[发明专利]钨钛合金靶材与铜合金背板扩散焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域溅射靶材制造，尤其涉及钨钛合金靶材与铜合金背板扩散焊接方法。

背景技术

高纯钨、钛或是其合金具有对电子迁移的高电阻、高温稳定性以及能形成稳定的硅化物，因而在电子工业中常以薄膜形式用作栅极、连接、过渡和阻挡金属层得到广泛使用。尤其在超大规模集成电路制备中，其作为电阻层、扩散阻挡层发挥良好的性能。

而在现代大规模的集成电路制造工艺中，磁控溅射以其溅射率高、基片温升低、膜-基结合力好等优势成为了最优异的基片镀膜工艺。高纯钨靶和高纯钨钛合金靶通常被施以磁控溅射的方式制作各种复杂和高性能的薄膜材料。如，钨钛合金溅射靶材便常用于制作薄膜系太阳能电池的过渡金属层。

在磁控溅射镀膜工艺中，靶材组件由符合溅射性能的靶材和与所述靶材结合的背板构成。磁控溅射镀膜工艺中，靶材组件处于高压电场和磁场强度较大的磁场中，受到各种高能量离子轰击，致使靶材发生溅射，而溅射出的中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。整个过程中，靶材组件始终处于高温下，且靶材正面置于在10^-9Pa的高真空环境下，而背板的背部需受到持续的高压冷却水冲击，用以提高靶材组件的散热功效。因而对于磁控溅射工艺中，在靶材组件的靶材和背板两侧存在巨大的压力差。因而在靶材组件制备中，不仅对于背板需要足够的强度，用于靶材组件装配至溅射基台中起到支撑，而且靶材和背板具有足够的结合牢度，从而经受磁控溅射苛刻条件，保证磁控溅射镀膜顺利进行。

目前采用靶材组件常规的焊接工艺包括通过熔焊、钎焊将靶材与背板焊接在一起以形成靶材组件。然而，对于以钨钛合金为靶材，而铜为背板的靶材组件，由于靶材和背板的熔点相差太大(钨熔点为3407℃、钛熔点为1668℃、铜熔点为1084℃)，因而在采用常规焊接工艺时，一方面在焊接时钨钛合金与焊料难以浸润、融合，降低靶材和背板的结合度；另一方面，在磁控溅射高温下，用于结合的焊料易熔化(一般以锡钎料或铟钎料作为焊料，其熔点均小于250℃)；再加之金属钨钛与金属铜的膨胀系数相差较大，因而焊接以及磁控溅射过程中靶材与背板的相对变形较大，尤其是对于大面积的靶材组件，其还存在局部靶材与背板结合度的差异，上述原因皆会导致磁控溅射过程中，靶材与背板脱落，而致使磁控溅射镀膜失败。

现在基于传统焊接工艺的局限性，对于靶材与背板的熔点等物理性能相差很大时，可采用扩散焊接法，所谓的扩散焊接是指将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使两焊件接触面之间的原子、相互扩散形成连接的焊接方法。相对于常规的焊接方式，扩散焊接具有结合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。但基于钨钛合金和铜较大的存在物理特性差异，钨钛合金靶材与铜合金背板问的原子扩散难度较大，即使采用扩散焊接法焊接，焊接的质量并不理想，而且扩散焊接在近1000℃条件下进行，条件要求苛刻。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种钨钛合金靶材与铜合金背板扩散焊接方法，解决钨钛合金靶材与铜合金背板焊接现有工艺中，钨钛合金靶材与铜合金背板焊接效果差，且工艺条件要求苛刻的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种钨钛合金靶材与铜合金背板扩散焊接方法，包括：

提供钨钛合金靶材、铝扩散辅助层以及铜合金背板，所述钨钛合金靶材包括溅射面和预结合面，所述铜合金背板包括预结合面和背面；所述铝扩散辅助层包括与所述钨钛合金靶材的预结合面以及铜合金背板的预结合面结构相匹配的上、下端面；

将钨钛合金靶材、铝扩散辅助层和铜合金背板放置入真空包套中后送入焊接设备；其中，所述铝扩散辅助层位于所述钨钛合金靶材的预结合面和铜合金背板的预结合面之间；且所述铝扩散辅助层的上、下端面分别与所述钨钛合金靶材的预结合面以及铜合金背板的预结合面相贴合；

采用热等静压工艺进行扩散焊接，将钨钛合金靶材焊接至铜合金背板以形成靶材组件；

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，所述钨钛合金靶材的预结合面的面积包括0.10m²～0.16m²。

可选地，所述钨钛合金靶材为圆形靶材，其直径包括350mm～450mm，厚度包括5～12mm。

可选地，在所述热等静压工艺中，将内部装有所述钨钛合金靶材、铝扩散辅助层和铜合金背板的真空包套在300℃～600℃、50Mpa～160Mpa条件下，保温3至5小时，完成所述钨钛合金靶材和铜合金背板扩散焊接。

可选地，所述热等静压工艺条件温度控制于400℃～480℃。