專利名稱：靶材與背板的焊接方法及形成的靶材組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種靶材與背板的焊接方法及形成的靶材組件。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工業(yè)中，靶材組件是由符合濺射性能的靶材和與所述靶材結(jié)合、具有一定強(qiáng)度的背板構(gòu)成。背板可以在所述靶材組件裝配至濺射機(jī)臺(tái)中起到支撐作用，并具有傳導(dǎo)熱量的功效。大規(guī)模集成電路制造中常使用鋁靶材進(jìn)行物理氣相沉積法(PVD)鍍膜以形成阻擋層，鋁靶材在濺射過(guò)程中使用磁控濺射，通常使用強(qiáng)度較高、并且導(dǎo)熱、導(dǎo)電性高的鋁材料作為背板材料，但是必須將鋁靶材和背板材料焊接在一起才能加工成半導(dǎo)體工業(yè)所使用的靶材組件，使其既可以可靠地安裝在濺射機(jī)臺(tái)上，同時(shí)又可以在磁場(chǎng)、電場(chǎng)作用下有效控制進(jìn)行濺射?，F(xiàn)有技術(shù)中，靶材與背板的焊接方式常用的有釬焊或熱擴(kuò)散焊接。釬焊方法原理是利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬(稱為釬料或焊料)，經(jīng)加熱熔化后，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。熱擴(kuò)散焊接方法原理是利用相互接觸的材料表面，在一定溫度、壓力作用下靠近，局部產(chǎn)生塑形變形，原子間相互擴(kuò)散，在截面處形成新的擴(kuò)散曾，從而實(shí)現(xiàn)可靠連接完成焊接過(guò)程。然而在將鋁靶材坯料與鋁背板進(jìn)行熱擴(kuò)散焊接時(shí)，由于金屬鋁及其合金的熔點(diǎn)較低(650°C左右)，且化學(xué)性質(zhì)較為活潑，采用常規(guī)的很接設(shè)備進(jìn)行熱擴(kuò)散焊接時(shí)，溫度需加熱到200°C以上，焊接表面氧化非常嚴(yán)重，從而使得金屬接觸面原子不能進(jìn)行有效擴(kuò)散，難以達(dá)到理想的焊接效果。因此為提高焊接后所得組件的結(jié)合強(qiáng)度，一般常用的方法有熱等靜壓焊。然而，本發(fā)明的發(fā)明人在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用釬焊的方式需要焊料，焊料本身需要成本，且焊料的成分各部相同，某些國(guó)家對(duì)材料有使用限制，因此，采用部分焊料焊接后的靶材組件，會(huì)有出口限制問(wèn)題。而采用熱等靜壓焊的設(shè)備較貴，有使用能力的公司較少。有鑒于此，實(shí)有必要提出一種新的靶材與背板的焊接方式，以克服釬焊的出口限制及熱等靜壓焊的實(shí)現(xiàn)條件要求較高問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提出一種新的靶材與背板的焊接方式，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用釬焊的靶材組件有出口限制及采用熱等靜壓焊的實(shí)現(xiàn)硬件要求較高問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種靶材與背板的焊接方法，包括在靶材的背面形成多個(gè)燕尾槽，在背板的正面形成與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起；將靶材與背板疊合放置，并使燕尾狀凸起與燕尾槽咬合在一起；
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采用靜壓方式處理靶材與背板中心區(qū)域，利用電子束焊接靶材與背板的邊緣結(jié)合區(qū)域?？蛇x地，靶材與背板的材質(zhì)都為鋁?？蛇x地，所述燕尾槽通過(guò)車床車削加工形成?？蛇x地，所述燕尾狀凸起通過(guò)車床車削加工形成?？蛇x地，所述電子束焊接步驟在真空中進(jìn)行?？蛇x地，所述電子束焊接的焊接速度范圍為10-20mm/s，輸入速流范圍為 40-60mA，聚焦電流范圍為600-700mA?？蛇x地，所述靜壓步驟的壓力范圍2500噸到3500噸。本發(fā)明還提供一種靶材組件，包括靶材與背板，其中，所述靶材的背面形成有多個(gè)燕尾槽，所述背板的正面形成有與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起。可選地，所述靶材與背板的材質(zhì)都為鋁?？蛇x地，所述每個(gè)燕尾槽形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述每個(gè)燕尾狀凸起也形成環(huán)形結(jié)構(gòu)?？