CN101717919B - 靶材组件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种靶材组件的制作方法，包括：提供靶材，所述靶材为铬或铬合金；利用电镀工艺，在靶材的焊接面上形成镍金属镀层；对铬或铬合金靶材和铜或铜合金背板进行钎焊，将铬或铬合金靶材焊接至铜或铜合金背板形成靶材组件。本发明能够通过在靶材的焊接面形成金属镀层，增强靶材与背板焊接后的结合强度，制作出符合要求的靶材组件。
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
一般，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。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摄氏度至500摄氏度；另外，靶材组件的一侧施加冷却水强冷，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与背板之间的结合强度较高，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，使得靶材与背板实现可靠结合，满足长期稳定生产、使用靶材的需要，就显得十分必要。
异种金属焊接是靶材生产过程中非常关键的一道工序，不同的靶材需要用不同的焊接方法焊接。以铬靶材为例，铬因为其特殊的物理化学性质，与其他金属的钎焊结合强度不高，目前一般的处理方法就是采用钎焊方式将铬靶材与异种金属(可以是铜、铜合金、铝或铝合金)背板直接进行焊接。有关靶材的异种金属焊接的相关技术另可参阅专利申请号为200610146033.2、发明名称为“一种钎焊方法”的中国专利文件。
但是，由于铬与低温钎料难以浸润融合，而使用高温钎料(至少大于1000℃)时，铜或铜合金又容易氧化，焊缝抗拉强度低，焊接质量不稳定，达不到半导体靶材要求；且采用钎焊方式，铬靶材与异种金属背板焊得太死，不利于后续异种金属背板的重复利用，生产成本较高。
发明内容
本发明解决的问题是将铬或铬合金靶材与铜或铜合金靶材直接钎焊焊接结合强度不高，达不到半导体靶材要求。
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：提供靶材，所述靶材为铬或铬合金；利用电镀工艺，在靶材的焊接面上形成镍金属镀层；对铬或铬合金靶材和铜或铜合金背板进行钎焊，将铬或铬合金靶材焊接至铜或铜合金背板形成靶材组件。
可选地，所述电镀工艺包括：对铬或铬合金靶材进行预清洗；采用酸液酸洗铬或铬合金靶材，去除铬或铬合金靶材的表面氧化物；将所述铬或铬合金靶材的至少一个焊接面浸入电镀液中，将铬或铬合金靶材接置在电源阴极，将镀覆镍金属接置在电源阳极，所述电镀液包括氨基磺酸镍溶液和溴化镍溶液；通电，进行电镀，在所述铬或铬合金靶材的至少一个焊接面上形成镍金属镀层；将所述铬或铬合金靶材取出，进行清洗。
可选地，对铬或铬合金靶材进行预清洗包括：先将铬或铬合金靶材在有机溶剂中洗净，去除油污；在去离子水中清洗，吹干。
可选地，所述有机溶剂为异丙醇。
可选地，所述采用酸液酸洗铬或铬合金靶材包括：将所述铬或铬合金靶材置于酸液中浸泡25秒至40秒，所述酸液的PH值小于1，温度为35℃至45℃。
可选地，所述酸液为盐酸溶液。
可选地，所述靶材组件的制作方法还包括在将所述铬或铬合金靶材酸洗之后及浸入电镀液电镀之前用去离子水对所述铬或铬合金靶材进行清洗和吹干的步骤。
可选地，所述电镀液中氨基磺酸镍溶液的镍离子浓度为86g/L至90g/L，而溴化镍溶液的镍离子浓度为0.5g/L至10g/L。
可选地，所述酸液为盐酸溶液。
可选地，所述电镀的工艺参数包括：电流为0.04安培至0.07安培，温度为18℃至25℃，电镀时间为70分钟至100分钟。
可选地，所述镍金属镀层的厚度为6微米至8微米。
