本發(fā)明涉及半導(dǎo)體濺射靶材制造領(lǐng)域，特別涉及一種靶材組件的焊接方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體工業(yè)中，廣泛采用靶材濺射的工藝進(jìn)行功能膜層的形成。而在靶材濺射工藝中，靶材組件具有非常重要的作用。靶材組件是由符合濺射性能的靶坯以及能與所述靶坯結(jié)合并具有一定強(qiáng)度的背板構(gòu)成的。背板可以在所述靶材組件裝配至濺射基臺(tái)中時(shí)起到支撐的作用，并具有傳導(dǎo)熱量的功能。

在濺射過(guò)程中，靶材組件所處的工作環(huán)境比較惡劣。為了使在惡劣環(huán)境下工作的靶材組件中靶坯與背板之間連接具有足夠的強(qiáng)度，需要將背板與靶坯之間進(jìn)行焊接。背板與靶坯的焊接方式有多種，如熔焊、釬焊、擴(kuò)散焊接(Diffusion Bonding)、熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing)焊接等等。其中熱等靜壓焊接具有靶材組件變形小、焊接強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。

熱等靜壓是一種在高溫下利用各項(xiàng)均等的靜壓力進(jìn)行壓制的工藝方法。利用熱等靜壓實(shí)現(xiàn)靶坯與背板的焊接時(shí)，靶坯和背板處在一個(gè)獨(dú)立的真空氛圍中，然后通過(guò)外界施加氣體壓力實(shí)現(xiàn)靶坯和背板界面間在高溫高壓下的擴(kuò)散焊接。其中獨(dú)立的真空氛圍是通過(guò)將靶坯和背板裝入密閉的包套內(nèi)，將包套內(nèi)空氣抽凈，然后對(duì)包套進(jìn)行密封處理。

但是現(xiàn)有技術(shù)中，熱等靜壓焊接后，外側(cè)包套容易與靶材組件粘附在一起，在去除所述包套的過(guò)程中存在靶材組件損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種靶材組件的焊接方法，以降低去除包套過(guò)程中靶材組件損傷和報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種靶材組件的焊接方法，包括：

提供背板、靶坯以及包套，所述包套包括與所述背板和所述靶坯相貼合的接觸面；

在所述接觸面上設(shè)置隔離層；

將所述背板和所述靶坯裝入所述包套內(nèi)；

焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材組件；

在焊接完成后去除所述包套。

可選的，所述隔離層為石墨紙。

可選的，所述石墨紙厚度為0.1～0.5mm。

可選的，焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材組件的步驟包括：采用熱等靜壓焊接工藝焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材組件。

可選的，熱等靜壓焊接工藝的步驟包括：熱等靜壓焊接工藝的溫度在900℃以下。

可選的，所述包套為密閉包套。

可選的，所述包套為鋁包套或不銹鋼包套。

可選的，去除所述包套的步驟包括：采用等離子切割工藝隔開(kāi)所述包套邊緣以去除包套。

可選的，所述背板為銅背板或銅合金背板。

可選的，所述靶坯為金屬靶坯。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明通過(guò)在所述靶坯和所述背板與所述包套的接觸面設(shè)置隔離層，避免所述靶坯和所述背板與所述包套直接接觸，從而減小了在實(shí)現(xiàn)靶坯與背板焊接時(shí)包套與靶材組件容易焊接粘附的問(wèn)題。在焊接完成后可以直接將包套與靶材組件分離，無(wú)需機(jī)械加工去除包套，簡(jiǎn)化了去除包套的工藝，提高了加工效率，也避免了機(jī)械加工對(duì)所獲得的靶材組件的損傷，降低了產(chǎn)品損傷和報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。

