CN108202180A - 靶材组件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种靶材组件的制造方法，包括：提供靶坯和背板，靶坯的待焊接面为第一焊接面，背板的待焊接面为第二焊接面；将第一焊接面与第二焊接面相对设置并贴合形成初始组件；形成包覆初始组件的隔离层；形成隔离层后，对初始组件进行扩散焊接，形成靶材组件。在扩散焊接过程中，通常将初始组件置于包套中，本发明使隔离层位于初始组件和包套之间，可避免包套和初始组件在扩散焊接过程中发生扩散；相比初始组件和包套相接触的方案，本发明所述方案可以避免扩散焊接后包套难以去除的问题，还可以避免车削包套时造成初始组件材料损耗的问题，从而提高靶材组件的质量，且避免靶材组件原材料的浪费、以及车削包套造成的加工成本的浪费。

Description

靶材组件的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种靶材组件的制造方法。

背景技术

磁控溅射是一种利用带电粒子轰击靶材，使靶材原子从表面溢出并均匀沉积在基片上的镀膜工艺。磁控溅射具有溅射率高、基片温度低、基片与膜层之间结合力好和优异的膜层均匀性等优势。磁控溅射技术已经被广泛应用于集成电路、信息存储设备、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等电子以及信息产业的制造过程中。

随着电子产业高速发展，如集成电路制造过程中，芯片基片尺寸不断提高，而电子器件尺寸不断减小，集成电路电子器件集成度随之提高，制造技术对磁控溅射技术的工艺要求越来越严格。相应的，对靶材组件的质量要求也越来越高。

但是，现有技术制成的靶材组件质量有待提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶材组件的制造方法，以提高靶材组件的质量。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的制造方法，包括：提供靶坯和背板，所述靶坯的待焊接面为第一焊接面，所述背板的待焊接面为第二焊接面；将所述第一焊接面与所述第二焊接面相对设置并贴合，形成初始组件；形成包覆所述初始组件的隔离层；形成所述隔离层后，对所述初始组件进行扩散焊接，形成靶材组件。

可选的，所述隔离层为陶瓷纸。

可选的，所述隔离层的材料为氧化铝或硅酸铝。

可选的，所述隔离层的厚度为0.2毫米至1毫米。

可选的，提供靶坯和背板的步骤中，所述靶坯和背板的横截面为圆形，且所述靶坯的直径小于所述背板的直径，其中，与所述第一焊接面相对的靶坯表面为第一背面，与所述第二焊接面相对的背板表面为第二背面；形成所述初始组件的步骤中，所述靶坯凸出于所述背板，且所述靶坯露出所述背板的部分表面；形成所述隔离层的步骤中，在所述靶坯的侧壁和第一背面、所述背板的侧壁和第二背面、以及所述靶坯露出的部分背板表面上形成所述隔离层。

可选的，所述扩散焊接的步骤包括：将包覆有所述隔离层的所述初始组件装入包套内，对装有所述初始组件的所述包套进行抽真空以形成真空包套；对所述真空包套以及所述真空包套内的初始组件进行热等静压工艺。

可选的，所述包套的材料为铝或不锈钢。

可选的，进行热等静压工艺的步骤中，热等静压的温度为200℃至1000℃。

可选的，进行热等静压工艺的步骤中，热等静压的压强为80MPa至200MPa。

可选的，完成所述扩散焊接后，形成靶材组件的步骤还包括：去除所述真空包套和隔离层，获得靶材组件。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明将所述第一焊接面与所述第二焊接面相对设置并贴合形成初始组件后，对所述初始组件进行扩散焊接之前，形成包覆所述初始组件的隔离层；在扩散焊接的过程中，通常将初始组件置于包套中，所述隔离层位于所述初始组件和包套之间，所述隔离层可以避免所述包套和初始组件在所述扩散焊接过程中发生扩散，因此完成所述扩散焊接后，可将所述初始组件从所述包套中取出以形成靶材组件；相比初始组件和包套相接触的方案，本发明所述方案可以避免扩散焊接后包套难以去除的问题，还可以避免车削包套时造成初始组件材料损耗的问题，从而可以提高所形成靶材组件的质量，且还可以避免靶材组件原材料的浪费、以及车削包套造成的加工成本的浪费。

可选方案中，所述隔离层为陶瓷纸，具体地，所述隔离层的材料为氧化铝或硅酸铝。所述隔离层在所述扩散焊接过程中，即不与所述初始组件发生扩散，也不与所述包套发生扩散，因此完成所述扩散焊接后，可直接将所述包套撕开，且所述隔离层不会对所形成靶材组件造成不良影响。