可选地，将所述铬或铬合金靶材取出，进行清洗包括：将所述铬或铬合金靶材取出，以去离子水清洗；在去离子水中浸润，烘干。
可选地，所述在去离子水中浸润的时间为1分钟至3分钟，温度为35℃至45℃。
可选地，靶材组件的制作方法还包括将清洗后的电镀有镍金属镀层的铬或铬合金靶材予以真空包装的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：在靶材的焊接面上电镀形成金属镀层，利用金属镀层作为中间媒介，使得靶材与背板经过钎焊后实现二者的牢固结合，具有较高的结合强度。
附图说明
图1为本发明靶材组件的制作方法在一个实施方式中的流程图；
图2至图4为根据图1所示流程制作靶材组件的过程示意图；
图5为图1中步骤S3的更进一步的详细流程图；
图6为图5中靶材进行电镀作业的状态示意图。
具体实施方式
本发明的发明人发现在现有铬靶材组件的制作中是采用钎焊方式将铬或铬合金靶材与异种金属(例如铜、铜合金、铝或铝合金)背板直接焊接，易造成二者焊接质量不稳定(例如焊接结合强度较弱)，达不到半导体靶材要求。
本发明提供一种靶材组件的制作方法，包括：提供靶材，所述靶材为铬或铬合金；利用电镀工艺，在靶材的焊接面上形成镍金属镀层；对铬或铬合金靶材和铜或铜合金背板进行钎焊，将铬或铬合金靶材焊接至铜或铜合金背板形成靶材组件。
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，提供靶材，所述靶材为铬或铬合金；
步骤S3，利用电镀工艺，在靶材的焊接面上形成镍金属镀层；
步骤S5，对铬或铬合金靶材和铜或铜合金背板进行钎焊，将铬或铬合金靶材焊接至铜或铜合金背板形成靶材组件。
下面结合附图对于上述实施方式进行详细说明。
结合图1和图2所示，如步骤S1所述，提供靶材20。在本实施方式中，所述靶材的材料可以是高纯度或超高纯度的铬或者铬合金，所述靶材的纯度大于99.9％，例如为3N5(99.95％)、4N5(99.995％)或5N(99.999％)。另外，靶材的形状，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1毫米(mm)至100毫米不等，厚度为在设计尺寸上加1毫米至3毫米的加工余量，增加加工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。
接着执行步骤S3，结合图1和图3所示，利用电镀工艺，在靶材20上形成金属镀层22。在本实施方式中，金属镀层22既可以形成在靶材20的各个表面上，也可以仅形成在靶材20的焊接面200上。金属镀层22的材料可以是镍金属，但并不以此为限，在其他实施方式中，金属镀层22也可以采用其他的金属。
请参阅图5，在上述步骤S3中，所述电镀工艺更可具体包括如下步骤：S31，对铬或铬合金靶材进行预清洗；S32，采用酸液酸洗铬或铬合金靶材，去除铬或铬合金靶材的表面氧化物；S33，对铬或铬合金靶材进行清洗；S34，将所述铬或铬合金靶材的至少一个焊接面浸入电镀液中，将铬或铬合金靶材接置在电源阴极，将镀覆镍金属接置在电源阳极，所述电镀液包括氨基磺酸镍溶液和溴化镍溶液；S35，通电，进行电镀，在所述铬或铬合金靶材的至少一个焊接面上形成镍金属镀层；S36，将所述铬或铬合金靶材取出，进行清洗。
在步骤S31中，对铬或铬合金靶材进行预清洗更可包括：先将铬或铬合金靶材在例如为异丙醇(IPA)的有机溶剂中洗净，去除油污；在去离子水中清洗，吹干。
在步骤S32中，进行酸洗的酸液为盐酸，且其PH值要小于1。
在步骤S33中，对铬或铬合金靶材进行清洗采用的是去离子水。
在步骤S34中，结合图5和图6，将所述铬或铬合金靶材20浸入电镀液30中，将铬或铬合金靶材20接置在电源阴极，将镀覆镍金属40接置在电源阳极，所述电镀液30包括氨基磺酸镍溶液和溴化镍溶液，所述电镀液30中氨基磺酸镍溶液的镍离子浓度为86g/L至90g/L；而溴化镍溶液作为添加剂和活化剂，其镍离子浓度为0.5g/L至10g/L。另外，需说明的是，在将所述铬或铬合金靶材浸入电镀液时，既可以是部分浸入电镀液也可以是整个浸入电镀液，但一定要确保其中后续所利用的焊接面浸入电镀液中。
