CN110937911A

CN110937911A - 靶材组件形成方法

Info

Publication number: CN110937911A
Application number: CN201811114487.0A
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 潘杰; 王学泽; 罗明浩; 占卫君
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-03-31

Abstract

一种靶材组件形成方法，包括：提供陶瓷靶材，所述陶瓷靶材具有靶材焊接面；提供金属背板，所述金属背板具有背板焊接面；将所述靶材焊接面镀镍，形成镍镀层；在所述镍镀层表面和所述背板焊接面上放置钎料，对所述陶瓷靶材以及所述金属背板进行焊接，形成靶材组件。本发明有助于提高所述陶瓷靶材与所述金属背板间的焊接强度。

Description

靶材组件形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种靶材组件形成方法。

背景技术

溅射镀膜属于物理气相沉积方法制备薄膜的工艺之一，具体是指利用高能粒子轰击靶材表面，使得靶材原子或分子获得足够的能量逸出，并沉积在基材或工件表面，从而形成薄膜。

根据材料的不同，可以将靶材分为：金属靶材、合金靶材和陶瓷靶材。其中，陶瓷靶材根据化学组成不同可分为：氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等陶瓷靶材。陶瓷靶材制备的薄膜在电子及信息产业领域具有广泛应用，如集成电路、电子控制器件、激光存储器等。

在溅射镀膜工艺中，陶瓷靶材需与金属背板焊接在一起，构成靶材组件，共同装配至溅射基台。所述金属背板具有良好的导电导热性能，且还可以起到固定支撑作用。

然而，现有技术制造的靶材组件的焊接强度有待提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶材组件形成方法，有助于提高所述陶瓷靶材与所述金属背板间的焊接强度。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件形成方法，包括：提供陶瓷靶材，所述陶瓷靶材具有靶材焊接面；提供金属背板，所述金属背板具有背板焊接面；将所述靶材焊接面镀镍，形成镍镀层；在所述镍镀层表面和所述背板焊接面上放置钎料，对所述陶瓷靶材以及所述金属背板进行焊接，形成靶材组件。

可选的，形成所述镍镀层的方法为物理气相沉积工艺。

可选的，所述镍镀层的厚度大于或等于5微米。

可选的，所述钎料的材料包括铟元素、铋元素及镓元素。

可选的，所述钎料中，铟的质量分数为94.9％～97.9％，镓的质量分数为0.1％～1.5％，铋的质量分数为2％～5％。

可选的，所述钎料中，铟的质量分数为96％，镓的质量分数为1％，铋的质量分数为3％。

可选的，形成所述靶材组件的步骤中，焊接温度为200℃～300℃。

可选的，在所述镍镀层表面和所述背板焊接面上放置钎料后，对所述镍镀层表面与所述背板焊接面进行超声波处理，使钎料浸润所述镍镀层表面及所述背板焊接面。

可选的，所述陶瓷靶材的材料为氧化铝或氧化硅。

可选的，所述金属背板的材料为钛、铜或铝。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

将所述陶瓷靶材焊接面镀镍，形成镍镀层，在对所述陶瓷靶材以及所述金属背板进行焊接的过程中，钎料能够在所述镍镀层上充分的浸润和铺展，因此所述陶瓷靶材与所述金属背板能够牢固的焊接在一起。此外，所述金属背板与所述镍镀层的热膨胀系数差异小，有助于降低在所述陶瓷靶材和金属背板间产生的热应力，从而可增强所述陶瓷靶材与金属背板间的结合强度。因此本发明提供的靶材组件形成方法有助于提高所述陶瓷靶材与所述金属背板间的焊接强度。

可选方案中，形成所述镍镀层的方法为物理气相沉积工艺，采用物理气相沉积工艺形成的所述镍镀层的厚度薄、纯度高、组织细密，所述镍镀层与所述陶瓷靶材的结合强度高。

可选方案中，所述镍镀层的厚度大于或等于5微米。若所述镍镀层的厚度小于5微米，后续对所述陶瓷靶材以及所述金属背板进行焊接的过程中，所述镍镀层对钎料在靶材焊接面上的浸润效果的改善作用较差，导致所述陶瓷靶材与所述金属背板间的焊接强度难以达到工艺要求。

