CN106271148A - 靶材组件的焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种靶材组件的焊接方法，包括：提供背板、靶坯以及包套，所述包套包括与所述背板和所述靶坯相贴合的接触面；在所述接触面上设置隔离层；将所述背板和所述靶坯装入所述包套内；焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材组件；在焊接完成后去除所述包套。本发明通过在所述靶坯和所述背板与所述包套的接触面设置隔离层，避免所述靶坯和所述背板与所述包套直接接触，从而避免了在实现靶坯与背板焊接的同时，包套与靶材组件的焊接粘附。在焊接完成后可以直接将包套与靶材组件分离，无需机械加工去除包套，简化了去除包套的工艺，提高了加工效率，也避免了机械加工对所获得的靶材组件的损伤，降低了产品损伤和报废的风险。

Description

靶材组件的焊接方法

技术领域

本发明涉及半导体溅射靶材制造领域，特别涉及一种靶材组件的焊接方法。

背景技术

在半导体工业中，广泛采用靶材溅射的工艺进行功能膜层的形成。而在靶材溅射工艺中，靶材组件具有非常重要的作用。靶材组件是由符合溅射性能的靶坯以及能与所述靶坯结合并具有一定强度的背板构成的。背板可以在所述靶材组件装配至溅射基台中时起到支撑的作用，并具有传导热量的功能。

在溅射过程中，靶材组件所处的工作环境比较恶劣。为了使在恶劣环境下工作的靶材组件中靶坯与背板之间连接具有足够的强度，需要将背板与靶坯之间进行焊接。背板与靶坯的焊接方式有多种，如熔焊、钎焊、扩散焊接(Diffusion Bonding)、热等静压(Hot Isostatic Pressing)焊接等等。其中热等静压焊接具有靶材组件变形小、焊接强度高等优点。

热等静压是一种在高温下利用各项均等的静压力进行压制的工艺方法。利用热等静压实现靶坯与背板的焊接时，靶坯和背板处在一个独立的真空氛围中，然后通过外界施加气体压力实现靶坯和背板界面间在高温高压下的扩散焊接。其中独立的真空氛围是通过将靶坯和背板装入密闭的包套内，将包套内空气抽净，然后对包套进行密封处理。

但是现有技术中，热等静压焊接后，外侧包套容易与靶材组件粘附在一起，在去除所述包套的过程中存在靶材组件损伤的风险。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶材组件的焊接方法，以降低去除包套过程中靶材组件损伤和报废的风险。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的焊接方法，包括：

提供背板、靶坯以及包套，所述包套包括与所述背板和所述靶坯相贴合的接触面；

在所述接触面上设置隔离层；

将所述背板和所述靶坯装入所述包套内；

焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材组件；

在焊接完成后去除所述包套。

可选的，所述隔离层为石墨纸。

可选的，所述石墨纸厚度为0.1～0.5mm。

可选的，焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材组件的步骤包括：采用热等静压焊接工艺焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材组件。

可选的，热等静压焊接工艺的步骤包括：热等静压焊接工艺的温度在900℃以下。

可选的，所述包套为密闭包套。

可选的，所述包套为铝包套或不锈钢包套。

可选的，去除所述包套的步骤包括：采用等离子切割工艺隔开所述包套边缘以去除包套。

可选的，所述背板为铜背板或铜合金背板。

可选的，所述靶坯为金属靶坯。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明通过在所述靶坯和所述背板与所述包套的接触面设置隔离层，避免所述靶坯和所述背板与所述包套直接接触，从而减小了在实现靶坯与背板焊接时包套与靶材组件容易焊接粘附的问题。在焊接完成后可以直接将包套与靶材组件分离，无需机械加工去除包套，简化了去除包套的工艺，提高了加工效率，也避免了机械加工对所获得的靶材组件的损伤，降低了产品损伤和报废的风险。

可选的，本发明的可选方案中，可以采用石墨纸作为隔离层实现靶坯和背板与包套之间的隔离。由于石墨纸具有耐高温、耐高压、不易变形、高导热性，且一定温度下不与金属发生反应的优点，因此采用石墨纸作为隔离层不会影响焊接工艺过程中压力和热的传导，对焊接结合强度没有影响。