蛇x地，所述燕尾槽的深度范圍為1. 2-2. 2毫米。可選地，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾槽間等間距，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾狀凸起間也等間距?？蛇x地，所述間距范圍為2. 5-3. 5毫米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)采用首先在在靶材的背面形成多個(gè)燕尾槽，在背板的正面形成與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起；然后將燕尾狀凸起與燕尾槽咬合在一起；之后靶材與背板中心區(qū)域采用靜壓方式，利用電子束焊接靶材與背板的邊緣結(jié)合區(qū)域；避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用釬焊的方式，需采用焊料，降低了成本，且形成的靶材組件不會(huì)因焊料限制而影響出口，且實(shí)現(xiàn)了環(huán)保目的，同時(shí)避免了采用實(shí)現(xiàn)硬件要求較高的熱等靜壓焊，工藝簡(jiǎn)單易操作。


圖1是本發(fā)明提供的靶材與背板的焊接方法的流程圖；圖2是靶材背面的俯視圖；圖3是背板正面的俯視圖；圖4是沿圖2中的A-A直線的剖視圖；圖5是沿圖3中的B-B直線的剖視圖；圖6是按照?qǐng)D1提供的靶材與背板的焊接方法，形成的靶材組件結(jié)構(gòu)示意。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用首先在在靶材的背面形成多個(gè)燕尾槽，在背板的正面形成與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起；然后將靶材與背板疊合放置，并使燕尾狀凸起與燕尾槽咬合在一起； 之后采用靜壓方式處理靶材與背板中心區(qū)域，利用電子束焊接靶材與背板的邊緣結(jié)合區(qū)域；避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用釬焊的方式，需采用焊料，降低了成本，且形成的靶材組件未使用焊料，因此不會(huì)因焊料限制而影響出口，且實(shí)現(xiàn)了環(huán)保目的，同時(shí)避免了采用實(shí)現(xiàn)條件要求較高的熱等靜壓焊，工藝簡(jiǎn)單易操作。
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為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。圖1所示為本發(fā)明提供的靶材與背板的焊接方法的流程圖，以下結(jié)合圖1，詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。首先執(zhí)行步驟Sl 1，在靶材11的背面形成多個(gè)燕尾槽111，在背板12的正面形成與燕尾槽111匹配的多個(gè)燕尾狀凸起121 ；如圖2、圖3、圖4與圖5所示，其中，圖2是靶材 11背面的俯視圖，圖3是背板12正面的俯視圖，圖4是沿圖2中的A-A直線的剖視圖，圖5 是沿圖3中的B-B直線的剖視圖。本實(shí)施例中，以靶材11為鋁靶材，背板12為鋁背板為例，可以理解的是，靶材11 也可以選擇銅、鉻等其它所需濺射的材質(zhì)的靶材，背板12也可以選擇導(dǎo)熱性能優(yōu)良的銅背板，當(dāng)靶材11選擇為其它材質(zhì)時(shí)，燕尾槽111的加工深度及加工方法可以根據(jù)需要調(diào)整，類似地，當(dāng)背板12選擇為其它材質(zhì)時(shí)，燕尾狀凸起121的加工高度及加工方法也可以根據(jù)需
要調(diào)整。本實(shí)施例中，燕尾槽111通過(guò)車床在靶材背面車出一圈圈的多個(gè)環(huán)形狀槽，該槽的形狀參見(jiàn)圖2，該槽的截面如圖4所示，為燕尾形狀，因此，稱為燕尾槽111。為保證鋁靶材11與鋁背板12的焊接效果，所述燕尾槽的深度范圍為1. 2-2. 2毫米。在本實(shí)施例中，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾槽111之間等間距，所述間距范圍為 2. 5-3. 5毫米。在其它實(shí)施例中，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾槽111之間可以根據(jù)焊接需要設(shè)置為不等間距。由于分別設(shè)置在靶材11與背板12上的燕尾槽111與燕尾狀凸起121需匹配， 因此，本實(shí)施例中的鋁背板12上也需通過(guò)車床車削出一圈圈的多個(gè)環(huán)形狀的燕尾狀凸起 121，該燕尾狀凸起121的形狀參見(jiàn)圖3，該燕尾狀凸起121的截面如圖5所示。