可選的，本發(fā)明的可選方案中，可以采用石墨紙作為隔離層實(shí)現(xiàn)靶坯和背板與包套之間的隔離。由于石墨紙具有耐高溫、耐高壓、不易變形、高導(dǎo)熱性，且一定溫度下不與金屬發(fā)生反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，因此采用石墨紙作為隔離層不會(huì)影響焊接工藝過(guò)程中壓力和熱的傳導(dǎo)，對(duì)焊接結(jié)合強(qiáng)度沒(méi)有影響。

附圖說(shuō)明

圖1至圖7是本發(fā)明靶材組件的焊接方法一實(shí)施例中各個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)中熱等靜壓焊接后去除包套的過(guò)程中容易產(chǎn)生損傷靶材組件的問(wèn)題?，F(xiàn)結(jié)合熱等靜壓焊接工藝分析靶材組件損傷問(wèn)題的原因：

靶坯和背板在進(jìn)行熱等靜壓焊接時(shí)，處在高溫高壓環(huán)境下，在實(shí)現(xiàn)所述靶坯和所述背板的擴(kuò)散焊接的同時(shí)，外側(cè)包套也容易與靶材組件焊接粘附在一起，這樣就需要在后續(xù)采用機(jī)械加工的方式進(jìn)行去除。在去除包套的機(jī)械加工過(guò)程中，易造成損傷靶材組件，造成靶材組件厚度偏小的問(wèn)題。

為解決所述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種靶材組件的焊接方法，包括如下步驟：

提供背板、靶坯以及包套，所述包套包括與所述背板和所述靶坯相貼合的接觸面；在所述接觸面上設(shè)置隔離層；將所述背板和所述靶坯裝入所述包套內(nèi)；焊接所述背板和所述靶坯以形成靶材組件；在焊接完成后去除所述包套。

本發(fā)明通過(guò)在所述靶坯和所述背板與所述包套的接觸面設(shè)置隔離層，避免所述靶坯和所述背板與所述包套直接接觸，從而避免了在實(shí)現(xiàn)靶坯與背板焊接的同時(shí)，包套與靶材組件的焊接粘附。在焊接完成后可以直接將包套與靶材組件分離，無(wú)需機(jī)械加工去除包套，簡(jiǎn)化了去除包套的工藝，提高了加 工效率，也避免了機(jī)械加工對(duì)所獲得的靶材組件的損傷，降低了產(chǎn)品損傷和報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。

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)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1至圖7是本發(fā)明靶材組件的焊接方法一實(shí)施例中各個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中，以焊接鎢靶坯和銅背板為例進(jìn)行說(shuō)明，不應(yīng)依次限制本發(fā)明。

參考圖1、圖2和圖3，提供靶坯100、背板200以及包套300，所述包套300包括與所述背板200和所述靶坯100相貼合的接觸面。

參考圖1，所述靶坯100是通過(guò)磁控濺射等鍍膜系統(tǒng)在一定工藝條件下濺射在基板上形成各種功能膜層的濺射源。因此，所述靶坯100的純度至少為99.995％。所述靶坯100可以是銅靶、鈦靶、鉭靶或鎢鈀等金屬靶。但是需要說(shuō)明的是，所述靶坯100為金屬靶的做法僅為一示例，本發(fā)明對(duì)所述靶坯100的材料不做限定，本發(fā)明其他實(shí)施例中，所述靶坯100還可以是陶瓷靶等其他材料。

根據(jù)所述靶坯100的應(yīng)用環(huán)境、濺射設(shè)備的實(shí)際要求，所述靶坯100的形狀可以為圓柱體、長(zhǎng)方體、正方體椎體，截面為環(huán)形、三角形或其他類似形狀(包括規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀)中的任意一種。本實(shí)施例中，所述靶坯100為圓柱體的高純鎢鈀。

需要說(shuō)明的是，所述靶坯100的直徑尺寸為設(shè)計(jì)尺寸上加2～5mm的加工余量，厚度尺寸為在設(shè)計(jì)尺寸上加1～3mm的加工余量。設(shè)置加工余量的目的是為所述靶坯100在后續(xù)的機(jī)械加工中提供比較寬裕的加工空間以得到符合要求的靶材組件。

