靶材热处理方法 【技术领域】
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材热处理方法。
背景技术
在半导体工业中，靶材结构是由符合溅射性能的靶材和与所述靶材结合、具有一定强度的背板构成。背板可以在所述靶材结构装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。目前，例如，可以选用金属钛(Ti)或钽(Ta)材料作为靶材，而选用具有足够强度，且导热、导电性也较高的铜或铝材料作为背板材料。
金属靶材的制作过程一般包括：熔炼、均匀化处理、塑性变形加工、热处理等步骤，在严格控制靶材纯度的基础上，通过选择不同的塑性变形加工、热处理条件，调整靶材的晶粒取向、晶粒尺寸等，最终满足溅射过程的要求。
特别地，热处理是靶材设计和加工过程中不可或缺的工艺，该工艺往往与塑性变形加工紧密结合，主要为了实现金属材料的再结晶，使得材料的组织均匀。以铝靶材的热处理为例，不同的热处理温度、保温时间、加热方式，可以获得不同的金属材料组织结构。同样，对于钛靶材也适用。
钛金属是热的不良导体，若采用传统工艺(例如将钛靶材置于高温加热炉中)对钛靶材进行热处理，在被处理的钛靶材在直径和厚度方向上的组织结构会由于受热不均而导致不一致。这对于靶材溅射来说，具有很大的负面作用，甚至不能符合靶材溅射的要求。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种靶材热处理方法，解决现有技术中靶材在热处理工艺中因受热不均而导致组织结构不均匀的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种靶材热处理方法，包括：提供靶材，所述靶材为钛或者钛合金；加热能包覆所述靶材的沙子，对所述靶材进行热处理。
可选地，所述沙子是填充于热处理装置中，所述靶材是在加热所述沙子之前预先没入所述沙子中。
可选地，所述沙子是填充于热处理装置中，所述靶材是在加热所述沙子之后再没入所述沙子中。
可选地，所述靶材热处理方法还包括感测所述靶材的加热温度的步骤。
可选地，感测所述靶材的加热温度包括通过表面温度感测器进行感测。
可选地，所述靶材在热处理之前已进行了塑性变形工艺。
可选地，所述热处理工艺具体参数为：加热温度为350℃～600℃，并在此温度下保温5小时～8小时。
可选地，所述靶材中钛的纯度为4N5或5N。
可选地，所述热处理装置为加热炉。
可选地，所述沙子材料为碳化硅、氧化铝或石英砂，规格为45号、60号、70号、80号或90号中的任一种。
与现有技术相比，本发明所提供的靶材热处理方法，在于采用了将待热处理的靶材没入沙子中并加热的沙浴方式，通过加热后的沙子将热量传导至待热处理的靶材，确保靶材能均匀受热，使得热处理后的靶材的组织结构均匀，满足溅射要求。
【附图说明】
图1为本发明靶材热处理方法在第一实施例中的流程示意图；
图2和图3为本发明靶材热处理方法在第一实施例中的实施示意图；
图4为本发明靶材热处理方法在第二实施例中的流程示意图。
【具体实施方式】
本发明的发明人发现，在现有靶材热处理方法中，在对靶材进行热处理时，在靶材的直径和厚度方向上的组织结构会由于受热不均而导致不一致。因此，根据本发明的一个方面，提供一种采用沙浴方式的靶材热处理方法。
本发明的发明人提出一种靶材热处理方法，包括：提供靶材，所述靶材为钛或者钛合金；加热能包覆所述靶材的沙子，对所述靶材进行热处理。
在本发明的第一实施例中，提供一种靶材热处理方法，如图1所示，包括步骤：
S10，提供靶材，所述靶材为钛或者钛合金；
S11，将所述靶材没入热处理装置所填充的沙子中；
S12，加热所述沙子，对所述靶材进行热处理。
下面结合附图对上述图1中所示的热处理方法进行详细说明。
首先执行步骤S10，提供靶材10，如图2所示。在本实施例中，所述靶材10可以是高纯度的钛或者钛合金。具体地，所述靶材中钛的纯度为4N5或5N，其中，所述4N5表示纯度为99.995％，而5N表示纯度为99.999％。
另外，在执行步骤S10之前，靶材10已进行了塑性变形工艺。所述塑性变形工艺，可以通过例如锻压机、空气锤或压延机等塑性加工设备来进行，如此就可以精确地控制靶材的塑性变形，制作出符合塑性变形工艺要求的靶材，实现降低靶材晶粒尺寸大小、细化晶粒和降低靶材表面粗糙度的目的。
在实际应用中，靶材10的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，且其厚度可以为1mm至100mm不等。如图2所示，显示的是圆形的靶材。
接着执行步骤S11，将靶材10没入热处理装置所填充的沙子30中，如图3所示。在本实施例中，所述热处理装置可以例如加热炉，其具有腔室20，在腔室20中加装了沙子30。其中，加装地沙子30可以是部分填充腔室20，也可以填充满整个腔室20。这样，通过操作加热炉，可以对腔室20中加装的沙子30进行加热。
