[发明专利]粉末冶金溅射靶和其生产方法

说明书

本发明涉及溅射靶和其它金属制品以及其制造方法。更具体地，本发明涉及用于形成由包括球形金属粉末的金属粉末制成的粉末冶金溅射靶和其它冶金制品的方法、以及所得产品。

背景技术

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2018年3月5日提交的在先美国临时专利申请No.62/638,328、2019年1月17日提交的美国临时专利申请No.62/793,418、和2018年7月3日提交的美国临时专利申请No.62/693,540的权益，将其完全引入本文作为参考。

本发明涉及溅射靶和其它金属制品以及其制造方法。更具体地，本发明涉及用于形成由包括球形金属粉末的金属粉末制成的粉末冶金溅射靶和其它冶金制品的方法、和所得产品。

溅射靶被用于许多用途，包括产生金属或化合物的薄膜。在溅射过程中，将源材料用等离子体离子进行轰击，所述等离子体离子从溅射靶的表面逐出或排出原子。所排出的原子沉积在基底的顶上以形成典型地为数个原子层厚的膜覆盖物。

溅射靶可由电子管金属(valve metal)材料和其它金属材料制成。电子管金属通常包括钽、铌、及其合金，并且还可包括第IVB、VB、和VIB族的金属及其合金。电子管金属由例如如下描述：Diggle，“Oxides and Oxide Films”，第1卷，第94-95页，1972，MarcelDekker,Inc.,New York，将其完全引入本文作为参考。

半导体技术是钽溅射靶的大的市场。半导体是微电子器件类的构件(buildingblock)，所述微电子器件包括见于大型计算机、工作站、和PC中的微处理器，用于手机和电信设备的数字信号处理器，和用在数字组织者、照相机、和电器中的专用集成电路。

受成本、器件尺寸方面的连续降低和改善的性能所驱动，铜正代替铝来用作下一代半导体中的互连体。为了防止互连体的铜在半导体器件中迁移并且“毒害”晶体管和其它电子器件，通常将扩散阻隔体插入互连体和器件之间。钽(Ta)和氮化钽(TaN)(典型地通过在氮气存在下钽靶的反应性溅射而产生)是用于铜互连体的常用的阻隔材料。举例来说，以超过1000MHz的时钟速度运行的微处理器例如AMD的Althon和Intel的Pentium 4、以及见于现代大型机系统中的IBM的I STAR和P-750处理器各自将铜互连体与钽扩散阻隔层一同使用。

对于扩散阻隔应用，优选具有均匀的化学性质和厚度的膜。为了获得均匀的化学性质和厚度，优选溅射具有一定的合意性质(包括高的纯度、细的晶粒尺寸、和没有强的(001)织构带的均一织构)的靶。通常，由如例如描述于美国专利No.6,348,113(Michaluk等)(将其完全引入本文作为参考)中的锭冶金术(锭冶金)技术生产的钽材料被指定用于溅射应用。锭冶金钽材料可产生对于扩散阻隔应用而言合意的纯度水平和最大晶粒尺寸。然而，就本性而言，难以精制(再细化，refine)和控制高纯度、未合金化和未掺杂的金属材料中的晶粒尺寸和织构均一性。因此，在锻制的高纯度锭冶金钽靶中可实现的最小平均重结晶晶粒尺寸可为约10微米。此外，锭冶金钽靶还可呈现出织构带化(textural banding)并且因此，可产生高度可变厚度的溅射膜。

粉末冶金术(粉末冶金)技术提供制造制品(例如，但不限于，溅射靶)的替代方法。适当的加工可产生具有比在锭冶金靶中可实现的晶粒尺寸细的晶粒尺寸的粉末冶金溅射靶。粉末冶金材料中固有的间隙(填隙，interstitial)杂质的越高量通过行为表现得像细颗粒在基质内的分散体一样而使工件(功致，work)硬化速率、并且因此新的位错线长度生长的速率和随后的在退火期间的重结晶响应提高。由于该原因，在商业生产的粉末冶金的薄规格条带和线中实现了比在类似规格的锭冶金产品中可实现的更小、更均一的晶粒结构。

金属粉末的(等静压(isostatic))固结是生产具有无规且均一织构的某些金属制品的可行和既定手段。具有随机的晶体取向分布的细晶粒尺寸的组合促进了粉末冶金钽溅射靶的后续变形加工期间的工件均匀性(例如，所有晶粒的均一应变硬化)，从而避免在粉末冶金溅射靶中形成明显的织构带。预计所述粉末冶金钽溅射靶沉积具有格外的厚度均匀性的膜。