CN214185710U - 一种靶材和背板的扩散接合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种靶材和背板的扩散接合装置，涉及半导体技术领域，包括：排气容器、设置在排气容器内的金属包套、液压装置、以及进气装置和排气装置；金属包套内由下至上依次设有背板、靶材和压块，液压装置的压力作用于压块上使得背板与靶材结合；进气装置和排气装置可用于排气容器的抽真空或在排气容器内充入惰性气体或充入氢气；本实用新型通过将金属包套置于真空或惰性气体或氢气中的设置，来防止由于氧化引起的背板与靶材接合率降低的问题，并且通过实现重复使用能够起到降低成本的效果，实现多品种批量生产；对排气容器的抽真空或在排气容器内充入惰性气体或充入氢气，可使得接合率达99％以上；同时结合的背板与靶材具有金属光泽，外观上没有出现氧化的情况。

Description

一种靶材和背板的扩散接合装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种靶材和背板的扩散接合装置。

背景技术

在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材(TG)和与所述靶材结合、具有一定强度的背板(BP)构成。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。金属靶材用于半导体和电子设备等的薄膜形成，真空扩散接合方法用于金属靶材与Al合金或Cu及Cu合金背板的接合。为提高生产力，提高薄膜形成的速度，采用高电压。由此产生的问题是，用焊料进行接合的靶材会发生剥离问题。

为了解决这个问题，常规采用热等静压技术(HIP)或热压(HP)的扩散接合法。但是，HIP或HP除了设备成本高和占用面积大以外，还存在以下问题。采用HIP的情况下，将接合体封装在金属容器中，将内部加热到预定温度的同时进行抽真空，密封后需要进行加热及加压处理，HIP前的处理也需要很多的工序和成本。另外，尽管可以使用大型HIP实现批量生产，但由于需要保持相同的处理温度和加压力，因此该方法不适用于对不同材料一起进行处理。采用HP的情况下，一次可处理的枚数仅为1-2枚左右，并且加热至预定温度和冷却所需的时间长，生产率低。因此，需要一种成本低，且能适用于小批量多品种的高效率制备方法。

作为不使用HIP或HP的制备方法，在液压机上装上加热板，把预先被预热的TG和BP进行接合的方法。由于上述方法是在大气中进行的，因此存在靶材发生氧化的问题。低密度靶材会出现内部氧化而导致质量劣化的问题。另外，即使是高密度靶材，也需要在接合后通过处理来去除氧化层。材料成品率的降低会导致成本上升，并且残留的氧化层会导致质量劣化的问题。

常规在大气气氛中的接合方法，对加热后的TG和BP进行高压加压，当BP为Al合金或Cu及Cu合金时，会发生软化变形，接合率为90-96％，低于一般扩散接合要求的98％。另外，该变形会引起TG中心部和外周部的厚度不同，厚度对应的累积使用时间减少，不仅仅是TG，BP也会被溅射。针对这些问题，尽管提出了使用热模方式的扩散接合法，但是即使在这种情况下，也会出现接合面被氧化接合率降低的问题，以及TG发生氧化，在加工量增加或低密度的情况下，会出现内部发生氧化的问题。

实用新型内容

一、要解决的技术问题

本实用新型是针对现有技术所存在的上述缺陷，特提出一种靶材和背板的扩散接合装置，解决了现有结合方法容易出现接合面被氧化导致接合率降低的问题，同时还解决了生产成本较高的问题。

二、技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种靶材和背板的扩散接合装置，包括：排气容器、设置在排气容器内的金属包套、液压装置、以及进气装置和排气装置；

