CN101811209A - 靶材组件的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材组件的制作方法，包括：提供铬靶材坯料、背板和钎料，所述背板具有容纳铬靶材坯料的凹部；利用钎料在铬靶材坯料的焊接面和外周形成第一浸润层；利用钎料在背板的焊接面和凹部的内侧形成第二浸润层；对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件。本发明形成的靶材组件质量高。

Description

靶材组件的制作方法

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，比如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体。等离子体与溅射靶材组件的表面发生碰撞，从靶材组件表面逸出粒子。靶材组件与待涂布基材之间的电压差使得逸出粒子在基材表面上形成预期的膜层。

目前，纯度为4N5(99.995％)、纯度为5N(99.999％)铬靶材组件广泛应用于半导体制程，例如导电插塞金属填充，金属电极薄膜沉积等制程。靶材组件是由符合溅射性能的靶材坯料和背板构成，所述背板具有一定强度，作为为与所述靶材结合，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。

当前大多数的4N5、5N铬靶材组件加工方法是采用含银的钎料将铬坯料与背板结合在一起，需要将铬坯料和背板加热到含银的钎料的熔化温度(800℃以上)，如此高的温度容易在铬坯料和背板内部组织形成缺陷，导致形成的靶材组件质量下降。

但现有的低温焊接工艺形成的靶材由于粘附性差，在恶劣的工作环境低温焊接工艺形成的靶材容易失效，例如，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，将导致靶材坯料变形、开裂、并从背板上脱落，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。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种靶材组件的制作方法，防止靶材坯料与背板之间结合度差。

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：提供铬靶材坯料、背板和钎料，所述背板具有容纳铬靶材坯料的凹部；利用钎料在铬靶材坯料的焊接面和外周形成第一浸润层；利用钎料在背板的焊接面和凹部的内侧形成第二浸润层；对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件。

可选的，所述第一浸润层的形成步骤包括：对铬靶材坯料进行预热；将钎料熔化并将熔化后的钎料在铬靶材坯料的焊接面和外周形成第一钎料层；将第一钎料层的钎料浸润进入铬靶材坯料的焊接面与坯料外周表面形成第一浸润层。

可选的，将第一钎料层的钎料浸润进入铬靶材坯料的焊接面与坯料外周表面形成第一浸润层的具体形成工艺为：保持形成有第一钎料层的铬靶材坯料预热的温度为180℃至230℃，用钢刷全面摩擦铬靶材坯料的焊接面和外周。

可选的，所述第一浸润层厚度为200纳米至10微米。

可选的，所述第二浸润层的形成步骤包括：对背板进行预热，将钎料熔化并使得钎料在背板的焊接面和凹部的内侧形成均匀分布的第二钎料层；超声波处理添加形成有第二钎料层的背板，使得第二钎料层浸润进入背板的焊接面和凹部的内侧，在背板的焊接面和凹部的内侧形成第二浸润层。

可选的，所述第一浸润层厚度为200纳米至10微米。

可选的，所述铬靶材坯料的纯度为4N5或者5N。

与现有技术相比，本发明采用在铬坯料和背板的焊接面形成第一浸润层和第二浸润层进行焊接，并采用较优的焊接参数，形成的靶材组件粘附性好，能够在较劣的工作环境工作，进一步的，本发明提供的靶材组件的制作方法采用较低的工作温度，避免铬靶材坯料和背板在铬坯料和背板内部组织形成缺陷，提高靶材组件质量。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明的靶材组件的制作方法的流程示意图；

图2至图7是本发明靶材组件的制作方法的工艺过程示意图。

具体实施方式

由于现有的低温焊接工艺形成的靶材由于粘附性差，在恶劣的工作环境低温焊接工艺形成的靶材容易失效，长期以来，现有的铬靶材组件加工方法是采用高温钎焊工艺，采用熔点较高的含银的钎料将铬坯料与背板结合在一起。

但本发明的发明人经过大量实验发现，采用高温钎焊工艺容易造成铬坯料和背板的晶体结构损伤或者在铬坯料和背板内部组织形成缺陷，导致形成的靶材组件质量下降。

基于上述认识，本发明的发明人进行了研究，发现采用特定的焊接工艺，并且避免铬坯料焊接面污染和焊料氧化物污染，可以改进低温焊接的质量。

为此，本发明的发明人提供一种靶材组件的制作方法，图1给出本发明的靶材组件的制作方法的流程示意图，包括：步骤S1，提供铬靶材坯料、背板和钎料，所述背板具有容纳铬靶材坯料的凹部；步骤S2，利用钎料在铬靶材坯料的焊接面和外周形成第一浸润层；步骤S3，利用钎料在背板的焊接面和凹部的内侧形成第二浸润层；步骤S4，对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件。

