專利名稱：銅濺射靶和形成銅濺射靶的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及含銅的單塊濺射靶和含銅的連接濺射靶。本發(fā)明還涉及形成含銅的單塊和連接濺射靶的方法。
背景技術：
目前，在包括例如集成電路制造在內(nèi)的許多應用中使用高純銅濺射靶和銅合金濺射靶。含銅結構如互連(interconnect)和薄膜的質量取決于靶的濺射性能。濺射靶的許多因素都可以影響靶的濺射性能，這些因素包括靶材的平均粒徑和粒徑你均勻性；靶材的結晶取向/織構；靶內(nèi)結構和組成的均勻性以及靶材的強度。典型地，較小的平均粒徑與材料的高強度相關。另外，合金化的量可以影響靶材的強度和硬度，典型的是提高的合金化導致靶強度增加。
由于高純銅(大于99.99重量％銅)的強度低，所以典型地，將常規(guī)的高純銅濺射靶制成為連接靶。連接銅濺射靶具有與含相對高強度材料如鋁的支承板連接的高純銅靶。然而，在將銅靶與支承板連接的過程中使用的高溫常常導致異常的晶粒長大，這導致顯微結構不均勻和總的平均粒徑增加。典型地，常規(guī)的高純銅靶具有大于50微米的平均粒徑，這會導致相對低的屈服強度。常規(guī)形成的高純銅濺射靶中得到的粒徑和結構不均勻性會有害地影響濺射沉積的高純銅膜和內(nèi)部連線的質量。
除了會在連接過程中產(chǎn)生的大粒徑和反常的晶粒生長之外，諸如燒穿和靶壽命短這樣的問題也常常給擴散連接的銅靶帶來麻煩。另外，連接過程是復雜且費時的。
一種增加濺射靶用銅材料之粒徑均勻性并提高其強度的方法是用一種或多種“合金化”元素使銅成為合金。然而，由于合金化元素的存在影響銅的電阻率，所以理想的是將靶材內(nèi)合金化元素的總量限制為不大于10重量％。對于特定的應用如銅薄膜和內(nèi)部連線，其中需要可與高純銅電阻率相比的電阻率，應該將合金化的量限制為小于或等于3重量％。合金化的另一個缺點是潛在的缺陷如形成第二相析出物或偏析。
盡管處理常規(guī)材料以減少或除去析出物或偏析缺陷在有些情況下是可能的，但典型地，這種處理包括會導致極其大粒徑(大于150微米)的高溫?；蛘?，在有些情況下應用常規(guī)的軋制和/或鍛造方法可以獲得存在于常規(guī)材料中的第二相析出物或偏析缺陷的部分減少。然而，剩余的缺陷仍然可以影響濺射膜的質量。目前，形成合金化元素小于或等于3重量％的銅合金的常規(guī)處理導致靶典型地具有大于30微米，通常大于50微米的平均粒徑，并且其中有第二相析出物。
理想的是開發(fā)制造具有提高濺射性能的銅濺射靶和銅合金濺射靶的方法。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明包括一種含銅的濺射靶。該靶含至少99.99重量％銅，平均粒徑為1-50微米。該含銅靶的屈服強度大于或等于約15ksi，布氏硬度(HB)大于約40。
一方面，本發(fā)明包括一種銅合金濺射靶，該濺射靶基本由小于或等于約99.99重量％銅和至少一種選自以下元素中的合金化元素組成Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Si、Mo、Pt、Nb、Re和Hf。該靶合金化元素的總量至少為100ppm，但少于10重量％。該靶還具有1-50微米的平均粒徑和在整個靶內(nèi)1-σ的標準偏差小于約15％的的粒徑均勻性。
在一個方面中，本發(fā)明包括一種形成單塊濺射靶的方法。將基本由銅和總量小于或等于10重量％的一種或多種合金化元素組成的銅坯加熱到至少約900°F的溫度，并在該溫度下保持至少約45分鐘。熱鍛造該銅坯至高度下降至少約50％，從而形成鍛塊，冷軋該塊至縮減至少約60％，從而形成板坯。加熱該板坯以誘發(fā)再結晶并形成平均粒徑小于約100微米的細晶粒分布。隨后將該板坯成形為單塊靶形狀。
一方面，本發(fā)明包括一種用純度至少為99.99％銅的銅坯形成含銅濺射靶的方法。在高于300℃溫度下熱鍛該坯，使高度下降至少40％，從而形成鍛塊。水淬該鍛塊并對鍛塊進行擠壓處理，該處理包括使鍛塊通過等通道轉角擠壓(ECAE)至少4遍。在鍛造后可以選擇進行固溶化處理，隨后是水淬和ECAE。在至少一些ECAE遍之間進行中間退火，并在ECAE處理完成之后冷軋該塊至縮減小于90％，從而形成板坯?？蔁崽幚碓摪迮?，隨后成形為濺射靶。
附圖簡述參考下面的附圖將本發(fā)明優(yōu)選的實施方案描述如下。


圖1是描述根據(jù)本發(fā)明一個方面的加工方法概觀的流程圖。
圖2說明了在根據(jù)本發(fā)明初始加工步驟時的方坯。
圖3是正用等通道轉角擠壓裝置處理的材料的示意剖視圖。
圖4說明了采用等通道轉角擠壓處理的各種銅和銅合金相對于粒徑為40微米的標準6N銅和相對于各種支承板的屈服強度和極限拉伸強度。
圖5是在根據(jù)本發(fā)明一個方面的等通道轉角擠壓并隨后在250℃下退火5小時之后，99.9999％銅材料(6N)的粒徑分布和織構的成像EBSD/SEM圖。
圖6說明了在圖5中成像的材料的晶粒面積分布。該材料的平均粒徑約為6微米。
圖7說明了當通過EBSD和光學顯微法測量時，得到的與退火處理有關的平均粒徑。對含用0.53重量％Mg合金化的銅的銅材料進行了退火處理，該銅材料已經(jīng)通過通道D經(jīng)受了6遍等通道轉角擠壓。
圖8說明了在300℃下退火2小時后，圖7中Cu-0.53wt％MgECAE材料的EBSD/SEM圖。
圖9是在450℃下退火1.5小時后，圖7中Cu-0.53wt％Mg材料的晶粒結構的EBSD/SEM圖。
圖10說明了采用光學顯微法獲得的圖9材料的像。
圖11是描述對根據(jù)本發(fā)明一個方面的靶的粒徑和織構測量取樣的圖。
優(yōu)選實施方案詳述本發(fā)明包括單塊高純銅濺射靶、連接的高純銅濺射靶、單塊銅合金濺射靶、連接的銅合金濺射靶和制造這些靶的方法。對本說明書來說，高純銅指的是具有至少99.99重量％銅的銅或銅材料。本發(fā)明包括具有至少99.99％-99.99995重量％銅的高純靶。另外，使用術語“單塊”指的是不與支承板連接而用于濺射的靶。
根據(jù)本發(fā)明的連接或單塊高純靶具有小于1微米至小于或等于約100微米，優(yōu)選小于50微米的平均粒徑。在一些情況下，可以使用本發(fā)明的方法來制造平均粒徑為1-約30微米的單塊或連接靶。在特定的情況下，根據(jù)本發(fā)明的高純銅的單塊和連接靶優(yōu)選具有1-約20微米，例如約5-約10微米的平均粒徑。
本發(fā)明的高純靶沿靶的濺射表面和/或整個靶內(nèi)具有粒徑均勻性，該粒徑的均勻性為小于或等于約15％的標準偏差(1-σ)(也稱為小于15％不均勻性)。在特定的情況下，均勻性可以表現(xiàn)為小于或等于10％的標準偏差(1-σ)。