在本實(shí)施例中，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾狀凸起121之間等間距，所述間距范圍為2. 5-3. 5毫米。在其它實(shí)施例中，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾狀凸起121之間可以根據(jù)焊接需要設(shè)置為不等間距。接著執(zhí)行步驟S12，將靶材11與背板12疊合放置，并使燕尾狀凸起121與燕尾槽 111咬合在一起，如圖6所示。然后執(zhí)行步驟S13，靶材11與背板12中心區(qū)域采用普通靜壓方式處理，利用電子束焊接靶材11與背板12的邊緣結(jié)合區(qū)域。由于采用了普通靜壓的方式，該普通靜壓的方式壓力要求在2500噸到3500噸， 先在靶材11與背板12的中心區(qū)域采用普通靜壓的方式對(duì)靶材與背板中心區(qū)域加壓，進(jìn)行 1小時(shí)到4小時(shí)后，之后再對(duì)兩者的邊緣結(jié)合區(qū)域進(jìn)行真空電子束焊接，可以得到與現(xiàn)有技術(shù)中的采用釬焊的方式及熱等靜壓焊接方式牢固度不差上下的靶材組件，但實(shí)現(xiàn)工藝要求降低很多，并且沒(méi)有出口限制。該邊緣結(jié)合區(qū)域位置參見(jiàn)圖6中的虛線框所示區(qū)域。在具體實(shí)施過(guò)程中，為保證焊接效果，所述靜壓的壓力范圍2500噸到3500噸。所述電子束焊接步驟在真空中完成，這是由于靶材11與背板12在焊接形成靶材組件過(guò)程中，對(duì)焊接的牢固度及焊縫的質(zhì)量有較高要求，真空的中可以使得焊縫處的化學(xué)
5成分穩(wěn)定且純凈。其次，電子束焊接速度快，靶材11與背板12上的熱擴(kuò)散區(qū)域小，因而，焊接前后，靶材11與背板12的熱變形小。另外，電子束焊接工藝可以采用計(jì)算機(jī)程序控制， 這進(jìn)一步可以實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的精確控制，可以滿足靶材組件的批處理要求。電子束焊接雖然具有以上優(yōu)勢(shì)，然而，要實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢(shì)的最佳組合，需對(duì)焊接的參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，該參數(shù)主要為焊接速度，輸入束流及聚焦電流。并且，該三個(gè)參數(shù)間的關(guān)系并非線性關(guān)系，本發(fā)明的發(fā)明人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子束焊接的焊接速度范圍為10-20mm/s，輸入速流范圍為40-60mA，聚焦電流范圍為 600-700mA，這組參數(shù)組合進(jìn)行的焊接工藝，可以滿足靶材組件的質(zhì)量要求。按照?qǐng)D1提供的靶材與背板的焊接方法，形成的靶材組件結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示， 該靶材組件，包括鋁靶材11與鋁背板12，其中，所述鋁靶材11的背面形成有多個(gè)燕尾槽 (未標(biāo)識(shí))，所述鋁背板12的正面形成有與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起(未標(biāo)識(shí))。進(jìn)一步地，所述每個(gè)燕尾槽111形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述每個(gè)燕尾狀凸起121也形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，該燕尾槽的深度范圍為1. 2-2. 2毫米。進(jìn)一步地，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾槽111間等間距，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾狀凸起121間也等間距，該間距范圍為2. 5-3. 5毫米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)采用首先在在靶材11的背面形成多個(gè)燕尾槽111，在背板12的正面形成與燕尾槽111匹配的多個(gè)燕尾狀凸起121 ；然后將燕尾狀凸起121與燕尾槽111咬合在一起；之后靶材11與背板12中心區(qū)域采用靜壓方式，利用電子束焊接靶材11與背板12的邊緣結(jié)合區(qū)域；避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用釬焊的方式，需采用焊料，降低了成本，且形成的靶材組件不會(huì)因焊料限制而影響出口，且實(shí)現(xiàn)了環(huán)保目的，同時(shí)避免了采用實(shí)現(xiàn)條件要求較高的熱等靜壓焊，工藝簡(jiǎn)單易操作。