附图说明

图1是本发明靶材组件的制造方法一实施例的流程示意图；

图2是图1所示实施例中步骤S1中靶坯的结构示意图；

图3是图1所示实施例中步骤S1中背板的结构示意图；

图4是图1所示实施例中步骤S2中所述第一焊接面和第二焊接面贴合前的结构示意图；

图5是图1所示实施例中步骤S2中所述第一焊接面和第二焊接面贴合后的结构示意图；

图6是图1所示实施例中步骤S3中形成隔离层、以及步骤S4中将初始组件装入包套内并对所述包套进行抽真空以形成真空包套对应的结构示意图；

图7是图1所示实施例中步骤S4中对初始组件进行扩散焊接对应的结构示意图；

图8是图1所示实施例中步骤S4中形成靶材组件所对应的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，靶材组件的质量有待提高。分析其原因在于：

在靶材溅射领域中，主要采用扩散焊接(Diffusion Bonding，DB)的方式，将靶坯和背板进行贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散以实现所述靶坯和背板的焊接结合，形成靶材组件。

热等静压(Hot Isostatic Press，HIP)是常用的一种扩散焊接方式。其中，靶坯和背板在热等静压前需进行包套焊接，也就是说，将所述靶坯和背板装配好以形成初始组件后，将所述初始组件放入包套内，然后将所述包套进行焊接密封，焊接好后对所述包套进行抽真空，使所述包套内的初始组件位于密闭真空状态，在一定工艺温度下所述靶坯和背板接触面之间的原子相互扩散。

但是，在热等静压过程中，所述包套与所述靶坯或背板也会发生扩散，从而导致完成所述热等静压工艺后所述包套难以被去除，相应需车削去除所述包套。由于热等静压不可避免地会造成所形成靶材组件发生一定形变，从而容易导致在车削去除所述包套的过程中，还车削所述靶材组件，对所述靶材组件造成损耗，从而导致所述靶材组件原材料的浪费，相应还容易导致所述靶材组件的质量下降。

为了解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的制造方法，包括：提供靶坯和背板，所述靶坯的待焊接面为第一焊接面，所述背板的待焊接面为第二焊接面；将所述第一焊接面与所述第二焊接面相对设置并贴合，形成初始组件；形成包覆所述初始组件的隔离层；形成所述隔离层后，对所述初始组件进行扩散焊接，形成靶材组件。

本发明将所述第一焊接面与所述第二焊接面相对设置并贴合形成初始组件后，对所述初始组件进行扩散焊接之前，形成包覆所述初始组件的隔离层，；在扩散焊接的过程中，通常将初始组件置于包套中，所述隔离层位于所述初始组件和包套之间，所述隔离层可以避免所述包套和初始组件在所述扩散焊接过程中发生扩散，因此完成所述扩散焊接后，可将所述初始组件从所述包套中取出以形成靶材组件；相比初始组件和包套相接触的方案，本发明所述方案可以避免扩散焊接后包套难以去除的问题，还可以避免车削包套时造成初始组件材料损耗的问题，从而可以提高所形成靶材组件的质量，且还可以避免靶材组件原材料的浪费、以及车削包套造成的加工成本的浪费。

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。

参考图1，图1是本发明靶材组件的制造方法一实施例的流程示意图，本实施例靶材组件的制造方法包括以下基本步骤：

步骤S1：提供靶坯和背板，所述靶坯的待焊接面为第一焊接面，所述背板的待焊接面为第二焊接面；

步骤S2：将所述第一焊接面与所述第二焊接面相对设置并贴合形成初始组件；

步骤S3：形成包覆所述初始组件的隔离层；

步骤S4：形成所述隔离层后，对所述初始组件进行扩散焊接，形成靶材组件。

为了更好地说明本发明实施例的靶材组件的制造方法，下面将结合参考图2至图8，对本发明的具体实施例做进一步的描述。

结合参考图1至图3，执行步骤S1，提供靶坯100(如图2所示)和背板200(如图3所示)，所述靶坯100的待焊接面为第一焊接面101(如图2所示)，所述背板200的待焊接面为第二焊接面201(如图3所示)。

本实施例中，所述靶坯100的待焊接面为第一焊接面101，所述背板200的待焊接面为第二焊接面201，后续通过使所述第一焊接面101和第二焊接面201相贴合，以实现所述靶坯100和背板200的装配。

