專利名稱：高純鎳/釩濺射構(gòu)件和制備濺射構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高純鎳/釩濺射構(gòu)件(例如濺射靶)。本發(fā)明也涉及制備濺射構(gòu)件的方法。
背景技術(shù)：
鎳/釩材料在半導(dǎo)體工業(yè)中有很多應(yīng)用。例如，該材料可用于隔離/粘附劑層中的下凸起金屬(under-bump metals)以支持倒裝芯片，或用于C4(重疊的，可控的，芯片連接)系統(tǒng)。一般的鎳/釩構(gòu)件是Ni-7V(也就是，包含約7重量％釩和剩余是鎳的構(gòu)件)。
在半導(dǎo)體工藝中形成鎳/釩層的一般方法是物理氣相沉積法(PVD)。特別的，該層是從濺射靶濺射沉積的。常規(guī)Ni-7V濺射靶的標(biāo)準(zhǔn)純度是3N5-3N8純度(也就是99.95％純度到99.98％純度，以重量計(jì)，不包括氣體)。該純度一般由輝光放電質(zhì)譜儀(GDMS)和/或LECO(熱導(dǎo)計(jì))方法測(cè)定，(LECO是LECO公司的注冊(cè)商標(biāo))。常規(guī)Ni-7V濺射靶的平均顆粒尺寸是相當(dāng)大的(一般地，大于50微米)。
濺射靶的純度和顆粒尺寸限制了從濺射靶形成濺射沉積材料的質(zhì)量。較高純度的靶會(huì)導(dǎo)致較高純度的濺射沉積材料，這是所希望的。在靶中較小顆粒尺寸會(huì)導(dǎo)致濺射沉積材料的較好的物理和/或化學(xué)均勻性，這也是所希望的。因此，希望發(fā)展一種改善了的具有較高純度和較小平均顆粒尺寸的Ni-V濺射靶。
對(duì)常規(guī)鎳/釩材料純度的限制一般由于釩的純度所引起。通過混合高純鎳和高純釩形成鎳/釩材料。鎳具有4N5(99.995重量％，不包括氣體)的純度，或甚至5N(99.999重量％，不包括氣體)的純度，但釩通常具有2N5(99.5重量％，不包括氣體)的純度或更低?，F(xiàn)有的釩純度因而限制了形成的Ni-V合金的純度。因此，希望發(fā)展改善了純度的釩材料。
參照?qǐng)D1中的濺射裝置110描述了典型的現(xiàn)有技術(shù)物理氣相沉積操作，說明濺射系統(tǒng)的典型構(gòu)件。裝置110是離子金屬等離子體(IMP)裝置的一個(gè)例子，和包括具有側(cè)壁114的室112。室112一般是高真空室。在室的上層區(qū)域提供靶結(jié)構(gòu)10，和在室的下層區(qū)域提供基底118?；?18保持在一般包含靜電卡盤的支撐體120上。靶結(jié)構(gòu)10保持在合適的包括電源的支撐構(gòu)件(沒有顯示)上?？梢蕴峁┥戏雷o(hù)屏(沒有顯示)來屏蔽靶結(jié)構(gòu)10的邊緣。
基底118包含，例如，半導(dǎo)體片，諸如，例如，單晶硅片。鎳/釩膜能通過裝置110的特殊使用來覆蓋基底的表面。靶結(jié)構(gòu)10因此包含鎳/釩靶。
從結(jié)構(gòu)10的靶表面濺射材料122并直接射向基底118。
通常，濺射的材料會(huì)以各種不同方向離開靶表面。這樣是有問題的，優(yōu)選濺射的材料相對(duì)垂直地直接射向基底118的上表面。因此，聚焦線圈126在室112內(nèi)。聚焦線圈能改善濺射材料122的方向，并表示濺射的材料相對(duì)垂直地直接射向基底118的上表面。
通過銷128將線圈126保持在室112內(nèi)，銷128延伸通過線圈的側(cè)壁并且還通過室112的側(cè)壁114。在所示的構(gòu)造中用保留螺釘132保持銷128。圖1的示意圖顯示銷的頭130沿著線圈126的內(nèi)表面，和保留螺釘?shù)牧硪唤M頭132沿著室側(cè)壁114的外表面。
墊圈140(通常被稱作帽)延伸環(huán)繞銷128，并用來隔離線圈126和側(cè)壁114。
圖1中所示的裝置僅是許多類型PVD裝置中的一種。其他典型的裝置包括市場(chǎng)上有售的裝置Unaxis，Balzers，Nexx，Ulvac，Annelva，和NOVELLUS。其中一些裝置使用圓形濺射靶，而其他使用其他靶形，例如正方形和矩形設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及濺射構(gòu)件，例如包含高純Ni-V的濺射靶。該濺射構(gòu)件具有小的平均顆粒尺寸，具有小于或等于40微米的典型平均顆粒尺寸。
另一方面，本發(fā)明包括制備高純Ni-V結(jié)構(gòu)的方法。


參考下面的附圖，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式描述如下。
圖1是在物理氣相沉積(例如，濺射)方法中所示的現(xiàn)有技術(shù)物理氣相沉積裝置的橫截面示意圖。
圖2是本發(fā)明的典型靶/支承板結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
