专利名称：铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法
技术领域：
本发明涉及半导体领域溅射靶材制造，尤其涉及铝靶材坯料与铝合金背 板的焊接方法。
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。目前，主要使用金属钽(Ta)或者铝(Al) 通过物理气相沉积法(PVD)镀膜并形成阻挡层作为靶材，在溅射过程中使 用磁控賊射；需要使用具有足够强度，且导热、导电性也较高的铜或铝材料 作为背板材料。
将高纯度铝靶材坯料以及铝合金背板经过加工、焊接成型，制成半导体 工业所使用的耙材组件后，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有 效进行溅射控制。现有溅射工艺中，靶材组件的工作环境非常恶劣，首先， 耙材组件工作温度高达300。C至500。C;其次，靶材组件的一侧充以冷却水强 冷，而另一侧则处于l(T9Pa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；同时，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子 的轰击。如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接质量较差，将导致靶材在受 热条件下变形、开裂、甚至从背板脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，同 时还可能会导致溅射基台损坏。
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。焊接是相互接触的材料表面，在一定温度、压力作用下靠近，局部产生塑性 变形，原子间相互扩散，在界面处形成新的扩散层，而实现可靠连接完成焊 接过程。
然而在将铝靶材坯料与铝合金背板进行扩散焊接时，由于金属铝及其合
金的熔点较低(铝熔点650°C ),且化学性质较为活泼，采用常规的焊接设备 进行扩散焊接，温度加热至200。C以上时，焊接表面的氧化非常严重，从而使 得金属接触面原子不能进行有效扩散，难以达到理想的焊接效果。因此需要 研究一种新的扩散焊接工艺，提高焊接后所得组件的结合率和强度。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法，解 决扩散焊接工艺中由于铝靶材坯料以及铝合金背板在加热状态下接触面容易 氧化，而影响所得靶材组件的焊接效果。
为解决上述问题，本发明提供一种铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法， 包括
提供铝耙材坯料和铝合金背板；
将铝靶材坯料和铝合金背板放置入真空包套送入焊接设备；所述真空包 套釆用1.0mm 2.0mm低碳钢或者铝合金焊接成型的，装入靶材坯料以及背板 后抽真空至10-3~10-5托再封闭；
釆用热等静压工艺进行扩散焊接，将铝靶材坯料焊接至铝合金背板形成 耙材组件；所述热等静压工艺具体参数优选为焊接温度为200。C 450。C,环 境压强为50 160Mpa,并在此温度压强下保温3 5小时；
完成焊接后，进行空冷并拆除真空包套取出靶材组件。
与现有技术相比，本发明具有以下优点采用热等静压工艺进行焊接能 将两种金属面对面很好得结合在一起，从而可以实现对靶材和背板实施大面积焊接；由于本发明的热等静压工艺是在真空包套中进行焊接，因此有效防
止了待焊金属被氧化，且降低了真空设备成本。通过本发明方法进行焊接使 得铝靶材坯料与铝合金背板在接触面的相互扩散程度较高，结合强度能够达
到40Mpa以上，还具有受热抗变形能力强等优点。
图1为本发明所述铝靶材坯料与铝合金背板焊接方法的具体实施方式
流 程图2至图5为本发明所述铝靶材坯料与铝合金背板的焊接实施示意图。
具体实施例方式
图1为本发明所述靶材与背板的扩散焊接方法具体实施方式
流程图，结 合图2至图5的实施示意图进行说明，本发明主要步骤如下
S1 、提供铝靶材坯料以及铝合金背板。
提供的铝靶材坯料，其形状根据应用环境、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，且其厚度一般为lmm 80mm，而面尺寸根据靶材所应用的设备 不同并没有固定范围。另外，实际用于焊接的靶材坯料需要在设定尺寸上预 留2 5mm余量，以适应焊接后金属的膨胀变形。如图2所示，本发明为说明 需要，在后述具体实施例均选择一种较典型的铝靶材坯料10,形状为圆形， 直径为350mm，厚度为10mm。而铝合金背板20的形状由溅射设备决定。
S2、对铝耙材坯料以及铝合金背板的表面进行机械加工然后化学清洗；
其中对铝耙材坯料以及铝合金背板的表面进行机械加工使之光亮，尤其 使两者的接触面达到必要的光洁度，以便于紧密的贴合，防止焊接过程中形 成突起或者凹槽等缺陷。铝靶材坯料和铝合金背板表面的清洗均可直接使用有机清洗溶剂清洗， 去除表面的可溶性杂质，同样可以防止焊接过程中的缺陷形成。
S3 、将铝靶材坯料和铝合金背板放置入真空包套送入焊接设备；