本發(fā)明高純銅濺射靶具有的屈服強度比平均粒徑為50微米、具有基本相同元素組成的靶高至少約10％，在一些情況下，比平均粒徑為30微米、具有基本相同元素組成的靶高至少約10％。對本說明書來說，短語“基本相同元素組成”指的是沒有可檢測到的組成差異的材料。典型地，通過如下所述方法賦予靶的屈服強度大于或等于約15ksi。
本發(fā)明高純銅濺射靶具有的極限拉伸強度比平均粒徑為50微米、具有基本相同元素組成的靶高至少約15％，在一些情況下，該極限拉伸強度比平均粒徑為30微米、具有基本相同元素組成的靶大至少約15％。另外，該高純銅靶的硬度比平均粒徑為30微米、具有基本相同元素組成的靶高至少15％。在特定的情況下，本發(fā)明高純靶的布氏硬度大于約40HB，在特定的情況下，大于約60HB。
在特定的方面中，本發(fā)明的高純銅濺射靶具有99.99％(4N)或更高的純度。對本說明書來說，除非另有具體說明，所有百分比和包括的量都以重量計。在一些方面中，該高純靶可優(yōu)選包含99.999％(5N)銅，可優(yōu)選包含99.9999％(6N)銅或可優(yōu)選包含99.99995％(6N5)銅。
本發(fā)明的連接高純銅靶包含與支承板擴散連接的高純銅靶。在特定的情況下，該連接靶的擴散連接屈服強度大于10ksi，優(yōu)選大于或等于約15ksi，在特別的情況下，擴散連接屈服強度大于或等于約30ksi。或者，可以采用另一種連接方法將靶與支承板連接，例如，包括等靜壓、軋制包覆、焊接、爆炸連接和無摩擦鍛造中的一種或多種。優(yōu)選地，另一種連接方法可以將高純銅靶與支承板連接以產(chǎn)生屈服強度大于或等于約10ksi的連接。
本發(fā)明連接靶中使用的支承板優(yōu)選為鋁或CuCr支承板。正如為本領域普通技術人員理解的，也可以酌情使用其它支承板材料。
本發(fā)明包括含小于或等于約99.99重量％銅的銅合金濺射靶。優(yōu)選地，本發(fā)明的銅合金濺射靶基本由小于或等于約99.99重量％銅和至少一種選自以下元素中的合金化元素組成Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Si、Pt、Nb、Re、Mo和Hf。在特定的情況下，該至少一種合金化元素優(yōu)選選自Ag、Al、In、Zn、B、Ga、Mg、Sn、Ge、Ti和Zr。靶中存在的該至少一種合金化元素的總量優(yōu)選為至少約100ppm重量-小于約10重量％。在一些情況下，該至少一種合金化元素優(yōu)選以至少1000ppm重量-小于約3重量％，更優(yōu)選小于約2重量％的量存在。
在特定的方面中，根據(jù)本發(fā)明的銅合金濺射靶的平均粒徑小于1微米?；蛘?，銅合金濺射靶的平均粒徑為1-約100微米，優(yōu)選小于50微米。在一些方面中，銅合金靶的粒徑優(yōu)選為1-30微米。在一些情況下，應用本發(fā)明的方法可以使靶具有小于或等于20微米的平均粒徑，且在特定的方面中，為約5-約10微米。另外，本發(fā)明的銅合金靶在整個靶內(nèi)和/或沿靶的濺射表面具有粒徑均勻性。在特定的方面中，整個靶內(nèi)的平均粒徑具有小于15％的粒徑不均勻性(相對于標準偏差(1-σ)，小于或等于約15％的粒徑)，在特定的情況下，具有小于或等于約10％的標準偏差(1-σ)(小于或等于10％的不均勻性)。
本發(fā)明的銅合金濺射靶具有至少約40HB的布氏硬度。在一些情況下，本發(fā)明的靶具有大于或等于約60HB的硬度。另外，該銅合金靶沿濺射表面和/或在整個靶內(nèi)具有硬度均勻性。例如，在特定的情況下，整個銅合金靶內(nèi)的硬度具有小于約5％的標準偏差(1-σ)(換句話說，該靶具有小于5％的不均勻性)。在特定的情況下，硬度均勻性具有小于約3.5％的標準偏差(1-σ)。
本發(fā)明的銅合金靶可以是單塊的，或在另一個實施方案中，可以是連接的?？梢酝ㄟ^擴散連接或通過應用等靜壓、軋制包覆、焊接、爆炸連接、無摩擦鍛造及其它合適連結方法中的一種或多種的方法將本發(fā)明的連接銅合金靶與支承板連接。在連接銅合金靶的情況下，該連接具有大于約10ksi，優(yōu)選大于約15ksi的連接屈服強度。
根據(jù)本發(fā)明方法處理的銅材料可以制造織構從極其弱(接近于隨機)到極其強的銅靶，這取決于使用的工藝路線(下面論述)。對本說明書來說，術語“銅”(如術語“銅靶”、“銅材料”、“銅坯”等中使用的)泛指高純銅或銅合金。本發(fā)明具有弱織構的示范性銅靶具有小于或等于約15次(times)無序的晶粒取向分布函數(shù)(ODF)。在特定的情況下，該靶具有極其弱的織構，特征在于ODF小于約5次無序。
該銅靶可以包括主要晶粒取向，其中術語“主要”指的是該靶中存在的、比任何單個其它晶粒取向多的晶粒取向。要指出的是，術語“主要”不必意味著大部分顆粒都以此取向存在。相反，術語“主要”意味著在靶內(nèi)不存在更多的另一單個取向。在特定的方面中，可以使用本發(fā)明的方法制造具有非(220)的主要晶粒取向的靶。
根據(jù)本發(fā)明的另一種處理可以制造具有較少隨機織構的銅靶。本發(fā)明包括可以在制造的銅制品中誘發(fā)強織構的處理，其中術語“強織構”指的是ODF超過約15次隨機的材料。另外，本發(fā)明的靶可以具有極其強的織構，特征在于ODF超過20次隨機。在特定的情況下，本發(fā)明的靶優(yōu)選具有非(220)的主要晶粒取向。
采用本發(fā)明方法制造的銅靶的尺寸不限于特定值。另外，可以將靶制成許多形狀，例如圓形的或矩形的。由于通過所述方法制造的材料相對于常規(guī)方法制造的材料的強度增加，所以可以制造比通過常規(guī)方法制造的銅靶尺寸大的銅靶。如上所述，將常規(guī)的銅靶與支承板連接以提供足夠的強度。本發(fā)明材料的高強度是特別有益的，因為增加的強度在制造和/或濺射工藝的過程中可以降低或防止靶的扭曲。該方法使得可以使用單塊(非連接的)銅靶，并可以將較大的靶尺寸用于連接靶和單塊靶?？梢灾圃毂景l(fā)明的連接或單塊靶用于許多濺射應用，包括但不限于200毫米晶片處理和300毫米晶片處理。
盡管具體參考銅和銅合金描述了本發(fā)明的靶和方法，但要理解的是，本發(fā)明包括其它材料，包括高純金屬和合金材料。將所述方法用于以下示范性的其它材料是特別有益的，這些材料包括鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、鉭、鉭合金、鎳、鎳合金、鉬、鉬合金、金、金合金、銀、銀合金、鉑和鉑合金。列舉的合金優(yōu)選包含小于或等于10重量％合金化元素。正如為本領域普通技術人員理解的，下面相對于銅材料描述的方法的溫度及其它值可以基于該方法將被使用的特定組成而調整。