以下通过结合上述步骤详细地描述具体实施例，上述的目的和本发明的优点将更加清楚：

结合图1和图2所示，如步骤S101所述，提供铬靶材坯料100、背板200和钎料(未图示)，所述背板200具有容纳铬靶材坯料的凹部201。

在本实施例中，所述铬靶材坯料100的纯度为4N5(纯度99.995％)或者5N(99.999％)；根据应用环境、溅射设备的实际要求，铬靶材坯料100的形状可以为圆形、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，厚度为在目标尺寸上加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。

根据应用环境、溅射设备的实际要求，所述背板200的形状可以为圆形、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。所述背板200具有容纳铬靶材坯料的凹部201，根据需要焊接的铬靶材坯料100选定背板200材料为铝基合金或者铜基合金。

根据需要焊接的铬靶材坯料100和背板200的材料，选定钎料材料为纯度为99.99％的铟，采用纯度为99.99％的铟作为钎料是因为纯度为99.99％的铟熔点约为156℃，能够满足低温钎焊的要求，且纯度为99.99％的铟不会为靶材组件带来其他的杂质污染。

在进行钎焊之前，需要采用清洁工艺对所述背板200的焊接面I进行清洁。

所述背板200的焊接面I为所述背板200与铬靶材坯料100焊接的面，对所述背板200的焊接面I进行清洁具体步骤包括：对背板200的焊接面I进行打磨处理，用于去除背板200焊接面I的氧化层；具体可以为用#180或者#230砂纸对背板的焊接面I进行打磨。打磨完毕可以用酒精清洗焊接面I，用于去除打磨时形成的污染物，清洗完毕将背板200残留的酒精吹干。

参考图3和图4，如步骤S2所述，利用钎料在铬靶材坯料100的焊接面II和外周形成第一浸润层120。

所述第一浸润层120的形成步骤包括：对铬靶材坯料100进行预热；将钎料熔化，并将熔化后的钎料在铬靶材坯料100的焊接面II和外周形成第一钎料层110；将第一钎料层110的钎料浸润进入铬靶材坯料100的焊接面II与坯料外周表面形成第一浸润层120。

参考图3，对铬靶材坯料100进行预热，将钎料熔化并使得钎料在铬靶材坯料100的焊接面II与坯料外周形成均匀分布的第一钎料层110。

所述铬靶材坯料100的焊接面II为与背板200焊接面焊接的一面，对铬靶材坯料100进行预热的温度为180℃至230℃，可以采用加热板加热或者加热箱加热；将钎料熔化并在铬靶材坯料100的焊接面II与坯料外周形成第一钎料层110，由于铬靶材坯料100预热的温度高于钎料的熔点，钎料会在在铬靶材坯料的焊接面与坯料外周形成均匀分布的液态的第一钎料层110。

参考图4，将第一钎料层110的钎料浸润进入铬靶材坯料100的焊接面II与坯料外周表面形成第一浸润层120。

所述第一浸润层120为液态的第一钎料层110浸润进入铬靶材坯料100的焊接面II与坯料100外周表面形成的。

为了提高第一浸润层120的形成质量，可以采用带有钢毛的钢刷全面摩擦第一钎料层110与铬靶材坯料100的焊接面II以及第一钎料层110与坯料100外周表面，具体可以为：保持铬靶材坯料100预热的温度为180℃至230℃，用钢刷全面摩擦第一钎料层110与铬靶材坯料100的焊接面II以及第一钎料层110与坯料100外周表面3至4回，在铬靶材坯料100的焊接面II与坯料100外周表面形成厚度为200纳米至10微米的第一浸润层120。

在形成第一浸润层120过程中，还需要去除第一钎料层110表面的氧化膜和废渣。

在形成第一浸润层120的过程中，钎料内部的杂质会形成废渣浮在第一钎料层110表面，并且钎料在加热过程中容易氧化形成氧化膜，所述氧化膜也会浮在第一钎料层110表面，所述氧化膜和废渣是不具备焊接能力的，如果不去除的话会使得焊接质量较差。

为此，发明人采用刮刀刮除浮在第一钎料层110表面的氧化膜和废渣，以提高焊接质量。

参考图5和图6，如步骤S3所述，利用钎料在背板200的焊接面I和凹部201的内侧形成第二浸润层220。

所述第二浸润层的形成步骤包括：对背板200进行预热，将钎料熔化并使得钎料在背板200的焊接面I和凹部201形成均匀分布的第二钎料层210；超声波处理添加形成有第二钎料层210的背板200，使得第二钎料层210浸润进入背板200的焊接面I和凹部201的内侧，在背板200的焊接面I和凹部201的内侧形成第二浸润层220。