在步骤S35中，所述电镀的工艺参数包括：电流为0.04安培至0.07安培，温度为18℃至25℃，电镀时间为70分钟至100分钟。通过所述电镀，使得在所述铬或铬合金靶材的至少一个焊接面上形成厚度约为6微米(μm)至8微米的镍金属镀层。实际上，电镀中的各工艺参数可以根据所需形成的金属镀层中的离子种类、厚度等因素而适时作调整，例如电镀时间基本与金属镀层的厚度成正比，通过控制电镀时间的长短来获取金属镀层的厚度。
在步骤S36中，所述铬或铬合金靶材取出，进行清洗包括：将所述铬或铬合金靶材取出，以去离子水清洗；在去离子水中浸润，烘干。所述在去离子水中浸润的时间为1分钟至3分钟，温度为35℃至45℃。
特别地，若电镀后靶材不是直接与背板钎焊而需存储一段时间时，还可以包括将清洗后的电镀有镍金属镀层的铬或铬合金靶材予以真空包装的步骤(如图5中的步骤S37)，可以避免靶材暴露于外界环境下出现例如氧化、受潮等问题。
结合图1和图4所示，执行步骤S5，提供背板24，对靶材20和背板24进行钎焊，将靶材20焊接至背板24形成靶材组件。在本实施方式中，背板24的材料是为与所述靶材20的材料(铬或铬合金)相异的金属，例如为铜或铜合金。
在上述步骤S5中，具体可以包括：对铬或铬合金靶材20进行预热，将钎料均匀分布在铬或铬合金靶材20的焊接面200上；对铜或铜合金背板24的焊接面200进行打磨处理，并进行预热，将钎料均匀分布在铜或铜合金背板24的焊接面200上；让铬或铬合金靶材20的焊接面200与铜或铜合金背板24的焊接面接触，在高温高压作用下，将铬或铬合金靶材20焊接至铜或铜合金背板24形成靶材组件。
可以推知，由于在步骤S3中，在铬或铬合金靶材的焊接面上已形成有易于铜或铜合金金属相结合的镍金属镀层，利用镍金属镀层作为中间媒介，从而使得铬或铬合金靶材与铜或铜合金背板经过钎焊作业后的实现二者的牢固结合，具有很高的结合强度，符合靶材组件的制作要求。另外，在靶材组件中的铬或铬合金靶材溅射消耗后，也可以通过抛光、打磨等表面处理方法，较易于去除在铜或铜合金背板的焊接面上残留的钎料和镍金属镀层，从而可以确保铜或铜合金背板重新投入使用，与其他铬或铬合金靶材焊接构成新的靶材组件，提高了铜或铜合金背板利用率，节省了生产成本。
具体实施例：
以3N5、4N5或5N的铬靶材为例来说明在与铜背板钎焊之前进行表面电镀处理的工艺步骤及结果：
(1)、将铬或铬合金靶材在例如为异丙醇(IPA)的有机溶剂中洗净，去除油污；在去离子水中清洗，吹干；
(2)将所述铬靶材置于PH值小于1且温度为40℃左右的盐酸溶液中浸泡30秒左右，用于去除铬或铬合金靶材的表面氧化物；
(3)酸洗完成后将将所述铬靶材自所述盐酸溶液中取出，并用去离子水洗净，吹干；
(3)酸洗完成后将所述铬靶材自所述盐酸溶液中取出，并用去离子水洗净，吹干；
(4)将所述铬靶材浸入电镀液中，其中，将铬所述铬靶材接置在电源阴极，将镀覆镍金属接置在电源阳极；所述电镀液包括氨基磺酸镍溶液和溴化镍溶液，氨基磺酸镍溶液的镍离子浓度为86g/L至90g/L；而作为添加剂和活化剂的溴化镍溶液的镍离子浓度为4g/L至8g/L。
(5)通上直流电，电流控制在0.5安培左右，在接近室温(18℃至25℃)条件下，电镀90分钟左右，得以在所述铬靶材的表面形成厚度约为6微米至8微米的镍金属镀层。
(6)将完成电镀的所述铬靶材取出，采用大量去离子水进行清洗。
(7)将所述铬靶材在去离子水中浸润，浸润的时间为2分钟左右，温度为40℃左右。
(8)将经过浸润的所述铬靶材取出并烘干；
(9)将所述铬靶材进行真空包装，予以存储，以供后续进行焊接制作靶材组件。
通过上述各步骤，可以使得所述铬靶材在电镀处理后表面形成有镍金属镀层，从而使得经过钎焊作业后的铬靶材与铜背板具有很高的结合强度，制作出高质量的靶材组件。
