靶材的制作方法与流程

本发明涉及半导体制备领域，特别涉及一种靶材的制作方法。

背景技术：

热等静压焊接的靶坯和背板在热等静压焊接过程中，要先加压升温至要求的温度和压力，然后进行保温保压，保温保压过程靶坯和背板进行充分扩散，保温保压结束后需要降温降压。在降温冷却过程中，产品会收缩，由于靶坯和背板的材质不一样，热膨胀系数也会不同，如降温速度过快导致在冷却过程中靶坯和背板会在短时间内出现较大幅度收缩。靶坯和背板收缩程度不同，会导致产品出现较大的变形。如靶坯是脆性材料，则可能会导致在冷却收缩过程中靶材出现开裂；如靶材是贵重金属，产品在冷却收缩过程中出现较大程度变形，则需要通过机加工车平，这种情况会导致贵金属材料的浪费。

因此，需要提供一种降温办法，使得在降温后所述靶坯和背板减小变形或开裂的情况。

技术实现要素：

本发明解决的问题是热等静压焊接之后减小所述靶坯和背板减小变形或开裂的情况。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材的制作方法包括：将靶坯与背板焊接，形成靶材；对所述靶材进行分段式降温。

可选的，所述靶材分两段降温。

可选的，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1℃/min；所述靶材温度为100℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min-3℃/min。

可选的，所述靶材温度为400℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1.2℃/min；所述靶材温度为100℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min-3℃/min。

可选的，所述靶材分三段降温。

可选的，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1℃/min；所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min-1.2℃/min；所述靶材温度为100℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min-3℃/min。

可选的，所述靶材温度为400℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1.2℃/min；所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min-1.5℃/min；所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在1.5℃/min-3℃/min。

可选的，所述靶材分四段降温：所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1℃/min；所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min-1.2℃/min；所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min-1.5℃/min；所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在1.5℃/min-3℃/min。

可选的，所述靶坯以及所述背板通过热等静压工艺焊接。

可选的，控制所述靶坯与背板的温度达到预设温度，进行回收气体工艺。

可选的，所述预设温度为100℃-200℃。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

当所述靶坯与背板焊接在降温的过程中，由于所述靶坯与所述背板的材质不同，所述靶坯与背板在降温时靶坯和背板收缩程度不同，会导致产品出现较大的变形。所以，将所述靶坯与所述背板焊接形成靶材后，对所述靶材进行分段降温工艺，对于每一段降温时，采用的速度不同，从而减小所述靶材降温后的形变。

附图说明

图1是所提供现有技术保温保压工艺后的靶材示意图；

图2是所提供现有技术降温降压后的靶材示意图；

图3是本发明提供一实施例中靶材降温后的示意图；

图4是本发明提供另一实施例中靶材降温后的示意图。

具体实施方式

目前在焊接结工艺结束后，所使用的的降温降压方法中的降温速度极快，在这种快速降温的情况下，由于所述靶材会出现较大变形，甚至出现断裂。

由发明人分析可知，半导体用靶材一般为高纯金属，背板材料一般为高强度、高硬度的合金金属，两者之间一般膨胀系数一般会相差较大。在焊接保温保压结束后，热等静压设备需要进行降温降压冷却，现有的降温降压方法是在保温结束后先进行压力回收，或者随炉冷却，压力回收过程中随着气体的回收会带走大量的热量，导致降温速度较快。现有的方法为先进行压力回收，通过气体回收带走大量热量导致产品降温速度较快，靶坯和背板如膨胀系数不同，在快速降温过程中因两者收缩不同造成产品出现较大的变形。

由发明人研究所得，当所述靶坯与背板焊接在降温的过程中，由于所述靶坯与所述背板的材质不同，所述靶坯与背板在降温时靶坯和背板收缩程度不同，直接快速降温会导致产品出现较大的变形。

