镍铬靶材组件的制造方法与流程

本发明涉及半导体溅射靶材制造领域，尤其涉及一种镍铬靶材组件的制造方法。

背景技术：

靶材是溅射技术的基础材料。由于镍和铬的原子表面能较为接近，镍铬靶材的溅射产物成分与靶材成分不发生明显偏差，有利于靶材成分的选择和薄膜成分的控制，并且镍铬合金膜还具有较低的电阻温度系数、较高的灵敏系数且对温度依赖小等优点，因此，镍铬靶材在市场中的应用越来越受关注。

为了保证镍铬靶材具有良好的导电和导热性能，镍铬靶材在溅射前需要与背板(铜或铝等材料)连接到一起。随着半导体领域的发展，晶圆尺寸不断扩大，溅射功率逐渐提高，对靶材与背板的焊接强度和焊合率要求越来越高。此外，在现有的溅射技术下，靶材组件的工作环境十分恶劣，在溅射过程中，靶材组件的靶材一侧通常处于高温高压下，而背板一侧则处于一定压力的冷水中，这就对靶材和背板的焊接工艺提出了很高的要求。

但是现有的镍铬靶材与背板的焊接工艺中，靶材组件的焊接率低，缺陷率高。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种镍铬靶材组件的制造方法，提高镍铬靶材组件的焊接强度。

为解决上述问题，本发明提供一种镍铬靶材组件的制造方法，包括：提供背板、焊料和镍铬靶材，所述焊料为能与所述镍铬靶材及背板浸润的焊料，所述背板用于与镍铬靶材焊接的面为第一焊接面，所述镍铬靶材用于与背板焊接的面为第二焊接面；将所述焊料放置于所述背板的第一焊接面和镍铬靶材的第二焊接面；加热使所述焊料熔化；对所述背板的第一焊接面和所述镍铬靶材的第二焊接面进行第一超声波处理，浸润所述第一焊接面和第二焊接 面；在所述背板的第一焊接面和所述镍铬靶材的第二焊接面上再次放入焊料；对背板的第一焊接面和镍铬靶材的第二焊接面进行第二超声波处理，增加所述第一焊接面和第二焊接面上焊料分布的均匀度；将所述背板的第一焊接面与镍铬靶材的第二焊接面相贴合进行焊接；焊接后进行冷却，形成镍铬靶材组件。

可选的，所述背板的材料为铜或铝。

可选的，所述焊料为铟焊料，所述铟焊料的纯度为99.9％以上。

可选的，所述镍铬靶材为超高纯镍铬合金，所述超高纯镍铬合金为镍和铬质量百分比大于或等于99.9％的镍铬合金。

可选的，采用超声波装置执行所述第一超声波处理和第二超声波处理，所述超声波装置包括超声波探头；

所述第一超声波处理和第二超声波处理包括：采用第一功率和第一超声波探头处理所述背板和所述镍铬靶材的中间区域；采用第二功率和第二超声波探头处理所述背板和所述镍铬靶材的边缘区域；

所述第一超声波处理和第二超声波处理中，第一功率大于所述第二功率，第一超声波探头的接触面积大于所述第二超声波探头的接触面积。

可选的，在所述背板上形成有凹槽，所述第一焊接面位于所述凹槽的底部；

将所述背板的第一焊接面与镍铬靶材的第二焊接面相贴合的过程中，将所述镍铬靶材放置于所述凹槽中，使所述镍铬靶材的第二焊接面与所述凹槽的底部相贴合。

可选的，所述加热使所述焊料熔化的步骤包括：将所述背板和镍铬靶材放入加热平台上加热到180～190摄氏度使焊料熔化。

可选的，所述将所述背板的第一焊接面与镍铬靶材的第二焊接面相贴合的步骤包括：用真空吸附盘吸附所述镍铬靶材，并使所述镍铬靶材的第二焊接面与所述背板的第一焊接面相贴合。