可选方案中，所述钎料中，铟的质量分数为94.9％～97.9％，镓的质量分数为0.1％～1.5％，铋的质量分数为2％～5％。若铟的质量分数小于94.9％，所述钎料对所述靶材焊接面的润湿性能差，影响所述陶瓷靶材与所述金属背板的焊接效果。若铟的质量分数大于97.9％，相应的，铋及镓的质量分数过小。一方面，铋的质量分数过小，影响所述陶瓷靶材与所述金属背板间的结合强度；另一方面，镓的质量分数过小，导致所述钎焊工艺的工艺温度过高，所述陶瓷靶材和金属背板间容易有热应力产生，导致所述陶瓷靶材与金属背板的焊接强度差。

可选方案中，所述钎料中，铟的质量分数为96％，镓的质量分数为1％，铋的质量分数为3％。所述钎料中的铟元素、镓元素及铋元素采用该比例，一方面，保证所述钎料对所述靶材焊接面具有良好的润湿性。另一方面，使得所述陶瓷靶材与所述金属背板间具有较高的结合强度。此外，有利于降低所述钎料的熔点，进而降低所述钎焊工艺的工艺温度。

可选方案中，形成所述靶材组件的步骤中，焊接温度为200℃～300℃。若焊接温度过低，所述钎料的熔化速度慢，甚至所述钎料因温度未达到熔点而无法转化液态钎料，影响焊接作业的进行。若焊接温度过高，所述陶瓷靶材和金属背板间容易有热应力产生，影响所述陶瓷靶材与金属背板的焊接强度。

附图说明

图1至图4是本发明靶材组件形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术制造的靶材组件的焊接强度有待提高。

现结合一种靶材组件形成方法进行分析，形成靶材组件的工艺步骤主要包括：提供陶瓷靶材，所述陶瓷靶材具有靶材焊接面；提供金属背板，所述金属背板具有背板焊接面；在所述靶材焊接面和所述背板焊接面上放置钎料，对所述陶瓷靶材以及所述金属背板进行焊接，形成靶材组件。

采用上述靶材组件形成方法制备的靶材组件的焊接强度差，经分析发现，导致所述靶材组件的焊接强度差的原因包括：一方面，在对陶瓷靶材和金属背板进行焊接过程中，钎料在所述靶材焊接面上浸润及铺展效果差，造成所述陶瓷靶材和金属背板焊接不牢固。另一方面，在对陶瓷靶材和金属背板进行焊接过程中，由于所述陶瓷靶材和金属背板的热膨胀系数相差较大，在所述陶瓷靶材和金属背板间具有热应力产生，导致所述陶瓷靶材与金属背板结合强度降低。

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，提供陶瓷靶材100，所述陶瓷靶材100具有靶材焊接面110。

本实施例中，所述陶瓷靶材100呈长方体状。所述陶瓷靶材100的一个底面作为所述靶材焊接面110。在其他实施例中，所述陶瓷靶材还可以呈圆柱状。

所述陶瓷靶材100还具有溅射面120，所述溅射面120与所述靶材焊接面110相对。

本实施例中，所述陶瓷靶材100的材料为氧化铝。在其他实施例中，所述陶瓷靶材的材料还可以为氧化硅。

以氧化铝作为所述陶瓷靶材100的材料，形成的所述陶瓷靶材100具有良好的传导性、机械强度和耐高温性。此外，后续在所述靶材焊接面110上镀镍，形成的镍镀层与所述陶瓷靶材100的结合强度高。

参考图2，提供金属背板200，所述金属背板200具有背板焊接面210。

本实施例中，所述金属背板200表面形状为矩形。

本实施例中，所述金属背板200的材料为钛。在其他实施例中，所述金属背板的材料还可以为铜或铝。

钛的密度小，机械强度大，容易加工，此外，钛具有良好的抗腐蚀性能。以钛作为所述金属背板200材料，一方面，有利于减轻所述金属背板200的重量；另一方面，有利于提高所述金属背板200的强度；此外，所述金属背板200容易加工，且使用寿命长。

参考图3，将所述靶材焊接面110镀镍，形成镍镀层300。

本实施例中，采用物理气相沉积工艺(Physical Vapor Deposition，PVD)形成所述镍镀层300。在其他实施例中，还可以采用化学镀工艺形成所述镍镀层。

采用物理气相沉积工艺的优点包括：形成的所述镍镀层300的厚度薄、纯度高、组织细密，所述镍镀层300与所述陶瓷靶材100的结合强度高。此外，在镀镍的工艺过程中，无有害气体产生，工艺环保无污染。

