[發明專利]一種超高純銅系靶材與背板的焊接方法

在審

• 申請號: 202010973277.8
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112122763A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 姚力軍;邊逸軍;潘杰;王學澤;慕二龍;曹歡歡
• 申請（專利權）人: 寧波江豐電子材料股份有限公司
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/14;B23K20/24
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種超高純銅系靶材與背板的焊接方法，所述焊接方法包括：將帶有螺紋的背板焊接面進行鍍膜處理，然后與超高純銅系靶材進行裝配；將裝配好的超高純銅系靶材和背板放入包套，將所述包套封口后抽真空；將抽真空后的包套進行熱等靜壓處理，完成超高純銅系靶材與背板的焊接。本發明所述方法通過背板焊接面結構的改進，螺紋凸起可以嵌入靶材內部，增強兩者的結合作用，再利用鍍膜的擴散性，將靶材和背板的焊接面充分覆蓋，提高兩者之間的焊接結合度，焊接強度高，所述鍍膜設置于背板上，保證焊接時鍍膜的完整性，避免螺紋凸起對鍍膜的破壞；本發明采用熱等靜壓工藝控制靶材晶粒的尺寸，使之滿足超大規模集成電路的應用要求。

技術領域

本發明屬于靶材制備技術領域，涉及一種超高純銅系靶材與背板的焊接方法。

背景技術

隨著半導體制造技術和超大規模集成電路的飛速發展，集成電路芯片的集成度越來越高，多層金屬互連技術的應用愈發廣泛。目前半導體用芯片的尺寸已經縮小到納米級別，此時金屬互連線的電阻電容延遲和電遷移現象成為影響芯片性能的主要因素，而傳統的鋁及鋁合金互連線已經不能滿足超大規模集成電路工藝制程的需求。與鋁相比，銅具有更好的抗電遷移能力和電導率，尤其是超高純銅，其純度在6N以上，對于降低芯片互連線的電阻，提高其運算速度具有重要意義；但是在28nm工藝節點以下的集成電路應用中，超高純銅的電遷移問題較為嚴重，通過在超高純銅中添加微量Mn、Al等合金元素能夠形成自擴散阻擋層，從而可以有效降低電遷移。

靶材在使用時，由于濺射機臺的多樣性，通常需要與另一種高強度的背板材料焊接形成靶材組件。目前常用的焊接方式有釬焊和擴散焊接，釬焊采用焊料進行焊接，最常用的為錫焊，由于錫的熔點低，而濺射機臺工作溫度相對較高時則會出現焊料融化、產品脫焊的風險；擴散焊接是一種耐高溫、高強度的焊接方式，但是由于超高純銅及銅合金靶材的特性，如果焊接溫度較高，其晶粒會異常長大，從而不能達到晶圓線寬的要求，因此需要在相對較低的溫度下進行焊接。

為了實現超高純銅系靶材與背板在非高溫條件下的良好焊接，目前常采用熱等靜壓焊接技術，其所用設備通常為熱等靜壓機，所述熱等靜壓機是利用熱等靜壓技術在高溫高壓密封容器中，以高壓惰性氣體為介質，對其中的粉末、待壓實的燒結坯料或異種金屬施加各向均等靜壓力，形成高致密度坯料或零件的儀器設備，是先進成型技術和先進材料研制領域的關鍵設備。

CN 101579782A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備，采用熱等靜壓工藝進行擴散焊接，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，進行空冷并拆除真空包套取出靶材組件；該方法中對靶材和背板焊接面進行光潔度加工，會造成焊接層厚度較薄，兩者結合強度較弱。

CN 110977133A公開了一種超高純銅靶材的擴散焊接方法，包括如下步驟：將裝配好的超高純銅靶材和具有螺紋的背板放入包套，并在超高純銅靶材和包套蓋板間設置墊塊，然后對包套進行焊接并抽真空；將抽真空后的包套進行熱等靜壓處理，之后冷卻并移除包套，完成焊接。該方法主要是通過增加墊塊消除靶材邊緣的應力集中區域，抑制該區域晶粒異常長大，對焊接強度并無明顯的改進措施。

綜上所述，對于靶材和背板的熱等靜壓焊接，還需要在焊接前對焊接面進行處理，以提高兩者的焊接強度，同時抑制靶材晶粒的長大，使之能夠滿足更為精細化的集成電路工藝制程的要求。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種超高純銅系靶材與背板的焊接方法，所述焊接方法通過在背板焊接面上設置螺紋并鍍膜，使得靶材背板在進行擴散焊接時，利用螺紋的凸起使其嵌入靶材內部，增強兩者的結合性，并利用鍍膜的擴散性，提高靶材和背板間焊接的均勻性和結合度，從而提高靶材組件的焊接強度。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供了一種超高純銅系靶材與背板的焊接方法，所述焊接方法包括以下步驟：