CN101543935B - 靶材组件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种靶材组件制作方法，其中靶材制作方法包括，提供焊接材料，所述焊接材料包括靶材坯料和背板；比较靶材坯料和背板的硬度，对硬度比较高的焊接材料进行机械加工，对靶材坯料进行清洗处理，对所述背板进行清洗处理；将所述靶材坯料采用模具固定，利用扩散焊接将靶材坯料与背板焊接形成靶材组件。本发明能够降低制备投入，制备靶材组件过程中铝或者铝合金等金属靶材坯料不会变形，制作的靶材组件长久耐用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及靶材组件的制作方法。
背景技术
物理气相沉积(PVD)技术，例如溅射，应用于很多领域，用于提供带有原子级光滑表面的具有精确控制厚度的薄膜材料沉积物。在溅射过程中，位于充满惰性气体气氛的腔室里的靶材暴露于电场中而产生等离子区。这个等离子区中的等离子与溅射靶材的表面发生碰撞，从而从靶材表面逸出原子。靶材与待涂布基材之间的电压差使得逸出原子在基材表面上形成预期的膜层。
一般，靶材组件是由符合溅射性能的靶材坯料和与所述靶材结合、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。在溅射过程中，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度至500度；另外，靶材组件的一侧充以冷却水强冷，而另一侧则处于10-9Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的相对二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坯料与背板之间的结合度较差，将导致靶材坯料在受热条件下变形、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。
因此选择一种有效的焊接方式，使得靶材坯料与背板实现可靠结合，满足长期稳定生产、使用靶材坯料的需要，就显得十分必要。
当前大多数靶材的加工方法是通过钎焊工艺将坯料与背板结合在一起，在申请号为90109471.4的中国专利中可以发现现有的坯料与背板结合在一起的工艺，在现有的工艺中，通常需要使用焊锡(包括有铅焊锡、无铅焊锡、铟等)将坯料与背板焊接。而且靶材的焊锡的选择有很高的要求，例如在成分、纯度等参数上要求严格，购买价格昂贵，有些甚至需要从国外购买，采购周期长。而且焊锡焊接的靶材，长时间暴露在空气中，焊接层的焊锡容易氧化。
而采用公知的扩散焊接靶材的加工方法，对于比较软的焊接材料，例如铝或者铝合金等，很容易造成制备靶材组件过程中铝或者铝合金的变形，导致后续工艺步骤复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种靶材组件的制作方法，能够降低制备投入，制备靶材组件过程中铝或者铝合金等金属靶材坯料不会变形，制作的靶材组件长久耐用。
为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的制作方法，包括：提供焊接材料，所述焊接材料包括靶材坯料和背板；比较靶材坯料和背板的硬度，对硬度比较高的焊接材料进行机械加工，对靶材坯料进行清洗处理，对所述背板进行清洗处理；将所述靶材坯料采用模具固定，利用扩散焊接将靶材坯料与背板焊接形成靶材组件。
与现有技术相比，本发明所制作的靶材组件没有选用昂贵的焊锡，节约了制备成本，并且在制备靶材组件过程中铝或者铝合金等金属靶材坯料不会变形，制作的靶材组件长久耐用。
附图说明
图1为本发明一个实施例制作靶材的流程图；
图2至图7为根据图1所示流程制作靶材的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种靶材组件的制作方法，所述方法包括：提供焊接材料，所述焊接材料包括靶材坯料和背板；比较靶材坯料和背板的硬度，对硬度比较高的焊接材料进行机械加工，对靶材坯料进行清洗处理，对所述背板进行清洗处理；将所述靶材坯料采用模具固定，利用扩散焊接将靶材坯料与背板焊接形成靶材组件。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参考图1，本发明实施方式提供一种靶材的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1，提供焊接材料，所述焊接材料包括靶材坯料和背板；
步骤S2，比较靶材坯料和背板的硬度，对硬度比较高的焊接材料进行机械加工，对靶材坯料进行清洗处理，对所述背板进行清洗处理；
步骤S3，将所述靶材坯料采用模具固定，利用扩散焊接将靶材坯料与背板焊接形成靶材组件。
下面结合附图对于上述实例过程进行详细说明。结合图1和图2所示，如步骤S1所述，提供焊接材料，所述焊接材料包括靶材坯料10和背板20。在本实施例中，所述靶材坯料10的材料可以选自纯度为99.999％的纯铝、纯度为99.999％的纯铝、硅、铜的合金(其中铝含量98.5％，硅含量1％，铜含量0.5％)，纯度为99.999％的纯铝与硅的合金(其中铝含量99％，硅含量1％)，纯度为99.999％的纯铝与铜的合金(其中铝含量99.5％，铜含量0.5％)等材料。靶材坯料10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1mm至80mm不等。优选方案为圆形，直径为在设计尺寸上加2mm至5mm的余量，厚度为在设计尺寸上加1mm至3mm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。