參考圖1概括地描述本發(fā)明的方法。在一個示范性的處理方案10中，在初始加工步驟100中提供待處理以形成濺射靶的材料。可以以坯如圖2中描述的示范性坯12的形式提供初始材料。參考圖2，坯12包括底面14、頂面16，并包括底面14與頂面16之間材料的厚度，標為T1。坯12可以為如圖2所示的正方形或矩形形狀，或者可以包括圓柱形或其它形狀(未示出)。坯12優(yōu)選包括鑄造材料，盡管也可以是其它坯材料。在需要高純靶的實施方案中，坯12為鑄造材料是特別優(yōu)選的，因為鑄造材料可以以非常純的形式提供。典型地本發(fā)明方法制造的靶的組成與坯的組成基本相同；其中基本相同指的是材料沒有可檢測到的組成差異。
坯12材料的織構可以影響根據(jù)本發(fā)明制造的制品的織構和/或獲得該制品所需最終織構的難度。因此，可以提供具有有利于制造銅靶中所需織構的初始織構的坯12。在最終制品中需要強織構的情況下，有益的是提供具有強織構的坯12。然而，要指出的是，可以采用本發(fā)明中的另一種方法，用具有強織構的坯制造弱或極其弱的織構。另外，可以根據(jù)本發(fā)明的方法處理具有弱織構的坯以制造具有強或極其強織構的靶。可以處理具有特定主要或主晶粒取向的坯以制造具有相同或不同的主要或主晶粒取向，或沒有單個主晶粒取向的靶。
在特定的方面中，坯12包括具有至少99.99重量％銅的高純銅材料。在特定的應用中，坯12基本上由純度為99.99％(4N)、純度為99.999％(5N)、純度為99.9999％(6N)或純度超過6N，例如99.99995重量％的銅組成。本發(fā)明也包括坯12含另一種高純金屬如鋁、金、銀、鈦、鉭、鎳、鉑或鉬的方法。
或者，坯12包含少于99.99％銅或少于99.99％的其它如上所述的金屬。為了便于說明，此后將坯12稱為銅坯，盡管應該理解，本發(fā)明包括其它金屬和它們的合金。在本發(fā)明的一些方面中，銅坯12優(yōu)選基本由少于99.99重量％的銅和至少一種選自以下元素中的合金化元素組成Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Si、Pt、Nb、Re、Mo和Hf。銅坯中合金化元素的總量優(yōu)選為至少100ppm重量-少于或等于約10重量％。在特定的方面中，銅坯優(yōu)選含至少1000ppm-少于或等于約3重量％的合金化元素，更優(yōu)選少于或等于約2重量％的合金化元素。在特定的實施方案中，合金化元素優(yōu)選包括Ag、Al、In、Zn、B、Ga、Mg、Sn、Ge、Ti和Zr中的一種或多種。
再參考圖1，步驟100中提供的銅坯受到預處理200。預處理200包括均勻化、固溶化和熱鍛中的至少一種。正如本領域普通技術人員理解的，進行固溶化、均勻化或熱鍛的合適溫度取決于坯12的具體組成。在特定的方面中，本發(fā)明優(yōu)選包括在預處理200的過程中進行熱鍛，從而形成鍛塊。在至少約300℃的溫度下進行銅坯12的熱鍛，優(yōu)選在至少約500℃的溫度下進行。優(yōu)選地，熱鍛將坯12的初始厚度(圖2中的T1)降低至少約40％，且在特定的情況下，優(yōu)選至少約50％。
在預處理的過程中，熱鍛任選位于包括固溶化和/或均勻化銅材料的附加熱處理之后或之前。在足以使固溶化和/或均化在被處理的特定組成中出現(xiàn)的溫度下進行熱處理。此固溶化/均勻化溫度優(yōu)選保持足以使組成的固溶化/均勻化最大的時間。要指出的是，足以固溶化或均勻化的溫度會導致晶粒生長，產(chǎn)生粒徑超過小于約100微米所需范圍。因此，試圖獲得較小粒徑的常規(guī)方法易于使固溶化或均勻化處理最小。然而，本發(fā)明的方法能夠使均勻化/固溶化后粒徑減小，從而同時獲得固溶化/均勻化處理和小粒徑的好處。有益的是在預處理步驟200的過程中固溶化和/或均勻化，從而使任何存在于銅坯中的析出物和/或顆粒溶解。均勻化還降低或消除坯12內(nèi)的化學偏析。
本發(fā)明的預處理工藝不限于均勻化、固溶化和/或熱鍛處理的特定順序。在特定的方面中，預處理200包括均勻化銅坯，接著熱鍛，隨后固溶化。在其它的情況下在固溶化之后進行熱鍛。以下以本發(fā)明示范性優(yōu)選實施方案的方式闡述示范性的優(yōu)選預處理。
在預處理200的過程中進行熱鍛的一些情況下，預處理另外包括跟隨，優(yōu)選立即跟隨熱鍛的驟冷。盡管可以使用其它驟冷方法，但優(yōu)選的是采用水淬。
在特定的實施方案中，熱鍛可以包括初始加熱，并可以進行一次或多次隨后的再加熱情況。在初始加熱與各隨后的再加熱之間的各鍛造情況中產(chǎn)生的高度下降會改變，這取決于諸如特定組成和使用的鍛造溫度這樣的因素。優(yōu)選地，只是在最終的再加熱以后發(fā)生進行的驟冷。示范性再加熱包括在初始熱鍛之后，一次或多次將鍛塊再加熱至1400°F至少約10分鐘。
除上述工藝之外，預處理200任選地包括時效處理。在預處理包括時效的情況下，優(yōu)選在時效之前將坯12加工成鍛塊。更優(yōu)選地，將時效實施為預處理階段中最終加工。在特定的情況下，使用時效來誘發(fā)在銅材內(nèi)形成細小的析出物。這種誘發(fā)的析出物具有小于約0.5微米的平均直徑。在特定的應用中，有益的是通過時效誘發(fā)析出物，因為這種析出物可以在后續(xù)加工的過程中促使細小且均勻晶粒的發(fā)展，并可以使這樣制造的晶粒結構穩(wěn)定。
隨后，在預處理200中形成的熱鍛和/或固溶化的塊經(jīng)受如圖1所示的另一種加工。在一個方面中，該加工的塊經(jīng)受等通道轉角擠壓(ECAE)加工310，從而形成靶半成品。參考圖3，其說明了示范性的ECAE設備20。設備20包括限定一對相交通道24和26的模具組件22。相交通道24和26的橫截面是相同的或至少基本相同的，術語“基本相同的”指的是通道在ECAE裝置可接受的公差之內(nèi)是相同的。操作中，坯28(可以是上述鍛塊)通過通道24和26擠壓。這種擠壓通過純剪切逐層導致坯在位于通道截面處的薄區(qū)域中塑性變形。盡管優(yōu)選的是通道24和26以約90°的角度相交，但要理解的是，可以使用另一種工具角(未示出)。約90°的工具角(通道相交角度)是優(yōu)選的，因為可以獲得最佳的形變(真正的剪切應變)。
ECAE會將嚴重的塑性變形引入鍛塊材料中，同時保持塊尺寸不變。對于在金屬材料中誘發(fā)劇烈的應變來說，ECAE是優(yōu)選的方法，因為可以在低的負載和壓力下使用ECAE來引入非常一致且均勻的應變。另外，每遍ECAE都可以獲得高的變形(真實應變ε＝1.17)；通過ECAE設備多遍可以獲得高的累積應變(N＝4遍時，ε＝4.64)；并且通過應用不同的變形途徑(即，通過改變通過ECAE設備的遍之間的鍛塊的方向)可以用于在材料內(nèi)形成各種織構/顯微結構。
