一种硅靶材组件的钎焊方法
【专利摘要】本发明提供了一种硅靶材组件的钎焊方法。本发明硅靶材组件的钎焊方法以铟为钎焊材料，在硅靶材和背板的焊接面上涂覆一层铟钎料层，之后将涂覆有铟钎料层的硅靶材和背板的焊接面相贴合，进行钎焊，形成靶材组件。经检验，采用本发明制得的硅靶材组件中，硅靶材和背板的结合率达到95%以上，其完全满足磁控溅射过程中，对于硅靶材和背板高强度结合的要求。
【专利说明】一种硅靶材组件的钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体溅射领域，特别是涉及一种硅靶材组件的钎焊方法。
【背景技术】
[0002]磁控溅射是一种利用带电粒子轰击靶材，使靶材原子从表面逸出并均匀沉积在衬底上的基片镀膜工艺。磁控溅射以其溅射率高、基片温升低、膜-基结合力好、优异的金属镀膜的均匀和可控性强等优势成为了最优异的基片镀膜工艺，因而广泛地应用于集成电路制造工艺。
[0003]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机台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。靶材组件是通过将靶材和背板焊接在一起形成的，需使其既可以可靠地安装在溅射机台上，同时又可以在磁场、电场作用下有效控制进行溅射。
[0004]在靶材和背板的焊接工艺中，钎焊是一种利用熔点比母材(被钎焊材料)熔点低的填充金属(称为钎料或焊料)，在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下同时加热母材和焊料，致使焊料熔化后，润湿、并填满母材连接的间隙，钎料与母材相互扩散形成牢固连接的焊接方法。磁控溅射过程中，采用钎焊制备的靶材组件，其钎焊层连接结构使得靶材和背板连接界面具有良好的热传导性能，其可有效提高靶材组件的散热性能；而且磁控溅射结束后，可采用适当的温度熔化靶材和背板间的钎料层，从而使背板得以重复利用，节约靶材的制备成本。
[0005]然而在硅靶材和背板的钎焊工艺中，由于高纯度的硅材料难以与钎料充分浸润融合而无法使得靶材和背板充分结合，无法达到焊接要求。使得在磁控溅射的高温、高压条件下，硅靶材和背板结合部易开裂、致使背板脱落从而使得溅射无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会对溅射机台造成损伤。因而如何提高硅靶材和背板的钎焊效果，是本领域技术人员急需解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种硅靶材组件的钎焊方法。本发明中，以纯铟材料作为钎料，在靶材与背板的焊接面均形成一层铟钎料层，在将所述靶材与背板的焊接面贴合完成钎焊后，可获取硅靶材和背板高强度结合的硅靶材组件，从而满足磁控溅射对于硅靶材组件的要求。
[0007]具体地，本发明所提供的硅靶材组件的钎焊方法包括以下步骤:
[0008]提供硅靶材和背板；
[0009]分别在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一层铟钎料层；
[0010]将涂覆有所述铟钎料层的所述硅靶材和背板的焊接面贴合，进行钎焊，将所述硅靶材焊接至所述背板上，形成硅靶材组件；
[0011 ] 冷却所述硅靶材组件。[0012]可选地，在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一层铟钎料层过程中，控制所述硅靶材和背板的温度于19(T250°C之间，充分熔化所述硅靶材和背板的焊接面上放置的铟钎料，从而形成所述铟钎料层。
[0013]可选地，待所述铟钎料熔化后，以超声波处理使所述铟钎料均匀的分散于所述硅靶材和背板的焊接面上。
[0014]可选地，所述超声波处理的工艺参数为超声波振荡器的输出功率为15KHz至30KHz。
[0015]可选地，在将涂覆有所述铟钎料层的所述硅靶材和背板的焊接面贴合前，在所述背板或硅靶材的焊接面上放置用于聚集焊接面上熔化后钎料的钎料聚合丝杆，所述硅靶材和背板贴合后，所述钎料聚合丝杆夹于所述硅靶材和背板之间。
[0016]可选地，所述钎料聚合丝杆直径为0.2^1.0mm。
[0017]可选地,所述钎料聚合丝杆采用铜制成。
[0018]可选地，所述钎料聚合丝杆放置于所述背板的中间部分。