金属包套内由下至上依次设有背板、靶材和压块，液压装置的压力作用于压块上使得背板与靶材结合；

进气装置和排气装置可用于排气容器的抽真空或在排气容器内充入惰性气体或充入氢气。

其中，靶材材质为铝及铝合金、铜及铜合金、钛、镍及镍合金、钽及钽合金、钨及钨合金，背板材质为铝合金、铜及铜合金。

其中，金属包套由低热膨胀及高强度的不锈钢或者铁质材料构成。

其中，排气容器底部设有密封圈。

其中，靶材置于背板上表面中央，靶材上表面放置与背板直径相同的压块。

其中，金属包套内部设有加热装置，加热装置用于对金属包套达到预热温度，还用于将背板与靶材加热到结合温度。

其中，预热温度设为300～400℃，结合温度设为400～700℃。

其中，压块采用隔热材质。

其中，在预热好的金属包套内依次放入背板、靶材和压块后，通过进气装置和排气装置将排气容器的抽真空使其内部的压力达到100Pa以下，通过加热装置将背板与靶材加热到结合温度，同时在压块上表面施加3-10kg/mm²的压力，在该温度和压力下保持60分钟，在加压期间继续进行抽真空，使压力达到10Pa以下。

其中，在预热好的金属包套内依次放入背板、靶材和压块，通过进气装置和排气装置将排气容器的抽真空使其内部的压力达到1Pa以下，通过进气装置和排气装置充入惰性气体或氢气，并使其内部的压力维持在10Pa，通过加热装置将背板与靶材加热到结合温度，同时在压块上表面施加3-10kg/mm²的压力，在该温度和压力下保持60分钟，在加压期间继续充入惰性气体或氢气，使压力维持在10Pa。

三、有益效果

与现有技术相比，本实用新型的靶材和背板的扩散接合装置通过将金属包套置于真空或惰性气体或氢气中的设置，来防止由于氧化引起的背板与靶材接合率降低的问题，并且通过实现重复使用能够起到降低成本的效果，实现多品种批量生产；

对排气容器的抽真空或在排气容器内充入惰性气体或充入氢气，可使得接合率达99％以上；同时结合的背板与靶材具有金属光泽，外观上没有出现氧化的情况。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图中：1为加热装置；2为金属包套；3为背板；4为靶材；5为压块；6为液压装置；7为排气容器，8为密封圈，9为进气装置，10为排气装置；11为液压台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

实施例1：

如图1所示，本实施例的一种靶材和背板的扩散接合装置，包括：排气容器7、设置在排气容器7内的金属包套2、液压装置6、以及进气装置9和排气装置10，整个装置设置在液压台11上；

金属包套2内由下至上依次设有背板3、靶材4和压块5，液压装置6的压力作用于压块5上是的背板3与靶材4结合；

进气装置9和排气装置10可用于排气容器7的抽真空或在排气容器7内充入惰性气体或充入氢气，在本实施例采用抽真空的方案。

金属包套2内部设有加热装置1，加热装置1用于对金属包套2达到预热温度，还用于将背板3与靶材4加热到结合温度，加热装置1可以采用电热加热的方式或者电磁加热的方式。

预热温度设为300～400℃，结合温度设为400～700℃；具体来说，本实施例中预热温度为400；抽真空使其内部的压力达到100Pa以下，然后通过加热装置1将背板3与靶材4加热到结合温度400℃以上。

本实施例中，选择外径为440mm的纯铜靶材，背板材料为CuNiSi合金；金属包套2由低热膨胀及高强度的不锈钢或者铁质材料构成，从而降低热变形量，使其可重复使用；操作过程中，靶材4置于背板3上表面中央，靶材4上表面放置与背板3直径相同的压块5，通过液压设备在压块5上加压时，使压块5对靶材4全面均匀的受力；同时压块5采用隔热材质，在其内部还设有相应的加热结构，有效的保持整个装置内部背板3与靶材4的接合温度。

同时，在排气容器7底部设有密封圈8，进一步保证排气容器7的密封性能，安装在液压设备上的排气容器7通过液压设备下降，排气容器7底部的密封圈8与液压设备台面保持密封性。

在预热好的金属包套2内依次放入背板3、靶材4和压块5后，通过进气装置9和排气装置10将排气容器7的抽真空使其内部的压力达到100Pa以下，通过加热装置1将背板3与靶材4加热到结合温度，同时在压块5上表面施加5kg/mm²的压力，将排气容器7继续进行抽真空直至压力变为10Pa以下，在该温度和压力下保持60分钟，在加压期间继续进行抽真空，使压力达到10Pa以下；然后取出结合后的背板3与靶材4后，通过采用超声波探伤仪检查接合层的缺陷，接合率可达99％以上；同时结合的背板3与靶材4具有金属光泽，没有铜特有的黑色氧化情况出现。