圖3是圖2結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2的橫截面沿著圖3的線2-2延伸。
圖4是本發(fā)明的典型的單片靶結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
圖5是圖4結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖4的橫截面沿著圖5的線4-4延伸。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述在許多方面，本發(fā)明涉及濺射構(gòu)件。為了解釋這個(gè)公開和下面的權(quán)利要求書，術(shù)語(yǔ)“濺射構(gòu)件”是指在物理氣相沉積法中材料從其濺射或以其他方式去除的任意構(gòu)件。普通濺射構(gòu)件是濺射靶，但應(yīng)該理解為在物理氣相沉積過程中濺射可能發(fā)生在除濺射靶之外的其他構(gòu)件表面(諸如，例如，線圈、銷或帽)。短語(yǔ)“已濺射的構(gòu)件”是指材料從其已經(jīng)濺射或以其他方式去除的濺射構(gòu)件。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，濺射靶可從金屬坯，板或厚片形成。用在這里的短語(yǔ)“濺射預(yù)制靶”指金屬坯、板、厚片等將被進(jìn)一步加工成濺射靶，和用到的短語(yǔ)“濺射靶結(jié)構(gòu)”一般包含濺射靶本身和濺射預(yù)制靶。“濺射預(yù)制構(gòu)件”可理解為指金屬坯、板、厚片等，用于形成濺射構(gòu)件；和短語(yǔ)“濺射構(gòu)件結(jié)構(gòu)”可理解為包含濺射預(yù)制構(gòu)件和完成的構(gòu)件。本發(fā)明各方面包含的濺射靶可具有任何合適的幾何形狀，并可以是結(jié)合的裝置或單片濺射靶。本發(fā)明各方面包含的濺射靶可設(shè)計(jì)成用于任何合適的裝置，包括，但不局限于公開的“背景技術(shù)”部分里所描述的裝置。
在許多方面，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有特別的平均顆粒尺寸。本文用到的短語(yǔ)“平均顆粒尺寸”是指由本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定的平均顆粒尺寸。本文中通過測(cè)定平均顆粒尺寸的ASTM E112標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法來測(cè)定所描述的典型組成的平均顆粒尺寸。本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)具有小于或等于約40微米的貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)的平均顆粒尺寸，優(yōu)選小于或等于約30微米，和更優(yōu)選小于或等于約20微米。在表1中描述了一些典型顆粒尺寸的微米級(jí)顆粒尺寸和ASTM級(jí)顆粒尺寸值之間的轉(zhuǎn)換。
表1

在許多方面，本發(fā)明包括制備高純釩組分的方法。典型方法包括熔鹽電解法。鹽是堿-鹵素鹽，諸如，例如，NaCl。電解可多次、連續(xù)重復(fù)以獲得所需純度的釩。在本發(fā)明的一些特殊方面，由電解得到的組分是不包括氣體的重量％為至少99.995純度的釩，甚至是不包括氣體的重量％為至少99.999純度的釩。
在一些方面，本發(fā)明包括制備高純鎳/釩濺射構(gòu)件的方法。提供高純鎳和釩的原材料。鎳原材料優(yōu)選具有不包括氣體的重量％為至少99.995的總純度，和更優(yōu)選不包括氣體的重量％為至少99.999的總純度。釩原材料具有不包括氣體的重量％為至少99.9的總純度；更優(yōu)選不包括氣體的重量％為至少99.995的總純度；和甚至更優(yōu)選不包括氣體的重量％為至少99.999的總純度。將鎳和釩原材料熔化在一起形成包含鎳和釩的熔融合金。所需合金的特定組成表明每種加入熔融合金的原材料的量。然后將熔融合金冷卻形成鎳和釩至少99.99％、99.995％或99.999％純度(以重量計(jì)，不包括氣體)的鎳/釩結(jié)構(gòu)。
從合金形成的結(jié)構(gòu)可以是濺射預(yù)制構(gòu)件(諸如，例如，濺射預(yù)制靶)或?yàn)R射構(gòu)件。
在特殊的方面，使用諸如，例如電子束、真空感應(yīng)熔化(VIM)或真空電弧再熔(VAR)的合適的常規(guī)真空熔融技術(shù)將熔融鎳/釩合金鑄成高純鎳-釩鑄錠。正如所希望的，使用重復(fù)的真空熔融步驟能改善鑄錠的總純度和/或獲得具有均勻組分的高純鎳/釩合金。得到的高純Ni-V鑄錠可以是任何所需形狀(例如，矩形，正方形，圓形，等)，和可以是任何所需尺寸。
