CN113275730A - 一种碲化锌靶材的绑定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碲化锌靶材的绑定方法，属于溅射靶材制备领域。本发明所述碲化锌靶材的绑定方法以特定的绑定顺序以及通过多段式梯度升温及降温程序设置，可有效减少靶材及背板、焊料三者间因材质不同、热膨胀系数不同导致的绑定时出现的裂纹缺陷，无需额外繁琐的预处理步骤以及苛刻的设备环境条件，显著提升靶材的绑定品质。

Description

一种碲化锌靶材的绑定方法
技术领域
本发明属于溅射靶材制备领域，具体涉及一种碲化锌靶材的绑定方法。
背景技术
碲化锌是一种II-VI族化合物，化学式为ZnTe，属于典型的闪锌矿结构，其熔点为1238.5℃，能隙为2.23到2.25ev，常用于制作半导体材料。作为一种极其重要的半导体材料，碲化锌通常被制作成靶材，用于溅射镀膜。一般情况下，靶材都是绑定在背板上面使用，常用焊料为铟，背板为铜。
然而碲化锌的热膨胀系数约为6*10-6/K，铜为17.5*10-6/K，铟为32*10-6/K，这三者的热膨胀系数相差较大，在绑定过程中很容易导致靶材因热膨胀系数不同而开裂，绑定率不合格。因此，有必要开发出一种针对碲化锌材靶材的高效绑定方法。
发明内容
基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种碲化锌靶材的绑定方法，该方法对设备及环境要求低，可使靶材的绑定率高达98.5％以上且靶材无裂纹出现。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种碲化锌靶材的绑定方法，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板由常温加热至初始预设温度后，以第一升温速率加热至第一预设温度，随后以第二升温速率加热至第二预设温度并进行保温；
(2)涂布：将加热后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头涂布均匀，随后在背板表面置入铜丝，再在上方倒入铟并刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以第三降温速率降温至第三预设温度，以第四降温速率降温至第四预设温度，最终以第五降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法以特定的绑定顺序以及通过多段式梯度升温及降温程序设置，可有效减少靶材及背板、焊料三者间因材质不同、热膨胀系数不同导致的绑定时出现的裂纹缺陷，无需额外繁琐的预处理步骤以及苛刻的设备环境条件，显著提升靶材的绑定品质。
优选地，步骤(1)所述初始预设温度为55～75℃，第一预设温度为140～150℃，第二预设温度为175～185℃。
优选地，步骤(1)所述第一升温速率为0.3～0.5℃/min，第二升温速率为5～8℃/15min，保温的时间为30～50min。
经过本申请发明人多次实验后发现，以上述特定的升温梯度程序对靶材及背板进行加热可使两者内外整体受热均匀，不会因局部加热过快导致后续焊料结合过程中出现开裂现象；所述加热程序对设备及环境要求较低，可实现大规模产品实施。
优选地，步骤(2)所述加热后的铟的温度为175～185℃。
所述铟焊料在涂布使用时需加热至与靶材及背板相近的温度才不会导致整体材料受热不均。
优选地，步骤(2)所述铜丝的长度为0.1～0.5mm。
所述铜丝实质上属于靶材与背板绑定时的限位元件，可令两者之间存在填充间隙，使焊料充分浸润并填充所述间隙；同时所述铜丝也可限定涂布的铟的填充厚度，使靶材与背板间绑定更为紧密。
优选地，步骤(3)所述塑料垫的厚度为0.1～0.5mm。
优选地，步骤(4)所述第三预设温度为160～165℃，第四预设温度为120～135℃。
优选地，步骤(4)所述第三降温速率为6～10℃/min，第四降温速率为3～5℃/min，第五降温速率为1～3℃/min。
经过发明人多次验证，降温梯度过大或降温速率过快可能导致靶材、背板或焊料局部收缩不均匀，最终出现裂纹；而梯度太小或降温速率过慢则可能导致产品出现氧化或效率过低的缺陷，只有在所述梯度及设定速率下才可保障绑定后的靶材及背板可实现均匀收缩，在避免开裂的情况下提升实施效率。
更优选地，步骤(1)所述初始预设温度为75℃，第一预设温度为150℃，第二预设温度为180℃，所述第一升温速率为0.3℃/min，第二升温速率为5℃/15min，保温的时间为40min；步骤(4)所述第三预设温度为165℃，第四预设温度为135℃，步骤(4)所述第三降温速率为6℃/min，第四降温速率为5℃/min，第五降温速率为1℃/min。
在所述升温及降低设置程序下进行的碲化锌靶材绑定过程可使最终产品无裂纹出现，绑定率高达99.5％以上。
本发明的有益效果在于，本发明提供了一种碲化锌靶材的绑定方法，该方法以特定的绑定顺序以及通过多段式梯度升温及降温程序设置，可有效减少靶材及背板、焊料三者间因材质不同、热膨胀系数不同导致的绑定时出现的裂纹缺陷，无需额外繁琐的预处理步骤以及苛刻的设备环境条件，显著提升靶材的绑定品质。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种实施例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至55℃后，以0.5℃/min升温速率加热至145℃，随后以8℃/15min升温速率加热至185℃并进行保温30min；
(2)涂布：将加热至185℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入2根长度为0.1mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.5mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以7℃/min降温速率降温至163℃，以4℃/min降温速率降温至120℃，最终以2℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
实施例2
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种实施例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至75℃后，以0.3℃/min升温速率加热至150℃，随后以5℃/15min升温速率加热至180℃并进行保温40min；