在本發(fā)明的一個示范性方法中，在足以在銅坯或鍛塊內(nèi)獲得所需顯微結構(例如弱的織構和小的粒徑)以及在整個坯內(nèi)產(chǎn)生均勻應力-應變狀態(tài)的應變速率和加工溫度下進行ECAE。以多種路線和在相當于材料的冷加工或熱加工的溫度下使銅材料通過ECAE裝置若干遍。使用通過ECAE裝置20多遍的優(yōu)選路線是“路線D”，這相當于在隨后的每一遍之前恒定旋轉坯90°。因為ECAE路線會影響在動態(tài)再結晶的過程中產(chǎn)生的結構取向，所以選擇一種或多種特定的路線用于變形遍以在加工的材料中誘發(fā)所需的取向。
在特定的應用中，在步驟200中加工的鍛塊在工藝310中經(jīng)歷至少4遍ECAE。典型地，ECAE工藝310包括4-8遍，優(yōu)選包括4-6遍。由于用機械方法誘發(fā)動態(tài)再結晶，所以通常發(fā)現(xiàn)這種示范性的遍數(shù)足以促使晶粒細化為亞微米尺寸(其中，亞微米指的是小于1微米的平均粒徑)。
典型地，1-3遍的ECAE各自連續(xù)形成缺陷(微帶；剪切帶，位錯陣列等)。在這些初始幾遍的過程中，可以發(fā)生熱力學重排產(chǎn)生胞和亞晶粒，并引發(fā)晶界錯取向。在ECAE之前，材料的織構強度影響在頭3遍的過程中產(chǎn)生的強度，典型地，相對于具有弱初始織構的材料，強初始織構在較多遍數(shù)之后變得隨機化。隨后的幾遍(第四遍和任何更多的遍)通過誘發(fā)高角度邊界數(shù)目的增加而形成動態(tài)再結晶的亞微米粒徑。在動態(tài)再結晶的過程中，新形成的晶粒逐漸獲得較弱的織構并變得更接近等軸。
在一些應用中，在ECAE遍的過程中可以使用加熱ECAE裝置的模具來加熱坯28。優(yōu)選地，將模具加熱至低于被加工銅材料產(chǎn)生靜態(tài)再結晶的最低溫度(或者，稱為最低再結晶溫度)，更優(yōu)選加熱至約125-約350℃。
在ECAE加工310的過程中，任選地，在一些或所有的ECAE遍之間進行中間退火?？梢栽陟o態(tài)再結晶的開始溫度以下、在靜態(tài)再結晶開始溫度(定義為開始誘發(fā)被加工的材料再結晶的最低溫度)下或附近或者在組成完全靜態(tài)再結晶的溫度范圍內(nèi)進行中間退火。進行中間退火的溫度影響晶粒的尺寸和取向，且因此可用于在給定的情況下促進所需的織構。
在產(chǎn)生完全靜態(tài)再結晶的溫度下進行的中間退火在隨后的ECAE遍過程中使織構發(fā)生增加弱化。在低于靜態(tài)再結晶開始溫度的溫度下退火可產(chǎn)生回復(應力釋放)，回復還可導致織構強度和取向發(fā)生變化。當在頭4遍中的一遍或多遍之間進行亞結晶溫度退火時，可以使再取向效應最大，當在第四遍之后的遍之間進行時，該效應變得較不明顯。在靜態(tài)再結晶的開始溫度下進行中間退火導致織構(強度和/或取向)和一些再結晶都發(fā)生變化。在連續(xù)遍之間重復進行中間退火比描述的單獨退火情況效應有提高的效果。
在本發(fā)明的特定應用中，優(yōu)選的是在低于導致被加工材料靜態(tài)再結晶的溫度和時間下進行任何的中間退火。有益的是在低于可誘發(fā)靜態(tài)再結晶的溫度下進行中間退火以使表面破裂和提高的顯微結構均勻性最小。在受到ECAE的鍛塊含高純銅的情況下，優(yōu)選在約125-約225℃的溫度下進行中間退火超過約1小時。這使ECAE加工310產(chǎn)生具有極其均勻且小粒徑，例如平均從亞微米粒徑到約20微米的高純銅材料。
在本發(fā)明的方面中，在鍛塊材料含銅合金的情況下，在ECAE加工310過程中進行的亞結晶溫度中間退火優(yōu)選包括約150-約325℃的溫度，優(yōu)選保持此溫度至少1小時。此亞再結晶溫度退火處理產(chǎn)生平均粒徑低于1微米的銅合金材料。
通過上述ECAE方法制造的高純銅和銅合金材料相對于通過常規(guī)處理方法制造的材料具有提高的硬度。表1中表明了相對于在ECAE之前相應材料，根據(jù)本發(fā)明方法加工的6N銅和各種銅合金的產(chǎn)生硬度。圖4比較了相對于粒徑為40微米的6N銅和各種支承板材料，根據(jù)本發(fā)明方法加工的高純銅和各種銅合金的屈服強度和極限拉伸強度。
表1ECAE處理對材料粒徑和硬度的作用

如圖1所示，在預處理200后，銅材料經(jīng)受包括軋制工藝的另一種工藝路線，從而制造靶半成品。軋制處理330優(yōu)選包括對預處理220制造的鍛塊進行冷軋，使總壓下量為至少60％，優(yōu)選60-85％。冷軋包括大于4道，優(yōu)選大于8道，更優(yōu)選8-16道。在整個軋制過程中，優(yōu)選地，初始4道中的每一道用于將塊的厚度降低約5％-約6％。另外，優(yōu)選的是最終4道軋制各自使厚度下降約10-約20％。初始4道過程中的相對小的壓下量可以減輕或防止軋制工藝過程中的裂紋。軋制可以在得到的冷軋高純銅或銅合金材料中產(chǎn)生小的粒徑。
如圖1所示，替換上面工藝路線，可進行工藝路線320。路線320應用冷軋和等通道轉角擠壓技術的組合。在使用另一加工路線320的情況下，優(yōu)選的是對預處理200制造的熱鍛塊進行ECAE和隨后的冷軋?zhí)幚?。然而，要理解的是，發(fā)明試圖在ECAE之前進行冷軋或者在ECAE之前和之后都進行冷軋。
過程320的ECAE部分包括上述ECAE加工方法。隨后，冷軋ECAE擠壓的材料至壓下量小于約90％，從而形成半成品。在特定的情況下，路線320的冷軋部分優(yōu)選產(chǎn)生至少約60％的壓下量。ECAE擠壓材料的冷軋加工包括相對于軋制過程330的上述軋制過程。在特定的方面中，路線320組合軋制與鍛造以產(chǎn)生至少60％但小于90％的總下降。或者，可以在沒有軋制的情況下使用鍛造加工來產(chǎn)生所需的60-90％的下降。
有益的是將ECAE與隨后的組合軋制和/或鍛造工藝，因為這種處理可以在銅材料中誘發(fā)所需的晶粒取向。誘發(fā)的取向包括主要晶粒取向或包括主晶粒取向。使用軋制和/或鍛造來在本發(fā)明的銅制品內(nèi)形成強或極其強的織構。在一些方面中，由ECAE后軋制/鍛造形成的強織構不會是(220)織構。
如圖1所示，得到的含銅或銅合金材料的半成品經(jīng)受最終的靶形成處理500，并任選在最終靶形成500前經(jīng)受附加熱處理400。任選的熱處理工藝400包括在低于誘發(fā)靜態(tài)再結晶開始的溫度和時間下進行退火處理。在靜態(tài)再結晶的最低溫度以下進行低溫退火，也稱為回復退火。對于保持極其小的粒徑來說，回復退火或任選不退火是有益的。這種低溫退火或不退火產(chǎn)生平均粒徑小于約1微米的半成品。
或者，該半成品經(jīng)受等于或超過誘發(fā)再結晶的最低溫度一段時間，該時間足以在半成品內(nèi)形成最終的粒度分布。盡管靜態(tài)再結晶會增大粒徑，但可以通過進行退火至接近于再結晶的最低溫度最小的時間以產(chǎn)生所需的再結晶量(部分或完全再結晶)而使該增大最小。對于銅合金，優(yōu)選在約350-約500℃下進行再結晶退火約1-約8小時。對于高純銅，優(yōu)選在約225-約300℃下進行再結晶退火約1-約4小時。