参考图1与图2，一般靶坯2与背板3的膨胀系数有较大差异，降温速度较快时，靶材1会向膨胀系数较小的材料方向拱起；如果所述靶坯2是脆性材料，则可能会导致在冷却收缩过程中出现开裂；如所述靶坯2是贵重金属，靶材1在冷却收缩过程中出现较大程度变形；所以，将所述靶坯2与所述背板3焊接形成靶材后，对所述靶材1进行分段降温工艺，对于每一段降温时，减小所述靶材降温后的形变。

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3与图4，为本发明提供的实施例中靶材降温后的示意图。

将靶坯10与背板20焊接，形成靶材100；对所述靶材100进行分段式降温。

本实施例中，所述靶坯10与所述背板20材质不同，所述靶坯10与所述背板20的热膨胀系数不同。需要说明的是，所述热膨胀系数是指固态物质的温度改变1℃时，该固态物质某一方向上的长度的变化和它在20℃(即标准实验室环境)时的长度的比值。

本实施例中，将所述靶坯10与所述背板20通过热等静压工艺焊接形成所述靶材100；具体的，将所述靶坯10与所述背板20放置在热等静压机内进行热等静压焊接；所述热等静压机是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，对其中的粉末或待压实的烧结坯料或异种金属施加各向均等静压力，形成高致密度靶材的仪器设备；从而使用所述热等静压机实现所述靶坯10与所述背板20的扩散连接。所述靶坯10和所述背板20在热等静压焊接时，要先加压升温至要求的温度和压力，然后进行保温保压工艺，保温保压的过程是为了所述靶坯10与所述背板20进行充分扩散，以保障所述靶坯10与所述背板20充分焊接成为合格靶材100；当保温保压工艺结束后，需要对所述靶材100进行降温降压工艺，当降温降压工艺完成后方可将所述靶材100从所述热等静压机内取出进行下一步加工工艺。

本实施例中，当所述靶坯10与所述背板20的热膨胀系数比为1-1.5。

所述靶材100分两段降温，具体的将所述降温过程分为两段实现，目的是避免所述靶材100因为直接降温而引起的变形较大或者断裂。

本实施例中，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1℃/min；所述靶材温度为100℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min-3℃/min。

其中，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率为1℃/min；所述靶材温度为100℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制为1.5℃/min。

其中，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率为0.8℃/min；所述靶材温度为100℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制为2℃/min。

在其他实施例中，所述靶材温度为400℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1.2℃/min；所述靶材温度为100℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min-2℃/min。

其中，所述靶材温度为400℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制为1.2℃/min，所述靶材温度为100℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制为3℃/min。

其中，所述靶材温度为400℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制为0.5℃/min，所述靶材温度为100℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制为1.5℃/min。

在其他实施例中，所述靶材分三段降温，具体的将所述降温过程分为三段实现，目的是避免所述靶材100因为降温区间较大时，会引起较大的变形或者断裂。

在本实施例中，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1℃/min；所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min-1.2℃/min。所述靶材温度为100℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min-3℃/min。

其中，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min；所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min；所述靶材温度为100℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min。

其中，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min；所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在1.2℃/min；所述靶材温度为100℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在3℃/min。

在其他事实例中，所述靶材温度为400℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1.2℃/min；所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min-1.5℃/min。所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在1.5℃/min-3℃/min。

其中，当所述靶材温度为400℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min；当所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min。当所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在1.5℃/min。

其中，当所述靶材温度为400℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在1.2℃/min；当所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1.5℃/min。当所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在3℃/min。

在其他实施例中，所述靶材分四段降温，具体的将所述降温过程分为四段实现，缩小降温区间，使得所述靶材100进一步减小降温过程中变形的可能性，且分成四段降温时，更加有效和精确地针对每一段温度进行合适的降温速率，从而可以缩短整个降温工艺的时间，提高整体降温工艺的效率。

本实施例中，所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min-1℃/min；所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min-1.2℃/min；所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min-1.5℃/min；所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在1.5℃/min-3℃/min。

其中，当所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.5℃/min；当所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min；当所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min；当所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在1.5℃/min。

