专利名称：靶材与背板的焊接结构及方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材与背板的焊接结构及方法。
背景技术：
大规模集成电路的制作中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材和与所述 靶材结合、具有一定强度的背板构成。所述背板可以在所述靶材组件装配至
溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。目前，使用钽(Ta)靶 材进行物理气相沉积法(PVD)镀膜，形成阻挡层，钽靶材在溅射过程中使 用磁控溅射；同时需要使用强度较高、但是导热、导电性高的铜材料作为背 板材料；将钽耙材和背板材料焊接在一起加工成半导体所使用的靶材组件后， 才既可以可靠的安装在溅射才几台上，同时又可以在f兹场、电场作用下有效进 行溅射控制。
但是，现有溅射工艺中，所述靶材组件的工作环境比较恶劣，例如，靶 材组件工作温度较高，例如300。C至500。C;另外，靶材组件的一侧充以冷却 水强冷，而另一侧则处于10力Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的上下两侧 形成有巨大的压力差；再有，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒 子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果耙材组件中靶材与背板之间的结合度 较差，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、并与结合的背板相脱落，使得 溅射无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会对溅射基台造成损伤。
因此，需要选择一种有效的焊接方式，使得靶材与背板实现可靠结合， 满足长期稳定生产、使用靶材的需要。
现有制造工艺中，在将钽靶材与铜材料背板进行大面积对焊时，通常釆用直接熔化焊接方式以及锡或铟焊料钎焊方式。但是，采用直接熔化焊接方式具有以下缺点1)由于两种材料熔点相差太大(铜熔点1084°C,钽熔点2996。C),因此，熔化焊接设备不能实现大面 积对焊。2)钽靶材与铜材料背板在温度加热至200。C以上时，氧化速度非常 快，两种金属接触面原子不能进行有效扩散，使两者的接合强度达不到要求。采用锡或铟焊料钎焊方式，由于焊料熔点低(小于250°C),结合强度低 (小于70Mpa),在钽靶材溅射过程中由于发热，焊料会熔化，进而导致靶材 溅射不能进行。发明内容本发明解决的问题是提供一种靶材与背板的焊接结构及方法，防止不能 进行大面积对焊，钽靶材及背板的氧化，及防止钽靶材溅射受影响。为解决上述问题，本发明提供一种靶材与背板的焊接方法，包括提供 钽輩巴材；在钽耙材的焊接面上形成中间层；采用热等静压方法在中间层上进 行焊接作业，将铜或铜合金背板焊接至钽靶材。可选的，所述采用热等静压方法进行焊4妄的温度为450。C 80(TC,保温时 间为3小时 5小时，压强为50MPa 160MPa。可选的，形成所述中间层的方法具体为电镀、超音速喷涂、等离子溅射 或电子束物理气相沉积。所述中间层的厚度为0.01mm 3mm。所述中间层的 材料具体为钛。可选的，在形成中间层之前还包括步骤清洗所述钽靶材的表面。所述 清洗钽靶材的表面具体为使用含有氢氟酸的溶剂进行酸洗。本发明还提供一种靶材与背板的坪接结构，包括钽靶材；形成于所述 钽輩巴材上的中间层；采用热等静压方法与所述中间层结合的铜或铜合金背板。可选的，所述中间层的厚度为0.01mm 3mm。所述中间层的材料具体为钛。与现有技术相比，本发明具有以下优点采用热等静压方法(HIP)能将 两种金属面对面很好得结合在一起，从而可以实现对钽靶材和铜或铜合金背板实施大面积焊接；由于热等静压方法(HIP)是在真空中进行焊接的一种方 法，因此有效防止了金属被氧化，使钽靶材和铜或铜合金背板之间的结合强 度提高，在溅射过程中钽靶材不会脱开，可以正常进行溅射镀膜。另外，在钽靶材与铜或铜合金背板之间具有中间层，利用中间层作为中 间媒介，使得钽靶材与铜或铜合金经过焊接后实现二者的可靠结合，具有结 合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。进一步，采用热等静压方法进行焊接的温度为450°C 800°C，保温时间为 3小时 5小时，压强为50MPa 160MPa， 4吏钽把材与铜或铜合金结合强度增 加，结合率可以达到95%以上，且结合后靶材组件弯曲变形小。