[0019]可选地，在所述背板或硅靶材的焊接面上放置多根直径相同的钎料聚合丝杆；所述多根钎料聚合丝杆 完全位于所述硅靶材和背板的焊接面范围内，且互不相交。
[0020]可选地，在所述硅靶材组件冷却时，在所述硅靶材与背板之间均匀施加500-900Ν的压力，以加强所述硅靶材和背板的连接强度的同时，防止所述硅靶材和背板冷却过程中发生形变。
[0021]可选地，在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆铟钎料层以及所述钎焊过程中，控制操作环境的空气湿度小于等于40%。
[0022]可选地，所述背板为铜背板。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0024]本发明硅靶材组件的钎焊方法以纯铟为钎焊材料，在硅靶材和背板的焊接面上分别涂覆一层铟钎料层，之后将涂覆有铟钎料层的硅靶材和背板的焊接面相贴合，进行钎焊，形成靶材组件。经检验，采用本发明制得的硅靶材组件中，硅靶材和背板的结合率达到95%以上，其完全满足磁控溅射过程中，对于硅靶材和背板高强度结合的要求。
[0025]其中，在所述铟钎料熔化后，在所述硅靶材和背板的焊接面上形成呈流体状的铟钎料层，因而可选方案中，在所述硅靶材和背板的焊接面相贴合前，在所述硅靶材或背板的焊接面上放置钎料聚合丝杆，其可高效地将所述钎料聚合丝杆周边的钎料凝聚，从而确保钎焊过程中靶材和背板间的钎料层密度质量，提高钎焊质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明一种硅靶材组件的钎焊方法的流程示意图；
[0027]图2a~图2c是本发明一个实施例的硅靶材和背板焊接过程示意图。
【具体实施方式】
[0028]正如【背景技术】所述，采用钎焊制备的靶材组件，位于靶材和背板间的钎焊层使得靶材和背板连接界面具有良好的热传导性能，在磁控溅射工艺中，使得靶材组件具有良好的散热性能，从而提高靶材组件的质量；而且磁控溅射结束后，可采用适当的温度熔化靶材和背板间的钎料层，使靶材和背板相脱离，从而使背板得以重复利用，节约靶材的制备成本。
[0029]然而在硅靶材和背板的钎焊工艺中，常规使用的铜、铝、镍、锡、铅等钎料难以与高纯度的硅靶材充分浸润融合，使得后续制得的硅靶材组件的硅靶材和背板结合强度较差，在磁控溅射的高温、高压条件下，硅靶材和背板结合部易开裂，无法达到磁控溅射工艺要求。
[0030]为此，本发明硅靶材组件的钎焊方法中，以纯铟(纯度达99.99%)为钎料，在硅靶材和背板(如铜背板)的焊接面同时涂覆一层铟钎料层，之后以涂覆铟钎料层的硅靶材和背板的焊接面贴合进行钎焊，从而获得硅靶材组件。以硅靶材和铜背板为例，采用本发明获取包括硅靶材和铜背板的硅靶材组件后，以C-SCAN检测焊接结合率，发现，硅靶材和铜背板的结合率达95%。
[0031]其完全符合磁控溅射使用的要求。
[0032]结合参考图1所示，本发明实施方式提供一种硅靶材组件的钎焊方法，包括如下步骤:
[0033]步骤SI，提供硅靶材和背板；
[0034]步骤S2，分别在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一层铟钎料层；
[0035]步骤S3，将所述涂覆有所述铟钎料层的硅靶材和背板的焊接面贴合，进行钎焊，将所述硅靶材焊接至所述背板上，形成硅靶材组件；
[0036]步骤S4，冷却所述靶材组件。
[0037]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0038]其中，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。
[0039]结合参考图1和图2a?2c所示。
[0040]步骤SI中，提供一硅靶材10和对应的背板20，清洗所述硅靶材10和背板20，确保硅靶材10和背板20的焊接面清洁。
[0041]其中，所述硅靶材10的形状可根据应用环境以及磁控溅射要求呈圆形、矩形、环形、圆锥形或其他任一规则形状或不规则形状。其厚度可以为Imm至80_不等。而此时焊接时的所述硅靶材10周边尺寸，为其实际设计(实际磁控溅射使用时的成型靶材尺寸设计)上加2mm至5mm的余量,厚度为在实际设计尺寸上加Imm至3mm的余量。其增加余量的目的是对完成钎焊后的硅靶材组件后续机械加工步骤提供比较宽裕的加工空间。
[0042]在步骤S2中，参考图2a所示，在所述背板20和硅靶材10的焊接面上分别涂覆一层铟钎料层32和31。其具体过程包括:
[0043]所述背板20和硅靶材10分别放置于一加热台，将纯铟的铟钎料放置于两者的焊接面，加热所述背板20和硅靶材10至190°C ?250°C。期间，所述铟焊料充分熔融，从而在所述背板20和硅靶材10的焊接面涂覆一层呈熔融流体状的铟钎料层32和31。
[0044]在加热所述背板20和硅靶材10以熔化纯铟钎料过程中，将操作环境的空气湿度控制于40%之下。本发明中，所述背板20和硅靶材10可在贯通空气条件下进行，基于常压下，铟的熔点为156.1°C，硅的熔点为1420°C，在19(T250°C条件下，足以使钎料熔化，且硅靶材10不易氧化。除此之外，还需将操作环境的空气湿度控制于小于或等于40%，此时发明人发现，针对熔化后的铟也不易氧化，因而上述条件下，可以获得优质的铟钎料层，使得硅靶材10和铟钎料层31充分浸润。
[0045]优选方案中，待所述铟钎料熔化后，持续加热所述背板20和硅靶材10，并以超声波使所述纯铟焊料均匀的分散于所述背板20和硅靶材10的焊接面上。所述超声波处理工艺可以手动超声波焊接装置进行，具体的工艺参数优选为超声波振荡器输出功率为15KHz至30KHz。期间，超声波处理涂覆有纯铟钎料层的背板20和硅靶材10，其不仅可以使得纯铟钎料均匀分布在硅靶材10和背板20的焊接面上，而且还可有效除去铟钎料中可能存在的氧化废料和残渣。从而使得让铟钎料充分浸润所述硅靶材10和背板20的焊接面，从而提高焊接的结合强度。
[0046]步骤S3，将所述涂覆有所述铟钎料层31和32的硅靶材10和背板20的焊接面贴合，进行钎焊，将所述硅靶材10焊接至所述背板20上，形成硅靶材组件。
[0047]其具体步骤参考图2b所示，待在所述硅靶材10和背板20的焊接面上均匀涂覆一层铟钎料层31和32后，对硅靶材10和背板20进行钎焊。用真空吸盘吸附硅靶材10的非焊接面，使所述硅靶材10涂覆有所述铟钎料层31的焊接面与背板20涂覆有铟钎料层32的焊接面相贴合，利用上述加热台在上述温度下持续加热背板20，进行钎焊。而在所述硅靶材10和背板20贴合之前，在所述背板20涂覆有所述铟钎料层32的焊接面上，放置钎料聚合丝杆4。所述钎料聚合丝杆4可有效聚合其周边呈流体状的铟焊料，从而提高背板20和硅靶材10间的钎料密度，提高钎焊质量。而且，如图2b所示，当硅靶材10置于所述背板20上方，两者贴合后，基于硅靶材10的质量，可能挤压硅靶材10和背板20结合处的铟钎料层，所述钎料聚合丝杆4可有效避免硅靶材10和背板20之间的钎料的过量流失。因而，所述钎料聚合丝杆4的直径与预设的所述硅靶材10与背板20间的钎料层厚度(钎焊工艺中，通过钎料的原子在靶材和背板的结合面的原扩散实现靶材和背板结合，因而钎焊量的多少直接影响靶材和背板的结合强度。成型后的硅靶材组件中，硅靶材10和背板20间的钎焊料层的厚度基于所述硅靶材和背板的厚度、面积预计设定)相关联，所述钎料聚合丝杆4聚集周边的钎料同时，不能对钎焊过程中，钎料与背板、硅靶材之间原子扩散以实现高强度钎焊连接造成不良影响。本发明中，所述钎料聚合丝杆4直径大致为0.2?1.0mm。发明人发现，针对于本发明中，在硅靶材10上最后成型的呈流体状的铟钎料层31，该尺寸的钎料聚合丝4对于周边钎料的聚合度最佳。所述钎料聚合丝杆4可采用如铜等金属制成，其不会影响背板20和硅靶材10的钎焊质量。
[0048]优选方案中，在所述背板20的焊接面的范围内，可均匀地放置多根直径相同的所述钎料聚合丝杆4，所述的多根钎料聚合丝杆4互不相交，如可采用平行放置。可选方案中，所述多根钎料聚合丝杆4倾向于靠近所述背板的中间部分放置，当然所述多根钎料聚合丝杆4的具体数量，以及放置位置根据所述背板20和硅靶材10的形状，以及焊接面尺寸而定。
[0049]如图2a?2c所示，所述背板20和硅靶材10均为平板状，虽然所述背板20和硅靶材10之间的钎料聚合丝杆4 一定程度上可缓解钎料溢出，但若所述硅靶材10与背板20间预设的钎料层厚度大于所述钎料聚合丝杆4直径，仍可能有部分钎料溢出，因而当所述两者焊接面贴合后，可围绕所述背板20和硅靶材10的衔接的周边设置密封的夹具(图中未显示)，从而避免背板20和硅靶材10间的钎料溢出。
[0050]步骤S4，冷却所述靶材组件。在所述硅靶材10和背板20加热钎焊3~4小时后，便可停止加热，进行冷却处理，从而形成硅靶材组件。期间，优选地，在所述靶材组件冷却期间，在所述硅靶材或背板之间均匀施加500-900Ν的压力，以加强所述硅靶材10和背板20的连接强度的同时，防止所述硅靶材和背板20冷却过程中发生形变。
