專利名稱：一種金屬靶材與靶托的連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明及一種金屬靶材與靶托的連接技術(shù)，可以應(yīng)用于半導體集成電路、 記錄介質(zhì)、平面顯示以及工件表面涂層制造用濺射靶的制備。
背景技術(shù)：
各種類型的濺射薄膜材料在電子及信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng) 用，因而對濺射靶材這一具有高附加值的功能材料的需求量也逐年增多。靶 材的質(zhì)量是獲得優(yōu)質(zhì)濺射薄膜材料的關(guān)鍵因素之一。隨著集成電路等產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展，對于濺射靶及濺射薄膜的性能要求越來越高。濺射靶材的微觀結(jié)構(gòu)及
化學純度等方面都有越來越嚴格的限定，而且隨著晶片尺寸逐漸增大(8 12 英寸)，所使用的濺射靶材尺寸將隨之增大，它的形狀也必須能滿足濺射設(shè)備 的需求。靶材與靶托的連接作為濺射用耙制備工藝流程中重要的一個環(huán)節(jié)， 需要保證靶材的晶粒大小、取向關(guān)系和純度等不能改變，確保高質(zhì)量靶材的 使用性能。
在磁控濺射過程中，靶材作為陰極需要與耙托之間有良好的導電性，同時， 為了排放高能態(tài)離子高速轟擊靶材表面產(chǎn)生的熱量，耙材和耙托之間還要求 具有良好的導熱性。此外，為了避免濺射靶在工作中的脫落、脆裂等問題， 兩者還需要一定的結(jié)合強度。
常用的靶材與靶托連接技術(shù)包括機械壓緊法、焊接法等。采用機械壓 緊法，靶材與靶托的對接面很難完全致密，可能存在的縫隙會導致靶材與靶 托之間結(jié)合強度降低，同時影響濺射過程中的傳熱和導電性。靶材的焊接包
括釬焊、擴散焊等，普通釬焊的結(jié)合強度較低，工藝可靠性不高。擴散焊接 的結(jié)合強度能接近甚至超過基體的強度，但是為了避免高溫焊接過程中材料 發(fā)生氧化，通常需要在真空中進行，焊接過程繁雜，效率較低。隨著晶片尺
寸的增大(8 12英寸)，靶材的尺寸也越來越大，大尺寸靶材在受熱過程中容 易發(fā)生變形，對真空擴散焊接設(shè)備也提出了更高的要求，靶材焊接的成本也 就隨之增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種金屬靶材與靶托的連接方法，它能夠在大氣環(huán)境中實現(xiàn) 靶材與靶托之間的致密緊固連接，同時能夠防止焊接過程中的污染，滿足靶材 與靶托的連接要求，避免必須在真空、高溫或高壓等環(huán)境下的變形問題，降 低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的金屬靶材與靶托的連接方法包括如下步驟(1)分別在靶材、靶 托對應(yīng)的接觸部位加工出用于結(jié)合的中間弧形凸面、中間弧形凹面，耙材凸 面和靶托凹面的弧度相一致。其中靶托的邊緣帶有凸臺，凸臺上帶有倒鉤， 凸臺內(nèi)側(cè)壁面上分布排氣通道；(2)清洗干凈靶材、靶托的結(jié)合部位表面， 并吹干；(3)加熱靶托到高于釬焊料的液相線30 5(TC，在耙托的凹面上均 勻涂敷上釬焊料；(4)靶材凸面在一定的軸向壓力下向靶托凹面擠進；(5) 在擠壓過程中，靶托凹面上的釬焊料熔化流動時充填接合面的各部位，隨著 靶材的擠進，靶托內(nèi)釬焊料的液相逐漸抬高，在靶托凹面外的凸形環(huán)臺內(nèi)側(cè) 壁面存在的排氣通道能夠把殘存的空氣完全排除，并將表面可能部分氧化的 釬焊料排出，靶托凹面和靶材凸面達到密切配合。同時，靶托的凸形環(huán)臺能 使靶材、靶托對中定位，臺上的倒鉤發(fā)生擠壓變形與靶材緊密扣連，實現(xiàn)靶 托和靶材的穩(wěn)固結(jié)合。
在上述步驟(l)中加工的靶材凸面、靶托凹面的弧度范圍為5° 15°， 表面粗糙度(Ra) 2.2。凸臺上的倒鉤與水平面之間存在有夾角，角度范 圍2。 6。。
上述步驟(3)中，涂敷釬焊料的厚度為0.5mm lmm。 在步驟(4)中施加的作用力為5MPa 100MPa;耙材擠壓的速度在 2mm/s 10mm/s。