参考图5，对背板200进行预热，将钎料熔化并使得钎料在背板200的焊接面I和凹部201的内侧形成均匀分布的第二钎料层210。

对所述背板200进行预热可以在超声波焊接机内进行，将背板200放置于超声波焊接机的焊接位，并采用超声波焊接机内置的加热装置或者外接的加热装置对所述背板200进行预热，预热后背板200温度为180℃至230℃，需要说明的是，如果采用超声波焊接机内置的加热装置预热时，加热装置温度为220℃至240℃时，背板200温度为180℃至230℃。

将钎料熔化并在背板200的焊接面I和凹部201的内侧形成均匀分布的第二钎料层210，由于背板200温度为180℃至230℃，高于钎料熔点，钎料会在背板200的焊接面I和凹部201的内侧形成液态的均匀分布的第二钎料层210。

参考图6，超声波处理添加钎料的背板200，在背板200的焊接面I和凹部201的内侧形成第二浸润层220。

所述第二浸润层220为液态的第二钎料层210浸润进入背板200的焊接面I和凹部201的内侧形成的。

为了提高形成的第二浸润层220的质量，可以采用超声波处理添加钎料的背板200，提高第二浸润层220的焊接能力，在本实施例中，可以将超声波焊接机的超声波振荡器的输出功率设置在25KHz至35KHz，使得第二钎料层210浸润进背板200的焊接面I和凹部201的内侧，形成厚度为200纳米至10微米的第二浸润层220。

在形成第二浸润层220过程中，还需要去除第二钎料层210表面的氧化膜和废渣。

在形成第二浸润层220的过程中，钎料内部的杂质会形成废渣浮在第二钎料层210表面，并且钎料在加热过程中容易氧化形成氧化膜，所述氧化膜也会浮在第二钎料层210表面，上述的氧化膜和废渣如果不去除会导致焊接质量较差。

为此，发明人采用刮刀刮除浮在第二钎料层210表面的氧化膜和废渣，以提高焊接质量。

参考图7，如步骤S4所述，对铬靶材坯料100和背板200进行钎焊，将铬靶材坯料100焊接至背板200形成靶材组件。

用真空吸盘吸附铬靶材坯料100的非焊接面，将铬靶材坯料100转移至超声波焊接机内，让铬靶材坯料100的第一浸润层120与背板200的第二浸润层220接触，铬靶材坯料100的外周与凹部201的内侧201接触，并按住铬靶材坯料100的非焊接面旋转3至4圈，使得多余的钎料从铬靶材坯料100的外周与背板200的凹部201的内侧形成的缝隙排出。

然后将结合的铬靶材坯料100与背板200移至压力机工作台，工作台工作温度为工作温度220摄氏度至240摄氏度，压强0.48兆帕至0.52兆帕，使得铬靶材坯料100的第一浸润层120与背板200的第二浸润层220形成焊接层300，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件。

最后，冷却靶材组件，所述冷却靶材组件可以采用压力机循环水冷却装置，保持压强0.48兆帕至0.52兆帕，将靶材组件冷却至水温。

本发明采用在铬坯料和背板的焊接面形成第一浸润层和第二浸润层进行焊接，并采用较优的焊接参数，形成的靶材组件粘附性好，能够在较劣的工作环境工作，，进一步的，本发明提供的靶材组件的制作方法采用较低的工作温度，避免在铬坯料和背板内部组织形成缺陷。提高靶材组件质量。

虽然本发明已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 (7)

1.一种靶材组件的制作方法，其特征在于，包括：

提供铬靶材坯料、背板和钎料，所述背板具有容纳铬靶材坯料的凹部；

利用钎料在铬靶材坯料的焊接面和外周形成第一浸润层；

利用钎料在背板的焊接面和凹部的内侧形成第二浸润层；

对铬靶材坯料和背板进行钎焊，将铬靶材坯料焊接至背板形成靶材组件。

2.如权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述第一浸润层的形成步骤包括：对铬靶材坯料进行预热；将钎料熔化并将熔化后的钎料在铬靶材坯料的焊接面和外周形成第一钎料层；将第一钎料层的钎料浸润进入铬靶材坯料的焊接面与坯料外周表面形成第一浸润层。

3.如权利要求2所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，将第一钎料层的钎料浸润进入铬靶材坯料的焊接面与坯料外周表面形成第一浸润层的具体形成工艺为：保持形成有第一钎料层的铬靶材坯料预热的温度为180℃至230℃，用钢刷全面摩擦铬靶材坯料的焊接面和外周。

4.如权利要求3所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述第一浸润层厚度为200纳米至10微米。

5.如权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述第二浸润层的形成步骤包括：对背板进行预热，将钎料熔化并使得钎料在背板的焊接面和凹部的内侧形成均匀分布的第二钎料层；超声波处理添加形成有第二钎料层的背板，使得第二钎料层浸润进入背板的焊接面和凹部的内侧，在背板的焊接面和凹部的内侧形成第二浸润层。

6.如权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述第一浸润层厚度为200纳米至10微米。

7.如权利要求1所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述铬靶材坯料的纯度为4N5或者5N。

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