相应的，与所述第一焊接面101相对的靶坯100表面为第一背面102(如图2所示)，与所述第二焊接面201相对的背板200表面为第二背面202(如图3所示)。

所述靶坯100和背板200用于经焊接后形成靶材组件。

所述靶坯100用于作为通过镀膜系统在适当工艺条件下，溅射于基板上以形成功能薄膜的溅射源，即所述靶坯100为所述镀膜系统中高速荷能粒子轰击的目标材料。

所述靶坯100的材料具有较高的机械强度，所述靶坯100的耐热性能和加工性能较好，且所述靶坯100的材料根据所形成薄膜的材料而定，例如钛靶坯或钽靶坯等。

所述靶坯100的形状可根据应用环境以及溅射要求呈圆柱体、立方体、环形、圆锥体或其他任意规则形状或不规则形状。本实施例中，所述靶坯100的形状为圆柱体。相应的，所述靶坯100的横截面形状为圆形，即所述第一焊接面101和第一背面102的形状为圆形。

所述背板200用于在所形成的靶材组件中起到支撑作用；且所述背板200具有良好的导电性，以满足所形成靶材组件的导电率需求；所述背板200还能够在溅射过程中起到散热的作用，防止靶材组件温度过高。所述背板200的材料根据实际工艺需求而定，例如铜合金或铝合金等。

所述背板200的形状根据所述靶坯100的形状而定，因此本实施例中，所述背板200的形状为圆柱体，且所述背板200的直径大于所述靶坯100的直径。

如图3所示，本实施例中，所述背板200的表面包括第一区域Ⅰ表面、以及环绕所述第一区域Ⅰ的第二区域Ⅱ表面，所述第一区域Ⅰ表面用于后续与所述靶坯100的第一焊接面101(如图2所示)相贴合，因此所述第一区域Ⅰ表面的形状、尺寸与所述靶坯100第一焊接面101的形状、尺寸相同，即所述第一区域Ⅰ表面为所述背板200的第二焊接面201，所述第二区域Ⅱ表面为所述背板200的边缘区域。

需要说明的是，本实施例中，所述背板200内具有一凹槽250(如图3所示)，所述凹槽250的底部表面为所述第二焊接面201。所述凹槽250的尺寸、形貌与所述靶坯100的尺寸、形貌相匹配。相应的，所述凹槽250的横截面形状为圆形。

后续将所述第一焊接面101与所述第二焊接面201相对设置并贴合时，所述靶坯100嵌入至所述凹槽250中，所述凹槽250不仅可以便于所述靶坯100和背板200的装配，还用于对所述靶坯100进行限位和固定，防止所述靶坯100在平行于所述第二焊接面201的方向上发生移动，有利于提高后续所述第一焊接面101与第二焊接面201的对准精度，还有利于增强后续所述靶坯100和背板200之间的焊接结合强度。

在其他实施例中，还可以为：所述背板表面与所述第一焊接面为同一平面，即所述背板内未设有凹槽。

还需要说明的是，所述靶坯100的厚度根据实际工艺需求而定。本实施例中，所述靶坯100的厚度大于所述凹槽250的深度。在其他实施例中，所述靶坯的厚度还可以等于所述凹槽的深度。

结合参考图1、图4和图5，执行步骤S2，将所述第一焊接面101(如图2所示)与所述第二焊接面201(如图3所示)相对设置并贴合，形成初始组件300(如图5所示)。

所述初始组件300为后续形成靶材组件提供工艺基础。

具体地，形成所述初始组件300的步骤包括：将所述靶坯100嵌入至所述背板200的凹槽250(如图4所示)内，且将所述第一焊接面101(如图4所示)与所述第二焊接面201(如图4所示)相对设置并贴合。

本实施例中，所述靶坯100的厚度大于所述凹槽250的深度，因此形成初始组件300后，所述靶坯100凸出于所述背板200，且所述靶坯100露出所述背板200的部分表面。具体地，所述靶坯100露出所述背板200中与所述第二背面202相对的第二区域Ⅱ(如图4所示)表面，且所述靶坯100的第一背面102高于所述第二区域Ⅱ表面。

其中，所述靶坯100凸出于所述背板200第二区域Ⅱ表面的高度H(如图5所示)根据实际工艺需求而定。本实施例中，所述靶坯100凸出于所述背板200第二区域Ⅱ表面的高度H为0.3毫米至0.5毫米。