图1为本发明制作靶材与背板的焊接构的具体实施方式
流程图； 图2至图4为本发明制作靶材与背板的焊接构的实施例示意图。
具体实施方式
图1为本发明制作靶材与背板的焊接构的具体实施方式
流程图。如图1 所示，执行步骤Sl,提供钽靶材；执行步骤S2，在钽靶材的焊接面上形成中间层；在形成中间层之前还包括步骤对钽靶材进行机械加工；清洗所述钽靶 材的表面。其中，所述清洗钽靶材的表面具体为使用含有氢氟酸的溶剂进行酸洗。执行步骤S3，采用热等静压方法在中间层上进行焊接作业，将铜或铜合 金背板焊接至钽靶材。基于上述实施方式形成的靶材与背板的焊接结构，包括钽靶材；形成 于所述钽耙材上的中间层；釆用热等静压方法与所述中间层结合的铜或铜合 金背板。本发明采用热等静压方法(HIP )能将两种金属面对面很好得结合在 一起， 从而可以实现对钽靶材和铜或铜合金背板实施大面积焊接；由于热等静压方 法(HIP)是在真空中进行焊接的一种方法，因此有效防止了金属被氧化，使 钽耙材和铜或铜合金背板之间的结合强度提高，在賊射过程中钽靶材不会脱 开，可以正常进行賊射镀膜。另外，在钽靶材与铜或铜合金背板之间具有中 间层，利用中间层作为中间媒介，使得钽靶材与铜或铜合金经过焊接后实现 二者的可靠结合，具有结合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。图2至图4为本发明制作靶材与背板的焊接构的实施例示意图。如图2 所示，提供钽靶材20,钽靶材20的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要 求，可以为圆形、矩形、环形、圓锥形或其他类似形状(包括规则形状和不 规则形状)中的任一种，且其厚度可以为lmm 80mm。作为一个优选实施例， 钽耙材20的形状为圆形，直径为350mm，厚度为8.5mm。在对钽靶材20进行焊接工艺之前，需要对钽靶材20的焊接面200进行 清洗。清洗钽靶材20的焊接面200的方法有多种。作为本实施例的一个方案就是先用酸液清洗，再用有机溶剂清洗。所述用于清洗的酸液可以选取氢氟酸(HF)、硝酸(HN03)、盐S吏(HCL)、硫酸 (H2S04)或包含它们中任意配比的混合溶剂；较佳地，例如可以是氢氟酸 (HF)和硝酸(HN03)的混合溶剂，所述氩氟酸(HF)和硝酸(HN03)混 合溶剂中氢氟酸所占比例为3%~15%,硝酸所占比例可以为85% 97%;作为 一个优选实施例，氢氟酸所占比例为5%，硝酸所占比例为95%。另一个实施 例中，所述酸液也可以是由氢氟酸(HF)、硝酸(HN03)和盐酸(HCL)配比而成的混合溶剂。所述有机溶剂则可以是异丁醇IBA、异丙醇IPA或混丙醇IPB中的任一种，优选地，选取异丙醇IPA。对钽靶材20的焊接面200进行清洗工艺，可以将焊接面220上的杂质和 氧化物清除干净，使得钽靶材20的表面粗糙度可达3.2微米以下，为后续的 焊接工艺打好的基础。在对钽耙材20的焊接面200进行清洗工艺中，可以将钽靶材20整个地 浸入清洗溶剂中进行清洗；也可以仅针对钽靶材20的焊接面200进行表面清 洗处理，相对节省清洗溶剂并提高工作效率。如图3所示，在靶材20的焊接面200上形成中间层22,形成中间层22 的方法可以有多种，具体可以采用电镀、超音速喷涂、等离子溅射、直接放 入或电子束物理气相沉积等工艺。优选地，在一个实施例中，可以采用电子 束物理气相沉积(EBPVD)的工艺，它利用灯丝加热后发射的电子束，经电 场加速、磁场聚焦后，高速撞击置于水冷蚶埚中的蒸发材料，使得蒸发材料 表面的原子吸收电子携带的动能，温度迅速升高，在真空环境下蒸发或升华 形成的低密度、非平衡蒸汽粒子射流与钽靶材20相撞，并在一定条件下生长 为薄膜(即中间层22)。通过上述工艺，可以使得在焊接面200上形成中间层 22具有表面粗糙度低、结合强度高、致密度高等优点。所述中间层22的材料 可以是单一金属，具体为钛等。所述形成的中间层22的厚度较小， 一般为 0.01mm 3mm。如图4所示，进行焊接作业，将铜或铜合金背板24焊接至钽靶材20的 中间层22上。如果铜或铜合金背板24为铜合金材料，可以是铝铜合金、铬 铜合金、铂铜合金或锌锡铜合金等。