CN104419907A - 靶材组件及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材组件及其形成方法，其中靶材组件的形成方法包括：提供靶材和背板，在所述靶材背面具有凸部，在所述背板上表面具有凹槽，或者在所述靶材背面具有凹槽，在所述背板上表面具有凸部；将所述靶材背面与背板上表面进行焊接，所述凸部嵌入所述凹槽。与现有技术的靶材背面与背板上表面之间的平面与平面焊接相比，本技术方案的凸部与凹槽紧密嵌合，可以进一步增加靶材与背板之间的焊接强度，降低了发生脱焊现象的可能性，避免脱焊对溅射过程造成的危害。

Description

靶材组件及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种靶材组件及其形成方法。

背景技术

溅射镀膜是半导体生产中一种常见的工艺，在溅射镀膜工艺中，通常使用背板固定用于溅射的靶材，即通过例如焊接等方式将靶材连接到背板上进行固定。

使用溅射镀膜工艺形成由靶材和背板组成的靶材组件。具体地，靶材组件是由符合溅射性能的靶材和具有一定强度的背板构成，与靶材溅射面相对的靶材背面与背板上表面焊接结合。背板可以在所述靶材组件装配至溅射机台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。靶材组件是通过将靶材和背板焊接在一起形成的，需使其既可以可靠地安装在溅射机台上，同时又可以在磁场、电场作用下有效控制进行溅射。

在靶材和背板的焊接工艺中，钎焊是一种利用熔点比母材（被钎焊材料）熔点低的填充金属（称为钎料或焊料），在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下同时加热母材和焊料，致使焊料熔化后，润湿、并填满母材连接的间隙，钎料与母材相互扩散形成牢固连接的焊接方法。磁控溅射过程中，采用钎焊制备的靶材组件，其钎焊层连接结构使得靶材和背板连接界面具有良好的热传导性能，其可有效提高靶材组件的散热性能；而且磁控溅射结束后，可采用适当的温度熔化靶材和背板间的钎料层，从而使背板得以重复利用，节约靶材的制备成本。

以钨钛方形靶材（以下简称钨钛方板）和背板的焊接为例，钨钛方板和背板之间的焊料一般用铟。但在焊接前，首先在钨钛方板的背面镀一层镍，由于钨钛方板背面与背板上表面之间是平面与平面的焊接，因此镀镍层的品质将直接影响钨钛方板和背板的焊接强度。在形成镀镍层后，在背板上表面形成铟层，接着背板上表面与镀镍层通过铟层焊接结合。

但是，由于钨钛方板背面与背板上表面之间是平面与平面的焊接，容易出现靶材组件的脱焊现象。尤其是，如果焊料中混入镍锈，会导致可焊性劣化与焊接强度不足，这也会引发脱焊现象。如果脱焊现象发生在溅射过程，背板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机台造成损伤。

发明内容

本发明解决的问题是，使用现有的靶材组件形成方法形成的靶材组件会出现脱焊现象。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的形成方法，该形成方法包括：