所述背板200用于在所述靶材組件裝配至濺射機(jī)臺(tái)中時(shí)起到支撐的作用，還用于在濺射過(guò)程中傳導(dǎo)熱量。所述背板可以是純銅背板，也可以是摻雜有其他金屬的銅合金背板，因?yàn)殂~材料具有足夠的強(qiáng)度，且導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能較好，形成的靶材組件具有較好的性能。本實(shí)施例中，所述背板200為純銅背板。

所述背板200上具有容納靶坯100的凹槽220，以增大所述背板200與所述靶坯100之間的接觸面，提高所述背板200與所述靶坯100之間的連接強(qiáng)度。因此本實(shí)施例中，所述靶坯100包括不與所述背板200相接處的濺射面102和與所述背板200相接觸的靶坯焊接面120。后續(xù)，經(jīng)過(guò)焊接工藝，所述靶坯100與所述背板200在所述靶坯焊接面120處焊接相連。相應(yīng)的，所述背板200中凹槽220的底面和側(cè)壁形成與所述靶坯100相接觸的背板焊接面210。

所述包套300用于防止所述靶坯100以及所述背板200在后續(xù)的加熱過(guò)程中發(fā)生氧化。需要說(shuō)明的是，所述包套300的熔點(diǎn)需要高于后續(xù)加熱過(guò)程中的溫度，否則包套300在后續(xù)加熱過(guò)程中會(huì)熔化，無(wú)法在后續(xù)加熱過(guò)程中保護(hù)所述靶坯100和所述背板200。此外，所述包套300還需要在后續(xù)焊接過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的壓力傳導(dǎo)功能。否則影響后續(xù)靶坯100與背板200的焊接質(zhì)量。所以，本實(shí)施例中，所述包套300為密閉包套。在所述靶坯100和所述背板200裝入所述包套300中后，需要對(duì)所述包套300進(jìn)行密閉處理。

本實(shí)施例中，所述包套300選用不銹鋼焊接成形。但是采用不銹鋼焊接形成所述包套300的做法僅為一示例，本發(fā)明其他實(shí)施例中還可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、具體情況選擇鋁或低碳鋼焊等其他材料形成所述包套300。本發(fā)明對(duì)所述包套300的材料不做限定。

如果所述包套300厚度太薄，在后續(xù)焊接過(guò)程中包套焊接處容易裂開(kāi)，無(wú)法保護(hù)所述靶坯100和所述背板200；如果所述包套300厚度太厚，在后續(xù)焊接過(guò)程中，所述包套不易實(shí)現(xiàn)壓力傳導(dǎo)。因此本實(shí)施例中，所述包套的厚度為1.0～3.0mm。

需要說(shuō)明的是，所述包套300包括與所述背板200和所述靶坯100相貼合的接觸面。具體的，本實(shí)施例中，所述包套300在后續(xù)熱等靜壓焊接工藝過(guò)程中，包裹在所述背板200和所述靶坯100外，因此，所述包套300的內(nèi)表面與所述背板200和所述靶坯100相貼合，即所述接觸面為所述包套300的內(nèi)表面。

參考圖4，在所述接觸面上設(shè)置隔離層400。

具體的，將所述靶坯100放置于所述凹槽220內(nèi)形成待焊接件500，在所述待焊接件500與所述包套300的接觸面設(shè)置隔離層400。

本實(shí)施例中，所述待焊接件500包括用于濺射的第一面510、與所述第一面相對(duì)的第二面520以及與所述第一面510相垂直的側(cè)面530。為了使熱量和壓力能夠更均勻的施加到所述待焊接件500上，以獲得更好的熱等靜壓焊接效果，在后續(xù)的工藝過(guò)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的所有表面均與所述包套300相貼合。也就是說(shuō)，所述接觸面包括所述待焊接件500的第一面510、第二面520以及側(cè)面530。因此，在所述第一面510和所述第二面520上均設(shè)置隔離層400，即所述待焊接件500的所有面均設(shè)置有隔離層400。