可选的，所述制造方法还包括，在将所述背板与镍铬靶材贴合之前，去 除所述背板第一焊接面和镍铬靶材第二焊接面上的焊料氧化物。

可选的，所述冷却的步骤包括，焊接完成后，在加压的条件下，使背板和镍铬靶材在加热平台上随加热平台自然冷却，冷却过程中压强为0.4～0.6兆帕，冷却时间为1～2小时。

可选的，所述制造方法还包括，冷却处理之后，对背板和镍铬靶材进行机械加工，形成靶材组件。

可选的，加热使所述焊料熔化的步骤中，采用加热平台加热到使焊料熔化后，处于保温状态；

后续第一超声波处理、再次放入焊料、第二超声波处理以及贴合焊接的过程中，所述加热平台处于保温状态，所述保温状态的温度为150～200摄氏度。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的镍铬靶材组件的制造方法中，采用能与镍铬合金及背板浸润的焊料，并且在加热保温状态下，采用两次超声波处理方法辅助焊接，这两次超声波处理能够使焊料在背板和镍铬靶材表面生成一层合金层，且能够保证焊料在背板和镍铬靶材的焊接面均匀分布；从而保证了焊接时镍铬靶材和背板能够很好地接触并进行粘结，进而达到高焊接强度、高焊合率、低缺陷率的焊接效果。

可选方案中，背板和镍铬靶材使用纯度高于99.9％的铟焊料浸润，所述铟焊料对镍铬靶材的浸润性好，并且焊接温度低，在焊接过程中镍铬靶材的变形小，有利于镍铬靶材与背板充分接触，且不容易产生缺陷，从而提高焊接强度和焊合率。

附图说明

图1为本发明镍铬靶材组件的制造方法一实施例的流程图；

图2至图11是本发明镍铬靶材组件的制造方法一实施例各步骤的示意图。

具体实施方式

现有的镍铬靶材与背板的焊接工艺存在诸多问题，包括：焊接强度低， 缺陷率高，焊接工艺不成熟。

现结合现有技术制造镍铬靶材组件的过程分析其焊接强度低，缺陷率高的原因：现有技术在利用焊料对背板和镍铬靶材的焊接面进行浸润处理时，采用机加工齿或毛刷打磨焊接面。利用机加工齿或毛刷打磨焊接面很难提高焊料对焊接面的浸润程度。此外，在焊接过程中所使用的焊料与背板及镍铬靶材的浸润性较差。这些制约了背板和镍铬靶材之间的粘合性，从而制约焊接强度的提高及缺陷率的降低。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种镍铬靶材组件的制造方法，本发明的制造方法中，采用能与镍铬合金及背板浸润的焊料，并且在加热保温条件下，采用两次超声波处理方法辅助焊接，这两次超声波处理能够使焊料在背板和镍铬靶材表面生成一层合金层，且能够保证焊料在背板和镍铬靶材的焊接面上均匀分布；从而保证了焊接时镍铬靶材和背板能够很好地接触并进行粘结，进而达到高焊接强度、高焊合率、低缺陷率的焊接效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图1，图1是本发明镍铬靶材组件的制造方法一实施例的流程图。所述镍铬靶材组件的制造方法，包括：

步骤S1，提供背板、焊料和镍铬靶材，所述焊料为能与所述镍铬靶材及背板浸润的焊料，所述背板用于与镍铬靶材焊接的面为第一焊接面，所述镍铬靶材用于与背板焊接的面为第二焊接面；

