半導(dǎo)體磁控濺射用高純鉭靶材加工流程為通過(guò)鑄造制備成分合格的錠材，形狀根據(jù)鑄造模具，為不同直徑的圓柱形，然后對(duì)錠材進(jìn)行切片，對(duì)圓片進(jìn)行變形與熱處理，控制其晶粒度和晶粒取向，晶粒取向是影響濺射出的薄膜性能（電阻以及厚度均勻性）的關(guān)鍵參數(shù)，因此變形與熱處理是靶材生產(chǎn)非常關(guān)鍵的工序。對(duì)經(jīng)過(guò)了塑性變形和熱處理的鉭靶坯與背板進(jìn)行焊接，之后進(jìn)行機(jī)械加工成匹配濺射機(jī)臺(tái)的尺寸形狀，然后檢測(cè)、清洗包裝出貨，整個(gè)鉭靶生產(chǎn)流程如圖1所示。
圖1 鉭靶制作流程圖
目前主要用熔煉鑄造和粉末冶金的方法制備出高純鉭材料。熔煉鑄造法是用真空電弧熔煉、等離子熔煉或者電子束熔煉來(lái)制備鉭鑄錠。其優(yōu)點(diǎn)是靶材純度高、氣體元素含量低、致密度高且可大批量制造，其缺點(diǎn)是對(duì)密度與熔點(diǎn)差異較大的兩種或兩種以上金屬，普通的熔煉法比較難以獲得成分均勻的材料。相比于熔煉鑄造法，粉末冶金的方法更容易制備出細(xì)小均勻的組織，粉末冶金制備的鉭產(chǎn)品有著微觀組織均勻、織構(gòu)均勻性較好等優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用，但是缺點(diǎn)是雜質(zhì)含量高、致密度低，而集成電路用的靶材對(duì)于純度以及致密度有著極高的要求，因此粉末冶金制備的鉭材料無(wú)法應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)。實(shí)際生產(chǎn)中通常采用電子束熔煉并輔以軋制與熱處理方式獲得不同生產(chǎn)要求的鉭產(chǎn)品。電子束熔煉法具有良好的除雜凈化能力，可以使鉭材料中的雜質(zhì)含量如氧和氮降低到150 wt-ppt以下水平。現(xiàn)在通過(guò)電子束熔煉的方法可制備出99.999%（5N）的高純度鉭。鉭靶材背板采用黃銅材料（CuZn標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)C46400），成分表如表1。
靶坯焊接面進(jìn)行0.45×0.15mm毛化處理，與背板用不銹鋼包套進(jìn)行真空密封，密封后放入熱等靜壓（HIP）腔體，焊接溫度與時(shí)間分別為750℃、5h，焊接最大壓力為115MPa。焊接結(jié)果評(píng)價(jià)方式為超聲波無(wú)損探傷檢測(cè)焊接結(jié)合率，焊接結(jié)合率要求99%以上。靶材在焊接后，到成品之前，需要經(jīng)過(guò)精密的外形尺寸機(jī)械加工，其加工精度需0.1mm以下，使靶材的表面平面度以及表面質(zhì)量符合半導(dǎo)體磁控濺射的要求。對(duì)尺寸較大的靶材進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)容易出現(xiàn)變形等問(wèn)題，從而引起靶材的表面平整度、平面度以及表面粗糙度等較差，從而影響濺射性能。尺寸較大的鉭靶材（300mm晶圓用鉭靶最大外徑尺寸為524mm），需要在大型的加工車床或者是加工中心設(shè)備上進(jìn)行精密的機(jī)加工，具體工藝如下：
鉭材料在高溫的狀態(tài)下容易發(fā)生表面氧化的問(wèn)題，因此在機(jī)械加工的過(guò)程中，加工刀具與鉭材料接觸時(shí)的熱量盡可能的少，在這個(gè)前提下，要求加工時(shí)的進(jìn)刀量需要減少，一般進(jìn)給量在300mm每分鐘以下，吃刀量在0.03mm以下，靶材濺射面的表面粗糙度Ra在0.5μm以下，以保證靶材在濺射初期的濺射性能。
相關(guān)鏈接