所述铜或铜合金背板24的厚度为 25mm 50mm;形状为圆形或方形。本实施例中，所述焊接作业采用的是热等静压方法对钽靶材20和铜或铜 合金背板24进行扩散焊接具体来讲，所述扩散焊可以包括步骤先准备一个真空包套，所述真空包套为1.0mm 2.0mm低碳钢焊接成型的；然后将形成有 中间层22的钽靶材20、铜或铜合金背板24同时放入真空包套内；对真空包套 进行抽真空至压强为10-3Torr 10—5Torr,然后将真空包套的抽气口采用机械方 法封死；接着，进行加温至450。C 800。C，并保温3小时至5小时，并通过高压 液体或气体进行加压，使真空包套内压强达到50MPa 160MPa，使钽靶材20 与铜或铜合金背板24通过中间层22结合在一起，构成靶材组件。采用热等静 压扩散焊技术，可以将铜或铜合金背板24通过中间层22与靶材20结合在一起， 制作完成靶材结构，具有结合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。本实施例中，在进行焊接作业之前，还可以对铜或铜合金背板24作表面 清洗处理。在本实施例中，所述表面清洗处理可以直接使用异丁醇IBA、异 丙醇IPA或混丙醇IPB中的任一种有才几溶剂进行清洗，改善铜或铜合金背斗反 24的表面光洁度，为后续焊接工艺做准备。另外，为防止铜或铜合金背板24产生开裂，铜或铜合金背板24在焊接 前还可以进行包括均质化处理在内的其他预处理。基于上述实施例形成的靶材与背板的焊接结构，包括钽靶材20;形成 于所述钽靶材20上的中间层22;采用热等静压方法与所述中间层22结合的 铜或铜合金背板24。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和 修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1. 一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，包括提供钽靶材；在钽靶材的焊接面上形成中间层；采用热等静压方法在中间层上进行焊接作业，将铜或铜合金背板焊接至钽靶材。
2. 根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述采用热 等静压方法进行焊接的温度为450°C~800°C，保温时间为3小时~5小时， 压强为50MPa 160MPa。
3. 根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，形成所述中 间层的方法具体为电镀、超音速喷涂、等离子溅射、电子束物理气相沉积 或直接^文入。
4. 根据权利要求3所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述中间层 的厚度为0.01mm 3mm。
5. 根据权利要求4所述的耙材与背板的焊接方法，其特征在于，所述中间层 的材料具体为钛。
6. 根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，在形成中间 层之前还包括步骤清洗所述钽靶材的表面。
7. 根据权利要求6所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述清洗钽 靶材的表面具体为使用含有氢氟酸的溶剂进行酸洗。
8. —种靶材与背板的焊接结构，其特征在于，包括钽靶材；形成于所述钽耙材上的中间层；采用热等静压方法与所述中间层结合的铜或铜合金背板。
9. 根据权利要求8所述的靶材与背板的焊接结构，其特征在于，所述中间层的厚度为0.01mm 3mm。
10.根据权利要求9所述的耙材与背板的焊接结构，其特征在于，所述中间层 的材料具体为钛。
全文摘要
一种靶材与背板的焊接结构及方法。其中靶材与背板的焊接方法，包括提供钽靶材；在钽靶材的焊接面上形成中间层；采用热等静压方法在中间层上进行焊接作业，将铜或铜合金背板焊接至钽靶材。本发明可以实施大面积焊接，有效防止金属被氧化，使钽靶材和铜或铜合金背板之间的结合强度提高，在溅射过程中钽靶材不会脱开，可以正常进行溅射镀膜。
文档编号C23C14/34GK101518851SQ20091000568
公开日2009年9月2日 申请日期2009年2月19日 优先权日2009年2月19日
发明者庆 刘, 姚力军, 王学泽 申请人:宁波江丰电子材料有限公司