(2)涂布：将加热至180℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入3根长度为0.5mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.1mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以6℃/min降温速率降温至165℃，以5℃/min降温速率降温至135℃，最终以1℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
实施例3
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种实施例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至60℃后，以0.4℃/min升温速率加热至140℃，随后以6℃/15min升温速率加热至175℃并进行保温50min；
(2)涂布：将加热至175℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入3根长度为0.4mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.3mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以10℃/min降温速率降温至160℃，以3℃/min降温速率降温至130℃，最终以3℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
对比例1
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种对比例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至75℃后，以0.5℃/min升温速率加热至180℃并进行保温40min；
(2)涂布：将加热至180℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入3根长度为0.5mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.1mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以6℃/min降温速率降温至165℃，以5℃/min降温速率降温至135℃，最终以1℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
对比例2
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种对比例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至75℃后，以0.3℃/min升温速率加热至120℃，随后以5℃/15min升温速率加热至180℃并进行保温40min；
(2)涂布：将加热至180℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入3根长度为0.5mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.1mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以6℃/min降温速率降温至165℃，以5℃/min降温速率降温至135℃，最终以1℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
对比例3
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种对比例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至75℃后，以0.2℃/min升温速率加热至150℃，随后以10℃/15min升温速率加热至180℃并进行保温40min；
(2)涂布：将加热至180℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入3根长度为0.5mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.1mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以6℃/min降温速率降温至165℃，以5℃/min降温速率降温至135℃，最终以1℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
对比例4
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种对比例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至75℃后，以0.3℃/min升温速率加热至150℃，随后以5℃/15min升温速率加热至180℃并进行保温40min；
(2)涂布：将加热至180℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入3根长度为0.5mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.1mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以6℃/min降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
对比例5
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种实施例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至75℃后，以0.3℃/min升温速率加热至150℃，随后以5℃/15min升温速率加热至180℃并进行保温40min；
(2)涂布：将加热至180℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入3根长度为0.5mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.1mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以6℃/min降温速率降温至120℃，最终以1℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