[0051]本发明中，所述背板20可为常用的如铝、铝基合金、铜、及铜基合金，铟钎料和上述材质背板均有良好的浸润性，因而可获取高强度结合的硅靶材组件。以铜背板为例，利用C-SCAN检测焊接结合率，该采用本发明获取的硅靶材与铜背板所组成的硅靶材组件其焊接结合率达到95%，所述硅靶材组件焊接性能十分可靠。
[0052]上述通过实施例的说明，应能使本领域专业技术人员更好地理解本发明，并能够再现和使用本发明。本领域的专业技术人员根据本文中所述的原理可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下对上述实施例作各种变更和修改是显而易见的。因此，本发明不应被理解为限制于本文所示的上述实施例，其保护范围应由所附的权利要求书来界定。
【权利要求】
1.一种硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供硅靶材和背板； 分别在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一层铟钎料层； 将涂覆有所述铟钎料层的所述硅靶材和背板的焊接面贴合，进行钎焊，将所述硅靶材焊接至所述背板上，形成硅靶材组件； 冷却所述硅靶材组件。
2.根据权利要求1所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一层铟钎料层过程中，控制所述硅靶材和背板的温度于19(T250°C之间，充分熔化所述硅靶材和背板的焊接面上放置的铟钎料，从而形成所述铟钎料层。
3.根据权利要求2所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，待所述铟钎料熔化后，以超声波处理使所述铟钎料均匀的分散于所述硅靶材和背板的焊接面上。
4.根据权利要求3所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，所述超声波处理的工艺参数为超声波振荡器的输出功率为15KHz至30KHz。
5.根据权利要求1所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，在将涂覆有所述铟钎料层的所述硅靶材和背板的焊接面贴合前，在所述背板或硅靶材的焊接面上放置用于聚集焊接面上熔化后钎料的钎料聚合丝杆，所述硅靶材和背板贴合后，所述钎料聚合丝杆夹于所述硅靶材和背板之间。
6.根据权利要求5所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，所述钎料聚合丝杆直径为 0.2-^1.0mm。
7.根据权利要求5所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，所述钎料聚合丝杆采用铜制成。
8.根据权利要求5所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，所述钎料聚合丝杆放置于所述背板的中间部分。
9.根据权利要求5所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，在所述背板或硅靶材的焊接面上放置多根直径相同的钎料聚合丝杆；所述多根钎料聚合丝杆完全位于所述硅靶材和背板的焊接面范围内，且互不相交。
10.根据权利要求1所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，在所述硅靶材组件冷却时，在所述硅靶材与背板之间均匀施加500-900Ν的压力，以加强所述硅靶材和背板的连接强度的同时，防止所述硅靶材和背板冷却过程中发生形变。
11.根据权利要求1所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆铟钎料层以及所述钎焊过程中，控制操作环境的空气湿度小于等于40%。
12.根据权利要求f11任一项所述的硅靶材组件的钎焊方法，其特征在于，所述背板为铜背板。
【文档编号】B23K1/00GK103692041SQ201210367293
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】姚力军, 相原俊夫, 大岩一彦, 潘杰, 王学泽, 宋佳 申请人:宁波江丰电子材料有限公司