钨钛铜靶材组件的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体溅射靶材制造领域，尤其涉及一种钨钛铜靶材组件的焊接方法。
【背景技术】
[0002]在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材、与靶材结合的背板构成。背板在靶材组件中起支撑作用，并具有传导热量的功效。
[0003]在溅射过程中，靶材组件所处的工作环境比较恶劣。具体为:靶材组件所处的环境温度较高，例如300°C至600°C ;另外，靶材组件的一侧冲以冷却水强冷，而另一侧则处于1-9Pa的高真空环境下，因此在靶材组件的相对二侧形成巨大的压力差；再者，靶材组件处在高压电场、磁场中，会受到各种粒子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接强度较差，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、使得溅射无法达到溅射均匀的效果，严重时，靶材会脱落于背板对溅射基台造成损伤。
[0004]对于由钨钛靶材和铜背板构成的靶材组件而言，现有技术中，钨钛靶材与铜背板的焊接强度低，变形量大，严重时甚至无法实现焊接，不能满足长期稳定生产和使用钨钛铜靶材组件的需要。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是用现有的焊接方法焊接钨钛靶材和铜背板形成的靶材组件的焊接强度低、变形量大，严重时甚至无法实现焊接，不能满足长期稳定生产和使用钨钛铜靶材组件的需要。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种钨钛铜靶材组件的焊接方法，包括以下方法步骤:
[0007]提供钨钛靶材、铜背板，所述铜背板具有容纳部分所述钨钛靶材的凹槽，所述凹槽的深度为I?2_ ；
[0008]将钨钛靶材置于所述凹槽内，所述钨钛靶材的待焊接面与所述凹槽底面接触，形成靶材组件坯料；
[0009]将所述靶材组件坯料放入真空包套；
[0010]利用热等静压工艺将所述钨钛靶材的待焊接面与所述凹槽底面焊接形成钨钛铜靶材组件；
[0011]焊接完成后，对所述真空包套进行冷却，去除所述真空包套以获得所述钨钛铜靶材组件。
[0012]可选的，还包括提供固定靶材套圈，将所述钨钛靶材置于所述凹槽内后，将所述靶材组件坯料放入真空包套之前，还包括步骤:采用固定靶材套圈将高于所述凹槽的钨钛靶材进行套设。
[0013]可选的，所述固定靶材套圈的材料为不锈钢。
[0014]可选的，所述钨钛靶材的形状为圆柱体，所述固定靶材套圈的形状为圆环柱体。
[0015]可选的，所述钨钛靶材的待焊接面具有凸起结构。
[0016]可选的，所述固定靶材套圈包括相对的环形上、环形下表面和位于环形上、环形下表面之间的外环侧壁和内环侧壁，
[0017]采用固定靶材套圈将高于所述凹槽的钨钛靶材进行套设包括:所述套圈下表面与所述铜背板的具有凹槽的表面接触，所述内环侧壁与所述钨钛靶材侧壁具有预定距离，所述固定靶材套圈的上表面与所述钨钛靶材的待溅射面相平，所述钨钛靶材的待溅射面为所述钨钛靶材待焊接面的相对面。
[0018]可选的，所述预定距离为0.2毫米?0.5毫米。
[0019]可选的，利用热等静压工艺将所述钨钛靶材的待焊接面与所述凹槽底面焊接形成钨钛铜靶材组件的步骤包括:
[0020]使真空包套的外部环境温度为大于等于500°C且小于等于800°C、外部环境压强为大于等于95Mpa ；
[0021]对位于所述环境温度、环境压强下的所述真空包套进行保温、保压大于等于3且小于等于5小时。
[0022]可选的,所述真空包套是由厚度为2.5mm?3.0mm的铜材料焊接形成；
[0023]将所述靶材组件坯料放入真空包套后，将所述真空包套抽真空至真空度至少为10?,再将所述真空包套密封。
[0024]可选的，将钨钛靶材置于所述凹槽之前，对所述铜背板的凹槽底面、钨钛靶材的待焊接面和固定靶材套圈进行清洗处理。
[0025]与现有技术相比，本发明的技术方案的优点在于:
[0026]凹槽的深度之所以I?2_。原因如下:一方面可以固定钨钛靶材与铜背板的位置，使得钨钛靶材的待焊接面与铜背板的待焊接面同轴，符合真空溅射靶材要求。另一方面，在保证靶材和背板正确接触的前提下，可以尽可能减少铜背板在高温下水平方向的热膨胀对钨钛靶材的影响，防止在凹槽内的钨钛靶材被挤压而碎裂的情况发生，从而实现钨钛铜靶材组件的高强度焊接。