步骤S2，将所述焊料放置于所述背板的第一焊接面和镍铬靶材的第二焊接面；

步骤S3，加热使所述焊料熔化；

步骤S4，对所述背板的第一焊接面和所述镍铬靶材的第二焊接面进行第一超声波处理，浸润所述第一焊接面和第二焊接面；

步骤S5，在所述背板的第一焊接面和所述镍铬靶材的第二焊接面上再次放入焊料；

步骤S6，对背板的第一焊接面和镍铬靶材的第二焊接面进行第二超声波 处理，增加所述第一焊接面和第二焊接面上焊料分布的均匀度；

步骤S7，将所述背板的第一焊接面与镍铬靶材的第二焊接面相贴合进行焊接；

步骤S8，焊接后进行冷却，形成靶材组件。

结合参考图2至图9，图2至图9是本发明镍铬靶材组件制造方法一实施例各步骤的结构示意图。下面将用具体的实施例对本发明做具体的描述如下：

结合参考2和图3，执行步骤S1，提供背板100、焊料101和镍铬靶材102，所述焊料101为能与所述镍铬靶材102及背板100浸润的焊料101，所述背板100用于与镍铬靶材102焊接的面为第一焊接面110，所述镍铬靶材102用于与背板100焊接的面为第二焊接面111。

本实施例中，所述背板100为铜背板。但是本发明对背板100的材料不做限制，所述背板100的材料还可以是铝。

本实施例中，所述背板100的尺寸为965.5mm×188.8mm×14mm，但是，本发明对所述背板100的尺寸不做限制。

本实施例中，所述背板100上形成有凹槽103，所述第一焊接面110位于所述凹槽103的底部，所述凹槽103用于承装所述焊料101和镍铬靶材102，此外，还可以防止镍铬靶材102在使用过程中脱靶。

本实施例中，所述镍铬靶材102为超高纯镍铬合金，所述超高纯镍铬合金为镍和铬的质量分数(即镍的质量百分比和铬的质量百分比之和)大于等于99.9％的镍铬合金。但是本发明对所述镍铬合金的纯度不做限制，所述镍铬靶材102还可以是其它纯度的镍铬合金(例如，高纯镍铬合金)。

本实施例中，所述镍铬靶材102的尺寸为135mm×900mm×5.2mm，但是，本发明对所述镍铬靶材102的尺寸不做限制。

本实施例中，所述焊料101为铟焊料，所述铟焊料的纯度大于99.9％。所述铟焊料能浸润所述镍铬靶材102和背板100，并且焊接温度低，只有180～190摄氏度，在焊接过程中镍铬靶材102的变形小，有利于提高镍铬靶材102与背板100接触的充分性，且不容易产生缺陷，从而提高焊接强度和焊合率。

本实施例中，所述焊料101为铟焊条，所述铟焊条可以在所述背板100 的第一焊接面110和所述镍铬靶材102的第二焊接面111上进行无缝排列，有利于所述焊料101在所述第一焊接面110和第二焊接面111上分布均匀。

继续结合参考图2和图3，执行步骤S2，将所述焊料101放置于所述背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111。

本实施例中，将所述焊料101放入所述背板100的所述凹槽103中，还将所述焊料101放入所述镍铬靶材102的第二焊接面111上。所述焊料101在所述第一焊接面110和第二焊接面111上无缝排列，从而保证焊料101在所述第一焊接面110和第二焊接面111上分布均匀。

执行步骤S3，加热使所述焊料101熔化。

本实施例中，所述加热使所述焊料101熔化的步骤包括：将所述背板100和所述镍铬靶材102放置于加热平台上，通过对加热平台升温对所述背板100和镍铬靶材102进行加热，使焊料101熔化。

具体的，本实施例中，所使用的焊料101为纯度大于99.9％的铟焊料，所述铟焊料的熔点为180～190摄氏度，因此，在所述加热平台上将背板100和镍铬靶材102表面加热到180～190摄氏度，焊料101熔化。

需要说明的是，加热使所述焊料101熔化的步骤中，采用加热平台加热到使焊料101熔化后，处于保温状态；后续第一超声波处理、再次放入焊料101、第二超声波处理以及贴合焊接的过程中，所述加热平台处于保温状态，所述保温状态的温度为150～200摄氏度。

结合参考图4和图5，执行步骤S4，对所述背板100的第一焊接面110和所述镍铬靶材102的第二焊接面111进行第一超声波处理，浸润所述第一焊接面110和第二焊接面111。

本实施例中，所述第一超声波处理用于使所述背板100的第一焊接面110和所述镍铬靶材102的第二焊接面111上形成一层合金层，从而达到使所述第一焊接面110和第二焊接面111被焊料101浸润的目的。

