[發明專利]鎢鈦合金靶材與銅合金背板擴散焊接方法

有效

• 申請號: 201110460946.2
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102554455A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 姚力軍;相原俊夫;大巖一彥;潘杰;王學澤;陳勇軍
• 申請（專利權）人: 寧波江豐電子材料有限公司
• 主分類號: B23K20/14
• 分類號: B23K20/14;B23K20/233;B23K20/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體領域濺射靶材制造，尤其涉及鎢鈦合金靶材與銅合金背板擴散焊接方法。

背景技術

高純鎢、鈦或是其合金具有對電子遷移的高電阻、高溫穩定性以及能形成穩定的硅化物，因而在電子工業中常以薄膜形式用作柵極、連接、過渡和阻擋金屬層得到廣泛使用。尤其在超大規模集成電路制備中，其作為電阻層、擴散阻擋層發揮良好的性能。

而在現代大規模的集成電路制造工藝中，磁控濺射以其濺射率高、基片溫升低、膜-基結合力好等優勢成為了最優異的基片鍍膜工藝。高純鎢靶和高純鎢鈦合金靶通常被施以磁控濺射的方式制作各種復雜和高性能的薄膜材料。如，鎢鈦合金濺射靶材便常用于制作薄膜系太陽能電池的過渡金屬層。

在磁控濺射鍍膜工藝中，靶材組件由符合濺射性能的靶材和與所述靶材結合的背板構成。磁控濺射鍍膜工藝中，靶材組件處于高壓電場和磁場強度較大的磁場中，受到各種高能量離子轟擊，致使靶材發生濺射，而濺射出的中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜。整個過程中，靶材組件始終處于高溫下，且靶材正面置于在10^-9Pa的高真空環境下，而背板的背部需受到持續的高壓冷卻水沖擊，用以提高靶材組件的散熱功效。因而對于磁控濺射工藝中，在靶材組件的靶材和背板兩側存在巨大的壓力差。因而在靶材組件制備中，不僅對于背板需要足夠的強度，用于靶材組件裝配至濺射基臺中起到支撐，而且靶材和背板具有足夠的結合牢度，從而經受磁控濺射苛刻條件，保證磁控濺射鍍膜順利進行。

目前采用靶材組件常規的焊接工藝包括通過熔焊、釬焊將靶材與背板焊接在一起以形成靶材組件。然而，對于以鎢鈦合金為靶材，而銅為背板的靶材組件，由于靶材和背板的熔點相差太大(鎢熔點為3407℃、鈦熔點為1668℃、銅熔點為1084℃)，因而在采用常規焊接工藝時，一方面在焊接時鎢鈦合金與焊料難以浸潤、融合，降低靶材和背板的結合度；另一方面，在磁控濺射高溫下，用于結合的焊料易熔化(一般以錫釬料或銦釬料作為焊料，其熔點均小于250℃)；再加之金屬鎢鈦與金屬銅的膨脹系數相差較大，因而焊接以及磁控濺射過程中靶材與背板的相對變形較大，尤其是對于大面積的靶材組件，其還存在局部靶材與背板結合度的差異，上述原因皆會導致磁控濺射過程中，靶材與背板脫落，而致使磁控濺射鍍膜失敗。

現在基于傳統焊接工藝的局限性，對于靶材與背板的熔點等物理性能相差很大時，可采用擴散焊接法，所謂的擴散焊接是指將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使兩焊件接觸面之間的原子、相互擴散形成連接的焊接方法。相對于常規的焊接方式，擴散焊接具有結合緊密度高、受熱抗變形能力強等優點。但基于鎢鈦合金和銅較大的存在物理特性差異，鎢鈦合金靶材與銅合金背板問的原子擴散難度較大，即使采用擴散焊接法焊接，焊接的質量并不理想，而且擴散焊接在近1000℃條件下進行，條件要求苛刻。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種鎢鈦合金靶材與銅合金背板擴散焊接方法，解決鎢鈦合金靶材與銅合金背板焊接現有工藝中，鎢鈦合金靶材與銅合金背板焊接效果差，且工藝條件要求苛刻的問題。

為解決上述問題，本發明提供了一種鎢鈦合金靶材與銅合金背板擴散焊接方法，包括：

提供鎢鈦合金靶材、鋁擴散輔助層以及銅合金背板，所述鎢鈦合金靶材包括濺射面和預結合面，所述銅合金背板包括預結合面和背面；所述鋁擴散輔助層包括與所述鎢鈦合金靶材的預結合面以及銅合金背板的預結合面結構相匹配的上、下端面；

將鎢鈦合金靶材、鋁擴散輔助層和銅合金背板放置入真空包套中后送入焊接設備；其中，所述鋁擴散輔助層位于所述鎢鈦合金靶材的預結合面和銅合金背板的預結合面之間；且所述鋁擴散輔助層的上、下端面分別與所述鎢鈦合金靶材的預結合面以及銅合金背板的預結合面相貼合；

采用熱等靜壓工藝進行擴散焊接，將鎢鈦合金靶材焊接至銅合金背板以形成靶材組件；

完成焊接后，進行空冷并拆除真空包套取出靶材組件。

可選地，所述鎢鈦合金靶材的預結合面的面積包括0.10m²～0.16m²。

可選地，所述鎢鈦合金靶材為圓形靶材，其直徑包括350mm～450mm，厚度包括5～12mm。

可選地，在所述熱等靜壓工藝中，將內部裝有所述鎢鈦合金靶材、鋁擴散輔助層和銅合金背板的真空包套在300℃～600℃、50Mpa～160Mpa條件下，保溫3至5小時，完成所述鎢鈦合金靶材和銅合金背板擴散焊接。

可選地，所述熱等靜壓工藝條件溫度控制于400℃～480℃。