對(duì)高純Ni-V鑄錠進(jìn)行熱機(jī)處理為了對(duì)鑄錠中的金屬應(yīng)用變形和退火來得到所需金屬顆粒尺寸。典型的熱機(jī)處理可使用一系列的熱壓步驟和冷壓步驟(優(yōu)選包含沿著與另一個(gè)相同方向滾壓的所有滾壓步驟)與退火結(jié)合。從熱機(jī)處理得到的鎳/釩結(jié)構(gòu)可以是鎳/釩板或坯。這樣的結(jié)構(gòu)可以是適合于粘結(jié)支承板的靶，或適合于適當(dāng)加工成能粘結(jié)到支承板的靶結(jié)構(gòu)的預(yù)制靶。換句話說，鎳/釩結(jié)構(gòu)可以是單片靶或適合于適當(dāng)加工成單片靶的預(yù)制靶。在權(quán)利要求書前面的一個(gè)實(shí)施例中提供了典型的熱機(jī)處理順序。
根據(jù)本發(fā)明的方法形成鎳/釩合金和結(jié)構(gòu)具有不包括氣體的重量％為至少99.99的鎳/釩總金屬純度；至少99.995％(以重量計(jì)，不包括氣體)；或甚至至少99.999％(以重量計(jì)，不包括氣體)。在測(cè)定鎳/釩組分的總金屬純度時(shí)，所有可檢測(cè)的雜質(zhì)以總數(shù)計(jì)(元素在或低于檢測(cè)限的未包括在內(nèi))。測(cè)定純度的標(biāo)準(zhǔn)分析技術(shù)是GDMS和LECO?，F(xiàn)在工業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)合金組分是Ni-7V。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本文描述的濺射構(gòu)件可以包含不同量的釩(例如，大于或小于7重量％)。一般地，本發(fā)明的鎳/釩合金包含約4重量％釩(合金剩余部分是鎳)到約10重量％釩(合金剩余部分是鎳)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面形成的鎳/釩合金的分析結(jié)果在表2中顯示出。合金包含6.64重量％釩。
表2

參考圖2和3描述了根據(jù)本發(fā)明的方法形成的典型的靶結(jié)構(gòu)11。該結(jié)構(gòu)包含支承板12、靶14和在靶和支承板之間的粘合劑16。粘合劑可以是擴(kuò)散粘合劑，或者可以包含夾層材料(諸如，例如，焊料)。靶14可以包含根據(jù)本發(fā)明各方面的高純鎳/釩。結(jié)構(gòu)11可用作上述參照?qǐng)D1的類型的沉積裝置中的靶結(jié)構(gòu)10。
參考圖4和5描述了根據(jù)本發(fā)明的方法形成的另一個(gè)典型的靶結(jié)構(gòu)20。該結(jié)構(gòu)包含單片靶22。靶22可以包含根據(jù)本發(fā)明的各方面的高純鎳/釩。結(jié)構(gòu)20可用作上述參考圖1的類型的沉積裝置中的靶10。
在濺射室中(例如圖1中的室)暴露于濺射條件下的任何構(gòu)件可以釋放一些材料。因此除了靶以外的構(gòu)件在一些應(yīng)用中會(huì)被認(rèn)為是濺射構(gòu)件。室內(nèi)可以是濺射構(gòu)件的零件，包括，但不局限于線圈、蓋環(huán)、夾具、防護(hù)屏、銷和帽。在一些應(yīng)用中，如果材料從非靶濺射構(gòu)件中濺射是有問題的，因?yàn)閺姆前袠?gòu)件中濺射的材料會(huì)污染從靶濺射的材料。如果反應(yīng)室內(nèi)所有的濺射構(gòu)件和潛在的濺射構(gòu)件是從與靶同樣的材料中形成的，該問題會(huì)得到緩解，甚至阻止。因此，希望以本發(fā)明的各方面的高純鎳/釩形成靶和一種或多種非靶濺射構(gòu)件(諸如，例如，一種或多種線圈、蓋環(huán)、夾具、防護(hù)屏、銷、帽等)。
根據(jù)本發(fā)明形成的鎳/釩濺射構(gòu)件可用于半導(dǎo)體基底上面的沉積Ni-V層。Ni-V層可用于下凸起和C4技術(shù)。另外，從高純、小顆粒尺寸Ni-V濺射靶形成的層可用于除了下凸起和C4系統(tǒng)之外的其他半導(dǎo)體應(yīng)用。例如，該層在半導(dǎo)體應(yīng)用中可用于硅化物形成和高端涂層。調(diào)查鎳在半導(dǎo)體應(yīng)用中用于硅化物和高端涂層，但鎳的磁性能導(dǎo)致了純鎳不適合于許多這樣的應(yīng)用。將釩加入鎳中會(huì)形成具有在半導(dǎo)體應(yīng)用中合適的磁性能的合金，這就是Ni-7V用于各種應(yīng)用的原因。然而，常規(guī)鎳/釩合金純度太低以致于不適于硅化物和高端涂層。相反，從本發(fā)明的濺射靶制備的相對(duì)純的Ni-V合金，適于硅化物和高端涂層應(yīng)用。