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種靶材與背板的焊接方法，其特征在于，包括在靶材的背面形成多個(gè)燕尾槽，在背板的正面形成與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起；將靶材與背板疊合放置，并使燕尾狀凸起與燕尾槽咬合在一起；采用靜壓方式處理靶材與背板中心區(qū)域，利用電子束焊接靶材與背板的邊緣結(jié)合區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶材與背板的焊接方法，其特征在于，所述靶材與背板的材質(zhì)都為鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靶材與背板的焊接方法，其特征在于，所述燕尾槽通過(guò)車床車削加工形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靶材與背板的焊接方法，其特征在于，所述燕尾狀凸起通過(guò)車床車削加工形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靶材與背板的焊接方法，其特征在于，所述電子束焊接步驟在真空中進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靶材與背板的焊接方法，其特征在于，所述電子束焊接的焊接速度范圍為10-20mm/s，輸入速流范圍為40_60mA，聚焦電流范圍為600_700mA。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靶材與背板的焊接方法，其特征在于，所述靜壓步驟的壓力范圍2500噸到3500噸。
8.—種靶材組件，包括靶材與背板，其特征在于，所述靶材的背面形成有多個(gè)燕尾槽， 所述背板的正面形成有與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的靶材組件，其特征在于，所述靶材與背板的材質(zhì)都為鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的靶材組件，其特征在于，所述每個(gè)燕尾槽形成環(huán)形結(jié)構(gòu)， 所述每個(gè)燕尾狀凸起也形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靶材組件，其特征在于，所述燕尾槽的深度范圍為1.2-2. 2 毫米。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靶材組件，其特征在于，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾槽間等間距，所述相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的燕尾狀凸起間也等間距。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的靶材組件，其特征在于，所述間距范圍為2.5-3. 5毫米。
全文摘要
一種靶材與背板的焊接方法，包括在靶材的背面形成多個(gè)燕尾槽，在背板的正面形成與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起；將靶材與背板疊合放置，并使燕尾狀凸起與燕尾槽咬合在一起；采用靜壓方式處理靶材與背板中心區(qū)域，利用電子束焊接靶材與背板的邊緣結(jié)合區(qū)域。本發(fā)明還提供一種靶材組件，包括靶材與背板，其中，所述靶材的背面形成有多個(gè)燕尾槽，所述背板的正面形成有與燕尾槽匹配的多個(gè)燕尾狀凸起。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可以避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用釬焊的方式，需采用焊料，降低了成本，且形成的靶材組件不會(huì)因焊料限制而影響出口，且實(shí)現(xiàn)了環(huán)保目的，同時(shí)避免了采用實(shí)現(xiàn)條件要求較高的熱等靜壓焊，工藝簡(jiǎn)單易操作。
文檔編號(hào)B23K15/06GK102430865SQ20111032123
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者姚力軍, 潘杰, 王學(xué)澤, 鄭文翔 申請(qǐng)人:寧波江豐電子材料有限公司