[0027]通过真空包套的设置可以使得整个焊接过程在真空环境下进行，从而防止钨钛靶材和铜背板的表面被氧化，而且，热等静压焊接不像现有技术那样受焊料熔点的限制，能够很好的实现钨钛与铜的原子扩散，因此，本发明的技术方案不仅能够实现钨钛靶材与铜背板的焊接，焊接形成的钨钛铜靶材组件具有较高的焊接强度。
【附图说明】
[0028]图1是现有技术的方法形成的钨钛铜靶材组件的组成部分的结构示意图；
[0029]图2是本发明的具体实施例中的钨钛铜靶材组件坯料组成部分的结构示意图；
[0030]图3是本发明具体实施例中的固定靶材套圈立体结构示意图；
[0031]图4是本发明具体实施例中的钨钛靶材的待焊接面形成的螺纹图案的平面放大示意图；
[0032]图5是图4沿AA方向的截面放大示意图；
[0033]图6是本发明具体实施例中的钨钛铜靶材组件置于真空包套内进行热等静压工艺的示意图。
【具体实施方式】
[0034]现有技术中，钨钛靶材和铜背板的焊接工艺为以锡钎料或铟钎料作为焊料的钎焊工艺。上述锡钎料或铟钎料的熔点均小于250°C。具体如下:
[0035]参考图1，提供钨钛靶材11和铜背板12。钨钛靶材11为圆柱体，包括圆形的待焊接面1、与待焊接面I相对的待溅射面II1、将待焊接面I和待溅射面III进行连接的侧面IV。所述铜背板12具有容纳所述钨钛靶材11的凹槽121。凹槽121的侧壁高度大于钨钛靶材11的侧面IV高度。然后，在凹槽121底面II设置焊料层13。接着，将钨钛靶材11置于所述凹槽13内，且所述钨钛靶材11的待焊接面I与所述凹槽121底面II接触，最后，将钨钛靶材11的待焊接面I与凹槽121底面进行钎焊焊接形成钨钛铜靶材组件。
[0036]现有技术中，钨钛靶材与铜背板的焊接强度低，甚至有些情况无法实现焊接，不能满足长期稳定生产和使用钨钛铜靶材组件的需要的原因如下:
[0037](I)钨钛靶材11与铜背板12的膨胀系数相差很大，其中，钨钛靶材11的膨胀系数为(5?7)X10_6m/°C，铜背板12的热膨胀系数为(16?18)X 10_6m/°C。焊接过程中，铜背板12的热膨胀程度远远大于钨钛靶材11的热膨胀程度，从而使铜背板12的凹槽12侧壁、底面同时向钨钛靶材四周施加压力，这样，凹槽121会发生下列变形:凹槽侧壁和凹槽底面会弯曲从而把钨钛靶材11紧裹于内。由于，钨钛靶材11的韧性非常差，严重时，受凹槽121各处挤压的钨钛靶材11容易碎裂，从而无法实现钨钛靶材11与铜背板12的焊接。
[0038](2)采用钎焊工艺将钨钛靶材11与铜背板12进行焊接时，钨钛靶材11和焊料的熔点相差太大，例如:钨的熔点为3407°C、钛的熔点为1668°C、铜的熔点为660°C。因此，钨钛靶材的待焊接面I与焊料13难以浸润、融合，从而降低了钨钛靶材和铜背板的焊接强度。
[0039](3)采用现有技术的方法形成钨钛铜靶材组件后，将该钨钛铜靶材组件应用于高温高压的磁控溅射工艺环境中时，钨钛靶材11与铜背板12之间的焊料易熔化，从而容易使得钨钛靶材与铜背板互相脱落。
[0040]因此，本发明获得了一种钨钛铜靶材组件的焊接方法，可以避免上述技术问题。
[0041]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0042]首先，参考图2，执行步骤SI I，提供钨钛靶材21、铜背板22和固定靶材套圈23，所述铜背板22具有容纳部分所述钨钛靶材21的凹槽221，所述凹槽221的深度I?3mm。
[0043]本实施例中，钨钛靶材21为圆柱体，包括圆形的待焊接面1、与待焊接面I相对的待溅射面II1、将待焊接面I和待溅射面III进行连接的侧面IV。
[0044]铜背板22也为圆柱体，包括上表面、下表面和位于上下表面之间的侧面。在铜背板22的上表面具有容纳所述钨钛靶材11的凹槽221，所述凹槽221的大小与所述钨钛靶材21相对应。凹槽221的底面为铜背板22的待焊接面II。需要说明的是，本实施例中的铜背板为黄铜背板，所述黄铜背板的热膨胀系数为(16?18) X10_6m/°C。
[0045]本实施例中，凹槽221的深度为I?3mm。凹槽221的深度之所以这样设定，原因如下:一方面可以固定钨钛靶材21与铜背板22的位置，使得钨钛靶材21的待焊接面I与铜背板22的待焊接面II同轴，符合溅射要求。另一方面，在保证靶材和背板正确接触的前提下，可以尽可能减少铜背板在高温下水平方向的热膨胀对钨钛靶材