所述的一種金屬靶材與靶托的連接方法，所用靶材主要包括A1、 Al-Si、 Al-Cu、 Al-Si-Cu靶材，對應(yīng)的靶托為Al合金靶托；還包括Ti、 Ti-W、 Ta、 Ta-Si靶材，對應(yīng)的靶托為無氧銅，黃銅，Ti合金靶托。
所用的釬焊料主要包括純銦、銦合金、錫銅、鋅錫、錫銀銅釬料。 本方法的特點是，采用機械壓緊和釬焊相結(jié)合的連接方法，其中耙材與 靶托之間為非平面結(jié)合。其優(yōu)點如下
1、 在大氣環(huán)境下靶材與靶托之間通過倒鉤結(jié)構(gòu)和焊接緊密連接，結(jié)合強 度高，且靶材的微觀結(jié)構(gòu)及組織性能、尺寸等不受影響，避免了耙材在與耙 托連接制備過程中環(huán)境要求高、易發(fā)生脆裂、變形等問題。
2、 通過導電及導熱性良好的釬焊料填充于靶材與靶托之間各結(jié)合面，并 且采用加熱粘結(jié)的形式，保證結(jié)合面充分接觸，有效提高了熱傳導率和電傳導率。
3、 連接方法簡便，容易實現(xiàn)，降低生產(chǎn)成本。


圖l是本發(fā)明中靶材與靶托的連接裝配圖及靶托倒鉤部位的放大圖。 圖2是圖1中靶托的俯視及局部放大圖(圖中表示出對稱的半部分)。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖和結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明。
實施例l
如圖l、 2所示的金屬耙材及耙托的連接結(jié)構(gòu)，靶材1與靶托3之間由填充 的釬焊料2焊接固定。
Al-Si合金靶材與普通Al合金靶托的連接是目前最常用的互連線制作材 料之一，在制作時，首先采用數(shù)控機床對靶材1與靶托3進行加工，對Al-Si 合金靶材l精加工出中間弧形凸面，弧度為5。，表面粗糙度RS3.2，同時對 普通A1合金耙托3精加工出中間弧形凹面，弧度為5° ，表面粗糙度RS3.2; 耙托3的邊緣加工凸臺4，凸臺4上帶有倒鉤，倒鉤與水平面的夾角a為2。， 凸臺內(nèi)側(cè)壁面上帶有半圓形排氣通道5。
將靶材1與靶托3的加工面清洗干凈。首先用丙酮除油，用純凈水清洗后， 再進行酸洗(15wt9()的HNO:,溶液)，最后用純凈水清洗，熱風吹干。
加熱靶托3至20(TC，在靶托3凹面上均勻涂上0.5mm的銦合金釬焊料2，其 液相線溫度約為15(TC。在5MPa的壓力作用下，將靶材1的凸面逐漸向靶托3 凹面擠進，擠壓速率為2mm/s，在液相釬焊料的作用下，靶材1與靶托3粘接在 一起，對接面接觸間隙中可能的空氣從排氣通道5排出，少量氧化的釬悍料從 邊側(cè)擠出。同時在擠壓過程中，靶托3所帶的倒鉤能和靶材1形成緊密扣連， 結(jié)合穩(wěn)固。 實施例2
Ti靶材和無氧銅靶托常用于制備集成電路阻擋層薄膜材料。在制作時， 采用數(shù)控機床對靶材l與靶托3進行加工,對高純Ti靶材l精加工出中間弧形凸 面，弧度為15° ，表面粗糙度R^3.2。同時對無氧銅耙托3精加工出中間弧形 凹面，弧度為15° ，表面粗糙度R^3.2，靶托3的邊緣加工凸臺4，凸臺4上帶 有倒鉤，倒鉤與水平面的夾角ci為6。，凸臺內(nèi)側(cè)壁面上帶有半圓形排氣通道
將靶材1與靶托3的加工面用丙酮除油，純凈水清洗后，再進行酸洗(15wtW 的HNO:,溶液)，最后用純凈水清洗，熱風吹干。加熱靶托至25(TC，在耙托3凹 面上均勻涂上1腿厚的錫銀銅合金釬焊料2，其液相線溫度約為220 。C。在 100MPa的壓力作用下，將靶材1的凸面逐漸向靶托3凹面擠進，擠壓速率為 10mm/s，實現(xiàn)兩者之間的連接。本實施例所連接的耙材具有與實施例l相同的 優(yōu)點。 實施例3
Ti-W合金靶材和黃銅靶托的連接是常用的另一耙件。采用與實施例2相同 的方法通過錫銀銅合金釬焊料2將靶材1與耙托3粘接在一起。
在制作時，采用數(shù)控機床對靶材1與靶托3進行加工，對Ti-W合金耙材l精 加工出中間弧形凸面，弧度為IO。，表面粗糙度R^3.2。同時對黃銅耙托3 精加工出中間弧形凹面，弧度為IO。，表面粗糙度R63.2，耙托3的邊緣加工 '凸臺4，凸臺4上帶有倒鉤，倒鉤與水平面的夾角a為3。，凸臺內(nèi)側(cè)壁面上帶 有半圓形排氣通道5。
