[发明专利]一种铜靶材与背板的扩散焊接方法

说明书

本发明涉及一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；(2)依次将步骤(1)所述铜靶材、垫块放入背板的凹槽内，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法通过改进铜靶材和背板的装配结构，不仅保证了铜靶材和背板焊接面的结合度，还有效避免了晶粒异常长大，尤其避免了铜靶材边缘处出现晶粒粗大的现象。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，涉及一种靶材组件的焊接方法，尤其涉及一种铜靶材与背板的扩散焊接方法。

背景技术

溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材。

由于溅射靶材的强度不一，在实际应用过程中，需要将符合性能要求的溅射靶材和具有一定强度的背板结合制成靶材组件，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效地进行溅射控制。背板可以为溅射靶材提供支撑作用，并具有传导热量的功效，因此需要将溅射靶材和背板进行加工并焊接成型。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。此外，如果焊接过程中出现晶粒异常长大，会导致焊接不牢，产生气孔和焊缝，严重时会产生异常辉光放电(Arcing问题)，导致靶材被击穿，电源损坏等严重问题。

铜靶材因为硬度较低，需要与高硬度的合金背板焊接在一起。目前常用的焊接方法主要是锡焊和扩散焊接。对于锡焊工艺所制造的铜靶材组件，由于锡的熔点较低，耐高温性能较差，当铜靶材组件所使用机台温度较高时，容易出现焊料熔化的现象，从而容易增加产品脱焊的风险。扩散焊接是指相互接触的材料表面，在温度和压力的作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接，属于高温、高压、高强度的焊接方法。然而，如果扩散焊接的温度较高，铜靶材易发生晶粒异常长大，造成晶粒粗大的现象，会对所形成互连结构、导线的线宽以及均匀性有不利影响，进而影响所形成半导体芯片的性能。

热等静压(Hot Isostatic Press，简称HIP)是一种利用热等静压机在高温高压密封容器中，以高压惰性气体为介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料或异种金属施加各向均等静压力来制备高致密度坯料或零件的方法。热等静压技术已成为高温粉末冶金、消除铸件缺陷、异种金属扩散连接、新型工程陶瓷、复合材料、耐火材料、高强石墨碳素等先进成型技术和先进材料研制领域的关键技术。

现有技术中将扩散焊接和HIP相结合，开发出了HIP扩散焊接技术。例如CN101579782A公开了一种铜靶材坯料与铜合金背板的焊接方法，包括提供铜靶材坯料和铜合金背板，将铜靶坯料和铜合金背板放置入真空包套送入焊接设备，采用热等静压工艺进行扩散焊接，将铜靶材坯料焊接至铜合金背板形成靶材组件，完成焊接后，进行空冷并拆除真空包套取出靶材组件。所述焊接方法虽然采用的是HIP扩散焊接技术，但是采用机加工使得靶材以及背板表面的光洁度达到0.2μm～3.2μm，焊接层较薄，焊接效果不佳。

CN108213855A公开了一种铜靶材组件及其制造方法，包括提供背板和铜靶材，所述背板包括第一焊接面，所述铜靶材包括第二焊接面；在所述第一焊接面上形成由多个凸起构成的花纹；将所述第二焊接面与形成有花纹的第一焊接面相对设置并贴合形成初始组件；对所述初始组件进行焊接处理，使所述第一焊接面内的凸起嵌入所述第二焊接面内，在所述铜靶材和所述背板之间形成焊接层，所述焊接层的厚度大于或等于所述凸起的高度，以获得铜靶材组件。所述焊接方法虽然通过在背板上车削螺纹增大了焊接面的接触面积，将焊接层增厚，但是在焊接过程中仍然存在晶粒异常长大的问题，尤其是铜靶材边缘处易出现晶粒粗大的现象。