圖5和6說明根據(jù)本發(fā)明的方法，使用ECAE和隨后在250℃下退火5小時產(chǎn)生的平均粒徑為約6微米的6N銅的粒徑和分布。圖7說明了對于在退火前已經(jīng)通過路線D經(jīng)受6遍ECAE的具有0.53％Mg的銅合金，與退火處理有關的粒徑演化。圖8說明了在300℃下退火2小時后，圖7中銅/0.53％Mg合金的粒徑和分布。圖9和10說明了在450℃下退火1.5小時后，圖7中銅/0.53％Mg合金的粒徑和分布，使用EBSD/SEM(圖9)和光學顯微法(圖10)進行分析。
要指出的是，在可選步驟310、320或330中制造的半成品在沒有熱處理階段400的情況下或在熱處理400之后經(jīng)受時效處理(未示出)。在使用時效的情況下，優(yōu)選在低于約500℃的溫度下進行時效。正如上面指出的，有益的是進行時效步驟以通過誘發(fā)平均析出物尺寸小于約0.5微米的細小析出物而提高銅或銅合金半成品的強度。
通過本發(fā)明方法制造的高純銅或銅合金半成品經(jīng)受最終的靶成形500，從而制造單塊靶或制造連接靶(其中，“連接靶”指的是與支撐物如支承板連接的濺射靶)。
在處理500中形成的最終的靶是單塊靶的情況下，最終的靶成形包括，例如，機加工該半成品從而形成所需的靶形狀。在將通過本發(fā)明方法制造的靶用于半導體晶片處理的情況下，最終的成形步驟500包括制造具有適于處理200mm晶片或適于處理300mm晶片的尺寸的靶。例如，用于處理200mm半導體晶片的本發(fā)明示范性單塊銅或銅或銅合金靶的濺射表面直徑為13.7英寸，相對表面(背面)直徑為16.6英寸，厚度為約0.89英寸。用于處理300毫米晶片的相應靶的濺射表面直徑為17.5英寸，背面直徑為20.7英寸，厚度為約1.0英寸。本發(fā)明方法形成的單塊靶優(yōu)選是平板靶，盡管也包括其它的靶形狀以及其它尺寸。
為了使靶強度最大，根據(jù)本發(fā)明方法制造的單塊靶優(yōu)選具有小于或等于約50微米的粒徑。具有亞微米粒徑的本發(fā)明單塊靶具有的屈服強度、極限拉伸強度(UTS)和硬度比具有基本相同組成、平均粒徑為30微米的靶大至少約50％。根據(jù)本發(fā)明制造的平均粒徑為1-小于約20微米的單塊銅靶具有的強度比常規(guī)銅靶提高至少10％。對于極其大的單塊靶或在需要最大靶強度的應用中，優(yōu)選在沒有熱處理步驟400的條件下制造單塊靶。因此，得到的單塊靶可以保持在前面處理中產(chǎn)生的小的粒徑。例如，在應用軋制和/或ECAE產(chǎn)生亞微米粒徑的情況下，可以將亞微米粒徑保持在最終的單塊靶中，從而使靶強度最大。在另一個方面中，在處理的過程中使用熱處理步驟400來制造這樣的單塊靶，該靶可以在得到的單塊靶中產(chǎn)生的最終粒度分布可使平均粒徑為約1-約20微米。
在步驟500中制造的靶是連接靶的情況下，除了任何用以形成所需靶形狀而進行的機加工之外，靶形成還包括連接步驟。連接工藝包括將由上述加工方法形成的半成品與支撐物如支承板連接。例如，示范性的支承板包括鋁和/或銅。示范性的支承板材料是CuCr、Al 2024和Al 6061 T4。連接工藝包括等靜壓(hipping)、軋制、包覆、焊接、爆炸連接、無摩擦鍛造、擴散粘結中的一種或多種或為本領域普通技術人員所知道的其它方法。該連接產(chǎn)生屈服強度至少為約10ksi的連接。在特定的情況下，該連接產(chǎn)生大于或等于約15ksi的連接強度，且在特定應用中，產(chǎn)生等于或超過30ksi的連接強度。
可以使用上述各種加工方法來制造具有極其均勻且小的粒徑的銅制品。常常，產(chǎn)生的粒徑平均從亞微米晶粒到附近。因為可以使用高溫連接方法，所以此小的粒徑使得能夠獲得非常高的連接強度。在制造連接靶的情況下，可以將加熱(熱處理400)與靶形成工藝中的連接組合在一起。
優(yōu)選在低于或等于約325℃的溫度，少于或等于約4小時的時間下進行根據(jù)本發(fā)明方法的高純銅靶的連接，以使靶中晶粒長大最小。盡管在高溫連結過程中會出現(xiàn)一些晶粒生長，但是初始極其細小的粒徑使得出現(xiàn)一些晶粒生長而不導致在應用常規(guī)處理方法形成的靶中觀察到的較大粒徑。得到的本發(fā)明最終連接靶中1-約20微米的粒徑使得強度比常規(guī)的銅靶提高至少10％。
優(yōu)選在低于產(chǎn)生完全靜態(tài)再結晶的溫度和時間下進行連接銅合金靶的形成。這種連接優(yōu)選包括在低于約400℃的溫度下進行連接4小時，更優(yōu)選地在低于350℃下進行1-4小時。采用這些連接條件可以形成平均粒徑小于1微米的銅合金靶。
或者，連接包括可以導致銅合金再結晶的溫度。在這樣一種連接的過程中，即該連接包括高于具體合金的靜態(tài)再結晶最低溫度的溫度，理想的是使連接的溫度和時間最小，從而使晶粒生長最小。在連接過程中出現(xiàn)的再結晶優(yōu)選是這樣的，即在銅合金中產(chǎn)生的平均粒徑為1-約20微米。優(yōu)選在約200℃的溫度下進行這種用于完全再結晶的熱處理至少約1小時，優(yōu)選為350-500℃，時間大于1小時。
作為組合加熱和連接過程的另一種方法，在連接步驟(即熱處理400)之前或連接步驟之后進行熱處理。有益的是組合連接和熱處理以提高連結強度并使銅或銅合金材料再結晶。
根據(jù)本發(fā)明方法形成的連接銅和連接銅合金靶相對于應用常規(guī)方法形成的連接靶具有提高的連接強度。在本發(fā)明的一些方面中，對于將靶與支承板連接，擴散連接是優(yōu)選的。在靶半成品的粒徑是亞微米的情況下，由于超細晶粒提高的擴散能力，所以可以產(chǎn)生非常高強度的擴散連接。得到的擴散連接具有15ksi或更高的屈服強度，在一些情況下，屈服強度可以等于或超過30ksi。相對于常規(guī)的靶，本發(fā)明連接銅靶和銅合金靶的額外優(yōu)點包括提高靶的扭曲抗力和降低變彎。將本發(fā)明的靶用于濺射用途可以提供其中具有較少結合顆粒的質量提高的膜，且可以提供較好的膜厚度均勻性并因此提高電阻的均勻性。另外，將根據(jù)本發(fā)明方法形成的靶用于半導體加工提供晶片和晶片之間膜厚度和電阻提高的均勻性的晶片。
根據(jù)本發(fā)明方法形成的單塊高純銅和銅合金靶具有相對于采用其它方法形成的常規(guī)連接銅和銅合金靶長至少30％，典型長40％的壽命。能夠獲得單塊銅靶使得可避免常規(guī)連接靶出現(xiàn)的剝離(與支承板分離)。另外，根據(jù)本發(fā)明的單塊靶具有增加的靶扭曲抗力、變彎降低、降低的用這種靶濺射的薄膜中顆粒產(chǎn)生、提高的膜厚度和電阻率的均勻性。另外，根據(jù)本發(fā)明的單塊靶具有提高的晶片和晶片之間膜厚度一致性和電阻率均勻性。
