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：
在半导体工业中，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。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。
现有工艺中，所述靶材组件的工作环境比较恶劣，例如，在溅射工艺中，
靶材组件工作温度较高，例如300。C至50(TC;另外，靶材组件的一侧充以冷 却水强冷，而另一侧则处于10一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，如果靶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-践射无法达到賊射均匀的效果，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、使用靶材的需要显得十分必要。
热压是将坯料加热到一定温度后，对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改 变尺寸、形状并改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。
但是，在焊接形成耙材组件过程中，由于采用钛作为靶材、铝作为背板 材料。钛材料和铝材料是活性较强的金属元素。当温度升高时，两者的表面 在空气中都很快就形成氧化层，阻碍了两者之间的扩散焊接，进而使钛靶材和铝背板不能实现大面积对焊；并且使最终产品的焊接强度不能达到使用的 要求。
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，防止钛靶 材和铝背板的接合强度达不到要求。
为解决上述问题，本发明一种靶材与背板的焊接方法，包括提供钛靶 材和铝背板；对钛靶材和铝背板进行加工，在钛靶材焊接面加工成螺紋状； 采用热压方法将钛靶材与铝背板进行焊接形成靶材组件；对靶材组件进行热 扩散处理，然后空冷冷却。
本发明还提供一种靶材与背板的焊接结构，包括钛靶材，所述钛靶材 焊接面加工成螺紋状；采用热压方法与所述钛靶材结合的铝背板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)对钛靶材进行机械加工形 成螺紋状，能将其表面的氧化层撕裂，对铝背板进行机械加工能使其表面的 氧化层变薄，进而使钛靶材和铝背板之间的结合强度提高。(2)采用热压处 理能将两种金属面对面很好得结合在一起，从而可以实现对钛靶材和铝材质 背板实施大面积焊接；由于本发明的热压处理是在真空中进行焊接，因此有 效防止了金属被氧化，提高钛靶材和铝背板之间的结合强度。(3)对靶材组 件进行热扩散处理，使两种金属接触面原子能进行有效扩散，使两者的接合 强度提高。
进一步，由于热压处理可以直接在大气环境中进行，不需要真空的环境， 设备投入成本少，操作简单，即简化的工艺步骤，节省了工艺成本。
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6为本发明制作靶材与背板的焊接构的实施例示意图。
具体实施例方式
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S101，提供钛靶材和铝背板；
所述钬耙材为高纯钛(4N5)或陶瓷溅射钛(5N)。
执行步骤S102，对钛靶材和铝背板进行加工，在钛靶材焊接面加工成螺 紋状；
所述力口工工艺为积4成加工。
执行步骤S103,采用热压方法将钛靶材与铝背板进行焊接形成靶材组件； 在进行焊接工艺之前还包括步骤对铝背板表面进行粗糙度加工；对钛
靼材和铝背板进行清洗，其中对钛靶材进行的是酸洗，对铝背板进行的是酒精洗。
热压的扩散焊接方法可以将钛靶材压入铝背板内，能够使钛靶材受压充 分，将两种金属面对面很好得结合在一起，从而可以实现对钛靶材和铝材质 背板实施大面积焊接。
执行步骤S104,对靶材组件进行热扩散处理，然后空冷冷却。
所述热扩散处理具体为，在大气常压环境下，将靶材组件继续加热，并 保温一定时间，使得靶材与背板在接触面上进一步热扩散。
基于上述实施方式形成的靶材与背板的焊接结构，包括钛靶材，所述 钬把材焊接面加工成螺紋状；釆用热压方法与所述钬靶材结合的铝背板。
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6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，提供钛靶材20，钛靶材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、圆锥形或其他类似形状(包括规 形状和不 头见则形状)中的任一种，且其厚度可以为5mm 20mm。作为一个优选实施例，钛輩巴材20的形状为圆形，直径为360mm,厚度为10mm。
提供铝背板30。铝背板30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、圆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30mm至60mm不等。优选方案为圆形， 直径为在设计尺寸上加10mm至20mm的余量。增加余量的目的是对形成靶 材组件之后的加工步骤提供比较宽裕的加工空间。
如图3所示，在进行焊接工艺之前，需要对钛靶材20和铝背板30进行 机械加工工艺，将钛耙材20的焊接面加工成螺紋状，目的为破坏钛靶材20 的焊接面的氧化层，可以提高扩散焊接的结合。具体地说，螺紋状的背板20 的焊接面可以在后续扩散坪接过程中，更加容易地穿透钛靶材20的焊接表面， 使得钛靶材20和铝背板30更加容易结合。将铝背板30焊接面的氧化层变薄， 粗糙度降低，提高后续钛靶材20与铝背板30之间的接合强度。
经过机械加工后，需要对钛靶材20和铝背板30的焊接面进行清洗。清 洗一汰靶材20的焊接面的方法有多种。
