[发明专利]一种热等静压扩散焊接的方法

说明书

本发明提供了一种热等静压扩散焊接的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将靶材、背板与垫板的组合放置于金属包套中；(2)金属包套抽真空密封后，进行热等静压处理；步骤(1)所述靶材、背板与垫板的组合中，靶材位于背板与垫板之间；步骤(2)所述热等静压处理时，靶材在垫板压力作用下与背板扩散焊接。本发明通过在靶材顶部设置垫板，通过垫板将靶材与背板进行热等静压扩散焊接，克服了包套直接作用于靶材造成的靶材局部出现晶粒异常增大的缺陷，从而保证了靶材与背板的扩散焊接质量，保证了磁控溅射的效果。

技术领域

本发明属于磁控溅射技术领域，涉及一种扩散焊接的方法，尤其涉及一种热等静压扩散焊接的方法。

背景技术

溅射靶材是制造半导体芯片所必须的一种极其重要的关键材料，利用其制作器件的原理是采用物理气相沉积技术，用高压加速气态离子轰击靶材，使靶材的原子被溅射出来，以薄膜的形式沉积到硅片上，最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。

溅射靶材具有金属镀膜的均匀性、可控性等诸多优势，被广泛应用于半导体领域。由于铜具有更高的电导率和更好的抗电迁移特性，目前铜靶材被广泛地应用在超大规模集成电路的互连线中，铜溅射靶材已成为半导体行业发展不可或缺的关键材料。

靶材的晶粒尺寸、晶粒取向对集成电路金属薄膜的制备以及性能存在着很大的影响，主要表现为：随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率趋于降低；在合适的晶粒尺寸范围内，靶材使用时的等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率高、薄膜厚度均匀性好。因此，为了提高靶材的性能，需要严格控制靶材的晶粒尺寸，使靶材均匀地溅射在溅镀基材上。

溅射靶材使用过程中需要与背板进行焊接组合，目前常用的焊接方式包括锡焊或扩散焊。锡焊由于锡的熔点较低，溅射机台的工作温度相对较高时容易出现锡料熔化使产品脱焊的风险；扩散焊是一种耐高温、高强度的焊接方式，但如果扩散焊接的温度较高，靶材中金属晶粒容易异常长大，不能达到晶圆线宽的要求，因此需要在较低的温度下降靶材与背板进行扩散焊接。

目前，半导体用芯片已经缩小到纳米级别，金属互连线的RC延迟和电迁移现象成为影响芯片性能的主要因素。铜具有较高的抗电迁移能力和更高的电导率，尤其是纯度为6N以上的铜对于降低芯片互连线电阻、提高芯片运算速度具有重要意义。

超高纯铜靶材(纯度≥6N)由于其优良的导电性能，是制造半导体芯片导线的常用材料。但由于超高纯铜靶材的硬度较低(60-65HV)，且超高纯铜靶材的成本较高。需要将超高纯铜靶材与硬度较高的铜合金背板焊接在一起。超高纯铜在高温和/或高压下晶粒极其容易长大，从而会对晶圆的线宽以及均匀性产生不利的影响。

为了实现超高纯铜靶材和铜合金背板的优良焊接，目前采用的方法为热等静压扩散的方法。例如CN 110539067 A公开了一种高纯铜靶材的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法将经过表面处理的靶材与背板密封放置于包套中，通过热等静压的方法将靶材与背板焊接在一起。但是，超高纯铜靶材以及铜合金背板在热等静压过程中存在热胀冷缩的现象，靶材组件与包套之间的间隙过大或过小都会影响靶材与背板的焊接效果；另外，超高纯铜靶材与铜合金背板在热等静压焊接过程中，包套盖板在压力作用下使超高纯铜靶材外缘区域应力集中，从而造成晶粒粗化。

因此，需要对热等静压扩散焊接方法进行改进，以消除由于应力集中或装配间隙不合适造成的晶粒异常增大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热等静压扩散焊接的方法，所述方法操作简单，能够克服包套直接作用于靶材造成的靶材局部出现晶粒异常增大的缺陷，从而保证了靶材与背板的扩散焊接质量，保证了磁控溅射的效果。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种热等静压扩散焊接的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将靶材、背板与垫板的组合放置于金属包套中；