其中，当所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在0.8℃/min；当所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min；当所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1.2℃/min；当所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在2℃/min。

其中，当所述靶材温度为700℃-1800℃时，所述靶材的降温速率控制在1℃/min；当所述靶材温度为400℃-700℃时，所述靶材的降温速率控制在1.2℃/min；当所述靶材温度为200℃-400℃时，所述靶材的降温速率控制在1.5℃/min；当所述靶材温度为100℃-200℃时，所述靶材的降温速率控制在3℃/min。

经过上述分段式降温的方法可以使得所述靶材100在降温后变形较小，满足应用。

需要说明的是，采用上述分段式降温的方法的原因是所述靶材100的所述靶坯10与所述背板20的材料不同，且所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数不同，由于膨胀系数不同，从而，在温度改变相同的情况下，所述靶坯10与所述背板20的变形程度不同。

其中，所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数的比值是有差异的，当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数的比值越大时，在温度改变相同情况下，变形程度越大。

所以，在分段式降温的过程中，根据所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数的比值差异，调节降温过程中的降温速度，有益于降温工艺之后的所述靶材100的变形程度减小；具体的，当温度变换相同范围之内，所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数的比值越大，降温速率越小越有益于所述靶材100的变形程度减小。

其中，当降温温度高于700℃，当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1-1.5时，降温速率最快不超过1℃/min；当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1.5-3时，降温速率最快不超过0.8℃/min；当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值超过3时，降温速率最快不超过0.6℃/min。

其中，当降温温度范围在400℃-700℃，当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1-1.5时，优选的降温速率范围为1℃/min-1.2℃/min；当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1.5-3时，优选的降温速率范围为0.8℃/min-1℃/min；当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值超过3时，优选的降温速率范围为0.6℃/min-0.8℃/min。

其中，当降温温度范围在200℃-400℃，当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1-1.5时，优选的降温速率范围为1.2℃/min-1.5℃/min；当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1.5-3时，优选的降温速率范围为1℃/min-1.2℃/min；当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值超过3时，优选的降温速率范围为0.8℃/min-1℃/min。

其中，当降温温度低于200℃，当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1-1.5时，优选的降温速率范围为1.5℃/min-3℃/min；当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1.5-3时，优选的降温速率范围为1.2℃/min-2.5℃/min；当所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值超过3时，优选的降温速率范围为1℃/min-1.5℃/min。

本实施例中，控制所述靶坯10与背板20的温度达到预设温度，进行回收气体工艺；需要说明的是，进行气体回收工艺时，压力会快速与外界平衡，达到降压效果，在降压的过程中，温度会快速下降，所以，为了避免由于温度快速下降引起所述靶材100变形较大，设置预设温度，当降温达到预设温度后，再进行所述回收气体工艺，减小因为降温速率过快引起的变形。

本实施例中，所述预设温度为200℃-100℃；经发明人研究发现，当所述预设温度大于200℃时进行回收气体工艺时，所述靶材100因为温度变化过快而产生的变形较大，需要控制降温速率；当预设温度低于100℃时，所述靶材100降温过程接近尾声，能够承受快速降温，若还是控制降温速率，造成降温过程耗费时间过久，不利于工艺的效率。

本实施例中，将所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1-1.5时，采用上述方法将温度降到200℃时，开始进行所述回收气体工艺，经测试降温降压之后的所述靶材100的平面变形量≤0.3mm。

本实施例中，将所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为1.5-3时，采用上述方法将温度降到200℃时，开始进行所述回收气体工艺，经测试降温降压之后的所述靶材100的平面变形量≤0.5mm。

本实施例中，将所述靶坯10与所述背板20的膨胀系数比值为大于3时，采用上述方法将温度降到200℃时，开始进行所述回收气体工艺，经测试降温降压之后的所述靶材100的平面变形量≤0.7mm。

在其他实施例中，采用上述方法将温度降到100℃，开始进行所述回收气体工艺，所述靶材100的平面变形量降低。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。