本实施例中，所述物理气相沉积工艺为溅射沉积工艺。在其他实施例中，所述物理气相沉积工艺还可以为真空蒸发镀膜工艺或离子镀工艺。

采用溅射沉积工艺形成镍镀层300，所述镍镀层300的沉积速度快，且形成的所述镍镀层300的纯度高。

所述物理气相沉积工艺的工艺参数包括：工艺温度为200℃～300℃，腔室真空度为10^-3Pa。

本实施例中，所述镍镀层300的厚度大于或等于5微米。若所述镍镀层300的厚度小于5微米，后续对所述陶瓷靶材100以及所述金属背板200进行焊接的过程中，所述镍镀层300对钎料在靶材焊接面110上的浸润效果的改善作用较差，导致所述陶瓷靶材100与所述金属背板200间的焊接强度难以达到工艺要求。

本实施例中，形成所述镍镀层300后，利用超声波清洗所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210，以保证所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210洁净，后续在所述镍镀层300表面和所述背板焊接面210上放置钎料，能够增强所述钎料在所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210上的浸润效果，改善所述钎料的毛细流动性。

利用超声波清洗所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210，清洗速度快且清洁效果好，且采用超声波清洗对所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210的损伤小。

本实施例中，利用异丙醇溶液作为清洗液。在其他实施例中，清洗液材料还可以为酒精。

本实施例中，清洗时间为5分钟～10分钟。若清洗时间过短，难以充分清洁所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210，使得所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210上仍残留有杂质，后续所述杂质阻隔钎料渗透至所述陶瓷靶材100及金属背板200内部，影响焊接质量。若清洗时间过长，所述镍镀层300表面和所述背板焊接面210容易受损，影响所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210的平整度，后续将所述陶瓷靶材100扣合于所述金属背板200上，所述镍镀层300表面与所述背板焊接面210贴合的紧密度较差。

本实施例中，将所述靶材焊接面110镀镍前，还包括：对所述靶材焊接面110进行抛光处理；对所述背板焊接面210进行抛光处理。

对所述靶材焊接面110进行抛光处理，以获得光亮、平整的所述靶材焊接面110。在对所述靶材焊接面110镀镍的过程中，有利于降低所述镍镀层300材料内的缺陷数量，从而可改善所述镍镀层300的形成质量。

对所述背板焊接面210进行抛光处理，能够降低所述背板焊接面210的粗糙度，后续对所述陶瓷靶材100以及所述金属背板200进行焊接，有助于提高所述陶瓷靶材100与所述金属背板200间的焊接强度。

参考图4，在所述镍镀层300表面和所述背板焊接面210上放置钎料，对所述陶瓷靶材100以及所述金属背板200进行焊接，形成靶材组件400。

本实施例中，采用钎焊工艺对所述陶瓷靶材100以及所述金属背板200进行焊接。

所述钎料的材料包括铟元素、铋元素及镓元素。

相较于纯铟材料作为所述钎料，在铟元素内掺入适量的铋元素，所述陶瓷靶材100与所述金属背板200间的结合强度大，有助于进一步提高所述陶瓷靶材100与所述金属背板200的焊接质量。

此外，所述钎料的材料内还掺入少量的镓因素，所述镓因素有助于降低所述钎料的熔点，从而保证所述钎焊工艺在低温下进行。本实施例中，由于镓的掺入，所述钎料的熔点降低5℃～8℃。

本实施例中，所述钎料中，铟的质量分数为94.9％～97.9％。若铟的质量分数大于97.9％，相应的，铋及镓的质量分数过小。一方面，铋的质量分数过小，影响所述陶瓷靶材100与所述金属背板200间的结合强度；另一方面，镓的质量分数过小，导致所述钎焊工艺的工艺温度过高，所述陶瓷靶材100和金属背板200间容易有热应力产生，导致所述陶瓷靶材100与金属背板200的焊接强度差。若铟的质量分数小于94.9％，所述钎料对所述靶材焊接面110的润湿性能差，影响所述陶瓷靶材100与所述金属背板200的焊接效果。

本实施例中，所述钎料中，镓的质量分数为0.1％～1.5％。若镓的质量分数大于1.5％，相应的，铟的质量分数过小，所述钎料难以充分润湿所述靶材焊接面110，造成所述陶瓷靶材100与所述金属背板200的焊接质量差；若镓的质量分数小于0.1％，造成所述钎料的熔点过高，使得所述钎焊工艺的工艺温度过高，所述陶瓷靶材100和金属背板200间容易有热应力产生，影响所述陶瓷靶材100与金属背板200的焊接强度。

本实施例中，所述钎料中，铋的质量分数为2％～5％。若铋的质量分数大于5％，相应的，铟的质量分数过小，所述钎料难以充分润湿所述靶材焊接面110，造成所述陶瓷靶材100与所述金属背板200的焊接质量差；若铋的质量分数小于2％，影响铋元素对所述陶瓷靶材100与所述金属背板200间的结合强度的提升效果。