所述背板20的材料可以选自纯度为99.999％的纯铝、型号为A6061、ZL105等铝材料或者铝合金材料。背板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(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，且其厚度可以为1mm至80mm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。
结合图1和图3所示，如步骤S2所述，比较靶材坯料10和背板20的硬度，对硬度比较高的焊接材料进行机械加工，对靶材坯料10进行清洗处理，对所述背板20进行清洗处理。
具体包括，比较靶材坯料10和背板20的硬度，对硬度比较高的焊接材料进行机械加工。在本实施例中，所述靶材坯料10的材料可以选自纯度为99.999％的纯铝，所述背板20的材料可以选自铝合金材料，背板20的硬度大于靶材坯料10，对背板20进行机械加工。如图3所示，把背板20的焊接面加工成螺纹状，目的为可以提高扩散焊接的结合。具体地说，螺纹状的背板20的焊接面可以在后续扩散焊接过程中，更加容易地穿透靶材坯料10的焊接表面，使得靶材坯料10和背板20更加容易结合。。
对靶材坯料10的清洗处理。清洗靶材坯料10的方法有多种，其中的一个例子就是用有机溶剂清洗。所述有机溶剂则可以是酒精、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。
对背板20的清洗处理。清洗背板20的方法有多种，其中的一个例子就是用有机溶剂清洗。所述有机溶剂则可以是酒精、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。
结合图1和图4、图5、图6、图7，如步骤S3所述将所述靶材坯料10采用模具30固定，利用扩散焊接将靶材坯料10与背板20焊接形成靶材组件。
具体包括，对靶材坯料10用模具30固定。如图4所示，采用模具30将靶材坯料10固定住，目的为保证后续的扩散焊接过程中，靶材坯料10在扩散焊接的压力作用下不发生塑性变形，同时又能获得足够的压力保证焊接成功。所述模具30的材料可以选自耐高温模具钢。在本实施例中，模具30的形状为能固定靶材坯料10的中空结构，优选的，模具30为圆环结构，模具内径为等于圆形靶材坯料10的直径，外径比内径大100mm，厚度为比圆形靶材坯料10厚度厚2mm至5mm。模具30将靶材坯料10固定，工艺可以为将模具30放入加热炉中升温到200℃至300℃，并保温0.5小时至1小时；将靶材坯料10放入加热炉中升温到200℃至300℃，并保温0.5小时至1小时。利用模具30固定住靶材坯料10。
如图5、图6、图7所示，将靶材坯料10和背板20扩散焊接形成靶材。具体可以为，将背板20放入加热炉中升温到200℃至300℃，并保温0.5小时至1小时，将带有模具30固定的靶材坯料10焊接面与背板20的焊接面接触，并施加50兆帕至160兆帕的压力，保压时间为10分钟至60分钟，使得靶材坯料10焊接面与背板20的焊接面结合，形成靶材；将加压后的靶材放入加热炉中，升温到200℃至300℃，并保温3小时至5小时，空冷，取下模具30。
一并参照图4至图7，在本发明中，采用了扩散焊接的方法，不需要额外的焊锡，节约了成本。并且在扩散焊接中引入了模具30固定的靶材坯料10，使得靶材坯料10在扩散焊接的过程中不会变形，并且能够让结合压强达到130兆帕。制备的靶材组件具有结合紧密度高，经久耐用的优点。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种靶材组件的制作方法，其特征在于，包括：
提供焊接材料，所述焊接材料包括靶材坯料和背板，所述靶材坯料为铝或铝合金；
比较靶材坯料和背板的硬度，对硬度比较高的焊接材料进行机械加工，对靶材坯料进行清洗处理，对所述背板进行清洗处理；
将所述靶材坯料采用模具固定，所述模具形状为能固定所述靶材坯料的中空结构，且所述采用模具固定的工艺参数为：将模具放入加热炉中升温到200℃至300℃，并保温0.5小时至1小时；将靶材坯料放入加热炉中升温到200℃至300℃，并保温0.5小时至1小时，利用模具固定住靶材坯料；利用扩散焊接将靶材坯料与背板焊接形成靶材组件。
2.根据权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述背板材料具体选自铝或者铝合金。
3.根据权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述靶材坯料的清洗处理具体为使用含有酒精或IPA的有机溶剂进行清洗。
4.根据权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述机械加工为把焊接材料的焊接面加工成螺纹状。
5.根据权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述背板的清洗处理具体为使用含有酒精或IPA的有机溶剂进行清洗。
6.根据权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述扩散焊接的压强为50兆帕至160兆帕。
7.根据权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述扩散焊接的保压时间为10分钟至60分钟。
8.根据权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述扩散焊接的扩散热处理温度为200℃至300℃。
9.根据权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述扩散焊接保温时间为3小时至5小时。
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