专利名称：金属靶材与靶托的连接方法
金属靶材与靶托的连接方法
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本发明涉及金属靶材与靶托的连接技术，应用于微电子集成电路、光(磁) 记录介质、平面显示器及其它领域薄膜制备用溅射靶材与靶托的连接。
背景技术：
溅射薄膜材料在电子信息、存储记录以及显示器等相关产业中，有着极 其广泛的应用。同时，溅射靶材伴随着这些行业的发展需求量也逐年增多。 耙材的质量对溅射薄膜的性能有着重要影响，尤其是半导体集成电路芯片的
制备向着大尺寸化方向发展(8 12英寸)，溅射靶材的尺寸和溅射功率也 将随之增大，对溅射靶材纯度、微观组织以及靶材与靶托连接的要求也越来 越高。大尺寸靶材与靶托的连接技术己成为靶材组件制备的关键技术。
在溅射过程中，靶材组件作为阴极，首先应具有优良的导电性，同时为了 排放高能态离子高速轰击靶材表面产生的热量，靶材组件也要具有优良的导 热性。因此，靶与靶托的连接既要有一定的结合强度，以避免溅射靶在工作 中的脱落、脆裂等问题，又要有高的热传导率和电传导率。
靶与靶托连接的常用技术包括机械压紧法、焊接法等。采用机械压紧 法，靶材与靶托的对接面很难完全致密，可能存在的缝隙会导致靶材与靶托 之间结合强度降低，同时影响溅射过程中的热传导。靶材的焊接包括钎焊、 扩散悍等，采用钎焊连接，对于大尺寸靶材组件，靶与耙托的结合强度难以 满足要求；采用扩散焊接时，焊接所需的温度较高，对于大尺寸靶材组件， 在焊接过程中容易发生变形，而且高温下微观组织将产生变化，影响溅射耙 的性能。
发明内容
本发明提供了一种金属靶与靶托的连接方法，它能够在大气环境中实现 靶材与靶托之间的紧固致密连接,同时能够防止焊接过程中的污染，避免了必须在真空、高温或高压等环境下的连接成形问题，降低生产成本。
本发明的金属靶材与靶托的连接方法包括如下步骤(1)对靶材、靶托
的结合部位分别加工出对应的凸台和凹槽；(2)清洗干净靶材和靶托表面， 并吹干；(3)加热靶托到高于钎焊料的液相线10 5(TC; (4)在靶托的凹面 内均匀涂敷上钎焊料；(5)靶材从靶托一侧沿着凹槽逐渐挤进靶托内，并在 轴向施加压力，使得靶材和靶托紧密配合；(6)在挤压过程中，，靶托槽内的 钎焊料熔化流动时充填接合面的各部位，将残存的空气排除。
步骤l中的靶材与靶托对应的形状为梯形或燕尾形，其接触侧面与水平面 的倾斜角(a)为65° 80°。
步骤1中的耙材与耙托对应的凸台和凹槽的数量为3 6个，等距离分布在 靶材和靶托上，凸台和凹槽的高度(H)为2 5mm之间。
上述步骤4中涂敷钎焊料的厚度为0.5mm lmm。
上述步骤5中所施加的轴向压力为3MPa 100MPa。
本发明中的靶材主要包括Al、 Al-Si、 Al-Cu、 A1-Si-Cu等靶材，所对应 的靶托为Al合金和Cu靶托；还包括Ti、 Ti-W、 Ta、 Ta-Si等靶材，对应的 靶托为无氧铜、黄铜、Al合金和Ti合金等耙托。
本发明中所用连接钎焊料主要包括纯铟、铟合金、锡铜、锌锡、锡银铜 等钎焊料。
本方法的特点是，采用机械压紧和钎悍相结合的连接方法，其中耙材与
靶托之间为非平面结合。其优点如下
1、 在大气环境下，靶材与靶托之间通过键槽结构和焊接紧密连接， 结合强度高，且靶材的微观结构及组织性能、尺寸等不受影响， 避免了靶材与靶托连接制备过程中对环境条件要求高、易脆裂、 变形、出现接触间隙等问题。
2、 通过导电及导热性良好的钎焊料填充于耙材与耙托之间各结合 面，并且采用加热粘结的形式，保证结合面充分接触，有效提高 了热传导率和电传导率。
3、 连接方法简便，容易实现，降低生产成本。
本发明的连接方法主要适用于金属靶材与靶托的连接，尤其适用于 高纯金属耙材与靶托的连接。
图l是本发明中靶材与靶托的连接装配及局部放大图。 图2是图1中靶托的俯视图(图中表示出对称的半部分)。
具体实施例方式
下面根据附图和结合具体实施例对本发明的方法作进一步说明。 实施例l
如图l、 2所示的靶材及靶托的连接结构，靶材1与靶托3之间由填充的钎 焊料2焊接固定。
Al-Si合金靶材与Al合金耙托结合件是目前最常用的互连线制作材料之 一，在制作时，首先由铣床分别对靶材1与靶托3进行加工，在A1-Si靶材l的 对接面，加工出5个燕尾形凸台。同时对应的A1合金靶托3上铣出5个对应形状 凹槽，凸台与凹槽对应高度H为3mm，接触侧面与水平面的倾斜角a为65°,,
将靶材1与靶托3的加工面清洗干净。首先用丙酮除油，用纯净水清洗后， 再进行酸洗(15wty。的HN0:i溶液)，最后用纯净水清洗，热风吹干。加热靶托3到 20(TC，在靶托3面涂上0. l隱的Sn合金钎焊料2，其液相线温度约为180°C '