所述隔離層400的作用是實(shí)現(xiàn)所述待焊接件500與所述包套300的隔離，避免所述待焊接件500與所述包套300直接接觸，避免在后續(xù)高溫高壓環(huán)境下所述包套300與所述待焊接件500發(fā)生粘附。

本實(shí)施例中，所述隔離層400為石墨紙。由于石墨紙具有耐高溫的優(yōu)點(diǎn)。雖然熱等靜壓焊接過(guò)程中的溫度，根據(jù)靶坯100和背板200的材料不同而有所差異。但是一般情況下，靶坯100和背板200在熱等靜壓焊接的過(guò)程中，溫度都在900℃一下。在此溫度下，石墨紙不與金屬發(fā)生直接反應(yīng)。因此石墨紙對(duì)于隔離金屬擴(kuò)散結(jié)合，避免待焊接件500與包套300發(fā)生粘附具有良好的效果。

需要說(shuō)明的是，如果石墨紙厚度過(guò)小，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)所述待焊接件500與所述包套300之間的隔離作用；如果石墨紙厚度過(guò)大會(huì)影響到熱等靜壓工藝中壓力和熱量的傳導(dǎo)，而且容易造成材料浪費(fèi)和增加工藝難度。本實(shí)施例中，所述石墨紙的厚度為0.1～0.5mm。

還需要說(shuō)明的是，由于石墨紙是由高碳鱗片石墨經(jīng)化學(xué)處理高溫膨脹軋制而成，因此石墨紙具有高導(dǎo)熱性，石墨紙熱阻比鋁低40％，比銅低20％。而且石墨紙還具有耐高壓、不易變形的優(yōu)點(diǎn)。因此在待焊接件500表面設(shè)置石墨紙作為隔離層400不會(huì)影響后續(xù)熱等靜壓工藝中壓力和熱量傳導(dǎo)，對(duì)焊接結(jié)合強(qiáng)度沒(méi)有影響。

參考圖5，將所述背板100和所述靶坯200裝入所述包套300內(nèi)。

本實(shí)施例中，由所述背板100和所述靶坯200構(gòu)成的待焊接件500被裝入所述包套300內(nèi)。由于所述待焊接件500的所有面均設(shè)置有隔離層400。因此，當(dāng)所述待焊接件500裝入所述包套300內(nèi)后，在所述待焊接件500的所有面上，所述包套300與所述隔離層400相接觸，而未與所述待焊接件500直接貼合。

參考圖6，焊接所述靶坯100和所述背板200以形成靶材組件。

需要說(shuō)明的是，在將所述靶坯100和所述背板200裝入所述包套300內(nèi)的步驟之后，在采用熱等靜壓工藝對(duì)所述靶坯100和所述背板200實(shí)現(xiàn)焊接的步驟之前，所述焊接方法還包括：對(duì)裝有待焊接件500的所述包套300抽真空。由于本實(shí)施例中，所述靶坯100為鎢鈀，所述背板200為純銅背板，因此，對(duì)所述包套300抽真空的步驟包括：使所述包套300內(nèi)的真空度達(dá)到10^-5Pa。之后，在保持所述包套300內(nèi)部真空的狀態(tài)下，對(duì)所述包套300進(jìn)行密閉工藝，即將所述包套300封閉，使所述包套300內(nèi)部形成一個(gè)密閉的真空環(huán)境。本實(shí)施例中，所述密閉工藝是通過(guò)機(jī)械加工和焊接工藝實(shí)現(xiàn)的。

然后，將裝有帶焊接件500的所述包套300置于焊接設(shè)備內(nèi)進(jìn)行焊接工藝。為了獲得較好的焊接效果，得到性能優(yōu)良的靶材組件，本實(shí)施例中，采用熱等靜壓工藝實(shí)現(xiàn)所述靶坯100和所述背板200的焊接，以形成靶材組件。因此，所述焊接設(shè)備為熱等靜壓爐。