具体的，本实施例中，铟的质量分数为96％，镓的质量分数为1％，铋的质量分数为3％，所述钎料中的铟元素、镓元素及铋元素采用该比例，一方面，保证所述钎料对所述靶材焊接面110具有良好的润湿性。另一方面，有助于实现所述陶瓷靶材100与所述金属背板200间具有较高的结合强度。此外，有利于降低所述钎料的熔点，进而降低所述钎焊工艺的工艺温度。

本实施例中，在所述镍镀层300表面和所述背板焊接面210上放置钎料后，对所述钎料进行加热，待所述钎料熔化后，对所述镍镀层300表面与所述背板焊接面210进行浸润处理。

本实施例中，利用超声波进行所述浸润处理。在其他实施例中，还可以通过机械磨刷进行所述浸润处理。

所述超声波处理的工艺时间为10分钟～15分钟。若所述工艺时间过短，所述钎料难以充分浸润所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210，影响所述陶瓷靶材100与所述金属背板200间的结合强度。若所述工艺时间过长，所述镍镀层300表面及所述背板焊接面210容易受损。

本实施例中，焊接温度为200℃～300℃。若焊接温度过低，所述钎料的熔化速度慢，甚至所述钎料因温度未达到熔点而无法转化液态钎料，影响焊接作业的进行。若焊接温度过高，所述陶瓷靶材100和金属背板200间容易有热应力产生，影响所述陶瓷靶材100与金属背板200的焊接强度。

本实施例中，在将所述陶瓷靶材100的靶材焊接面110扣合在所述金属背板200的背板焊接面210上后，对所述陶瓷靶材100以及所述金属背板200进行加压。

对所述陶瓷靶材100以及所述金属背板200进行加压使所述镍镀层300与所述背板焊接面210紧密贴合，有利于提高所述陶瓷靶材100和所述金属背板200间的结合强度，改善焊接质量。

本实施例中，上述加压过程的加压压力为250N～350N。若加压压力过小，难以有效加强所述镍镀层300与所述背板焊接面210贴合的紧密度。若加压压力过大，所述陶瓷靶材100及所述金属背板200承载压力过大，容易导致所述陶瓷靶材100或所述金属背板200受损甚至破碎。

本实施例中，通过在所述陶瓷靶材100上放置块状物体以进行加压。具体的，所述块状物体为砝码，所述块状物体的质量为25kg～35kg。

本实施例中，加压时间为3h～3.5h。若加压时间过短，加压过程对所述陶瓷靶材100和所述金属背板200间的结合强度的改善效果较差。若加压时间过长，不必要的增加制备所述靶材组件400的作业时间。

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

1.一种靶材组件形成方法，其特征在于，包括：

提供陶瓷靶材，所述陶瓷靶材具有靶材焊接面；

提供金属背板，所述金属背板具有背板焊接面；

将所述靶材焊接面镀镍，形成镍镀层；

在所述镍镀层表面和所述背板焊接面上放置钎料，对所述陶瓷靶材以及所述金属背板进行焊接，形成靶材组件。

2.如权利要求1所述的靶材组件形成方法，其特征在于，形成所述镍镀层的方法为物理气相沉积工艺。

3.如权利要求1所述的靶材组件形成方法，其特征在于，所述镍镀层的厚度大于或等于5微米。

4.如权利要求1所述的靶材组件形成方法，其特征在于，所述钎料的材料包括铟元素、铋元素及镓元素。

5.如权利要求4所述的靶材组件形成方法，其特征在于，所述钎料中，铟的质量分数为94.9％～97.9％，镓的质量分数为0.1％～1.5％，铋的质量分数为2％～5％。

6.如权利要求5所述的靶材组件形成方法，其特征在于，所述钎料中，铟的质量分数为96％，镓的质量分数为1％，铋的质量分数为3％。

7.如权利要求1所述的靶材组件形成方法，其特征在于，形成所述靶材组件的步骤中，焊接温度为200℃～300℃。

8.如权利要求1所述的靶材组件形成方法，其特征在于，在所述镍镀层表面和所述背板焊接面上放置钎料后，对所述镍镀层表面与所述背板焊接面进行浸润处理。

9.如权利要求1所述的靶材组件形成方法，其特征在于，所述陶瓷靶材的材料为氧化铝或氧化硅。

10.如权利要求1所述的靶材组件形成方法，其特征在于，所述金属背板的材料为钛、铜或铝。