實(shí)施例在高溫(諸如從1400°F到2400°F(760℃-1316℃))下單向熱壓高純鎳Ni-V鑄錠以減小鑄錠的厚度和制備厚片(厚片的厚度是，例如，約1.5″(3.81厘米))；具有由熱壓引起的至少約90％的一般變形(即，厚片的厚度小于或等于約10％的鑄錠的初始厚度)。冷卻厚片到室溫和切成幾個(gè)小部分。對(duì)這些部分在熱壓(例如在1400°F到2400°F的溫度)之后進(jìn)行冷壓(例如在室溫)以減小這些部分的厚度到最終厚度(例如約0.35″(0.89厘米))。對(duì)這些部分的熱壓和冷壓優(yōu)選單向，和沿著與鑄錠單向滾壓相同的方向。在這些部分的熱壓和冷壓之后，在升高的溫度下退火(例如約1600°F(871℃)約一個(gè)小時(shí))。
權(quán)利要求
1.一種鎳/釩濺射構(gòu)件結(jié)構(gòu)包含至少99.99重量％的鎳和釩，不包括氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射構(gòu)件結(jié)構(gòu)包含不包括氣體的重量％為至少99.995的鎳和釩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射構(gòu)件結(jié)構(gòu)包含不包括氣體的重量％為至少99.999的鎳和釩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射構(gòu)件結(jié)構(gòu)是濺射靶結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的濺射靶結(jié)構(gòu)是濺射預(yù)制靶。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的濺射靶結(jié)構(gòu)是濺射靶。
7.一種鎳/釩濺射構(gòu)件結(jié)構(gòu)包含不包括氣體的重量％為至少99.99的鎳和釩，和具有小于或等于約40微米的貫穿結(jié)構(gòu)的平均顆粒尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的鎳/釩濺射構(gòu)件結(jié)構(gòu)是濺射預(yù)制構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的鎳/釩濺射構(gòu)件結(jié)構(gòu)是濺射構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的鎳/釩濺射構(gòu)件，其中平均顆粒尺寸小于或等于約30微米。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的鎳/釩濺射構(gòu)件，其中平均顆粒尺寸小于或等于約20微米。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的鎳/釩濺射構(gòu)件，包含約4重量％的釩到約10重量％的釩。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的鎳/釩濺射構(gòu)件，包含約7重量％的釩。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的鎳/釩濺射構(gòu)件是濺射靶。
15.從權(quán)利要求14的濺射靶濺射沉積的層。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的鎳/釩濺射構(gòu)件，包含不包括氣體的重量％為至少99.995的鎳和釩。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的鎳/釩濺射構(gòu)件，其中平均顆粒尺寸小于或等于約30微米。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的鎳/釩濺射構(gòu)件，其中平均顆粒尺寸小于或等于約20微米。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的鎳/釩濺射構(gòu)件，包含約4重量％的釩到約10重量％的釩。
20.根據(jù)權(quán)利要求9的鎳/釩濺射構(gòu)件，包含不包括氣體的重量％為至少99.999的鎳和釩。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的鎳/釩濺射構(gòu)件，其中平均顆粒尺寸小于或等于約30微米。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的鎳/釩濺射構(gòu)件，其中平均顆粒尺寸小于或等于約20微米。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的鎳/釩濺射構(gòu)件，包含約4重量％的釩到約10重量％的釩。
