[发明专利]一种制造溅射靶材的方法

说明书

技术领域

本发明属于溅射靶材技术领域，特别涉及一种制造溅射靶材的方法。

背景技术

随着半导体集成电路芯片的制备向着大尺寸化方向发展(8、12甚至18英寸)，溅射靶材的尺寸和溅射功率也随之增大。对溅射靶材的微观组织以及靶材与背板连接的要求也越来越高。大面积靶材与背板的连接技术已成为靶材组件制备的关键技术。多数靶材在溅射前必须与无氧铜(或Al等其他材料))底盘连接到一起，使溅射过程中靶材与底盘的导热导电状况良好。

在溅射过程中，靶材组件作为阴极，首先应具有优良的导电性，同时为了排放高能态离子高速轰击靶材表面产生的热量，靶材组件也要具有优良的导热性。因此，靶材与背板的连接既要有一定的结合强度，以避免溅射靶在工作中的脱落、脆裂等问题，又要有高的热传导率和电传导率，靶材与背板连接的常用技术包括：机械咬合、钎焊、扩散焊等。

在平面磁控溅射过程中，由于正交电磁场对溅射离子的作用关系，溅射靶在溅射过程中将产生不均匀冲蚀(Erosion)现象，从而造成溅射靶材的利用率普遍低下，只有30％左右。近年来，设备改善后靶材的利用率提高到50％左右。由于靶材优先从中心溅射，因此圆柱形靶在溅射过程中的产量或利用率较低，因此如何利用此特点为提高溅射靶材的使用效率和使用寿命创造了机会。

CN1849408A公开了一种溅射靶材的制作方法，它采用锥形嵌入的方法制备靶坯和背板的组合件。该方法的主要缺陷为无法完全控制溅射的区域，有可能打穿溅射靶，从而影响溅射寿命。同时该组合件的加工难度大，要求高，焊接强度低，容易变形。而且在焊接过程中，还容易过快的导致焊接层处接近溅射区域，而焊接层处的晶粒极易长大，从而影响溅射质量。

CN201793723U也公开了一种溅射靶材组件的制作方法，该专利是通过改变靶材的上表面的设计，来提高靶材的使用寿命的。这是两种不同的考虑延长靶材寿命的方法。

发明内容

本发明的目的在于利用靶材的溅射特点，合理的设计和利用靶坯和背板的结构，通过加厚靶坯的总厚度，来达到充分提高靶坯的使用效率而又不影响靶坯和背板的结合强度的作用。本发明能够显著的提高靶材寿命，靶材的使用寿命提高了至少30％，最多能够提高100％以上，采用本发明方法制备靶材可改善劳动生产率，降低成本，降低更换靶材的时间。使得焊接层远离溅射表面，提高溅射效果。

传统的溅射靶材中背板和靶坯的焊接面都为水平，靶坯尺寸小于背板尺寸(如图1所示)。

本发明提出一种制造溅射靶材的方法，该方法主要包括以下步骤：

(1)背板的制备，背板具有一凹槽，槽深为1-15毫米，该凹槽为圆柱形凹槽或者为直径向内侧逐渐减小的阶梯式凹槽，该凹槽具有一定的深度和直径(如图2、图3、图4、图5、图6和图7所示)，该凹槽用以容纳溅射靶坯的嵌入，同时又不影响焊接强度；

(2)靶坯的制备，靶坯具有一凸起，凸起高1-15毫米，该凸起为圆柱形凸起或者为直径向内侧逐渐减小的阶梯式凸起，该凸起与背板上的凹槽相对应，用以嵌入相应的背板中(如图2、图3、图4、图5、图6和图7所示)；

其中，背板底部阶梯式凹槽可形成两层或大于两层的阶梯式结构，同时相应的靶坯也制作成两层或大于两层的阶梯式结构用以嵌入背板中；

(3)采用热压、冷压或者钎焊的方法，焊接靶坯和背板成为一体，将靶坯的凸起部分完全嵌入背板的凹陷部分内使得靶坯和背板完全充分结合。采用这样的方法能够显著提高靶坯的溅射深度，延长靶材的溅射时间。

在靶坯和背板的接触表面加工各种接触表面形状，包括锯齿型、嵌合齿型等，还包括一定的接触表面的粗糙化处理；还可以在接触表面制备中间层后再焊接靶坯和背板成为一体(图6和图7)，中间层厚度约为0.1-5毫米。该中间层通常为钛及钛合金，铝及铝合金，镍及镍合金，银及银合金，铜及铜合金，钒及钒合金等。该中间层可以在凹槽面上制备，也可以在凸起面上面制备，或者两个接触面都制备。中间层可以通过电镀、热喷涂、溅射、钎焊等方法制备。对于不能相互扩散焊接的金属或焊接强度低的金属来说，采用中间层进行过渡，加入中间层后可以使得靶材的焊接强度提高50％以上。

通过热压、冷压或钎焊等工艺后，可在200℃以上保温1小时以上强化靶坯和背板的焊合。采用该强化焊合步骤可使得焊接强度提高10％-30％。

靶坯和背板通过上述方法焊接制备成品靶材，成品靶材外形可为圆形、方形、三角形或异形。