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氬氟酸(HF)、硝酸(HN03)和水混合溶剂；较佳 地，例如可以是氢氟酸(HF)和硝酸(HN03)的混合溶剂，所述混合溶剂中 氬氟酸硝酸水=1: 10: 50~1: 3: 50;作为一个优选实施例，氢氟酸硝 酸水=1: 5: 50。
对钛靶材20的焊接面进行清洗工艺，可以将焊接面上的杂质和氧化物清 除干净，使得钛靶材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_^出。
在对钬耙材20的焊接面进行清洗工艺中，可以将钛耙材20整个地浸入 清洗溶剂中进行清洗；也可以仅针对钛靶材20的焊接面进行表面清洗处理， 相对节省清洗溶剂并提高工作效率。对铝背板30表面进行清洗处理。在本实施例中，所述表面清洗处理可以
直接使用浓度为50%的酒精，改善铝背板30的表面光洁度，为后续焊接工艺 做准备。
另外，为防止铝背板30产生开裂，铝背板30在焊接前还可以进行包括 均质化处理在内的其他预处理。
如图4所示，将钬乾材20和铝背板30放置于热压装置中，进行热压扩 散焊接，将钛靶材20压入铝背30内，使钛靶材20的焊接面相对面与铝背板 30焊接面处于同一平面。
所述热压处理是在高温条件下，利用压力机设备采用液压等方式在钛靶 材20与铝背板30的焊接面上形成高压强，进行焊接，使钛靶材20与铝背板 30结合在一起，构成靶材组件。
其中，所述热压处理具体为进行焊接时，将温度加热至350。C 550。C,保 温时间为45分钟~90分钟；靶材与背板接触面上的压强加压至 60MPa 250MPa,保压1分钟 30分钟，热压行程为15mm 20mm。作为本实 施例的优选方案，进行焊接是，将温度加热至500。C，保温时间为60分钟， 加至钛輩巴材20与铝背板30接触面上的压强为200Mpa,保压时间为10分钟， 热压行程为15mm。
采用热压处理将钬耙材20和铝背板30实施大面积的焊接；由于所述热 压焊接是在大气环境中进行，因此能够使钛靶材20受压充分，提高钛靶材20 和铝背板30之间的结合强度，避免溅射过程中钛靶材20脱离铝背板30，从 而正常进行賊射镀膜。另外，在热压处理进行焊接之后，在常压条件下继续 加热靶材组件，使得钛靶材20与铝背板30在接触面的相互扩散程度进一步 提高，所形成的靶材组件具有结合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。
如图5所示，对所述乾材组件在真空常压环境下进行热扩散处理。所述 热扩散处理具体为，在真空常压环境下，将靶材组件继续加热，并保温一定时间，使得靶材与背板在接触面上进一步热扩散。
本实施例中，将耙材组年新送入加热炉加热至350。C 650。C,并且保温7小时 9小时，这样使得钛靶材20与铝背板30的焊接面上得以进一步的相互扩散，提高结合度。作为本实施例的优选方案，将靶材组件送入加热炉加热至600。C ，并且保温8小时，使钛靶材20与铝背板30的焊接面充分扩散。
如图6所示，将靶材组件进行空冷，最终获得扩散焊接后的产品。基于上述实施例形成的靶材与背板的焊接结构，包括钛靶材20,所述
钛耙材20焊接面加工成螺纟丈状；采用热压方法与所述钛靶材20结合的铝背
板30。
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，包括提供钛靶材和铝背板；对钛靶材和铝背板进行加工，在钛靶材焊接面加工成螺纹状；采用热压方法将钛靶材与铝背板进行焊接形成靶材组件；对靶材组件进行热扩散处理，然后空冷冷却。
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，采用所述热 压进4亍焊4妄时，将温度加热至350。C 550。C，保温时间为45分钟 90分钟； 靶材与背板接触面上的压强加压至60MPa 250MPa,保压1分钟 30分钟， 热压4亍禾呈为15mm 20mm。
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，将钛靶材与 铝背板进行焊接之前还包括对钛靶材和铝背板进行清洗。
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，清洗钛耙材 的溶液为氢氟酸、硝酸和水的混合溶液，其中氢氟酸硝酸水=1: 10: 50 1: 3: 50。
5. 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，清洗铝背板 的溶液为酒精，浓度为50%。
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，所述热扩散 是在大气常压环境下进行。
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，所述热扩散 处理温度为30°C 650°C,时间为7小时 9小时。
8. 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，对钛靶材和 铝背板进行加工的方法为才几械加工。
9. 一种靶材与背板的焊接结构，其特征在于，包括钛耙材，所述钛把材焊接面加工成螺紋状；采用热压方法与所述钛靶材结合的铝背板。
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，包括提供钛靶材和铝背板；对钛靶材和铝背板进行加工，在钛靶材焊接面加工成螺纹状；采用热压方法将钛靶材与铝背板进行焊接形成靶材组件；对靶材组件进行热扩散处理，然后空冷冷却。本发明对钛靶材进行机械加工形成螺纹状，能将其表面的氧化层撕裂，对铝背板进行机械加工能使其表面的氧化层变薄，进而使钛靶材和铝背板之间的结合强度提高。
文档编号B23K20/00GK101648316SQ20091014041
公开日2010年2月17日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者庆 刘, 周友平, 姚力军, 杰 潘, 王学泽 申请人:宁波江丰电子材料有限公司