24.一種制備鎳/釩結(jié)構(gòu)的方法，包含提供一種不包括氣體的重量％為至少99.99鎳純度的鎳材料；提供一種不包括氣體的重量％為至少99.99釩純度的釩材料；一起熔化鎳和釩材料從鎳和釩材料形成熔融鎳/釩合金；和冷卻鎳/釩合金形成鎳/釩結(jié)構(gòu)，鎳/釩結(jié)構(gòu)不包括氣體的重量％為至少99.99純度的鎳和釩。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中鎳/釩結(jié)構(gòu)包含約4重量％的釩到約10重量％的釩。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中鎳/釩結(jié)構(gòu)包含約7％的釩。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中釩材料是不包括氣體的重量％為至少99.995純度的釩。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中鎳材料是不包括氣體的重量％為至少99.995純度的鎳；其中，釩材料是不包括氣體的重量％為至少99.995純度的釩；和其中鎳/釩結(jié)構(gòu)是不包括氣體的重量％為至少99.995純度的鎳和釩。
29.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中釩材料是不包括氣體的重量％為至少99.999純度的釩。
30.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中鎳材料是不包括氣體的重量％為至少99.999純度的鎳；其中，釩材料是不包括氣體的重量％為至少99.999純度的釩；和其中鎳/釩結(jié)構(gòu)是不包括氣體的重量％為至少99.999純度的鎳和釩。
31.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中鎳/釩結(jié)構(gòu)包含大于40微米的貫穿結(jié)構(gòu)的平均顆粒尺寸；該方法還包括對(duì)鎳/釩結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱機(jī)處理以減少平均顆粒尺寸到小于或等于40微米。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，還包含從該結(jié)構(gòu)形成濺射構(gòu)件，和其中貫穿濺射構(gòu)件的平均顆粒尺寸小于或等于40微米。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中濺射構(gòu)件是濺射靶。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中熱機(jī)處理制備小于或等于30微米的貫穿結(jié)構(gòu)的平均顆粒尺寸。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，還包含從該結(jié)構(gòu)形成濺射構(gòu)件，和其中貫穿濺射構(gòu)件的平均顆粒尺寸小于或等于30微米。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中濺射構(gòu)件是濺射靶。
37.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中熱機(jī)處理制備小于或等于20微米的貫穿結(jié)構(gòu)的平均顆粒尺寸。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，還包含從該結(jié)構(gòu)形成濺射構(gòu)件，和其中貫穿濺射構(gòu)件的平均顆粒尺寸小于或等于20微米。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中濺射構(gòu)件是濺射靶。
全文摘要
本發(fā)明包括濺射構(gòu)件，例如包含高純Ni－V的濺射靶。該濺射構(gòu)件各處具有精細(xì)的平均顆粒尺寸，具有顆粒尺寸小于或等于40微米的典型精細(xì)平均顆粒尺寸。本發(fā)明還包括制備高純Ni－V結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1723292SQ200380105352
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月9日
發(fā)明者W·郭, S·P·圖爾納, E·F·考利 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司