所述靶基本上由第一種材料構(gòu)成；所述罐的所述第二部分包括基本上由第二種材料構(gòu)成的最外面殼層；并且進(jìn)一步包括在進(jìn)行所述熱均衡加壓過(guò)程之前在所述罐的最外面殼層與所述粉末之間設(shè)置第三種材料的步驟，以增強(qiáng)所述最外面殼層與所述靶之間的結(jié)合。
28.按照權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述第一種材料是釕，而所述第二種材料是鈦。
29.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于；所述靶基本上由第一種材料構(gòu)成；所述罐的所述第一部分包括基本上由第二種材料構(gòu)成的最外面殼層；并且進(jìn)一步包括在進(jìn)行所述熱均衡加壓過(guò)程之前在所述罐的所述最外面殼層與所述粉末之間設(shè)置第三種材料的步驟，以增強(qiáng)所述最外面殼層與所述靶之間的結(jié)合。
30.按照權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述第一種材料是釕，而所述第二種材料是鈦。
31.按照權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述第三種材料是陶瓷材料。
32.一種形成三維物理汽相沉積靶的方法，它包括提供一種組分，所述組分包含銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁，鉭，鋁化物，硅化物，硫族化物以及碳化物中的一種或多種；提供背板，所述背板包括鋁，鈦和銅中的至少一種，并且所述背板的形狀基本上與所希望的三維靶的形狀互補(bǔ)；以及將所述組分進(jìn)行真空熱加壓，使其成為所述背板。
33.按照權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述組分包含銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁，鉭，鋁化物，硅化物，硫族化物以及碳化物中的一種或多種；且其中，所述背板由鋁，鈦和銅中的一種或多種構(gòu)成。
34.一種三維物理汽相沉積靶，它包括一種組分，所述組分包含銥，鈷，釕，硫族化物以及碳化物中的一種或多種。
35.按照權(quán)利要求34所述的靶，其特征在于，銥，鈷，釕中的至少一種呈現(xiàn)為一種合金的成分。
36.按照權(quán)利要求34所述的靶，其特征在于，所述靶的密度為靶組分的理論最大密度的至少98％。
37.按照權(quán)利要求34所述的靶，其特征在于，所述組分是結(jié)晶體，并且它的平均晶粒尺寸小于或等于150微米。
38.按照權(quán)利要求34所述的靶，其特征在于，所述靶是中空的陰極磁控管靶。
39.按照權(quán)利要求34所述的靶，其特征在于，所述靶包括釕。
40.按照權(quán)利要求34所述的靶，其特征在于，所述靶基本上由釕構(gòu)成。
41.按照權(quán)利要求34所述的靶，其特征在于，所述靶基本上由釕構(gòu)成，并且將它結(jié)合到基本上由鋁，鈦或銅構(gòu)成的背板上。
42.按照權(quán)利要求41所述的靶，其特征在于，所述靶是中空的陰極磁控管靶。
43.按照權(quán)利要求34所述的靶，其特征在于，所述靶由釕構(gòu)成。
全文摘要
一種利用熱均衡加壓形成物理汽相沉積靶的方法。物理汽相沉積靶可以包含銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和鉭中的一種或多種；和/或鋁化物，硅化物，硅化物和硫族化物中的一種或多種。該方法還包括三維靶，這些靶包括銥，鈷，釕，鎢，鉬，鈦，鋁和鉭中的一種或多種。
文檔編號(hào)B22F3/15GK101052739SQ200580037737
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者W·易, S·D·斯特洛瑟斯, D·L·莫拉萊斯, R·W·利坎, I·諾蘭德 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司