如图3所示，将铝耙材坯料10和铝合金背板20组装固定，使得对焊面 相贴合，然后装入由1.0mm 2.0mm低碳钢或者铝合金焊接成型的真空包套30 中，再通过真空包套的抽气口 31抽真空至10-3 10-5托，最后封闭抽气口31, 在真空包套30内形成真空环境；将上述真空包套30连同内置的靶材坯料以 及背板整体送入焊接设备进行焊接。
54、 采用热等静压工艺进行扩散焊接，将铝靶材坯料焊接至铝合金背板 形成靶材组件；
所述热等静压工艺是在高温条件下，利用压力机设备采用液体或气体介 质等方式在待焊工件周围形成高压强环境，进行焊接。
如图4所示，铝靶材坯料10以及铝合金背板20在真空包套30内进行焊 接，而真空包套30外部形成高温高压环境。由于真空包套30是薄壁焊接成 形的，所以真空包套会紧密贴合内置的靶材组件，外界的高压强会直接传递 至铝靶材坯料10以及铝合金背板20，在两者各向接触面形成压力。真空包套 30起到的仅是隔绝空气，并且进行热传递的作用。
热等静压工艺的具体参数如下焊接温度为200。C 450。C，环境压强为 50 160Mpa，并在此温度压强下保温3 5小时；
在上述条件下，铝靶材坯料与铝合金背板在接触面上产生塑性变形，原 子间相互扩散，在界面处形成新的扩散层，最终实现可靠连接完成焊接过程。
55、 空冷以冷却靶材组件，完成焊4妄。
如图5所示，去除包套30,获得完成扩散焊-接的靶材组件。本发明采用热等静压工艺将铝靶材坯料和铝合金背板实施大面积的对
焊；由于所述扩散焊接是在真空包套中进行，隔绝了空气，因此能够有效防
止焊接金属的接触面被氧化，提高铝靶材坯料和铝合金背板之间的结合强度， 避免溅射过程中靶材脱离背板，从而正常进行溅射镀膜。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。 下面结合优选实施例对本发明作进一步的介绍。
实施例一
以下为99.995%高纯度A1耙材坯料与6061Al合金背板进行扩散焊接的工 艺步骤及焊接结果
(1) 靶材坯料、背板的表面加工对Al耙材坯料表面以及6061A1合金 背板表面进行机械加工使之光亮，尤其使两者接触面的光洁度达到0.2um。
(2) 靶材坯料、背板的化学清洗对A1靶材坯料以及6061A1合金背板 采用有机溶剂清洗表面，去除表面的可溶性杂质。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。
(3) 将靶材坯料、背板装入真空包套
先将Al靶材坯料和6061A1合金背板装入薄壁焊接成形的真空包套中， 所述真空包套为1.0mm 2.0mm低碳钢或者铝合金焊接成型的，然后抽真空至 1(73~10-5托，其中1托=1毫米汞柱=133.32帕斯卡，再将真空包套的抽气口采 用机械方法封死，完成待焊靶材坯料以及背板的真空包装，最后整体送入焊 接设备中进行焊接。
(4 )利用热等静压工艺进行扩散焊接对将靶材坯料焊接至背板
将上步包装好的产品送入焊接设备中，首先利用压力机采用气体介质加 压，气体介质加压较之液体加压具有各向压强同性的特点，适合对焊时多接 触面的焊接，使得真空包套内Al靼材坯料与6061A1合金背板接触面上的压强达到150MPa;
然后再将焊接温度提升至450°C，在此环境压强以及温度下保持5小时， 使Al靶材坯料与6061A1合金背板的接触面相互热扩散，结合在一起，构成 靶材组件。
(5)完成热等静压工艺后，将耙材组件进行空冷，去除真空包套，最终 获得扩散焊接后的产品。
最后，焊接状况检测利用C-SCAN检测焊接结合率，该由A1靶材坯料 与6061Al合金背板所组成的靶材组件其焊接结合率达到98%，再测试其拉伸 强度，其扩散焊接的平均强度为100Mpa，结果表明，采用本发明所述扩散焊 接方法所取得的靶材组件焊接性能十分可靠。
实施例二
以下为99.99。/o高纯度Al靶材坯料与6061Al合金背板进行扩散焊接的工 艺步骤及焊接结果
(1) 耙材坯料、背板的表面加工对A1靶材坯料表面以及6061A1合金 背板表面进行机械加工使之光亮，尤其使两者接触面的光洁度达到3.2um。
(2) 靶材坯料、背板的化学清洗对A1靶材坯料以及6061A1合金背板 采用有机溶剂清洗表面，去除表面的可溶性杂质。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。
(3 )将靶材坯料、背板装入真空包套
先将Al靶材坯料和6061A1合金背板装入薄壁焊接成形的真空包套中， 所述真空包套为1.0mm 2.0mm低碳钢或者铝合金焊接成型的，然后抽真空至 10-3 10—5托，再将真空包套的抽气口采用机械方法封死，完成待焊耙材坯料以 及背板的真空包装，最后整体送入焊接设备中进行焊接。(4 )利用热等静压工艺进行扩散焊接对将靶材坯料焊接至背板
将上步包装好的产品送入焊接设备中，首先利用压力机釆用气体介质加 压，气体介质加压较之液体加压具有各向压强同性的特点，适合对焊时多接
触面的焊接，使得真空包套内Al靶材坯料与6061A1合金背板接触面上的压 强达到50MPa;
然后再将焊接温度提升至200°C，在此环境压强以及温度下保持3小时, 使A1耙材坯料与6061A1合金背板的接触面相互热扩散，结合在一起，构成 輩巴材组件。
(5)完成热等静压工艺后，将靶材组件进行空冷，去除真空包套，最终 获得扩散焊接后的产品。