以下提供的實施例是本發(fā)明示范性的優(yōu)選實施方案。要理解的是，本發(fā)明包括額外的實施方案，而不限于提供的具體實施例。
表1

注鋼帶與穩(wěn)定輥的速度比＝(穩(wěn)定輥的圓周速度/鋼帶的通過速度)×100T1/T2＝(鎳發(fā)射強度線的峰值處的濺射時間)/(鐵發(fā)射強度線的拐點處的濺射時間)對于鍍層的外觀、不均勻光澤存在與否是可以目測的。對于性能的評價，要用堿對Sn-Zn鍍層鋼帶去油。
對鋼帶進行化學處理以使其具有約300mg/m2的化學處理膜，該化學處理膜以酚醛樹脂和水分散性硅石作為主要成分。然后對此鋼帶進行以下的評價試驗。
(1)腐蝕試驗利用試驗汽車部件的外觀和腐蝕狀態(tài)的方法(JASO(日本汽車標準組<p>表4標明點處靶顯微結構的織構

按前面實施例中說明的形成高純靶的另一實施例，不同之處在于將ECAE引入工藝中。在冷軋之前進行ECAE以減小鑄造坯中存在的粒徑。與上面指出的用于上述實施例一樣分析得到的靶。該靶在整個靶內(nèi)具有小于15微米的平均粒徑。
實施例2制造銅合金單塊濺射靶加熱具有少于10％的Ag、Sn、Al或Ti的銅合金坯，并將其保持在約900-約1500°F的溫度下約45分鐘。然后，熱鍛造該坯以產(chǎn)生至少約50％的最終降低。在鍛造的過程中再加熱一些鍛造坯(取決于合金)至少10分鐘。在最終的鍛造后，立即水淬該鍛造坯。冷軋鍛塊至壓下量至少為約60％，從而形成半成品，通過加熱至約750-約1200°F的溫度120分鐘而使該半成品再結晶。機加工該再結晶的半成品以形成單塊靶。各靶都具有約15-約50微米的平均粒徑。
用直徑6英寸、長度11英寸的坯形成具有0.3原子％Al的銅合金<p>表1

※1 SiO2-1wt％Na2O※2 SiO2-15wt％B2O3發(fā)明效果本發(fā)明所具有的顯著效果為以濺射成膜之際，可進行DC濺射，并具有DC濺射的特征——控制容易、成膜速度可增快、可提升濺射效率。
實施例4采用ECAE制造高純銅濺射靶提供純度至少為99.9999％的鑄銅銅坯。在最低約500℃的溫度下熱鍛造該高純銅坯，同時高度下降至少約40％，從而形成鍛塊。通過將鍛塊加熱到至少約500℃而使該塊固溶化，保持該溫度至少約1小時。在熱處理之后立即水淬該固溶化的塊，并根據(jù)路線D(在連續(xù)遍之間塊轉動90度)，采用4-6遍等通道轉角擠壓(ECAE)擠壓該塊，從而生成亞微米顯微結構。在一些或所有的ECAE遍之間進行約125-約225℃的溫度下的中間退火至少約1小時。冷軋擠壓的高純銅塊至壓下量為至少60％，從而形成靶半成品，將該半成品形成為單塊靶或連接靶。
機加工單塊靶用半成品，從而制造最終的靶。直接機加工該半成品制造具有亞微米粒徑的靶。進行再結晶以制造具有1-約20微米平均粒徑的單塊靶。
將用于連接靶的半成品擴散連接到支承板上。在低于350℃的溫度下進行擴散連接小于4小時。連接屈服強度大于約15ksi。該連接靶具有從亞微米到約20微米的粒徑。該亞微米靶相對于常規(guī)靶強度提高約50％。粒徑為1-約20微米的連接靶相對于常規(guī)銅靶強度提高至少10％。在250℃下進行擴散連接2小時后，整個6N銅靶內(nèi)不同位置處的粒徑(見取樣信息用圖11)示于表6中。平均粒徑為11.37微米，標準偏差為6.97％(1-σ)。
表66N擴散連接靶的粒徑(微米)

表7給出了從表6中靶的頂面和底面中獲得的三點硬度測量值。平均硬度為53.3HB，標準偏差為2.18％(1-σ)。
表76N擴散連接靶的硬度(HB)

實施例5采用ECAE制造銅合金濺射靶提供用1000ppm到少于或等于約10％的Ag、Al、In、Zn、B、Ga、Mg、Sn、Ge、Ti或Zr合金化的含銅合金的銅坯。在至少約500℃的溫度下熱鍛造該坯，同時高度下降至少約40％，從而形成鍛塊。通過將鍛塊加熱到至少約500℃而使該塊固溶化，保持該溫度至少約1小時，從而形成固溶化的塊。在固溶化后立即水淬該固溶化的塊。
通過進行4-6遍ECAE而擠壓該固溶化的塊。根據(jù)路線D，在每一遍之間旋轉該固溶化的塊90度。在一些ECAE的遍之間，在約150-約325℃的溫度下進行中間退火至少1小時。冷軋ECAE擠壓塊至壓下量至少為約60％，從而形成銅合金半成品。
通過機加工按照所述制造的銅合金半成品以形成單塊靶而制造了第一塊單塊銅合金靶。第一塊單塊靶的平均粒徑小于1微米。另外，該第一塊單塊銅合金靶的屈服強度、極限拉伸強度(UTS)和硬度比具有基本相同元素組成、平均粒徑為30微米的靶的高至少約50％。
通過熱處理如上所述制造的銅合金半成品而制造第二塊單塊銅合金靶。在350℃的溫度下進行熱處理約1小時。第二塊靶的平均粒徑為1-約20微米，基本沒有析出物(基本沒有析出物指的是沒有可檢測到的析出物)，沒有可檢測到的偏析，最大空隙尺寸小于1微米。
通過將按照描述制造的銅合金半成品與支承板擴散連接而制造第一塊連接銅合金靶。在低于350℃的溫度下進行擴散連接1-4小時。第一塊連接合金靶的平均粒徑小于1微米。
通過在約350-約500℃的連接溫度下將如上所述制造的銅合金半成品與支承板擴散連接至少1小時而制造第二塊連接銅合金靶。第二塊連接銅合金靶是充分再結晶的，該靶的平均粒徑為約1-約20微米。
權利要求
1.一種含銅濺射靶，包括至少99.99重量％銅；至少1微米到小于或等于約50微米的平均粒徑；和該靶的屈服強度大于或等于約15ksi。
2.權利要求1的靶，其中該靶的硬度為至少40HB。
3.權利要求1的靶，該靶的極限拉伸強度比平均粒徑為50微米、具有基本相同元素組成的靶高至少15％。
4.權利要求1的濺射靶，該靶的硬度比平均粒徑為50微米、具有基本相同元素組成的靶高至少15％。
5.權利要求1的濺射靶，該靶的屈服強度比平均粒徑為50微米、具有基本相同元素組成的靶高至少10％。
6.權利要求1的濺射靶，其中該靶是單塊的，濺射壽命比平均粒徑為50微米、具有基本相同元素組成的另一種連接靶長至少30％。
7.權利要求1的靶，其中該靶含至少99.999重量％銅。
8.權利要求1的靶，其中該靶含至少99.9999重量％銅。
9.權利要求1的靶，其中該靶含至少99.99995重量％銅。
10.權利要求1的靶，其中該靶含具有小于或等于20％不均勻性的粒徑均勻性。
11.權利要求10的靶，其中該不均勻性小于15％(1-σ)。
12.權利要求1的靶，其中該靶具有標準偏差小于或等于10％(1-σ)的粒徑均勻性。
13.權利要求1的靶，其中將該靶擴散連接到支承板上，該擴散連接具有大于10ksi的連接屈服強度。
14.權利要求13的靶，其中該連接屈服強度大于或等于約15ksi。
15.權利要求1的靶，其中該平均粒徑為約5-約20微米。
