[发明专利]一种超高纯铜系靶材与背板的焊接方法

说明书

本发明公开了一种超高纯铜系靶材与背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将带有螺纹的背板焊接面进行镀膜处理，然后与超高纯铜系靶材进行装配；将装配好的超高纯铜系靶材和背板放入包套，将所述包套封口后抽真空；将抽真空后的包套进行热等静压处理，完成超高纯铜系靶材与背板的焊接。本发明所述方法通过背板焊接面结构的改进，螺纹凸起可以嵌入靶材内部，增强两者的结合作用，再利用镀膜的扩散性，将靶材和背板的焊接面充分覆盖，提高两者之间的焊接结合度，焊接强度高，所述镀膜设置于背板上，保证焊接时镀膜的完整性，避免螺纹凸起对镀膜的破坏；本发明采用热等静压工艺控制靶材晶粒的尺寸，使之满足超大规模集成电路的应用要求。

技术领域

本发明属于靶材制备技术领域，涉及一种超高纯铜系靶材与背板的焊接方法。

背景技术

随着半导体制造技术和超大规模集成电路的飞速发展，集成电路芯片的集成度越来越高，多层金属互连技术的应用愈发广泛。目前半导体用芯片的尺寸已经缩小到纳米级别，此时金属互连线的电阻电容延迟和电迁移现象成为影响芯片性能的主要因素，而传统的铝及铝合金互连线已经不能满足超大规模集成电路工艺制程的需求。与铝相比，铜具有更好的抗电迁移能力和电导率，尤其是超高纯铜，其纯度在6N以上，对于降低芯片互连线的电阻，提高其运算速度具有重要意义；但是在28nm工艺节点以下的集成电路应用中，超高纯铜的电迁移问题较为严重，通过在超高纯铜中添加微量Mn、Al等合金元素能够形成自扩散阻挡层，从而可以有效降低电迁移。

靶材在使用时，由于溅射机台的多样性，通常需要与另一种高强度的背板材料焊接形成靶材组件。目前常用的焊接方式有钎焊和扩散焊接，钎焊采用焊料进行焊接，最常用的为锡焊，由于锡的熔点低，而溅射机台工作温度相对较高时则会出现焊料融化、产品脱焊的风险；扩散焊接是一种耐高温、高强度的焊接方式，但是由于超高纯铜及铜合金靶材的特性，如果焊接温度较高，其晶粒会异常长大，从而不能达到晶圆线宽的要求，因此需要在相对较低的温度下进行焊接。

为了实现超高纯铜系靶材与背板在非高温条件下的良好焊接，目前常采用热等静压焊接技术，其所用设备通常为热等静压机，所述热等静压机是利用热等静压技术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、待压实的烧结坯料或异种金属施加各向均等静压力，形成高致密度坯料或零件的仪器设备，是先进成型技术和先进材料研制领域的关键设备。

CN 101579782A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；该方法中对靶材和背板焊接面进行光洁度加工，会造成焊接层厚度较薄，两者结合强度较弱。

CN 110977133A公开了一种超高纯铜靶材的扩散焊接方法，包括如下步骤：将装配好的超高纯铜靶材和具有螺纹的背板放入包套，并在超高纯铜靶材和包套盖板间设置垫块，然后对包套进行焊接并抽真空；将抽真空后的包套进行热等静压处理，之后冷却并移除包套，完成焊接。该方法主要是通过增加垫块消除靶材边缘的应力集中区域，抑制该区域晶粒异常长大，对焊接强度并无明显的改进措施。

综上所述，对于靶材和背板的热等静压焊接，还需要在焊接前对焊接面进行处理，以提高两者的焊接强度，同时抑制靶材晶粒的长大，使之能够满足更为精细化的集成电路工艺制程的要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种超高纯铜系靶材与背板的焊接方法，所述焊接方法通过在背板焊接面上设置螺纹并镀膜，使得靶材背板在进行扩散焊接时，利用螺纹的凸起使其嵌入靶材内部，增强两者的结合性，并利用镀膜的扩散性，提高靶材和背板间焊接的均匀性和结合度，从而提高靶材组件的焊接强度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种超高纯铜系靶材与背板的焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：