在这里，将靶材10置入加热炉的腔室20中，具体是指要将靶材10以一定的深度没入沙子30中，使得靶材10的周边都能被沙子30所包覆。所述的深度可以根据加热炉的加热特性、腔室的结构或沙子的填充状况而作适应性调整，较佳地，靶材10可以放置在能均匀受热的区域，例如放置在填充的沙子30所形成空间的几何中心区域。
由于沙子30的成份和品种会影响其本身加热速度、均匀度以及对包覆的靶材10的导热效果。因此，沙子30的材料选择也是一个重要因素。在实际应用中，沙子30的材料可以是选自碳化硅、氧化铝或石英砂，其规格可以45号、60号、70号、80号或90号中的任一种。
在本实施例中，沙子30具体为碳化硅(SiC)。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成的。碳化硅是热的良导体，具有耐高温、良好的导热性能和热稳定性的特点，利用这些特点，就可以将碳化硅放置于加热源(在本实施例中，例如加热炉)与被加热物(在本实施例中，例如靶材10)之间，作为高温的间接加热材料。
接着执行步骤S12，加热沙子30，对靶材10进行热处理。具体包括：利用沙子30良好的导热性能，将其作为中间加热物，通过加热沙子30并由其进行导热，间接对靶材10加热，进行热处理。
实践表明，晶粒尺寸及其取向对靶材的性能有很大的影响，主要表现在：(1)随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率区域降低；(2)在合适的晶粒尺寸范围内，靶材使用时的等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率稿和薄膜均匀性好；(3)在合适的晶粒尺寸范围内，晶粒取向越均匀越好；(4)当靶材晶粒尺寸超过合适的晶粒尺寸范围时，为提高靶材的性能，必须严格控制靶材的晶粒取向。因此，靶材的晶粒尺寸和晶粒取向需要通过热处理工艺加以调整和控制，保证靶材在组织结构上的均匀性。
在本实施例中，所述热处理工艺具体参数为：加热温度为350℃～600℃，并在此温度下保温5小时～8小时。加热温度过低，靶材中晶粒再结晶不充分；加热温度过高，靶材中晶粒容易长大，尺寸会超范围；保温时间过短，靶材中晶粒受热不够，再结晶不充分；保温时间过长，靶材中晶粒容易长大，尺寸会超范围。在实际应用中，可以在进行热处理之前预先设定上述各参数的具体数值，其中，所述加热温度和保温时间可以按照一定的对应关系进行设定，例如350℃*8小时，500℃*6小时，或600℃*5小时等。
另外，在本实施例中，为确保加热温度的稳定性，本发明还配置有用于感测温度的表面温度感测器(未标示)。所述表面温度感测器既可以埋设在沙子30中，也可以直接设在靶材10的表面。当所述表面温度感测器感测到所述加热温度发生突变或超过规定范围时，能够即时予以显示当前温度数值甚至同时产生报警信息，以供适时对加温温度或保温时间作出调整，确保热处理工艺的稳定性。其中，所述调整可以具体包括例如调整(提高或降低)所述加热炉的加热温度、调整(延长或缩短)保温时间或调整靶材10在沙子30中的没入位置等。
可见，在本发明中，由于靶材10的周边是由沙子30所包覆，故通过加热沙子30并将热量传导至靶材10，可以使得靶材10能均匀受热，确保靶材在组织结构上的均匀性。
后续，在热处理之后，还可以包括对热处理的靶材10进行冷却的步骤。所述冷却工艺可以采用例如风冷或水冷的方式，但并不以此为限，由于所述冷却工艺及其后续步骤与现有技术并无差异，为本领域技术人员所熟知，故在此不再赘述。
在本发明的第二实施例中，提供另一种靶材热处理方法，如图4所示，包括步骤：
S20，提供靶材，所述靶材为钛或者钛合金；
S21，加热填充在热处理装置中的沙子；
S22，将所述靶材没入已加热的沙子中，对所述靶材进行热处理。
与第一实施例相比，其区别主要在于：在第一实施例中，是先将待热处理的靶材没入沙子中，再加热所述沙子；而在第二实施例中，是先加热沙子，再将待热处理的靶材没入已加热的沙子中。上述二种实施例在操作步骤的先后顺序上存在有差异，但经实际应用的效果来看，所述差异不会对靶材的热处理工艺后的性能产生影响，无论采用何种实施例，都能确保靶材能均匀受热，使得热处理后的靶材的组织结构实现均匀性，能够满足溅射要求。
下面结合优选实施例对本发明作进一步的介绍。
实例：
以下以4N5或5N的钛靶材为例来说明在本发明的靶材热处理方法中进行热处理的工艺步骤及结果：
(1)提供经塑性变形工艺后的钛靶材。所述经过塑性变形工艺的钛靶材具有较佳晶粒大小的组织结构。
(2)将钛靶材没入热处理装置所填充的沙子的内部，使得所述钛靶材的周边都被沙子所包覆。所述沙子采用的是45号碳化硅(45#SiC)。
(3)加热沙子，对靶材进行热处理。具体包括：加热温度为550℃，并在此温度下保温5.5小时。
透过上述各步骤，最终获得符合溅射要求的靶材。
本发明所提供的靶材热处理方法，由于采用了沙浴方式，将靶材没入沙子中，将沙子作为间接加热材料，将热量传导至待热处理的靶材，确保靶材能均匀受热，使得热处理后的靶材的组织结构实现均匀性。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。