16.一種基本由以下組分組成的銅合金濺射靶少于或等于約99.99重量％銅；至少一種選自以下元素中的合金化元素Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Si、Pt、Nb、Re、Mo和Hf，靶中存在的至少一種合金化元素的總量為至少100ppm-小于10重量％；該靶的硬度為至少40HB。
17.權利要求16的靶，其平均粒徑小于1微米。
18.權利要求17的靶，整個靶內(nèi)粒徑均勻性標準偏差小于或等于約15％(1-σ)。
19.權利要求17的靶，整個靶內(nèi)粒徑均勻性標準偏差小于或等于約10％(1-σ)。
20.權利要求16的靶，整個靶內(nèi)硬度均勻性標準偏差小于約5％(1-σ)。
21.權利要求20的靶，其中硬度均勻性標準偏差小于約3.5％(1-σ)。
22.權利要求16的靶，其中該靶是單塊的。
23.權利要求16的靶，其擴散連接至支承板上，該擴散連接具有大于約15ksi的連接屈服強度。
24.權利要求16的靶，其取向分布函數(shù)(ODF)小于約15次無序。
25.權利要求16的靶，其取向分布函數(shù)(ODF)小于約5次無序。
26.權利要求16的靶，其主要晶粒取向不是(220)。
27.權利要求16的靶，其中的至少一種合金化元素選自Ag、Al、In、Zn、B、Ga、Mg、Sn、Ge、Ti和Zr。
28.權利要求16的靶，其中合金化元素的總量為約1000ppm-少于約2％。
29.一種基本由以下組分組成的銅合金濺射靶小于或等于約99.99重量％銅；至少一種選自以下元素中的合金化元素Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Mo、Si、Re、Pt、Nb和Hf，靶中存在的至少一種合金化元素的總量為至少100ppm-小于10重量％；靶的平均粒徑為1-約20微米，整個靶內(nèi)粒徑均勻性的標準偏差小于約15％(1-σ)。
30.權利要求29的靶，其中粒徑均勻性標準偏差小于約10％(1-σ)。
31.權利要求29的靶，其中該靶的硬度為至少約40HB。
32.權利要求29的靶，其具有的硬度均勻性包括在整個靶內(nèi)小于約5％的1-σ的硬度標準偏差。
33.權利要求29的靶，其中該靶是單塊的。
34.權利要求29的靶，其擴散連接到支承板上，該擴散連接具有大于約15ksi的連接屈服強度。
35.權利要求29的靶，其取向分布函數(shù)(ODF)小于約15次無序。
36.權利要求29的靶，其取向分布函數(shù)(ODF)小于約5次無序。
37.權利要求29的靶，其主要晶粒取向不是(220)。
38.權利要求29的靶，其中該至少一種合金化元素選自Ag、Al、In、Zn、B、Ga、Mg、Sn、Ge、Ti和Zr。
39.權利要求29的靶，其中合金化元素的總量為約1000ppm-少于約2％。
40.一種單塊濺射靶，基本由銅和總量小于或等于10重量％的合金化元素組成。
41.權利要求40的單塊靶，其中合金化元素的總量包括選自以下元素中的至少一種元素Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Mo、Si、Re、Pt、Nb和Hf。
42.權利要求41的單塊靶，其中該至少一種元素選自Ag、Al、Sn和Ti。
43.權利要求40的單塊靶，其中合金化元素的總量少于或等于約2重量％。
44.權利要求40的單塊靶，其含至少99.99重量％銅。
45.權利要求40的單塊靶，其中該靶包括厚度為約1英寸的圓形形狀。
46.權利要求40的單塊靶，平均粒徑為約15-約50微米。
47.一種連接濺射靶，其基本由銅和總量少于或等于10重量％的合金化元素組成。
48.權利要求47的連接靶，其中合金化元素的總量包括選自以下元素中的至少一種元素Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Mo、Si、Re、Pt、Nb和Hf。
49.權利要求48的連接靶，其中該至少一種元素選自Ag、Al、Sn和Ti。
50.權利要求47的連接靶，其中合金化元素的總量少于或等于約2重量％。
51.權利要求47的連接靶，其含至少99.99重量％銅。
52.權利要求47的連接靶，其中該靶包括圓形形狀。
53.權利要求47的連接靶，其平均粒徑小于約100微米。
54.權利要求53的連接靶，其中該平均粒徑為約15-約50微米。
55.權利要求53的連接靶，其中該平均粒徑小于約30微米。
56.權利要求47的連接靶，其中將靶擴散連接至支承板上，連接強度為至少約15ksi。
57.權利要求56的連接靶，其中該連接強度為至少約30ksi。
58.權利要求56的連接靶，其中該支承板是CuCr支承板。
59.一種形成單塊濺射靶的方法，包括提供基本由銅和總量少于或等于10重量％的一種或多種合金化元素組成的銅坯；將該坯加熱到至少約900°F，保持該溫度至少約45分鐘；熱鍛該坯，使高度下降至少約50％，從而形成鍛塊；冷軋該鍛塊至壓下量至少為約60％，從而形成半成品；加熱該半成品以誘發(fā)再結晶，并形成平均粒徑小于約100微米的最終粒度分布；和將該半成品成形為單塊靶形狀。
60.權利要求59的方法，還包括在熱鍛之后進行水淬。
61.權利要求59的方法，其中該一種或多種合金化元素包括選自以下元素中的一種或多種元素Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Mo、Si、Re、Pt、Nb和Hf。
62.權利要求61的方法，其中該一種或多種合金化元素選自Ag、Al、Sn和Ti。
63.一種形成單塊濺射靶的方法，包括提供含至少99.99重量％銅的銅坯；將該坯加熱到至少約900°F的溫度，并保持該溫度至少約45分鐘；熱鍛該坯，使高度下降至少約50％，從而形成鍛塊；冷軋該鍛塊至壓下量至少為約60％，從而形成半成品；加熱該半成品以誘發(fā)再結晶，并形成平均粒徑小于約100微米的最終粒度分布；和將該半成品成形為單塊靶形狀。
64.權利要求63的方法，其中平均粒徑小于或等于約50微米。
65.權利要求57的方法，其中平均粒徑小于或等于約15微米。
66.權利要求57的方法，還包括在冷軋之前進行等通道轉角擠壓。
67.一種形成連接濺射靶的方法，包括提供含至少99.99重量％銅的銅坯；將該坯加熱到至少約900°F的，并保持該溫度至少約45分鐘；熱鍛該坯，使高度下降至少約50％，從而形成鍛塊；冷軋該鍛塊至壓下量至少為約50％，從而形成半成品；和將半成品連接到支承板上。
68.權利要求67的方法，其中在誘發(fā)再結晶的溫度下進行該連接并形成平均粒徑小于約100微米的最終粒度分布。
69.權利要求67的方法，其中該連接產(chǎn)生強度至少為15ksi的連接。
70.權利要求67的方法，其中熱鍛包括預熱；部分高度下降；和至少一次再加熱和附加的高度降低。
71.權利要求67的方法，還包括在熱鍛之后進行水淬。
