钛靶是高纯钛经过加工后的产品,是采用物理气相沉积的方式制成薄膜。用作半导体芯片中铝导线的阻挡层。
1.钛靶主要性能要求
(1)外观质量:出厂前,钛靶应经过无尘清洗,表面应清洁。钛靶表面经过精加工,表面粗糙度应达到客户的要求。
(2)内部缺陷:钛靶内部不应有夹杂、气孔、裂纹等缺陷。
(3)成分:钛靶分为纯钛靶和合金靶,合金靶包括钛铝合金靶、氮化钛合金靶、硼化钛合金靶等。靶材纯度为99.9%-99.999%。
(4)晶粒尺寸:钛靶晶粒均匀细小,一般控制平均晶粒≤50μm。
(5)织构:钛靶材晶向<002>为择优取向,且≥35%。
(6)几何尺寸:钛靶材尺寸根据使用要求不等,一般直径为200- 460mm。
钛靶根据结构方式分为单体钛靶和焊接型钛靶。单体钛靶无须焊接,坯料加工一体成型。焊接型钛靶是将钛靶坯料与背板焊接,常用的焊接方法包括钎焊和扩散焊等。焊接背板材料包括铜及铜合金背板、铝及铝合金背板等。焊接后经超声波检测,确保靶材与背板的连接具有一定的结合强度,以避免溅射过程中的脱落、脆裂等问题。钛靶焊接质量要求见表9-23。
2.钛靶的制备
纯钛靶的制备一般采用熔炼锭热压加工法。钛合金靶的制备采用粉末冶金法。
熔炼锭热压加工法是以熔炼得到的高纯钛锭为原料,通过锻造、轧制、退火等塑性加工工艺调控微观组织及坯料形状尺寸,再对坯料进行机械加工得到钛靶。经过锻造、轧制、退火工艺的钛靶,其晶粒细小均匀,织构占优,可以满足钛靶在溅射过程中的使用要求。熔炼锭加工过程中的损耗较大,包括熔铸过程中的损耗,锻造、轧制过程中因有氧化皮需车削,切断加工也存在损耗,其终利用率约为80%。
对于TiB2、TIAI 等合金靶材,在锻打时容易开裂,更适合用粉末冶金加工法来制作,即以钛粉和添加剂为原料,经过混粉工艺,用热压或热等静压的力对坯料进行加工,进而得到钛合金靶。粉末冶金法可一次性成型毛坯,材料利用率高,可以方便地加入合金元素,是制备钛合金靶的优选方法。粉末冶金法存在的问题是对材料纯度、合金成分均匀性、致密度。材料内部缺陷等方面的控制要求较高。