在其他实施例中，当所述靶坯的厚度等于所述凹槽的深度时，形成所述初始组件后，所述靶坯的第一背面相应与所述第二区域表面齐平。

结合参考图1和图6，执行步骤S3，形成包覆所述初始组件300的隔离层500。

后续步骤包括对所述初始组件300进行扩散焊接工艺，扩散焊接时，所述初始组件300位于包套内，所述隔离层500用于防止包套和所述初始组件300在所述扩散焊接过程中发生扩散，从而可以避免扩散焊接后包套难以去除的问题，还可以避免车削包套时造成初始组件300材料损耗的问题。

因此所述隔离层500在所述扩散焊接过程中不与所述初始组件300发生反应；且为了避免对后续扩散焊接工艺造成不良影响，所述隔离层500材料的熔点高于所述扩散焊接的工艺温度，所述隔离层500材料具有良好的导热性；此外，所述隔离层500具有良好的韧性，以防止在扩散焊接工艺过程中发生断裂的问题。本实施例中，所述隔离层500为陶瓷纸。具体地，所述陶瓷纸的材料为氧化铝或硅酸铝。

所以，材料为氧化铝或硅酸铝的所述隔离层500在所述扩散焊接过程中不与所述包套发生扩散，因此完成所述扩散焊接后，可直接将所述包套撕开，且所述隔离层500不会对所形成靶材组件造成不良影响。

具体地，形成包覆所述初始组件300的隔离层500的步骤中，在所述靶坯100的侧壁(未标示)和第一背面102(如图5所示)、所述背板200的侧壁(未标示)和第二背面202(如图5所示)、以及所述靶坯100露出的部分背板200表面上形成所述隔离层500；也就是说，后续扩散焊接时，所述隔离层500位于所述初始组件300和包套之间。

需要说明的是，所述隔离层500的厚度不宜过小，也不宜过大。如果所述隔离层500的厚度过小，在后续的续扩散焊接过程中，所述隔离层500容易发生变形，相应会导致工艺风险的增加；如果所述隔离层500的厚度过大，容易导致所述隔离层500的导热性下降，相应容易导致所述靶坯100和背板200的焊接效果下降。为此，本实施例中，所述隔离层500的厚度为0.2毫米至1毫米。

结合参考图1、图6、图7和图8，执行步骤S4，形成所述隔离层500后，对所述初始组件300(如图7所示)进行扩散焊接，形成靶材组件600(如图8所示)。

所述扩散焊接工艺用于使所述靶坯100和背板200接触面之间的原子相互扩散，以实现所述靶坯100和背板200的焊接结合。

具体地，所述扩散焊接的步骤包括：将包覆有所述隔离层500的所述初始组件300装入包套401(如图6所示)内，对装有所述初始组件300的所述包套401进行抽真空以形成真空包套401'；对所述真空包套401'以及所述真空包套401'内的初始组件300进行热等静压工艺。

所述真空包套401'为所述热等静压工艺提供真空环境。因此，将所述初始组件300装入包套401后，对所述包套401进行抽真空之前，所述制造方法还包括：采用氩弧焊接的方式密封所述包套401，并在所述包套401中引出一个脱气管405(如图6所示)；其中，对所述密封的包套401进行抽真空的步骤中，通过所述脱气管405对所述包套401进行抽真空以形成真空包套401'。

本实施例中，所述包套401包括包套薄壁402(如图6所示)、包套下盖板403(如图6所示)和包套上盖板404(如图6所示)。具体地，通过氩弧焊接的方式先将所述包套薄壁402和包套下盖板403进行焊接，然后将所述初始组件300装入未焊接包套上盖板404的所述包套401内，盖上包套上盖板404后再通过氩弧焊接的方式将所述包套上盖板404焊接至所述包套薄壁402的上表面，从而密封所述包套401。

所述包套401通过焊接成型，因此所述包套401的机械强度较大，从而可以减少后续热等静压工艺过程中所述真空包套401'出现形变或开裂的问题。本实施例中，所述包套401的材料可以为铝或不锈钢，相应的，所述真空包套401'的材料可以为铝或不锈钢。

本实施例中，对密封后的所述包套401进行抽真空后，在后续热等静压工艺过程中使所述真空包套401'保持密封真空状态。

对所述真空包套401'进行热等静压工艺的步骤中，采用热等静压炉并以高压惰性气体为介质，通过在一定温度下对所述真空包套401'施加各向均等静压力，使所述第一焊接面101(如图4所示)和所述第二焊接面201(如图4所示)之间原子发生相互扩散，从而使所述靶坯100和背板200相结合。