附图说明

图1至图7是本发明靶材组件的焊接方法一实施例中各个步骤的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中热等静压焊接后去除包套的过程中容易产生损伤靶材组件的问题。现结合热等静压焊接工艺分析靶材组件损伤问题的原因：

靶坯和背板在进行热等静压焊接时，处在高温高压环境下，在实现所述靶坯和所述背板的扩散焊接的同时，外侧包套也容易与靶材组件焊接粘附在一起，这样就需要在后续采用机械加工的方式进行去除。在去除包套的机械加工过程中，易造成损伤靶材组件，造成靶材组件厚度偏小的问题。

为解决所述技术问题，本发明提供一种靶材组件的焊接方法，包括如下步骤：

提供背板、靶坯以及包套，所述包套包括与所述背板和所述靶坯相贴合的接触面；在所述接触面上设置隔离层；将所述背板和所述靶坯装入所述包套内；焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材组件；在焊接完成后去除所述包套。

本发明通过在所述靶坯和所述背板与所述包套的接触面设置隔离层，避免所述靶坯和所述背板与所述包套直接接触，从而避免了在实现靶坯与背板焊接的同时，包套与靶材组件的焊接粘附。在焊接完成后可以直接将包套与靶材组件分离，无需机械加工去除包套，简化了去除包套的工艺，提高了加工效率，也避免了机械加工对所获得的靶材组件的损伤，降低了产品损伤和报废的风险。

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。

图1至图7是本发明靶材组件的焊接方法一实施例中各个步骤的结构示意图。需要说明的是，本实施例中，以焊接钨靶坯和铜背板为例进行说明，不应依次限制本发明。

参考图1、图2和图3，提供靶坯100、背板200以及包套300，所述包套300包括与所述背板200和所述靶坯100相贴合的接触面。

参考图1，所述靶坯100是通过磁控溅射等镀膜***在一定工艺条件下溅射在基板上形成各种功能膜层的溅射源。因此，所述靶坯100的纯度至少为99.995％。所述靶坯100可以是铜靶、钛靶、钽靶或钨钯等金属靶。但是需要说明的是，所述靶坯100为金属靶的做法仅为一示例，本发明对所述靶坯100的材料不做限定，本发明其他实施例中，所述靶坯100还可以是陶瓷靶等其他材料。

根据所述靶坯100的应用环境、溅射设备的实际要求，所述靶坯100的形状可以为圆柱体、长方体、正方体椎体，截面为环形、三角形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任意一种。本实施例中，所述靶坯100为圆柱体的高纯钨钯。

需要说明的是，所述靶坯100的直径尺寸为设计尺寸上加2～5mm的加工余量，厚度尺寸为在设计尺寸上加1～3mm的加工余量。设置加工余量的目的是为所述靶坯100在后续的机械加工中提供比较宽裕的加工空间以得到符合要求的靶材组件。

所述背板200用于在所述靶材组件装配至溅射机台中时起到支撑的作用，还用于在溅射过程中传导热量。所述背板可以是纯铜背板，也可以是掺杂有其他金属的铜合金背板，因为铜材料具有足够的强度，且导热、导电性能较好，形成的靶材组件具有较好的性能。本实施例中，所述背板200为纯铜背板。

所述背板200上具有容纳靶坯100的凹槽220，以增大所述背板200与所述靶坯100之间的接触面，提高所述背板200与所述靶坯100之间的连接强度。因此本实施例中，所述靶坯100包括不与所述背板200相接处的溅射面102和与所述背板200相接触的靶坯焊接面120。后续，经过焊接工艺，所述靶坯100与所述背板200在所述靶坯焊接面120处焊接相连。相应的，所述背板200中凹槽220的底面和侧壁形成与所述靶坯100相接触的背板焊接面210。

所述包套300用于防止所述靶坯100以及所述背板200在后续的加热过程中发生氧化。需要说明的是，所述包套300的熔点需要高于后续加热过程中的温度，否则包套300在后续加热过程中会熔化，无法在后续加热过程中保护所述靶坯100和所述背板200。此外，所述包套300还需要在后续焊接过程中，能够实现较好的压力传导功能。否则影响后续靶坯100与背板200的焊接质量。所以，本实施例中，所述包套300为密闭包套。在所述靶坯100和所述背板200装入所述包套300中后，需要对所述包套300进行密闭处理。

