[发明专利]铜靶材坯料与铜合金背板的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域溅射靶材制造，尤其涉及铜靶材坯料与铜合金背板的焊接方法。 

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，主要使用金属钽(Ta)或者铜(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、导电性也较高的铜合金材料作为背板材料。 

将高纯度铜靶材坯料以及铜合金背板经过加工、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。 

现有的一种扩散焊接方法广泛应用于靶材坯料与背板的焊接。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。 

然而在将铜靶材坯料与铜合金背板进行扩散焊接时，由于金属铜及其合金的化学性质较为活泼，采用常规的焊接设备进行扩散焊接，温度加热至200℃以上时，焊接表面的氧化非常严重，从而使得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铜靶材坯料与铜合金背板的焊接方法，解决扩散焊接工艺中由于铜靶材坯料以及铜合金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。 

可选地，所述热等静压工艺具体参数优选为：焊接温度200℃至500℃，环境压强50Mpa至200Mpa，并在此温度压强下保温3小时-5小时。 

可选地，所述真空包套采用1.0mm-2.0mm低碳钢或者铜合金焊接成型的，装入靶材坯料以及背板后抽真空至10^-3乇～10^-5乇，再封闭。 

可选地，在放置入真空包套前，还需要对铜靶材坯料和铜合金背板先进行机械加工再化学清洗。 

可选地，机械加工使得靶材以及背板表面的光洁度达到0.2um-3.2um。 

可选地，所述化学清洗具体为使用盐酸清洗，所述盐酸中氯化氢与水的体积比为1∶5。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用热等静压工艺进行焊接能将两种金属面对面很好得结合在一起，从而可以实现对靶材和背板实施大面积焊接；由于本发明的热等静压工艺是在真空包套中进行焊接，因此有效防止了待焊金属被氧化，且降低了真空设备成本。通过本发明方法进行焊接使得铜靶材坯料与铜合金背板在接触面的相互扩散程度较高，结合强度能够达到100Mpa以上，结合率可以达到95％以上，还具有受热抗变形能力强，以及加工周期短等优点。 

附图说明

图1为本发明所述铜靶材坯料与铜合金背板焊接方法的具体实施方式流程图； 

图2至图5为本发明所述铜靶材坯料与铜合金背板的焊接实施示意图。 

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，结合图2至图5的实施示意图进行说明，本发明主要步骤如下： 

S1、提供铜靶材坯料以及铜合金背板；