CN108608105A - 靶材组件的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种靶材组件的形成方法，包括：提供背板和靶材，所述背板包括第一焊接面，所述靶材包括第二焊接面；对所述第一焊接面、或第二焊接面、或者第一焊接面和第二焊接面进行粗糙化处理；所述粗糙化处理之后，使所述第一焊接面和所述第二焊接面贴合，形成组合结构；对所述组合结构进行扩散焊接处理。所述粗糙化处理能够增加所述第一焊接面或第二焊接面的粗糙度，从而能够在所述加热加压的过程中，增加第一焊接面与第二焊接面的接触面积，从而增加靶材与背板之间原子的扩散。从而能够使背板和靶材在较低温度下实现焊接，所述靶材不容易发生再结晶，从而所述靶材的晶粒不容易变粗大。

Description

靶材组件的形成方法

技术领域

本发明涉及溅射靶材制造领域，尤其涉及一种靶材组件的形成方法。

背景技术

靶材是通过磁控溅射、多弧离子镀或其它类型的镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。靶材在使用过程中需要与背板进行焊接，形成靶材组件。

现有的靶材与背板焊接的方法主要包括：钎焊和扩散焊接。扩散焊接通过将背板与靶材紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散，从而实现焊接的方法。由于扩散焊接形成的靶材组件的耐高温能力较强，使扩散焊接形成的靶材组件在高温溅射技术中具有重要应用。钎焊是指利用熔点比母材熔点低的焊料，将焊件和焊料加热到高于焊料熔点，低于母材熔化点的温度，利用液态焊料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现焊接的方法。

然而，现有的靶材组件的形成方法容易使靶材的晶粒较粗大，或所形成的靶材组件的焊缝容易开裂。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种靶材组件的形成方法，能够使所形成的靶材组件的焊缝不容易开裂，靶材的晶粒较细。

为解决上述问题，本发明提供一种靶材组件的形成方法，包括：提供背板和靶材，所述背板包括第一焊接面，所述靶材包括第二焊接面；对所述第一焊接面、或第二焊接面、或者第一焊接面和第二焊接面进行粗糙化处理；所述粗糙化处理之后，使所述第一焊接面和所述第二焊接面贴合，形成组合结构；对所述组合结构进行扩散焊接处理。

可选的，所述靶材的材料为铝。

可选的，所述背板的材料为铝合金或铜。

可选的，所述粗糙化处理的步骤包括：对所述第一焊接面或第二焊接面，或者对第一焊接面和第二焊接面进行车削，在所述第一焊接面或第二焊接面上形成花纹，或者在第一焊接面和第二焊接面上均形成花纹。

可选的，所述粗糙化处理的步骤包括：对所述第一焊接面进行车削，在所述第一焊接面上形成花纹。

可选的，所述花纹包括：凸部和位于凸部两侧的凹陷，所述凸部顶部具有尖端。

可选的，所述花纹为环形或长条性。

可选的，所述第一焊接面上具有多条花纹；相邻花纹的尖端之间的距离为0.1mm～0.9mm；所述尖端到所述第一焊接面的距离为0.5mm～0.8mm。

可选的，进行扩散焊接处理的步骤包括：沿垂直于所述第二焊接面的方向对所述组合结构施加压力，并对所述组合结构进行加热处理，形成初始组合结构；对所述组合结构施加压力及加热处理之后，对所述初始组合结构进行冷却处理。