对比例6
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种对比例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至75℃后，以0.3℃/min升温速率加热至150℃，随后以5℃/15min升温速率加热至180℃并进行保温40min；
(2)涂布：将加热至180℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧，随后在背板表面置入3根长度为0.5mm的铜丝，再在上方倒入适量铟并轻轻刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.1mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以5℃/min降温速率降温至165℃，以8℃/min降温速率降温至135℃，最终以1℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
对比例7
本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的一种对比例，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板常温加热至75℃后，以0.3℃/min升温速率加热至150℃，随后以5℃/15min升温速率加热至180℃并进行保温40min；
(2)涂布：将加热至180℃后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头沿着一侧均匀涂布至另一侧；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入0.1mm厚度的塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以6℃/min降温速率降温至165℃，以5℃/min降温速率降温至135℃，最终以1℃降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
效果例1
为验证本发明所述碲化锌靶材的绑定方法的效果，对实施例1～3及对比例1～7所绑定后的靶材经清洗干燥后用扫描仪进行扫描、计算绑定率及裂纹检查，所述结果如表1所示。
表1
项目 绑定率％
实施例1 98.5
实施例2 99.8
实施例3 99.3
对比例1 82.6
对比例2 84.5
对比例3 86.3
对比例4 81.9
对比例5 79.0
对比例6 78.8
对比例7 90.5
从表1可知，本发明所述碲化锌靶材的绑定方法通过特定步骤及严格设定的升温、冷却梯度程序，可有效抑制因靶材、背板及焊料因热膨胀系数不同导致的开裂情况，所述靶材可实现98.5％以上，最高达99.8％的绑定率；而对比例1～7则由于绑定步骤或升降温程序不在优选范围之内，绑定率远低于实施例1～3所述方法。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)靶材及背板加热：将碲化锌靶材及背板由常温加热至初始预设温度后，以第一升温速率加热至第一预设温度，随后以第二升温速率加热至第二预设温度并进行保温；
(2)涂布：将加热后的铟倒在步骤(1)加热后的碲化锌靶材及背板表面上并使用超声涂布探头涂布均匀，随后在背板表面置入铜丝，再在上方倒入铟并刮匀；
(3)绑定：将步骤(2)所述涂布面的碲化锌靶材盖在背板上，调整端距后在碲化锌靶材上方放入塑料垫，以压块盖在塑料垫上方并压实；所述塑料垫的平面面积为碲化锌靶材平面面积的一半；
(4)冷却及清洗：用锡箔纸将步骤(3)所述绑定完成后的碲化锌靶材盖住后，以第三降温速率降温至第三预设温度，以第四降温速率降温至第四预设温度，最终以第五降温速率降温至室温，将碲化锌靶材清洗干净，即完成所述碲化锌靶材的绑定。
2.如权利要求1所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(1)所述初始预设温度为55～75℃，第一预设温度为140～150℃，第二预设温度为175～185℃。
3.如权利要求2所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(1)所述第一升温速率为0.3～0.5℃/min，第二升温速率为5～8℃/15min，保温的时间为30～50min。
4.如权利要求2所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(2)所述加热后的铟的温度为175～185℃。
5.如权利要求1所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(2)所述铜丝的长度为0.1～0.5mm。
6.如权利要求1所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(3)所述塑料垫的厚度为0.1～0.5mm。
7.如权利要求1所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(4)所述第三预设温度为160～165℃，第四预设温度为120～135℃。
8.如权利要求7所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(4)所述第三降温速率为6～10℃/min，第四降温速率为3～5℃/min，第五降温速率为1～3℃/min。
9.如权利要求1所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(1)所述初始预设温度为75℃，第一预设温度为150℃，第二预设温度为180℃，所述第一升温速率为0.3℃/min，第二升温速率为5℃/15min，保温的时间为40min。
10.如权利要求1所述的碲化锌靶材的绑定方法，其特征在于，步骤(4)所述第三预设温度为165℃，第四预设温度为135℃，步骤(4)所述第三降温速率为6℃/min，第四降温速率为5℃/min，第五降温速率为1℃/min。
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