72.一種形成連接濺射靶的方法，包括提供基本由銅和總量少于或等于10重量％的一種或多種合金化元素組成的銅坯；將該坯加熱到至少約900°F的溫度，并保持該溫度至少約45分鐘；熱鍛該坯，使高度下降至少約50％，從而形成鍛塊；冷軋該鍛塊至壓下量至少為約50％，從而形成半成品；和將半成品連接到支承板上。
73.權利要求72的方法，其中在誘發(fā)再結晶的溫度下進行該連接并形成平均粒徑小于約100微米的最終粒度分布。
74.權利要求72的方法，其中該一種或多種合金化元素包括選自以下元素中的一種或多種元素Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc、Mo、Si、Re、Pt、Nb和Hf。
75.權利要求74的方法，其中該一種或多種合金化元素選自Ag、Al、Sn和Ti。
76.權利要求72的方法，其中該連接包括產(chǎn)生強度為至少15ksi的連接的擴散連接。
77.權利要求72的方法，其中該熱鍛包括預熱；部分高度降低；和至少一次再加熱和附加的高度降低。
78.權利要求72的方法，還包括在冷軋之前進行等通道轉角擠壓。
79.一種形成含銅濺射靶的方法，包括提供純度為至少99.99％銅的Cu坯；在高于300℃的溫度下熱鍛該銅坯，使高度下降至少約40％，從而形成鍛塊；水淬該鍛塊；進行擠壓工藝，包括使鍛塊通過等通道轉角擠壓(ECAE)至少4遍；和熱處理，其包括在該至少4遍中的至少一些遍之間的一次或兩次中間退火，并在擠壓工藝的過程中將ECAE模具加熱至約125-約225℃；在擠壓工藝之后，冷軋至壓下量小于90％，從而形成半成品；和將該半成品成形為靶。
80.權利要求79的方法，還包括在水淬之前固溶化該鍛塊，固溶化包括將該鍛塊加熱到至少約500℃并保持該溫度至少約60分鐘。
81.權利要求79的方法，其中擠壓工藝包括在約125-約225℃的溫度下進行中間退火大于約1小時。
82.權利要求79的方法，還包括將該半成品加熱至使銅再結晶并在該半成品內(nèi)形成最終的粒度分布，最終粒度分布的平均粒徑為約1-約20微米；其中將半成品成形為靶包括形成單塊靶。
83.權利要求79的方法，其中將半成品形成為靶包括形成連接靶。
84.權利要求83的方法，其中形成連接靶包括將靶連接到支承板上，在低于或等于約325℃的溫度下進行連接小于約4小時，該連接包括等靜壓、軋制包覆、焊接和擴散連接中的至少一種。
85.權利要求84的方法，其中該連接包括擴散連接以形成屈服強度為至少約10-約15ksi的連接。
86.權利要求79的方法，其中該平均粒徑為1-約50微米。
87.權利要求86的方法，其中該平均粒徑為5-約20微米。
88.權利要求79的方法，其中在整個半成品的整體內(nèi)存在均勻的粒徑分布，均勻的粒徑具有小于15％(1-σ)的標準偏差。
89.權利要求88的方法，其中該粒徑均勻性標準偏差小于約10％(1-σ)。
90.權利要求79的方法，其中該銅坯的純度至少為約99.999％銅。
91.權利要求79的方法，其中該銅坯的純度至少為約99.9999％銅。
92.權利要求79的方法，其中該銅坯的純度至少為約99.99995％銅。
93.權利要求79的方法，其中該至少4遍由4-6遍組成。
94.一種形成銅合金濺射靶的方法，包括提供基本由少于99.99％銅和選自以下元素中的至少一種合金化元素組成的Cu坯Cd、Ca、Au、Ag、Be、Li、Mg、Al、Pd、Hg、Ni、In、Zn、B、Ga、Mn、Sn、Ge、W、Cr、O、Sb、Ir、P、As、Co、Te、Fe、S、Ti、Zr、Sc和Hf，Cu坯中存在的至少一種合金化元素的總量為至少100ppm-少于10重量％；在高于300℃的溫度下熱鍛該銅坯，使高度下降至少約40％，從而形成鍛塊；進行擠壓工藝，包括使該鍛塊通過等通道轉角擠壓(ECAE)至少4遍；和熱處理，其包括在擠壓工藝的過程中加熱ECAE模具一次或兩次，并在該至少4遍中的至少一些遍之間、在約120-約325℃下進行中間退火至少1小時的時間；在擠壓工藝之后，冷軋至壓下量小于約90％，從而形成半成品；和將該半成品成形為靶。
95.權利要求94的方法，其中擠壓工藝包括將ECAE模具加熱至約125-約325℃。
96.權利要求94的方法，還包括在擠壓工藝之前通過加熱至至少約500℃，并保持該溫度至少約60分鐘而固溶化該鍛塊。
97.權利要求94的方法，其中該至少4遍由4-6遍組成。
98.權利要求94的方法，其中在擠壓工藝的過程中和在擠壓工藝之后，該方法只采用低于或等于350℃的溫度，并且其中將半成品成形為靶包括形成單塊靶。
99.權利要求94的方法，其中將半成品成形為靶包括形成連接靶。
100.權利要求99的方法，還包括在形成連接靶之前在約250-約500℃溫度下進行完全靜態(tài)再結晶處理約1-約8小時。
101.權利要求99的方法，還包括在形成連接靶之后在約250-約500℃溫度下進行完全靜態(tài)再結晶處理約1-約8小時。
102.權利要求99的方法，其中形成連接靶包括將靶連接到支承板上，在低于或等于約500℃的溫度下進行小于或等于約4小時的連接，該連接包括等靜壓、軋制包覆、焊接、爆炸連接、無摩擦鍛造和擴散連接中的至少一種。
103.權利要求99的方法，其中該連接包括擴散連接以形成屈服強度為至少約10-約15ksi的連接。
104.權利要求94的方法，其中該平均粒徑為1-約20微米。
105.權利要求104的方法，其中該平均粒徑為約5-約10微米。
106.權利要求94的方法，其中該平均粒徑小于1微米。
107.權利要求94的方法，其中在整個半成品的整體內(nèi)存在均勻的粒徑分布，均勻的粒徑具有小于15％(1-σ)的標準偏差。
108.權利要求107的方法，其中該粒徑均勻性標準偏差小于約10％(1-σ)。
109.權利要求94的方法，還包括在擠壓工藝之前，在小于約500℃的溫度下進行時效處理，從而形成平均析出尺寸小于或等于約0.5微米的析出物。
全文摘要
本發(fā)明包括一種含銅濺射靶。該靶是單塊的或連接的，含至少99.99重量％銅并具有1－50微米的平均粒徑。該含銅的靶的屈服強度大于或等于約15ksi，布氏硬度(HB)大于約40。本發(fā)明包括基本由少于或等于約99.99重量％銅和總量為至少100ppm－少于10重量％的合金化元素組成的銅合金單塊濺射靶和連接濺射靶。在整個靶內(nèi)，該靶具有小于1－50微米的平均粒徑和小于約15％標準偏差(1－σ)的粒徑不均勻性。本發(fā)明另外包括制造連接和單塊銅和銅合金靶的方法。
文檔編號C23C14/34GK1681960SQ03822014
公開日2005年10月12日 申請日期2003年7月14日 優(yōu)先權日2002年7月16日
發(fā)明者V·塞加爾, 易騖文, S·費拉澤, 吳季哲, S·D·斯特羅特爾斯, F·A·阿爾福德, W·B·維萊特 申請人:霍尼韋爾國際公司