可选的，对所述组合结构进行加热处理的步骤包括：使所述组合结构升温至加热温度；使所述组合结构升温至加热温度之后，对所述组合结构进行保温。

可选的，所述扩散焊接处理的工艺参数包括：所述加热温度为200℃～300℃；对所述组合结构施加的压强为90MPa～150MPa；保温时间为3小时～8小时。

可选的，进行粗糙化处理之后，使所述第一焊接面和所述第二焊接面贴合之前，还包括：通过清洗液对所述第一焊接面和第二焊接面进行清洗处理。

可选的，所述清洗液包括：HF或HNO₃中的一种或两种组合。

可选的，所述清洗液包括：HF和HNO₃；HF的浓度为7％～14％；HNO₃的浓度为14％～35％。

可选的，所述清洗处理的时间为30s～2min。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明技术方案提供的靶材组件的形成方法中，在进行扩散焊接处理之前，对所述第一焊接面或第二焊接面，或者对第一焊接面和第二焊接面进行粗糙化处理。所述粗糙化处理能够增加所述第一焊接面或第二焊接面的粗糙度，从而在所述扩散焊接处理的过程中，能够增加第一焊接面与第二焊接面的接触面积，从而增加靶材与背板之间原子的扩散。因此，所述形成方法能够使扩散焊接处理过程中的温度较低时，所述背板与靶材之间相互扩散的原子较多，从而能够使背板和靶材在较低温度下实现焊接。同时，当所述扩散焊接处理过程中的温度较低时，所述靶材不容易发生再结晶，从而所述靶材的晶粒不容易变粗大，因此，在溅射技术中，形成的薄膜的晶粒较小，进而使由薄膜形成的金属结构的线宽较小，能够提高所形成半导体结构的集成度。此外，所述背板和靶材的熔点较高，扩散焊接处理不需要焊料，不容易使所形成的靶材组件在高温时发生开裂现象。

进一步，所述花纹具有凸部，所述凸部具有尖端。在扩散焊接处理过程中，所述尖端容易使所述凸部进入所述靶材中，从而容易增加靶材与背板之间的接触面积。

进一步，所述扩散焊接处理之前，对所述第一焊接面和第二焊接面进行清洗处理，能够去除所述第一焊接面和第二焊接面上的氧化物等杂质，从而降低氧化物等杂质对靶材原子和背板原子扩散的阻挡，进而增加焊缝的强度。

附图说明

图1至图7是本发明的靶材组件的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。

具体实施方式

靶材组件的形成方法存在诸多问题，例如：所述形成方法容易导致靶材晶粒粗大，所形成的靶材组件的焊缝容易开裂等问题。

现结合一种靶材组件的形成方法，分析所述形成方法容易导致靶材晶粒粗大，或焊缝容易开裂的原因：

一种靶材组件的形成方法包括钎焊，钎焊是指利用熔点比靶材和背板熔点低的焊料，将焊件和焊料加热到高于焊料熔点，低于靶材和背板的熔化点的温度，利用液态焊料润湿靶材和背板，填充焊缝并与靶材和背板相互扩散实现焊件的方法。

由于所述焊料的熔点较低，在焊接过程中，焊接温度较低，从而不容易使晶粒长大。然而，由于焊料的熔点较低，所形成的靶材组件在使用过程中，焊料容易融化而导致焊缝开裂。

另一种靶材组件的形成方法包括扩散焊接。扩散焊接通过将背板与靶材紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散，从而实现焊接的方法。

扩散焊接形成的靶材组件具有较高的耐高温能力，焊缝不容易开裂。然而，如果扩散焊接的焊接温度较低，靶材和背板的原子不容易发生扩散，从而不容易焊接；如果扩散焊接的焊接温度过高，靶材容易发生再结晶，从而使靶材原子的晶粒粗大，使所述靶材组件在用于溅射技术中，所形成的薄膜的晶粒粗大，使由所述薄膜形成的金属结构的线宽较大，从而不利于形成的半导体结构集成度的提高。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种靶材组件的形成方法，包括：提供背板和靶材，所述背板包括第一焊接面，所述靶材包括第二焊接面；对所述第一焊接面、或第二焊接面、或者第一焊接面和第二焊接面进行粗糙化处理；所述粗糙化处理之后，使所述第一焊接面和所述第二焊接面贴合，形成组合结构；对所述组合结构进行扩散焊接处理。

