[发明专利]靶材与背板的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材与背板的焊接方法。

背景技术

在半导体工业中，靶材组件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组件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，主要使用金属铜(Cu)通过物理气相沉积法(PVD)镀膜并形成阻挡层作为靶材，在溅射过程中使用磁控溅射；需要使用具有足够强度，且导热、导电性也较高的铜或铝材料作为背板材料。

将高纯度铜靶材以及铜或铝合金的背板经过加工、焊接成型，制成半导体工业所使用的靶材组件后，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效进行溅射控制。现有溅射工艺中，靶材组件的工作环境非常恶劣，首先，靶材组件工作温度高达300℃至500℃；其次，靶材组件的一侧充以冷却水强冷，而另一侧则处于10^-9Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的上下两侧形成有巨大的压力差；同时，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接质量较差，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会导致溅射基台损坏。

因此，需要选择一种有效的焊接方式，使得靶材与背板实现可靠结合，满足长期稳定生产、使用靶材的需要显得十分必要。

在将铜靶材与铝质材料的背板进行对焊时，由于两者熔点相差太大(铜熔点1084℃，铝熔点650℃)，因此，采用常规的熔化焊接设备很难实现有效的大面积焊接。

现有的一种钎焊方法可以实现两者的有效结合。所谓钎焊是在两种待焊接材质(母材)之间填充钎料金属，利用填充的金属熔点比母材低的特点，经加热熔化后钎料形成液态，填充接头间隙并与母材相互扩散，而实现连接的焊接方法。然而，半导体工业所使用的铜靶材其材质容易氧化，难以与钎料浸润融合，使得钎焊后的焊缝抗拉强度较低而达不到靶材要求。因此需要研究一种新的钎焊工艺，提高焊接后所得组件的结合率和强度。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶材与背板的焊接方法，解决钎焊工艺中由于铜靶材易氧化难以与钎料浸润融合，而影响所得靶材组件的焊接效果。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材与背板的焊接方法，包括：

提供铜靶材和背板；

在铜靶材的焊接面上形成金属中间层；

在背板的焊接面上添加钎料；

进行钎焊处理，加热熔化钎料将铜靶材焊接至背板形成靶材组件；

对靶材组件进行保温热扩散处理；

冷却靶材组件，并进行机械加工去除多余的钎料。可选的，所述钎焊的温度为350℃至1000℃高于钎料的熔点，保温的温度可比钎焊温度稍低至钎料熔点附近，时间可为1小时至5小时，

可选的，添加钎料的方法具体为在背板的焊接面上高温涂覆半固态钎料或者直接放置钎料块，所述钎料的材料具体为银、锌或者锡以及这些金属的合金。

可选的，在添加钎料之前还包括步骤：清洗所述铜靶材以及背板的表面。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：钎焊之前在铜靶材的焊接面形成一层容易与钎料浸润的金属中间层，改善了铜靶材与钎料的浸润融合，提高了铜靶材与背板的钎焊结合强度，在溅射过程中铜靶材不会脱开，可以正常进行溅射镀膜。

另外，钎焊温度控制在200℃至450℃之间，可以很好地适应铜制靶材与背板的焊接，从而获得很好的焊接质量。

进一步的，钎料熔化后继续加热靶材组件，保持200℃至1000℃温度1小时至5小时，使得铜靶材以及铜或铝质材料背板在接触面与钎料的相互扩散程度进一步提高，所形成的靶材组件具有结合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。

附图说明

图1为本发明所述靶材与背板的焊接方法的具体实施方式流程图；

图2至图7为本发明所述靶材与背板进行钎焊的实施示意图。

具体实施方式

图1为本发明所述靶材与背板的焊接方法具体实施方式流程图，而图2至图7为实施示意图。主要步骤如下：

S1、提供铜靶材以及背板；