提供靶材和背板，在所述靶材背面具有凸部，在所述背板上表面具有凹槽，或者在所述靶材背面具有凹槽，在所述背板上表面具有凸部；

将所述靶材背面与背板上表面进行焊接，所述凸部嵌入所述凹槽。

可选地，将所述靶材背面与背板上表面进行焊接的方法包括：

在所述靶材背面进行镀镍处理，在所述靶材背面形成镀镍层；

分别对所述靶材和背板进行预热，之后，在所述镀镍层上涂覆第一焊料层和在背板上表面涂覆第二焊料层；

将具有第一焊料层的靶材背面与具有第二焊料层的背板上表面贴合，并进行焊接。

可选地，所述第一焊料层和第二焊料层的焊料均为铟系焊料。

可选地，所述靶材为钨钛靶材。

可选地，对所述靶材进行预热的温度范围是150℃～200℃。

可选地，所述背板的材料为铜、铜基合金、铝或铝基合金。

可选地，对所述背板进行预热的温度范围是150℃～200℃。

可选地，在靶材背面涂覆第一焊料层后，使用超声波处理具有第一焊料层的靶材背面。

可选地，在背板上表面涂第二焊料层后，使用超声波处理具有第二焊料层的背板上表面。

本发明还提供一种靶材组件，该靶材组件包括靶材和背板，所述靶材背面与背板上表面焊接，在所述靶材背面具有凸部，在所述背板上表面具有凹槽；或者，

在所述靶材背面具有凹槽，在所述背板上表面具有凸部，所述凸部嵌入凹槽中。

可选地，在所述靶材背面具有镀镍层，所述镀镍层与背板上表面之间通过焊料焊接结合。

可选地，所述焊料为铟系焊料。

可选地，所述背板的材料为铜、铜基合金、铝或铝基合金。

可选地，所述靶材为钨钛靶材。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

靶材背面具有凹槽，背板上表面具有凸部，或者，在靶材背面具有凸部，在背板上表面具有凹槽。在通过靶材背面与背板上表面焊接，将靶材与背板结合形成靶材组件过程，凸部嵌入凹槽中，实现凸部与凹槽的嵌合。与现有技术的靶材背面与背板上表面之间的平面与平面焊接相比，本技术方案的凸部与凹槽紧密嵌合，可以进一步增加靶材与背板之间的焊接强度，降低了发生脱焊现象的可能性，避免脱焊对溅射过程造成的危害。

附图说明

图1是本发明第一实施例的靶材的立体结构示意图和背板的立体结构示意图；

图2是图1中的靶材沿AA方向的剖面结构示意图和背板沿BB方向的剖面结构示意图；

图3～图4是本发明第一实施例的靶材组件在焊接过程中的结构示意图；

图5是本发明第二实施例的靶材的立体结构示意图和背板的立体结构示意图。

具体实施方式

本技术方案提供一种使靶材与背板焊接强度增加，降低脱焊率的焊接方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

第一实施例

参照图1、图2，图1为靶材10和背板20的立体结构示意图，图2为图1的靶材10沿AA方向的剖面结构示意图和背板20沿BB方向的剖面结构示意图，提供靶材10和背板20，在靶材10背面具有凸部11，在背板20上表面具有凹槽21。在焊接过程中，凸部11可以嵌入凹槽21中。

在本实施例中，一块背板20将与三个靶材10焊接。但不限于此，在其他实施例中，一块背板可以与一个靶材或其他多个靶材焊接，靶材10的数量并不构成对本发明具体保护范围的限制。

在具体实施例中，靶材10可以是高纯度或超高纯度的钨钛合金靶材，所述靶材10的纯度大于99.9%，例如为3N5（99.95%）、4N5（99.995%）、或5N（99.999%）。所述钨钛合金靶材是指由90%的钨和10%构成的钨钛合金制成的靶材，简称钨钛靶材。

在本实施例中，靶材10的形状为方形。但不限于此，在其他实施例中，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、圆锥形或其他形状。

在本实施例中，背板20的材料为铜或铜基合金，背板20的形状亦为方形。但不限于此，在其他实施例中，背板的材料也可为铝或铝基合金，背板的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形、矩形、圆锥形或其他规则、不规则形状。

在具体实施例中，凸部和凹槽可以使用车削技术形成。此为本领域技术人员所熟知的技术，在此不再赘述。

在本实施例中，一个背板20将与三个靶材10焊接组成一个靶材组件。其中，每个靶材10背面的凸部11的数量为一个，对应三个靶材10的三个凸部11在一条直线上。背板20上表面的凹槽21的数量为一个，当背板20与三个靶材10焊接结合，三个凸部11恰好可以嵌入该凹槽21中，实现凹槽21与凸部11的嵌合，嵌合可释为凸部11的至少两个相对的面要与凹槽21紧密接触。

除本实施例的布置外，在其他实施例中，背板上表面也可以设置相对独立的三个凹槽，每个靶材的凸部与背板上表面的凹槽一对一嵌合。

在具体实施例中，每个靶材背面的凸部的数量不限于一个，可以为多个，相应的，对应每个靶材的凸部数量，背板上表面的凹槽的数量也为多个，每个凸部均有一个凹槽与之嵌合。这样可以分散靶材与背板之间的受力，避免靶材与背板之间的受力集中于一处，提升靶材与背板之间的结合力。

参照图3，在所述靶材10背面进行镀镍处理，在靶材10背面形成镀镍层12。在本实施例中，镀镍处理的方法为化学镀。

在具体实施例中，化学镀工艺是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。在本实施例中，化学镀镍的方法：将靶材全浸入镀槽的镀液中，所述镀液中含有镍离子。

参照图4，分别对靶材10和背板20进行预热，之后，在镀镍层12涂覆第一焊料层13和在背板20上表面涂覆第二焊料层22。第一焊料层13也覆盖凸部11表面，第二焊料层22也覆盖凹槽21侧壁和底部表面。