本实施例中，所述包套300选用不锈钢焊接成形。但是采用不锈钢焊接形成所述包套300的做法仅为一示例，本发明其他实施例中还可以根据应用环境、具体情况选择铝或低碳钢焊等其他材料形成所述包套300。本发明对所述包套300的材料不做限定。

如果所述包套300厚度太薄，在后续焊接过程中包套焊接处容易裂开，无法保护所述靶坯100和所述背板200；如果所述包套300厚度太厚，在后续焊接过程中，所述包套不易实现压力传导。因此本实施例中，所述包套的厚度为1.0～3.0mm。

需要说明的是，所述包套300包括与所述背板200和所述靶坯100相贴合的接触面。具体的，本实施例中，所述包套300在后续热等静压焊接工艺过程中，包裹在所述背板200和所述靶坯100外，因此，所述包套300的内表面与所述背板200和所述靶坯100相贴合，即所述接触面为所述包套300的内表面。

参考图4，在所述接触面上设置隔离层400。

具体的，将所述靶坯100放置于所述凹槽220内形成待焊接件500，在所述待焊接件500与所述包套300的接触面设置隔离层400。

本实施例中，所述待焊接件500包括用于溅射的第一面510、与所述第一面相对的第二面520以及与所述第一面510相垂直的侧面530。为了使热量和压力能够更均匀的施加到所述待焊接件500上，以获得更好的热等静压焊接效果，在后续的工艺过程中，所述包套300包裹在所述待焊接件500外。因此，所述待焊接件500的所有表面均与所述包套300相贴合。也就是说，所述接触面包括所述待焊接件500的第一面510、第二面520以及侧面530。因此，在所述第一面510和所述第二面520上均设置隔离层400，即所述待焊接件500的所有面均设置有隔离层400。

所述隔离层400的作用是实现所述待焊接件500与所述包套300的隔离，避免所述待焊接件500与所述包套300直接接触，避免在后续高温高压环境下所述包套300与所述待焊接件500发生粘附。

本实施例中，所述隔离层400为石墨纸。由于石墨纸具有耐高温的优点。虽然热等静压焊接过程中的温度，根据靶坯100和背板200的材料不同而有所差异。但是一般情况下，靶坯100和背板200在热等静压焊接的过程中，温度都在900℃一下。在此温度下，石墨纸不与金属发生直接反应。因此石墨纸对于隔离金属扩散结合，避免待焊接件500与包套300发生粘附具有良好的效果。

需要说明的是，如果石墨纸厚度过小，无法有效实现所述待焊接件500与所述包套300之间的隔离作用；如果石墨纸厚度过大会影响到热等静压工艺中压力和热量的传导，而且容易造成材料浪费和增加工艺难度。本实施例中，所述石墨纸的厚度为0.1～0.5mm。

还需要说明的是，由于石墨纸是由高碳鳞片石墨经化学处理高温膨胀轧制而成，因此石墨纸具有高导热性，石墨纸热阻比铝低40％，比铜低20％。而且石墨纸还具有耐高压、不易变形的优点。因此在待焊接件500表面设置石墨纸作为隔离层400不会影响后续热等静压工艺中压力和热量传导，对焊接结合强度没有影响。

参考图5，将所述背板100和所述靶坯200装入所述包套300内。

本实施例中，由所述背板100和所述靶坯200构成的待焊接件500被装入所述包套300内。由于所述待焊接件500的所有面均设置有隔离层400。因此，当所述待焊接件500装入所述包套300内后，在所述待焊接件500的所有面上，所述包套300与所述隔离层400相接触，而未与所述待焊接件500直接贴合。

参考图6，焊接所述靶坯100和所述背板200以形成靶材组件。

需要说明的是，在将所述靶坯100和所述背板200装入所述包套300内的步骤之后，在采用热等静压工艺对所述靶坯100和所述背板200实现焊接的步骤之前，所述焊接方法还包括：对装有待焊接件500的所述包套300抽真空。由于本实施例中，所述靶坯100为钨钯，所述背板200为纯铜背板，因此，对所述包套300抽真空的步骤包括：使所述包套300内的真空度达到10^-5Pa。之后，在保持所述包套300内部真空的状态下，对所述包套300进行密闭工艺，即将所述包套300封闭，使所述包套300内部形成一个密闭的真空环境。本实施例中，所述密闭工艺是通过机械加工和焊接工艺实现的。