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 (14)
1.一种靶材组件的制作方法，其特征在于，包括：
提供靶材，所述靶材为铬或铬合金；
利用电镀工艺，在靶材的焊接面上形成镍金属镀层；
对铬或铬合金靶材和铜或铜合金背板进行钎焊，将铬或铬合金靶材焊接至铜或铜合金背板形成靶材组件。
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，所述电镀工艺包括：
对铬或铬合金靶材进行预清洗；
采用酸液酸洗铬或铬合金靶材，去除铬或铬合金靶材的表面氧化物；
将所述铬或铬合金靶材的至少一个焊接面浸入电镀液中，将铬或铬合金靶材接置在电源阴极，将镀覆镍金属接置在电源阳极，所述电镀液由氨基磺酸镍溶液和溴化镍溶液组成；
通电，进行电镀，在所述铬或铬合金靶材的至少一个焊接面上形成镍金属镀层；
将所述铬或铬合金靶材取出，进行清洗。
3.根据权利要求2所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，对铬或铬合金靶材进行预清洗包括：
先将铬或铬合金靶材在有机溶剂中洗净，去除油污；
在去离子水中清洗，干燥。
4.根据权利要求3所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述有机溶剂为异丙醇。
5.根据权利要求2所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述采用酸液酸洗铬或铬合金靶材包括：将所述铬或铬合金靶材置于酸液中浸泡25秒至40秒，所述酸液的PH值小于1，温度为35℃至45℃。
6.根据权利要求5所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述酸液为盐酸溶液。
7.根据权利要求2所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，还包括在将所述铬或铬合金靶材酸洗之后及浸入电镀液电镀之前用去离子水对所述铬或铬合金靶材进行清洗和干燥的步骤。
8.根据权利要求2所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述电镀液中氨基磺酸镍溶液的镍离子浓度为86g/L至90g/L，而溴化镍溶液的镍离子浓度为0.5g/L至10g/L。
9.根据权利要求8所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述酸液为盐酸溶液。
10.根据权利要求2所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述电镀的工艺参数包括：电流为0.04安培至0.07安培，温度为18℃至25℃，电镀时间为70分钟至100分钟。
11.根据权利要求10所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述镍金属镀层的厚度为6微米至8微米。
12.根据权利要求2所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，将所述铬或铬合金靶材取出，进行清洗包括：
将所述铬或铬合金靶材取出，以去离子水清洗；
在去离子水中浸润，干燥。
13.根据权利要求12所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述在去离子水中浸润的时间为1分钟至3分钟，温度为35℃至45℃。
14.根据权利要求2所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，还包括将清洗后的电镀有镍金属镀层的铬或铬合金靶材予以真空包装的步骤。
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