在具体实施例中，第一焊料层13和第二焊料层22的焊料为铟系焊料

在具体实施例中，对靶材10进行预热后，在镀镍层12表面涂覆第一焊料层13，可以使焊料充分熔合、浸润靶材10背面的镀镍层12，使焊料与镀镍层12表面更紧密地结合，有利于提高靶材组件的焊接强度。这里，通过涂覆第一焊料层13，还能够抑制镀镍层12表面发生氧化。镀镍层12可以增强第一焊料层13与靶材10的浸润、熔合，有效提高焊接质量。

所述预热处理可以采用加热炉辐射加热、加热板直接接触加热等加热方式。在本实施例中，使用加热炉辐射加热的加热方式。预热温度范围可以根据环境温度、焊料的使用量、以及焊料的具体熔点等具体条件进行选择，在本实施例中，预热温度范围为150℃～200℃。若预热温度低于150℃，在第一焊料层13与靶材10背面还没有完全浸润、熔合时，焊料会很快凝固，这显然不利于第一焊料层13均匀分布。若预热温度高于200℃，焊料的流动性太强，也不利于第一焊料层13在靶材10背面均匀分布。

在具体实施例中，在形成第一焊料层13后，还可以使用超声波处理第一焊料层13表面，使焊料与靶材10背面更充分地浸润、熔合。

在具体实施例中，对背板20进行预热处理，在背板20上表面涂覆第二焊料层22，使焊料充分浸润背板20的上表面，可使第二焊料层22与背板20的结合更紧密，有利于进一步提高靶材组件的结合强度。这里，第二焊料层22还能够抑制背板20的上表面发生氧化。

所述预热处理可以采用加热炉辐射加热、加热板直接接触加热等加热方式。在本实施例中，使用加热炉辐射加热的加热方式。预热温度范围可以根据环境温度、焊料的使用量、以及焊料的具体熔点等具体条件进行选择，在本实施例中，预热温度范围为150℃～200℃。若预热温度低于150℃，在第二焊料层22与背板20上表面还没有完全浸润、熔合时，焊料会很快凝固，这显然不利于第二焊料层22均匀分布。若预热温度高于200℃，焊料的流动性太强，也不利于第二焊料层22在背板20上表面均匀分布。

在具体实施例中，在形成第二焊料层22后，还可使用超声波处理第二焊料层22表面，使焊料与背板20上表面更充分浸润、熔合。

之后，将具有第一焊料层13的靶材10背面与具有第二焊料层22的背板20上表面贴合，并进行焊接，形成靶材组件。

在具体实施例中，第一焊料层13与第二焊料层22接触，在高温高压条件下，第一焊料层13与第二焊料层22焊接结合形成靶材组件。同时，靶材10背面的凸部11紧紧嵌入背板20上表面的凹槽21中，实现两者之间的嵌合。与现有技术的靶材背面与背板上表面之间的平面与平面焊接相比，本实施例凸部11与凹槽21紧密嵌合，可以进一步增加靶材10与背板20之间的焊接强度，降低了发生脱焊现象的可能性，避免脱焊对溅射过程造成的危害。

在具体实施例中，靶材10与背板20的焊接过程处理氩气等保护气体气氛中，避免靶材、背板、第一焊料层和第二焊料层发生氧化形成氧化层，这样可以进一步提升焊接质量，靶材组件的焊接强度也更高。

在本实施例中，在靶材10与背板20焊接后，对靶材组件进行冷却处理。

在具体实施例中，在冷却过程中，在靶材10的正面，即溅射面上设置垫板，对所述垫板施加压力，压力通过垫板更均匀地分布在靶材10上，得到更好地抑制变形的效果。

第二实施例

第二实施例与第一实施例的不同之处在于，参照图5，在靶材100背面具有凹槽101，在背板200上表面具有与之配合的凸部201，之后，在焊接中，凸部201嵌入凹槽101中，实现两者之间的嵌合。

除与第一实施例的区别之处外，在本实施例中其它未详细说明的内容或可替换方案可参考第一实施例的内容，在本实施例中不再赘述。

本发明还提供一种靶材组件。

第一实施例

参照图1、图2，靶材组件包括靶材10和背板20，靶材10呈方形，靶材10背面与背板20上表面焊接，以实现紧密结合，通常一块背板20与三个或更多个靶材10焊接。靶材10的数量不构成对本发明具体保护范围的限制。

靶材10背面具有凸部11，相应地，背板20上表面具有凹槽21，凸部11紧紧嵌入凹槽21中。与现有技术的靶材背面与背板上表面之间的平面与平面焊接相比，本实施例的凸部11紧密嵌入凹槽21中，在焊接基础上增加了靶材10与背板20之间的焊接强度，降低发生脱焊现象的可能性，避免脱焊对溅射过程造成的危害。