最后，焊接状况检测利用C-SCAN检测焊接结合率，该由A1靶材坯料 与6061Al合金背板所组成的靶材组件其焊接结合率达到95%,再测试其拉伸 强度，其扩散焊接的平均强度为40Mpa,结果表明，采用本发明所述扩散焊 接方法所取得的靶材组件焊接性能十分可靠。
实施例三
以下为99.99。/。高纯度A1靶材坯料与ZL105AL合金背板进行扩散焊接的 工艺步骤及焊接结果
(1) 靶材坯料、背板的表面加工对A1靶材坯料表面以及ZL105AL合 金背板表面进行机械加工使之光亮，尤其使两者接触面的光洁度达到1.6um。
(2) 靶材坯料、背板的化学清洗对A1靶材坯料以及ZL105AL合金背 板采用有机溶剂清洗表面，去除表面的可溶性杂质。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，选耳又异丙醇IPA。
(3) 将靶材坯料、背板装入真空包套先将Al靶材坯料和ZL105AL合金背板装入薄壁焊接成形的真空包套中， 所述真空包套为1.0mm 2.0mm低碳钢或者铝合金焊接成型的，然后抽真空至 10-3 1(15托，再将真空包套的抽气口采用机械方法封死，完成待焊耙材坯料以 及背板的真空包装，最后整体送入焊接设备中进行焊接。
(4 )利用热等静压工艺进行扩散焊接对将靶材坯料焊接至背板
将上步包装好的产品送入焊接设备中，首先利用压力机采用气体介质加 压，气体^h质加压较之液体加压具有各向压强同性的特点，适合对焊时多接 触面的焊接，使得真空包套内Al耙材坯料与ZL105A1合金背板接触面上的压 强达到lOOMPa;
然后再将焊接温度提升至300。C，在此环境压强以及温度下保持4小时， 使A1靶材坯料与ZL105A1合金背板的接触面相互热扩散,结合在一起，构成 靶材组件。
(5)完成热等静压工艺后，将靶材组件进行空冷，去除真空包套，最终 获得扩散焊接后的产品。.
最后，焊接状况检测利用C-SCAN检测焊接结合率，该由A1靶材坯料 与ZL105A1合金背板所组成的靶材组件其焊接结合率达到97%,再测试其拉 伸强度，其扩散焊接的平均强度为80Mpa，结果表明，采用本发明所述扩散 焊接方法所取得的靶材组件焊接性能十分可靠。
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4支术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以估文出可能的变动和 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。
10
权利要求
1.一种铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法，其特征在于，包括提供铝靶材坯料和铝合金背板；将铝靶材坯料和铝合金背板放置入真空包套送入焊接设备；采用热等静压工艺进行扩散焊接，将铝靶材坯料焊接至铝合金背板形成靶材组件；完成焊接后，进行空冷并拆除真空包套取出靶材组件。
2. 根据权利要求1所述的铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法，其特征在于， 所述热等静压工艺具体参数优选为焊接温度200。C 450。C,环境压强 50 160Mpa，并在此温度压强下保温3 5小时。
3. 根据权利要求1所述的铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法，其特征在于， 所述真空包套采用1.0mm 2.0mm低碳钢或者铝合金焊接成型的，装入靶 材坯料以及背板后抽真空至10-3~10-5托，再封闭。
4. 根据权利要求1所述的铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法，其特征在于， 在放置入真空包套前，还需要对铝靶材坯料和铝合金背板先进行机械加工 再化学清洗。
5. 根据权利要求4所述的铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法，其特征在于， 机械加工使得靶材以及背板表面的光洁度达到0.2 3.2um。
6. 根据权利要求4所述的铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法，其特征在于， 所述化学清洗具体为使用有机清洗溶剂清洗，有机清洗溶剂为异丁醇IBA、 异丙醇IPA或混丙醇IPB中的任一种。
全文摘要
一种铝靶材坯料与铝合金背板的焊接方法，包括提供铝靶材坯料和铝合金背板；将铝靶材坯料和铝合金背板放置入真空包套送入焊接设备；采用热等静压工艺进行扩散焊接，将铝靶材坯料焊接至铝合金背板形成靶材组件；完成焊接后，进行空冷并拆除真空包套取出靶材组件。本发明采用真空套包实现靶材与背板与空气隔绝，有效防止焊接时金属表面被氧化，并降低了真空设备成本；另一方面，利用热等静压工艺进行扩散焊接，进一步地提高铝靶材坯料与铝合金背板之间的结合强度，且结合后弯曲变形小。
文档编号C23C14/34GK101564793SQ20091013531
公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者庆 刘, 姚力军, 杰 潘, 王学泽, 陈勇军 申请人:宁波江丰电子材料有限公司