所謂熱等靜壓工藝是將待焊接件置于真空密封的包套內(nèi)，在高溫高壓條件下利用高壓液體或高壓氣體對(duì)包套施加更像均等的壓力。使包套內(nèi)的待焊接件在高溫高壓條件下保持一段時(shí)間，從而使待焊接件接觸面之間的原子相互擴(kuò)散，以實(shí)現(xiàn)待焊接件的連接。本步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，本發(fā)明在此不再贅述。

需要說(shuō)明的是，由于本實(shí)施例中，所述靶坯100為鎢鈀，所述背板200為純銅背板，因此本實(shí)施例中，所述靶坯100與所述背板200采用熱等靜壓工藝的溫度在900℃以下。

結(jié)合參考圖7，對(duì)所述包套300進(jìn)行冷卻，去除所述包套300以獲得所述 靶材組件600。

需要說(shuō)明的是，由所述靶坯100和所述背板200構(gòu)成的待焊接件500包括第一面510、第二面520以及側(cè)面530。相應(yīng)的，焊接完成后，待焊接件500實(shí)現(xiàn)連接形成的靶材組件600也包括與所述第一面510相對(duì)應(yīng)的濺射面610、與所述第二面520相對(duì)應(yīng)的背面620以及與所述側(cè)面530相對(duì)應(yīng)的組件側(cè)面630。

具體的，在焊接完成后，可使所述包套300在空氣中冷卻，冷卻到200℃一下，然后去除所述包套300以獲得靶材組件600。在熱等靜壓工藝過(guò)程中，所述包套300內(nèi)的所述靶坯100與所述背板200接觸面之間的原子相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接，即所述待焊接件500完成焊接形成靶材組件600。

可以通過(guò)化學(xué)方法或機(jī)械方法去除所述包套300以獲得靶材組件600。本實(shí)施例中，采用等離子切割工藝隔開(kāi)所述包套300邊緣以去除所述包套300。

由于所述包套300與所述待焊接件500的第一面510和第二面520之間存在隔離層400的阻隔，所述包套300與所述待焊接件500之間未直接接觸。因此在焊接完成以后形成的所述靶材組件600的所述濺射面610和背面620不會(huì)與所述包套300發(fā)生焊接粘附。而且所述待焊接件500的側(cè)面530與所述包套300之間存在空隙，即所述側(cè)面530與所述包套300之間也未直接接觸，因此所述靶材組件600的組件側(cè)面630也不會(huì)與所述包套300發(fā)生粘附。所以，本實(shí)施例中，在隔開(kāi)所述包套300邊緣后，所述包套300可自動(dòng)與所述靶材組件600相分離，實(shí)現(xiàn)脫落，獲得所述靶材組件600。因此，由于隔離層400的設(shè)置，使焊接完成后，去除包套的工藝得到了簡(jiǎn)化，提升了生產(chǎn)效率。同時(shí)也避免了機(jī)械加工去除包套的步驟，避免了機(jī)械加工對(duì)所獲得的靶材組件600的損傷，降低了產(chǎn)品的損傷和報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)。

綜上，本發(fā)明通過(guò)在所述靶坯和所述背板與所述包套的接觸面設(shè)置隔離層，避免所述靶坯和所述背板與所述包套直接接觸，從而避免了在實(shí)現(xiàn)靶坯與背板焊接的同時(shí)，包套與靶材組件的焊接粘附。在焊接完成后可以直接將包套與靶材組件分離，無(wú)需機(jī)械加工去除包套，簡(jiǎn)化了去除包套的工藝，提高了加工效率，也避免了機(jī)械加工對(duì)所獲得的靶材組件的損傷，降低了產(chǎn)品 損傷和報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。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)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。