[发明专利]一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件

说明书

本发明涉及一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)在铜靶材焊接面上镀钛膜，再将镀有钛膜的铜靶材和铝合金背板进行装配处理，然后整体放入包套内；(2)将步骤(1)得到的包套封口后进行脱气处理；(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除所述包套，完成所述铜靶材和铝合金背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法通过钛膜的良好扩散性，有助于提高铜靶材和铝合金背板之间的焊接结合度；此外，将钛膜镀在铜靶材焊接面上，可以提高钛膜的均匀性，有助于增强焊接结合度，既可以使操作简单化，又能节省原料成本。采用所述方法制得的铜靶材组件，焊接结合度在99％以上。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，涉及一种靶材组件的焊接方法，尤其涉及一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件。

背景技术

金属溅射靶材是溅射沉积技术中用做阴极的材料，在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击作用下，金属溅射靶材表面金属以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。由于金属溅射靶材往往采用高纯的铝、铜、钛、镍、钽等比较贵重的金属材料。由于金属溅射靶材的强度不一，在实际应用过程中，需要将符合性能要求的金属溅射靶材和具有一定强度的背板结合制成靶材组件，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效地进行溅射控制。背板不仅可以为金属溅射靶材起到支撑作用和冷却作用，还可以降低生产工艺的原料成本。常用的背板材料有铝合金和铜合金等。

目前，需要将金属溅射靶材和背板进行加工并焊接成型，才能保证后续溅射的成功进行。如果金属溅射靶材和背板之间的焊接结合度较差，将导致金属溅射靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板上脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，还可能会导致溅射基台损坏。

铜靶材因为硬度较低，需要与高硬度的合金背板焊接在一起。目前常用的焊接方法主要是钎焊和扩散焊接。对于钎焊工艺所制造的铜靶材组件，由于钎料的熔点较低，耐高温性能较差，当铜靶材组件所使用机台温度较高时，容易出现钎料熔化的现象，从而容易增加产品脱焊的风险。扩散焊接是指相互接触的材料表面，在温度和压力的作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接，属于高温、高压、高强度的焊接方法。然而，如果扩散焊接的温度较高，铜靶材易发生晶粒异常长大，造成晶粒粗大的现象，会对所形成互连结构、导线的线宽以及均匀性有不利影响，进而影响所形成半导体芯片的性能。

热等静压(Hot Isostatic Press，简称HIP)是一种利用热等静压机在高温高压密封容器中，以高压惰性气体为介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料或异种金属施加各向均等静压力来制备高致密度坯料或零件的方法。热等静压技术已成为高温粉末冶金、消除铸件缺陷、异种金属扩散连接、新型工程陶瓷、复合材料、耐火材料、高强石墨碳素等先进成型技术和先进材料研制领域的关键技术。现有技术中将扩散焊接和HIP相结合，开发出了HIP扩散焊接技术。

CN101579782A公开了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。所述焊接方法采用的是HIP扩散焊接技术，通过机加工使得靶材以及背板表面的光洁度达到0.2μm～3.2μm，由此形成的焊接层较薄，焊接效果不佳。

CN101648303A公开了一种靶材与背板的焊接方法，包括：提供铜靶材和背板；在铜靶材的焊接面上形成金属中间层；在背板的焊接面上添加钎料；进行钎焊加热熔化钎料将铜靶材焊接至背板形成靶材组件；然后保温热扩散处理；冷却靶材组件，并进行机械加工去除多余的钎料。所述焊接方法虽然通过金属中间层改善了焊接工件与钎料难以浸润的问题，但是钎焊方法仍然存在焊接结合度不高、耐高温性能差的问题。