实施例2：

相较于实施例1，在本实施例中，选择外径为400mm的镍靶材，背板材料为Cu，在预热好的金属包套2内依次放入背板3、靶材4和压块5后，通过进气装置9和排气装置10将排气容器7的抽真空使其内部的压力达到1Pa以下，通过进气装置9和排气装置10充入惰性气体或氢气，并使其内部的压力维持在10Pa，通过加热装置1将背板3与靶材4加热到结合温度，同时在压块5上表面施加5kg/mm²的压力，在该温度和压力下保持60分钟，在加压期间继续充入惰性气体或氢气，使压力维持在10Pa；具体来说，惰性气体可以采用氩气，能够有效防止背板3与靶材4的氧化，并且通过扩散结合的方式引起的变形量小，因此可以重复使用本实施例的扩散结合装置，取出结合后的背板3与靶材4后，通过采用超声波探伤仪检查接合层的缺陷，接合率可达99％以上；同时结合的背板3与靶材4具有金属光泽，没有铜特有的黑色氧化情况出现；本实施例通过将金属包套2置于真空或惰性气体或氢气中来防止由于氧化引起的背板3与靶材4接合率降低的问题，并且通过实现重复使用能够起到降低成本的效果，实现多品种批量生产。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，所述靶材和背板的扩散接合装置包括：排气容器(7)、设置在排气容器(7)内的金属包套(2)、液压装置(6)、以及进气装置(9)和排气装置(10)；

金属包套(2)内由下至上依次设有背板(3)、靶材(4)和压块(5)，所述液压装置(6)的压力作用于所述压块(5)上是的所述背板(3)与靶材(4)结合；

所述进气装置(9)和排气装置(10)可用于所述排气容器(7)的抽真空或在排气容器(7)内充入惰性气体或充入氢气。

2.如权利要求1所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，所述金属包套(2)内部设有加热装置(1)，所述加热装置(1)用于对金属包套(2)达到预热温度，还用于将背板(3)与靶材(4)加热到结合温度。

3.如权利要求1所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，所述靶材(4)材质为铝及铝合金、铜及铜合金、钛、镍及镍合金、钽及钽合金、钨及钨合金，所述背板(3)材质为铝合金、铜及铜合金。

4.如权利要求1所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，所述金属包套(2)由低热膨胀及高强度的不锈钢或者铁质材料构成。

5.如权利要求1所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，所述排气容器(7)底部设有密封圈(8)。

6.如权利要求1所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，所述靶材(4)置于背板(3)上表面中央，所述靶材(4)上表面放置与背板(3)直径相同的压块(5)。

7.如权利要求1所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，所述压块(5)采用隔热材质。

8.如权利要求2所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，所述预热温度设为300～400℃，所述结合温度设为400～700℃。

9.如权利要求2所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，在预热好的金属包套(2)内依次放入背板(3)、靶材(4)和压块(5)后，通过所述进气装置(9)和排气装置(10)将所述排气容器(7)的抽真空使其内部的压力达到100Pa以下，通过加热装置(1)将背板(3)与靶材(4)加热到结合温度，同时在压块(5)上表面施加3-10kg/mm²的压力，在该温度和压力下保持60分钟，在加压期间继续进行抽真空，使压力达到10Pa以下。

10.如权利要求2所述的一种靶材和背板的扩散接合装置，其特征在于，在预热好的金属包套(2)内依次放入背板(3)、靶材(4)和压块(5)，通过所述进气装置(9)和排气装置(10)将所述排气容器(7)的抽真空使其内部的压力达到1Pa以下，通过进气装置(9)和排气装置(10)充入惰性气体或氢气，并使其内部的压力维持在10Pa，通过加热装置(1)将背板(3)与靶材(4)加热到结合温度，同时在压块(5)上表面施加3-10kg/mm²的压力，在该温度和压力下保持60分钟，在加压期间继续充入惰性气体或氢气，使压力维持在10Pa。

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