本实施例中，所述第一超声波处理包括：将所述背板100和所述镍铬靶材102放入超声波装置，利用具有第一超声波探头104和第一功率的第一超声波装置处理背板100和镍铬靶材102的中间区域，利用具有第二超声波探 头105和第二功率的第二超声波装置处理背板100和镍铬靶材102的边缘区域。

具体的，所述第一超声波探头104的尺寸为50mm×10mm，所述第二超声波探头105的直径为20mm。本发明对超声波探头的尺寸不做限制，可以根据镍铬靶材102和背板100的尺寸选择其他尺寸的第一超声波探头104和第二超声波探头105。

本实施例中，所述第一超声波探头104的接触面积大于所述第二超声波探头105的接触面积，所述第一功率大于所述第二功率。所述第一超声波装置比所述第二超声波装置的处理速度快，效率高。因此，利用所述第一超声波装置处理所述背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111的中间大部分区域，有利于提高超声波处理的效率。然而，所述第一超声波装置受第一超声波探头104的尺寸和形状的限制，处理背板100和镍铬靶材102的边缘区域时容易受到限制。利用所述第二超声波装置处理第一焊接面110和第二焊接面111的边缘区域，有利于克服第一超声波探头104的形状和尺寸对处理区域的限制，保证所述背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111均实现超声波处理。

结合参考图6和图7，执行步骤S5，在所述背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111上再次放入焊料101。

本实施中，将所述再次放入的焊料101放置于所述背板100的凹槽103中，还将所述再次放入的焊料101放置于所述镍铬靶材102的第二焊接面111上，所述再次放入的焊料101用于后续的浸润和焊接工艺。

本实施例中，所述再次放入的焊料101为铟焊料，所述铟焊料的纯度大于99.9％。所述再次放入的铟焊料与第一次加入的铟焊料的结合性好，能够保证焊接强度。

本实施例中，所述再次加入的焊料101为铟焊条，所述铟焊条有利于在背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111上进行无缝排列，从而增加再次加入的焊料101在所述第一焊接面110和第二焊接面111上分布的均匀度。

需要说明的是，在所述背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第 二焊接面111上再次放入焊料101的过程是在加热平台上进行的，所述再次加入的焊料101在加热平台处于保温条件下熔化。

请参考图8和图9，执行步骤S6，对背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111进行第二超声波处理，增加所述第一焊接面110和第二焊接面111上焊料101分布的均匀度。

需要说明的是，再次将焊料101放在所述背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111上时，焊料101与第一焊接面110或第二焊接面111之间存在温差，为了减少局部浸润不良的问题，执行所述第二超声波处理。从而增加所述第一焊接面110和第二焊接面111上焊料101分布的均匀度。具体的，所述第二超声波处理包括一次或多次超声波浸润处理。

本实施例中，所述第二超声波处理包括：将所述背板100和镍铬靶材102放入超声波装置，利用具有第一超声波探头104和第一功率的第一超声波装置处理背板100和镍铬靶材102的中间区域，利用具有第二超声波探头104和第二功率的第二超声波装置处理背板100和镍铬靶材102的边缘区域。

具体的，所述第一超声波探头104的尺寸为50mm×10mm，所述第二超声波探头105的直径为20mm。

本实施例中，所述第一超声波探头104的接触面积大于所述第二超声波探头105的接触面积，所述第一功率大于所述第二功率。所述第一超声波装置比所述第二超声波装置的处理速度快，效率高。因此，利用所述第一超声波装置处理所述背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111的中间大部分区域，有利于提高超声波处理的效率。然而，所述第一超声波装置受第一超声波探头104的尺寸和形状的限制，在处理背板100和镍铬靶材102的边缘区域时容易受到限制。利用所述第二超声波装置处理所述第一焊接面110和第二焊接面111的边缘区域，有利于克服第一超声波探头104的形状和尺寸对处理区域的限制，保证所述背板100的第一焊接面110和所述镍铬靶材102的第二焊接面111均实现超声波处理。

