[发明专利]一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法

说明书

本发明公开了属于靶材焊接技术领域的一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法，步骤如下：将稀土靶坯和背板焊接面进行车齿，在车齿面进行背金处理；在稀土靶坯的非焊接面镀保护层；二者焊接界面设置中间层；制备焊接用包套，在包套内表面涂覆防护层；将稀土靶坯、中间层和背板装配到包套内，将包套进行电子束封焊加工，得到封焊靶材；将封焊靶材进行热等静压扩散焊接，得到高纯稀土靶材。本发明制备的靶材，克服了稀土材料活性高易氧化及与包套材料反应污染的问题，并且所述靶材焊合率≥99％，焊接强度≥60MPa，并且包套与靶材可自动分离，节约成本，提高生产效率。

技术领域

本发明属于于靶材焊接技术领域，尤其涉及一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法。

背景技术

随着集成电路产业技术不断发展，CMOS晶体管的尺寸越来越小，集成度越来越高，制程节点为65nm左右时，常采用SiO₂材料；当制程节点为45-14nm时，使用铪基复合材料；在10nm以下制程节点，铪基复合材料已经无法满足制程要求，需要采用更高K栅介质材料，稀土高K栅介质材料，如：镧、钇、钆等元素的非晶态氧化物，因具有高介电常数、较大的带隙以及良好的热稳定性等特性，成为下一代集成电路栅介质材料优良的替代材料。稀土合金靶材，如高纯铝钪稀土合金靶材，主要用于溅射高纯AlScN薄膜。相比现有AlN压电薄膜，其具有更强更优的压电性能，其应用领域主要分为高频移动通信(5G)射频滤波器芯片及各类先进MEMS传感器制造。

栅介质材料等薄膜制备一般采用PVD磁控溅射技术制备，采用的原材料为相应的溅射靶材。开发高纯稀土金属靶材对解决先进电子材料的迫切需求具有重要的意义。对于靶材的制备工艺，通常要将靶材与背板进行焊接成型加工，然后再经过机加工及后处理工艺，最后得到成品靶材产品。

稀土材料为稀有资源，高纯稀土材料价格昂贵，靶材扩散焊接后，靶材可能与包套材料焊接一起，去除非常困难，同时靶材扩散焊接后，因靶材、背板及包套材料的线膨胀系数不同，导致靶材会发生不同程度的变形，在机加工去除包套时，会将部分稀土材料加工去除，造成资源的浪费，同时，造成靶材厚度均匀性变差，使铁磁性稀土材料靶材性能降低。

高纯稀土材料因其活性高，易与空气及水反应，在高温下易与焊料铟、金属铝、铜等材料发生反应，对加工过程的焊接工艺提出了更高的要求。目前，国内外鲜有关于稀土靶材焊接技术的科研及工业应用的相关报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法，包括如下步骤：

1)稀土靶坯及背板加工：将稀土靶坯和背板焊接面进行车齿加工，并在车齿面进行背金处理，然后进行真空包装；

2)稀土靶坯表面处理：在稀土靶坯的非焊接表面镀保护层；

3)中间层设计：在稀土靶坯和背板的焊接界面设置中间层；

4)包套加工：普车制备焊接用包套，并对包套进行焊接前清洗处理；

5)包套特殊处理：在包套内表面均匀涂覆防护层，并进行烘干处理；

6)电子束封焊加工：将稀土靶坯、中间层和背板装配到包套内，真空条件下，将包套接口处进行电子束封焊加工，得到封焊靶材；

7)热等静压扩散焊接加工：将封焊靶材进行热等静压扩散焊接加工，稀土靶坯和背板的车齿结构咬入中间层材料，并发生扩散焊接，去除包套，得到一体的高纯稀土靶材。

所述高纯稀土靶材的稀土材料包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕，钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇金属及其合金中的任意一种；所述合金包括稀土的Al合金、Fe合金、Co合金或Zr合金；具体包括：Nb-Fe、Sm-Fe、Tb-Fe、Dy-Fe、Al-Sc、Al-Nd、Al-Er、Co-Zr-RE等合金；背板材料包括铝合金、铜或铜合金；高纯稀土靶材的焊合率≥99％，焊接强度≥60MPa。