[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。

现有的一种扩散焊接方法可以实现两者的有效结合。所谓扩散焊接是相 互接触的材料表面，在一定温度、压力作用下靠近，局部产生塑性变形，原 子间相互扩散，在界面处形成新的扩散层，而实现可靠连接完成焊接过程。 然而由于在加热过程中，铜靶材与铜或铝质材料的背板在温度加热至200℃以 上时，焊接表面的氧化非常严重，两种金属接触面原子不能进行有效扩散， 难以达到理想的焊接效果。因此需要研究一种新的扩散焊接工艺，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，解决扩散焊接工 艺中由于铜靶材以及背板在加热状态下接触面容易氧化，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；

采用热压处理，在真空环境下进行焊接作业，将铜靶材焊接至背板形成 靶材组件；

在真空常压环境下对靶材组件进行热扩散处理，然后空冷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用热压处理能将两种金属面 对面很好得结合在一起，从而可以实现对铜靶材和铜或铝材质背板实施大面 积焊接；由于本发明的热压处理是在真空中进行焊接，因此有效防止了金属 被氧化，且采用真空套包降低了真空设备成本。另外，采用热压处理进行焊 接的温度为200℃至500℃，在靶材和背板接触面上形成的压强为100MPa至 200MPa，保压时间为1min至30min，使铜靶材与背板的结合强度增加，结合 率可以达到95％以上，且结合后靶材组件弯曲变形小。

进一步，在常压条件下继续加热靶材组件，保持200℃至500℃温度 120min至180min，使得铜靶材与铜或铝质材料背板在接触面的相互扩散程度 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扩散焊接方法的具体实施方式流程图；

图2至图6为本发明所述靶材与背板的扩散焊接方法的实施示意图。

具体实施方式

图1为本发明所述靶材与背板的扩散焊接方法具体实施方式流程图，而 图2至图6为实施示意图。主要步骤如下：

S1、提供铜靶材以及背板；

提供的铜靶材，其形状根据应用环境、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80mm。如图2所示，铜靶材10的形状优 选为圆形，直径为350mm，厚度为8.5mm。而背板20的形状由溅射设备决定， 材质可根据具体需要选择，一般可采用铝、铜、铝合金、铜合金等材质。