请参考图10，执行步骤S7，将所述背板100的第一焊接面110与镍铬靶材102的第二焊接面111相贴合进行焊接。

本实施例中，所述将所述背板100的第一焊接面110与镍铬靶材102的 第二焊接面111相贴合进行焊接的过程包括：利用真空吸盘吸附所述镍铬靶材102的与第二焊接面111相对的另一面，将所述镍铬靶材102提起，扣入所述背板100的凹槽103(参考图6)中，使所述背板100的第一焊接面110与所述镍铬靶材102的第二焊接面111贴合，完成焊接。

需要说明的是，在对背板100和镍铬靶材102进行加热的过程中，背板100和镍铬靶材102表面部分焊料101容易发生氧化生成焊料氧化物，所述焊料氧化物下方的焊料101由于被焊料氧化物覆盖而不发生变化。因此，在将所述背板100与镍铬靶材102贴合之前，去除背板100和镍铬靶材102表面的焊料氧化物。去除焊料氧化物之后再进行焊接，可以提高焊接强度。

具体的，所述去除焊料氧化物的方法为采用毛刷打磨背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111。本发明对所述去除焊料氧化物的方法不做限制，去除焊料氧化物的方法还可以采用机加工齿对背板100的第一焊接面110和镍铬靶材102的第二焊接面111进行打磨，去除焊料氧化物。

结合参考图11，执行步骤S7，焊接后进行冷却，形成靶材组件106。

本实施例中，所述焊接后进行冷却的步骤包括，焊接完成后，在加压的条件下，使背板100和镍铬靶材102在加热平台上随加热平台自然冷却。

具体的，冷却过程中的压强为0.4～0.6兆帕，冷却时间为1～2小时。所述加压的过程用于挤出背板100与镍铬靶材102之间多余的焊料101，保证背板100与镍铬靶材102的焊接强度。

需要说明的是，在从加热所述背板100和镍铬靶材102至焊料101熔化到冷却之前的过程是在加热平台上进行的，所述加热平台温度恒定，所述加热平台的温度为150～200摄氏度。

还需要说明的是，冷却完成后，对焊接后的背板100和镍铬靶材102进行机械加工，加工成为尺寸符合设计要求的靶材组件106。本实施例中，所述机械加工包括粗加工和精加工。

具体的，冷却完成后，焊接后的所述背板100和镍铬靶材102构成第一毛坯，所述第一毛坯经过粗加工和精加工加工成为所述靶材组件106。

本实施例中，所述粗加工的加工方法为对所述第一毛坯通过铣刀铣削的方法进行加工，但是，本发明对所述粗加工的方法不做限制，所述粗加工的 方法还可以是通过车削外圆法对所述第一毛坯进行处理。

本实施例中，所述粗加工的去除量为10～30μm，表面粗糙度的轮廓算数平均偏差(Ra)值为6.3～0.8μm。

本实施例中，所述粗加工用于将所述第一毛坯加工成符合尺寸要求的第二毛坯，此外，在粗加工过程中，能够发现所述第一毛坯的缺陷，为后续的修补和报废的决定提供依据，从而提高机械加工的效率。

本实施例中，所述精加工的方法为采用研磨的方式对第二毛坯进行加工，但是，本发明对所述细加工的方法不做限制，所述细加工的方法还可以是利用金刚镗或金刚车对所述第二毛坯进行精加工。

所述精加工的加工精度为10～0.1μm，表面粗糙度的轮廓算数平均偏差(Ra)值为0.8～0.3μm，用于将所述第二毛坯加工成为加工精度和表面质量达到图样规定要求的靶材组件106。

以上所述仅为本发明的具体实施例，目的是为了使本领域技术人员更好的理解本发明的精神，然而本发明的保护范围并不以该具体实施例的具体描述为限定范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明精神的范围内，可以对本发明的具体实施例做修改，而不脱离本发明的保护范围。