在本实施例中，一个背板20与三个靶材10焊接组成一个靶材组件。其中，每个靶材10背面的凸部11的数量为一个，对应三个靶材10的三个凸部11在一条直线上。背板20上表面的凹槽21的数量为一个，当背板20与三个靶材10焊接结合，三个凸部11恰好可以嵌入该凹槽21中，实现凹槽21与凸部11的嵌合，嵌合可释为凸部11的至少两个相对的面要与凹槽21紧密接触。

除本实施例的布置外，在其他实施例中，背板上表面也可以设置相对独立的三个凹槽，每个靶材的凸部与背板上表面的凹槽一对一嵌合。

在具体实施例中，每个靶材背面的凸部的数量不限于一个，可以为多个，相应的，对应每个靶材的凸部数量，背板上表面的凹槽的数量也为多个，每个凸部均有一个凹槽与之嵌合。这样可以分散靶材与背板之间的受力，避免靶材与背板之间的受力集中于一处，提升靶材与背板之间的结合力。

在本实施例中，靶材10的凸部11形状为方形，背板20的凹槽21呈方形。但不限于此，在其他实施例中，凸部11与凹槽21的形状还可为其他形状。

在本实施例中，所述靶材10可以是高纯度或超高纯度的钨钛合金靶材。在其他实施例中，靶材10还可以是其他类型靶材。

在本实施例中，靶材10的形状为方形。在其他实施例中，靶材的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形或其他形状。

在本实施例中，背板20的材料为铜或铜基合金，背板20的形状亦为方形。在其他实施例中，背板的材料也可为铝或铝基合金，背板的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，还可以为圆形、圆锥形或其他规则、不规则形状。

在具体实施例中，靶材与背板之间的焊接结合为：在靶材背面具有镀镍层（未示出），镀镍层与背板上表面之间通过焊料焊接结合。通常，焊料为铟系焊料。

第二实施例

与第一实施例的不同之处在于，第二实施例中，参照图5，在靶材100背面具有凹槽101，在背板200上表面具有与之配合的凸部201，在焊接中，凸部201嵌入凹槽101中，实现两者之间的嵌合。

除与第一实施例的区别之处外，在本实施例中其它未详细说明的内容或可替换方案可参考第一实施例的内容，在本实施例中不再赘述。

虽然本发明披露如上，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)

1.一种靶材组件的形成方法，其特征在于，包括：

提供靶材和背板，在所述靶材背面具有凸部，在所述背板上表面具有凹槽，或者在所述靶材背面具有凹槽，在所述背板上表面具有凸部；

将所述靶材背面与背板上表面进行焊接，所述凸部嵌入所述凹槽。

2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，将所述靶材背面与背板上表面进行焊接的方法包括：

在所述靶材背面进行镀镍处理，在所述靶材背面形成镀镍层；

分别对所述靶材和背板进行预热，之后，在所述镀镍层上涂覆第一焊料层和在背板上表面涂覆第二焊料层；

将具有第一焊料层的靶材背面与具有第二焊料层的背板上表面贴合，并进行焊接。

3.如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述第一焊料层和第二焊料层的焊料均为铟系焊料。

4.如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述靶材为钨钛靶材。

5.如权利要求4所述的形成方法，其特征在于，对所述靶材进行预热的温度范围是150℃～200℃。

6.如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述背板的材料为铜、铜基合金、铝或铝基合金。

7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，对所述背板进行预热的温度范围是150℃～200℃。

8.如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，在靶材背面涂覆第一焊料层后，使用超声波处理具有第一焊料层的靶材背面。

9.如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，在背板上表面涂第二焊料层后，使用超声波处理具有第二焊料层的背板上表面。

10.一种靶材组件，包括靶材和背板，所述靶材背面与背板上表面焊接，其特征在于，在所述靶材背面具有凸部，在所述背板上表面具有凹槽；或者，

在所述靶材背面具有凹槽，在所述背板上表面具有凸部，所述凸部嵌入凹槽中。

11.如权利要求10所述的靶材组件，其特征在于，在所述靶材背面具有镀镍层，所述镀镍层与背板上表面之间通过焊料焊接结合。

12.如权利要求11所述的靶材组件，其特征在于，所述焊料为铟系焊料。

13.如权利要求11所述的靶材组件，其特征在于，所述背板的材料为铜、铜基合金、铝或铝基合金。

14.如权利要求11所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材为钨钛靶材。