所述热等静压的工艺参数根据实际工艺需求而定，且各参数相互搭配，从而在保证焊接效果的同时，提升所述靶材组件600的制造效率。本实施例中，进行所述热等静压工艺的步骤中，热等静压的温度为200℃至1000℃，热等静压的压强为80MPa至200MPa，也就是说，使所述真空包套401'受到来自各向均等且全方位的80MPa至200MPa的气体压力(如图7中箭头所示)。

需要说明的是，本实施例中，完成所述热等静压工艺后，所述靶坯100的第一背面102(如图5所示)高于与所述第二背板202(如图5所示)相对的第二区域Ⅱ(如图4所示)表面。在其他实施例中，所述靶坯的第一背面还可以与所述背板的第二区域表面齐平。

还需要说明的是，完成所述热等静压工艺后，所述制造方法还包括：对所述真空包套401'(如图7所示)进行去压冷却。

本实施例中，完成热等静压工艺后，关闭热等静压炉，采用随炉冷却的方法使所述真空包套401'自然去压并冷却。通过采用随炉冷却的方法，可以避免因温度的骤降引起所述靶坯100或背板200断裂的问题，使完成扩散焊接的所述初始组件300更加坚实。

结合参考图8，还需要说明的是，完成所述扩散焊接后，形成靶材组件600的步骤还包括：去除所述真空包套401'(如图7所示)和隔离层500(如图7所示)，获得靶材组件600。

由于所述隔离层500能够防止所述真空包套401'和所述初始组件300在所述扩散焊接过程中发生扩散，因此可以避免所述真空包套401'难以去除的问题。

本实施例中，所述隔离层500在所述扩散焊接过程中既不与所述初始组件300发生扩散，又不与所述真空包套401'发生扩散，因此获得所述靶材组件600的步骤中，可直接将所述真空包套401'撕开，且去除所述隔离层500时不会对所形成靶材组件600造成不良影响。

本实施例中，将所述第一焊接面与所述第二焊接面相对设置并贴合形成初始组件后，对所述初始组件进行扩散焊接之前，形成包覆所述初始组件的隔离层；在扩散焊接的过程中，通常将初始组件置于包套中，所述隔离层位于所述初始组件和包套之间，所述隔离层可以避免所述包套和初始组件在所述扩散焊接过程中发生扩散，因此完成所述扩散焊接后，可将所述初始组件从所述包套中取出以形成靶材组件；相比初始组件和包套相接触的方案，本发明所述方案可以避免扩散焊接后包套难以去除的问题，还可以避免车削包套时造成初始组件材料损耗的问题，从而可以提高所形成靶材组件的质量，且还可以避免靶材组件原材料的浪费、以及车削包套造成的加工成本的浪费。

虽然本发明己披露如上，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 (10)

1.一种靶材组件的制造方法，其特征在于，包括：

提供靶坯和背板，所述靶坯的待焊接面为第一焊接面，所述背板的待焊接面为第二焊接面；

将所述第一焊接面与所述第二焊接面相对设置并贴合，形成初始组件；

形成包覆所述初始组件的隔离层；

形成所述隔离层后，对所述初始组件进行扩散焊接，形成靶材组件。

2.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述隔离层为陶瓷纸。

3.如权利要求1或2所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述隔离层的材料为氧化铝或硅酸铝。

4.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述隔离层的厚度为0.2毫米至1毫米。

5.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，提供靶坯和背板的步骤中，所述靶坯和背板的横截面为圆形，且所述靶坯的直径小于所述背板的直径，其中，与所述第一焊接面相对的靶坯表面为第一背面，与所述第二焊接面相对的背板表面为第二背面；

形成所述初始组件的步骤中，所述靶坯凸出于所述背板，且所述靶坯露出所述背板的部分表面；

形成所述隔离层的步骤中，在所述靶坯的侧壁和第一背面、所述背板的侧壁和第二背面、以及所述靶坯露出的部分背板表面上形成所述隔离层。

6.如权利要求1所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述扩散焊接的步骤包括：将包覆有所述隔离层的所述初始组件装入包套内，对装有所述初始组件的所述包套进行抽真空以形成真空包套；

对所述真空包套以及所述真空包套内的初始组件进行热等静压工艺。

7.如权利要求6所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，所述包套的材料为铝或不锈钢。

8.如权利要求6所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，进行热等静压工艺的步骤中，热等静压的温度为200℃至1000℃。

9.如权利要求6所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，进行热等静压工艺的步骤中，热等静压的压强为80MPa至200MPa。

10.如权利要求6所述的靶材组件的制造方法，其特征在于，完成所述扩散焊接后，形成靶材组件的步骤还包括：去除所述真空包套和隔离层，获得靶材组件。