[發(fā)明專利]一種銅靶材和鋁合金背板的擴(kuò)散焊接方法及制得的銅靶材組件

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010139403.X
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111304604A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚力軍;潘杰;邊逸軍;王學(xué)澤;章麗娜
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波江豐電子材料股份有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/35;B23K20/02;B23K20/22;B23K20/24
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)智匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發(fā)明涉及一種銅靶材和鋁合金背板的擴(kuò)散焊接方法及制得的銅靶材組件，所述擴(kuò)散焊接方法包括如下步驟：(1)在銅靶材焊接面上鍍鈦膜，再將鍍有鈦膜的銅靶材和鋁合金背板進(jìn)行裝配處理，然后整體放入包套內(nèi)；(2)將步驟(1)得到的包套封口后進(jìn)行脫氣處理；(3)將步驟(2)脫氣后的包套進(jìn)行熱等靜壓焊接，然后去除所述包套，完成所述銅靶材和鋁合金背板的擴(kuò)散焊接。所述擴(kuò)散焊接方法通過鈦膜的良好擴(kuò)散性，有助于提高銅靶材和鋁合金背板之間的焊接結(jié)合度；此外，將鈦膜鍍在銅靶材焊接面上，可以提高鈦膜的均勻性，有助于增強(qiáng)焊接結(jié)合度，既可以使操作簡單化，又能節(jié)省原料成本。采用所述方法制得的銅靶材組件，焊接結(jié)合度在99％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種靶材組件的焊接方法，尤其涉及一種銅靶材和鋁合金背板的擴(kuò)散焊接方法及制得的銅靶材組件。

背景技術(shù)

金屬濺射靶材是濺射沉積技術(shù)中用做陰極的材料，在濺射機(jī)臺中被帶正電荷的陽離子撞擊作用下，金屬濺射靶材表面金屬以分子、原子或離子的形式脫離陰極而在陽極表面重新沉積。由于金屬濺射靶材往往采用高純的鋁、銅、鈦、鎳、鉭等比較貴重的金屬材料。由于金屬濺射靶材的強(qiáng)度不一，在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要將符合性能要求的金屬濺射靶材和具有一定強(qiáng)度的背板結(jié)合制成靶材組件，然后安裝在濺射機(jī)臺上，在磁場、電場作用下有效地進(jìn)行濺射控制。背板不僅可以為金屬濺射靶材起到支撐作用和冷卻作用，還可以降低生產(chǎn)工藝的原料成本。常用的背板材料有鋁合金和銅合金等。

目前，需要將金屬濺射靶材和背板進(jìn)行加工并焊接成型，才能保證后續(xù)濺射的成功進(jìn)行。如果金屬濺射靶材和背板之間的焊接結(jié)合度較差，將導(dǎo)致金屬濺射靶材在受熱條件下變形、開裂、甚至從背板上脫落，不但無法達(dá)到濺射均勻的效果，還可能會導(dǎo)致濺射基臺損壞。

銅靶材因?yàn)橛捕容^低，需要與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釬焊和擴(kuò)散焊接。對于釬焊工藝所制造的銅靶材組件，由于釬料的熔點(diǎn)較低，耐高溫性能較差，當(dāng)銅靶材組件所使用機(jī)臺溫度較高時，容易出現(xiàn)釬料熔化的現(xiàn)象，從而容易增加產(chǎn)品脫焊的風(fēng)險。擴(kuò)散焊接是指相互接觸的材料表面，在溫度和壓力的作用下相互靠近，局部發(fā)生塑性變形，原子間產(chǎn)生相互擴(kuò)散，在界面處形成新的擴(kuò)散層，從而實(shí)現(xiàn)可靠連接，屬于高溫、高壓、高強(qiáng)度的焊接方法。然而，如果擴(kuò)散焊接的溫度較高，銅靶材易發(fā)生晶粒異常長大，造成晶粒粗大的現(xiàn)象，會對所形成互連結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線的線寬以及均勻性有不利影響，進(jìn)而影響所形成半導(dǎo)體芯片的性能。

熱等靜壓(Hot Isostatic Press，簡稱HIP)是一種利用熱等靜壓機(jī)在高溫高壓密封容器中，以高壓惰性氣體為介質(zhì)，對其中的粉末或待壓實(shí)的燒結(jié)坯料或異種金屬施加各向均等靜壓力來制備高致密度坯料或零件的方法。熱等靜壓技術(shù)已成為高溫粉末冶金、消除鑄件缺陷、異種金屬擴(kuò)散連接、新型工程陶瓷、復(fù)合材料、耐火材料、高強(qiáng)石墨碳素等先進(jìn)成型技術(shù)和先進(jìn)材料研制領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中將擴(kuò)散焊接和HIP相結(jié)合，開發(fā)出了HIP擴(kuò)散焊接技術(shù)。

CN101579782A公開了一種銅靶材坯料與銅合金背板的焊接方法，包括提供銅靶材坯料和銅合金背板，將銅靶坯料和銅合金背板放置入真空包套送入焊接設(shè)備，采用熱等靜壓工藝進(jìn)行擴(kuò)散焊接，將銅靶材坯料焊接至銅合金背板形成靶材組件，完成焊接后，進(jìn)行空冷并拆除真空包套取出靶材組件。所述焊接方法采用的是HIP擴(kuò)散焊接技術(shù)，通過機(jī)加工使得靶材以及背板表面的光潔度達(dá)到0.2μm～3.2μm，由此形成的焊接層較薄，焊接效果不佳。

CN101648303A公開了一種靶材與背板的焊接方法，包括：提供銅靶材和背板；在銅靶材的焊接面上形成金屬中間層；在背板的焊接面上添加釬料；進(jìn)行釬焊加熱熔化釬料將銅靶材焊接至背板形成靶材組件；然后保溫?zé)釘U(kuò)散處理；冷卻靶材組件，并進(jìn)行機(jī)械加工去除多余的釬料。所述焊接方法雖然通過金屬中間層改善了焊接工件與釬料難以浸潤的問題，但是釬焊方法仍然存在焊接結(jié)合度不高、耐高溫性能差的問題。