然后，将装有带焊接件500的所述包套300置于焊接设备内进行焊接工艺。为了获得较好的焊接效果，得到性能优良的靶材组件，本实施例中，采用热等静压工艺实现所述靶坯100和所述背板200的焊接，以形成靶材组件。因此，所述焊接设备为热等静压炉。

所谓热等静压工艺是将待焊接件置于真空密封的包套内，在高温高压条件下利用高压液体或高压气体对包套施加更像均等的压力。使包套内的待焊接件在高温高压条件下保持一段时间，从而使待焊接件接触面之间的原子相互扩散，以实现待焊接件的连接。本步骤与现有技术相同，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，由于本实施例中，所述靶坯100为钨钯，所述背板200为纯铜背板，因此本实施例中，所述靶坯100与所述背板200采用热等静压工艺的温度在900℃以下。

结合参考图7，对所述包套300进行冷却，去除所述包套300以获得所述靶材组件600。

需要说明的是，由所述靶坯100和所述背板200构成的待焊接件500包括第一面510、第二面520以及侧面530。相应的，焊接完成后，待焊接件500实现连接形成的靶材组件600也包括与所述第一面510相对应的溅射面610、与所述第二面520相对应的背面620以及与所述侧面530相对应的组件侧面630。

具体的，在焊接完成后，可使所述包套300在空气中冷却，冷却到200℃一下，然后去除所述包套300以获得靶材组件600。在热等静压工艺过程中，所述包套300内的所述靶坯100与所述背板200接触面之间的原子相互扩散实现连接，即所述待焊接件500完成焊接形成靶材组件600。

可以通过化学方法或机械方法去除所述包套300以获得靶材组件600。本实施例中，采用等离子切割工艺隔开所述包套300边缘以去除所述包套300。

由于所述包套300与所述待焊接件500的第一面510和第二面520之间存在隔离层400的阻隔，所述包套300与所述待焊接件500之间未直接接触。因此在焊接完成以后形成的所述靶材组件600的所述溅射面610和背面620不会与所述包套300发生焊接粘附。而且所述待焊接件500的侧面530与所述包套300之间存在空隙，即所述侧面530与所述包套300之间也未直接接触，因此所述靶材组件600的组件侧面630也不会与所述包套300发生粘附。所以，本实施例中，在隔开所述包套300边缘后，所述包套300可自动与所述靶材组件600相分离，实现脱落，获得所述靶材组件600。因此，由于隔离层400的设置，使焊接完成后，去除包套的工艺得到了简化，提升了生产效率。同时也避免了机械加工去除包套的步骤，避免了机械加工对所获得的靶材组件600的损伤，降低了产品的损伤和报废风险。

综上，本发明通过在所述靶坯和所述背板与所述包套的接触面设置隔离层，避免所述靶坯和所述背板与所述包套直接接触，从而避免了在实现靶坯与背板焊接的同时，包套与靶材组件的焊接粘附。在焊接完成后可以直接将包套与靶材组件分离，无需机械加工去除包套，简化了去除包套的工艺，提高了加工效率，也避免了机械加工对所获得的靶材组件的损伤，降低了产品损伤和报废的风险。

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 (10)

1.一种靶材组件的焊接方法，其特征在于，包括：

提供背板、靶坯以及包套，所述包套包括与所述背板和所述靶坯相贴合的接触面；

在所述接触面上设置隔离层；

将所述背板和所述靶坯装入所述包套内；

焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材组件；

在焊接完成后去除所述包套。

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述隔离层为石墨纸。

3.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述石墨纸厚度为0.1～0.5mm。

4.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材组件的步骤包括：采用热等静压焊接工艺焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材组件。

5.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，热等静压焊接工艺的步骤包括：热等静压焊接工艺的温度在900℃以下。

6.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述包套为密闭包套。

7.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述包套为铝包套或不锈钢包套。

8.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，去除所述包套的步骤包括：采用等离子切割工艺隔开所述包套边缘以去除包套。

9.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述背板为铜背板或铜合金背板。

10.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述靶坯为金属靶坯。