靶材1从靶托3—侧沿着凹槽逐渐挤进耙托3内，相互配合后，沿着耙材轴 向施加3MPa的压力，靶托3槽内的焊料熔化流动时充填接合面的各部位,将残 存的空气完全排除，最后靶材1与靶托3紧密连接在一起。
该种方法连接的靶材与靶托结合面充分接触，保证良好的热传导率和电 传导率，工艺简单，在大气环境下即可实现稳固连接，降低了制作成本。 实施例2
高纯Ti靶材和无氧铜靶托结合件常用于制备集成电路阻挡层薄膜材料之 一，其结构与实施l相同。在制作时，用铣床分别对耙材1与耙托3进行加工， 在高纯Ti靶材的对接面，加工出6个倒梯形凸台。同时对无氧铜耙托，对应铣出6个凹槽，高度H为5mm，倾斜角a为80°。
靶材1与靶托3的加工面用丙酮、硝酸溶液、纯净水等清洗干净，再用热 风吹干。将靶托3加热到25(TC，在靶托3面涂上0.3mm的Sn-Cu合金钎焊料2， 其液相线温度约为20(TC。
将靶材1从靶托3—侧沿着凹槽逐渐挤进靶托3内，再在轴向施加20MPa的 压力，靶托3槽内的钎焊料2熔化流动时充填接合面的各部位，使得靶材l与靶 托3紧密连接在一起。本实施例具有与实施例l相同的优良效果。 实施例3
高纯Ti-W合金靶材和黄铜靶托结合件是另一常用于制备集成电路阻挡层 薄膜的材料，其结构与实施例2相同。在制作时，用铣床分别对耙材1与耙托3 进行加工，在Ti-W合金靶材的对接面，加工出3个倒梯形凸台。同时对黄铜耙 托3对应铣出3个凹槽，高度H为2mm，倾斜角a为70°。
靶材1与靶托3的加工面用丙酮、硝酸溶液、纯净水等清洗干净，再用热 风吹干。将靶托3加热到23(TC，在靶托3面涂上0. 5mm的Sn-Ag-Cu合金钎焊料2， 其液相线温度约为22(TC。
将靶材1从靶托3—侧沿着凹槽逐渐挤进靶托3内，再在轴向施加100MPa的 压力，靶托3槽内的钎焊料2熔化流动时充填接合面的各部位，使得耙材l与耙 托3紧密连接在一起。本实施例同样具有与实施例1相同的优点。
权利要求
1、一种金属靶材与靶托的连接方法，其特征是包括如下步骤(1)对靶材、靶托的结合部位分别加工出对应的凸台和凹槽；(2)清洗干净靶材和靶托表面，并吹干；(3)加热靶托到高于钎焊料的液相线10～50℃；，(4)在靶托的凹面内均匀涂敷上钎焊料；(5)靶材从靶托一侧沿着凹槽逐渐挤进靶托内，并在轴向施加压力，使得靶材和靶托紧密配合；(6)在挤压过程中，靶托槽内的钎焊料熔化流动时充填接合面的各部位，将残存的空气排除。
2、 根据权利要求l所述的金属靶材与靶托的连接方法，其特征还在于步 骤(1)耙材与靶托对应的形状为梯形或燕尾形，其接触侧面与水平面的倾斜角(a)为650 800。
3、 根据权利要求l所述的金属耙材与耙托的连接方法，其特征还在于凸台和凹槽的数量为3 6个，等距离分布在靶材和靶托上，凸台和凹槽的高度(H) 为2 5mm。
4、 根据权利要求l所述的金属耙材与耙托的连接方法，其特征还在于步骤(4)中涂敷钎焊料的厚度为0.1mm 0.5mm。
5、 根据权利要求1所述的金属耙材与耙托的连接方法，其特征还在于步 骤(5)中所施加的轴向压力为3MPa 100MPa。
6、 根据权利要求1所述的金属靶材与靶托的连接方法，其特征还在于靶 材主要包括Al、 Al-Si、 Al-Cu、 Al-Si-Cu靶材，所对应的靶托为Al合金和Cu靶托。
7、 根据权利要求1所述的金属靶材与靶托的连接方法，其特征还在于靶材还包括Ti、 Ti-W、 Ta、 Ta-Si靶材，对应的靶托为无氧铜、黄铜、Al合金和 Ti合金靶托。
8、 根据权利要求1所述的一种金属靶材与靶托的连接方法，其特征还在于: 所用钎焊料主要包括纯铟、铟合金、锡铜、锌锡、锡银铜钎焊料。
全文摘要
本发明涉及一种金属靶材与靶托的连接方法。它主要包括加工连接面、涂焊接钎焊料、挤压、粘接等步骤组成。靶材与靶托之间通过对应的凸台和凹槽配合，加热靶托到高于钎焊料的液相线10～50℃，在靶材与靶托接合面的涂敷钎焊料，在轴向施加压力，使得靶材和靶托紧密配合，同时在挤压过程中，靶托槽内的焊料熔化流动时充填接合面的各部位，将残存的空气排除。该方法能够在大气环境中实现靶材与靶托之间的稳固连接，靶材的组织性能及尺寸不受影响，避免了在真空、高温或高压等环境下的变形问题。
文档编号C23C14/34GK101177778SQ200610114350
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月7日 优先权日2006年11月7日
发明者何金江, 孙秀霞, 赞 廖, 杨亚卓, 杨永刚, 轩 江, 彬 王, 王欣平, 郭力山 申请人:北京有色金属研究总院;有研亿金新材料股份有限公司