將靶材1與靶托3的加工面用丙酮除油，純凈水清洗后，再進行酸洗(15wt先 的HN(V溶液)，最后用純凈水清洗，熱風吹干。加熱耙托至26(TC，在耙托3凹 面上均勻涂上0.8mm厚的錫銀銅合金釬焊料2，其液相線溫度約為220 。C。在 50MPa的壓力作用下，將靶材1的凸面逐漸向靶托3凹面擠進，擠壓速率為 6mm/s，實現(xiàn)兩者之間的連接。本實施例所連接的靶材具有與實施例l相同的
權(quán)利要求
1.一種金屬靶材與靶托的連接方法，其特征是包括如下步驟(1)分別在靶材、靶托對應(yīng)的接觸部位加工出用于結(jié)合的中間弧形凸面、中間弧形凹面，靶托的邊緣加工出帶有倒鉤的凸臺，凸臺內(nèi)側(cè)壁面上帶有排氣通道，其中靶材凸面和靶托凹面的弧度相一致；(2)將靶材與靶托的加工臺面除油、酸洗等清洗干凈，并吹干；(3)加熱靶托至釬焊料的液相線30～50℃，在靶托的凹面內(nèi)均勻涂上釬焊料；(4)靶材凸面在軸向壓力下向靶托凹面擠進；(5)在擠壓過程中，靶托凹面上的釬焊料熔化流動時充填接合面的各部位，通過排氣通道把殘存的空氣排除，并將表面可能部分氧化的釬焊料排出，靶托的凸形環(huán)臺使靶材、靶托對中定位，臺上的倒鉤發(fā)生擠壓變形與靶材緊密扣連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬靶材與靶托的連接方法，其特征還在于步驟(1)中加工的靶材凸面、靶托凹面的弧度為5。 15。，表面粗糙度(Ra)2.2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬靶材與耙托的連接方法，其特征還在于步驟(1)中倒鉤與水平面之間存在有夾角，角度范圍2° 6° 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬靶材與靶托的連接方法，其特征還在于步驟(3)中，涂釬悍料的厚度為0.5mm lmm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬耙材與耙托的連接方法，其特征還在于: 步驟(4)中軸向施加的壓力為5MPa 100MPa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬靶材與靶托的連接方法，其特征還在于: 步驟(4)中靶材擠壓的速度在2mm/s 10mm/s。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬耙材與耙托的連接方法，其特征還在于: 靶材包括A1、 Al-Si、 Al-Cu、 Al-Si-Cu靶材，對應(yīng)的靶托為Al合金靶托；還包 括Ti、 Ti-W、 Ta、 Ta-Si靶材，對應(yīng)的靶托為無氧銅、黃銅、Ti合金靶托。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬靶材與耙托的連接方法，其特征還在于: 所用釬焊料主要包括純銦、銦合金、錫銅、鋅錫、錫銀銅釬焊料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬靶材與靶托的連接方法。它主要包括加工連接面、涂釬焊料、擠壓、焊接等步驟組成。靶材與靶托之間為非平面結(jié)合，通過釬焊料粘結(jié)在一起，同時在外力作用下，靶托邊緣發(fā)生擠壓變形，與靶材扣連，實現(xiàn)致密緊固對接。該方法能夠在大氣環(huán)境中實現(xiàn)靶材與靶托之間的穩(wěn)定可靠連接，滿足了靶材的組織性能和尺寸不受影響、與靶托接觸良好、結(jié)合強度高等連接要求，快速高效，避免了必須在真空、高溫或高壓等環(huán)境下的成形問題，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號B23P11/00GK101176960SQ200610114349
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日
發(fā)明者何金江, 孫秀霞, 贊 廖, 楊亞卓, 楊永剛, 軒 江, 彬 王, 王欣平, 郭力山 申請人:北京有色金屬研究總院;有研億金新材料股份有限公司