CN101733544A - 钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法，其工艺过程依次为：焊接表面光洁处理、焊接表面清洗，被焊物包套抽真空，热等静压处理。本发明和现有钽材和其他金属材料的扩散焊接方法的优点有三点：第一：本发明提高了材料的利用率；第二：本发明简便了生产加工过程，提高了生产效率；第三：本发明也有利于靶材使用后的材料回收，包括回收钽材的利用率和回收方法简便。
Description
技术领域：
本发明属于稀有金属的加工领域，特别是一种钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法。
背景技术：
物理气相沉积(PVD)是半导体芯片生产过程中最关键的工艺之一，其目的是把金属或金属的化合物以薄膜的形式沉积到硅片或其他的基板上，并随后通过光刻与腐蚀等工艺的配合，最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。物理气相沉积是通过溅射机台来完成的，溅射靶材就是用于上述工艺中的一个非常重要的关键耗材。常见的溅射靶材有高纯度Ta，还有Ti、Al、Co和Cu等有色金属。溅射靶材的生产是与半导体生产工艺同时开发进化而来的，因此其生产技术及应用等方面的情报极为稀有。并且由于半导体技术的高投入，高风险及高度竞争性，致使与其竞争力(由成本及技术所决定)息息相关的靶材的技术、市场等情报极为保密。目前全球只有日本、美国两个国家具备生产半导体用先进的溅射靶材的生产能力，而在台湾，韩国尽管半导体生产能力很强，但靶材依然依靠由美国及日本的进口。
随着半导体技术的迅猛发展，集成化程度越来越高，单位面积单晶硅片集成器件数呈指数增长，而且硅片尺寸也越来越大，布线宽度越来越细，因而对溅射靶材的尺寸要求也越来越大，微观组织结构也要求越来越精细，目前半导体技术的前沿就是300mm(也就是12”)硅片超大规模集成电路制造技术，与之相关的是超大规模集成电路用靶材制造技术。
目前世界半导体集成电路的批量和规模化生产的主流是300mm晶片(12英寸)90nm技术，正在研发中的是65nm、45nm、32nm技术，中国目前规模化生产是以中芯国际为代表的是200mm晶片0.13-0.18um(130-180nm)技术，先进的生产线制造技术已提升到90nm而且正在着力推进300mm晶片90nm以下技术生产线和工厂的建设，对65nm、45nm制造技术的研发也已启动。
随着晶片尺寸从200mm(8英寸)增大到300mm(12英寸)，相应溅射靶材尺寸必须随之增大才能满足PVD镀膜的基本要求，同时，线宽从130-180nm减小到90-45nm，基于导体的导电性和阻隔层的匹配性能，则溅射靶材也将从超高纯Al/Ti系转化为超高纯Cu/Ta系，Ta靶材在半导体溅射行业的重要性越来越大，同时需求量也越来越大。
由于中国经济经历了20多年的高速发展，不光以低廉的生产成本吸引国外厂商，同时又以巨大的市场需求吸引了全球半导体行业的目光，中国是世界上半导体产业发展速度最快的国家，目前世界半导体产业正向中国迁移，从Intel到IBM到台湾的代工巨头，都纷纷到中国建厂。中国正兴起一轮半导体建厂的高峰。据估计，从目前到今后几年将有几百亿美元的资金投入到中国，建立4”、5”、6”、8”及12”的生产线。届时将会形成巨大的产能。因而中国及亚洲半导体芯片生产工业对溅射靶材的需求将是十分巨大的。
半导体用钽靶材就是钽靶材和其他金属材料(主要是铜、铝、钛)的扩散焊接靶材。目前国外公司都是采用在接合面车螺旋沟槽的方法。该技术的主要缺点是：材料利用率低、加工效率低以及回收成本高；
中国专利“靶材结构的制作方法”(CN101537530A)公布了一种通过对焊接表面镀层，然后进行扩散焊接的方法，该方法工艺相对复杂。
发明内容：
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种简便的钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法。
本发明的目的按照下述方案实现：一种钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法，其工艺依次过程为：焊接表面光洁处理、被焊物包套抽真空，热等静压处理；
上述焊接表面处理是指对焊接表面进行车削加工，使焊接表面的光洁度达到Ra0.2-0.4，平整度小于等于0.1mm；
上述焊接表面清洗是指用工业酒精对焊接表面进行清洗处理；
上述被焊物包套抽真空是指将被焊物置于一密闭容器内，焊接前容器进行清洗处理，清洗液为工业酒精，容器设有抽气口，由抽气口抽真空，使容器内真空度达到10-1Pa；
上述热等静压处理是指对包套内被焊物升温，同时施加等静压：温度为与钽焊接的铜、铝或钛熔点的8％~10％，压力为50~80MPa，保压时间为1.5~2.0小时。
本发明和现有钽材和其他金属材料的扩散焊接方法的优点有三点：
第一：本发明提高了材料的利用率；
第二：本发明简便了生产加工过程，提高了生产效率；
第三：本发明也有利于靶材使用后的材料回收，包括回收钽材的利用率和回收方法简便。
附图说明：
图1是本发明包套及其内的被焊接物结构示意图；图中：1-包套；2-钽材料；3-其他金属材料；4-抽气管。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明进行更详细的描述。
本发明的工艺可分为三大步：
第一步：坯料车削成型后，
钽材和其它金属材料的接合面车削至表面光洁度为Ra0.2-0.4；
钽材和其它金属材料的接合面平面度为小于等于0.1mm。
第二步：包套焊接，焊接包套的结构如图1所示，图中：1-包套；2-钽材料；3-其他金属材料；4-抽气管。包套焊接前进行清洗处理，清洗液为工业酒精；包套焊好后抽真空，包套内的真空度要求为：10-1Pa。
第三：扩散焊接
设备要求：热等静压机
具体工艺为：焊接温度为背板材料(铜、铝或钛)熔点的8％~10％，压力为50~80MPa，保压时间为1.5~2.0小时。
Claims (4)
1.一种钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法，其工艺过程依次为：焊接表面光洁处理、被焊物包套抽真空、热等静压处理。
2.如权利要求1所述的钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法，其特征在于上述焊接表面处理是指对焊接表面进行车削加工，使焊接表面的光洁度达到Ra0.2-0.4，平整度小于等于0.1mm。
3.如权利要求1所述的钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法，其特征在于上述被焊物包套抽真空是指将被焊物置于一密闭容器内，焊接前容器进行清洗处理，清洗液为工业酒精，容器设有抽气口，由抽气口抽真空，使容器内真空度达到10-1Pa。
4.如权利要求1所述的钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接方法，其特征在于上述热等静压处理是指对包套内被焊物升温，同时施加等静压：温度为与钽焊接的铜、铝或钛熔点的8％~10％，压力为50~80MPa，保压时间为1.5~2.0小时。
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2010
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