其中，在进行扩散焊接处理之前，对所述第一焊接面或第二焊接面，或者对第一焊接面和第二焊接面进行粗糙化处理。所述粗糙化处理能够增加所述第一焊接面或第二焊接面的粗糙度，从而在所述扩散焊接处理的过程中，能够增加第一焊接面与第二焊接面的接触面积，从而增加靶材与背板之间原子的扩散。因此，所述形成方法能够使扩散焊接处理过程中的温度较低时，所述背板与靶材之间相互扩散的原子较多，从而能够使背板和靶材在较低温度下实现焊接。同时，当所述扩散焊接处理过程中的温度较低时，所述靶材不容易发生再结晶，从而所述靶材的晶粒不容易变粗大，因此，在溅射技术中，形成的薄膜的晶粒较小，进而使由薄膜形成的金属结构的线宽较小，能够提高所形成半导体结构的集成度。此外，所述背板和靶材的熔点较高，扩散焊接处理不需要焊料，不容易使所形成的靶材组件在高温时发生开裂现象。

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是本发明的靶材组件的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。

请参考图1，提供靶材110和背板120，所述背板120包括第一焊接面121，所述靶材110包括第二焊接面111。

高纯铝是半导体芯片上常用的导线制造材料，且铝在高温下晶粒容易长大，使晶粒粗大，容易影响溅射技术中形成的薄膜的线宽。从而本实施例中以解决铝靶材晶粒容易变粗大的问题对本发明进行详细说明。

本实施例中，所述背板120的材料为铝合金。在其他实施例中，所述背板的材料还可以为铜。

请参考图2和图3，图3是图2中区域1的局部放大图，对所述第一焊接面121或第二焊接面111，或者对第一焊接面121和第二焊接面111进行粗糙化处理。

所述粗糙化处理能够增加所述第一焊接面111或第二焊接面121的粗糙度，从而能够在所述扩散焊接处理过程中，增加第一焊接面111与第二焊接面121的接触面积，从而增加靶材110与背板120之间原子的扩散。综上，所述形成方法能够使后续扩散焊接处理的温度较低时，所述背板120与靶材110之间相互扩散的原子较多，从而能够使背板120和靶材110在较低温度下实现焊接。同时，当所述扩散焊接处理的温度较低时，所述靶材110不容易发生再结晶，从而所述靶材110的晶粒不容易变粗大。此外，所述背板120和靶材110的熔点较高，不容易使所形成的靶材组件在高温时发生开裂现象。

本实施例中，所述粗糙化处理的步骤包括：对所述第一焊接面121或第二焊接面111，或者对第一焊接面121和第二焊接面111进行车削，在所述第一焊接面121或第二焊接面111上形成花纹，或者在第一焊接面121和第二焊接面111上均形成花纹。

具体的，本实施例中，对所述第一焊接面121进行车削，在所述第一焊接面121上形成花纹。

本实施例中，所述花纹为条形。在其他实施例中，所述花纹还可以为环形或螺旋环形。

本实施例中，第一焊接面121上具有多条花纹，多条花纹平行排列。在另一实施例中，所述花纹为多圈同心环形。在其它实施例中，所述花纹为多圈螺旋环形。

本实施例中，通过金刚石刀片210对所述第一焊接面121进行车削。

本实施例中，所述花纹包括凸部和位于相邻凸部之间的凹陷，所述凸部顶部具有尖端。

具体的，本实施例中，所述凸部沿垂直于第一焊接面121，且垂直于所述花纹延伸方向的平面上的剖面图为三角形。三角形凸部的尖端在后续对组合结构施加压力的过程中容易进入所述靶材110中，从而容易增加靶材110与背板120之间的接触面积。

所述花纹的深度h为花纹尖端到所述第一焊接面121的距离。所述花纹的间距h为相邻花纹的尖端之间的距离。

如果花纹深度h过小，不利于靶材110与背板120接触面积的增加；如果花纹深度h过大，容易给车削过程带来困难。具体的，本实施例中，花纹深度h为0.5mm～0.8mm。

如果所述花纹的间距h过大，不利于靶材110与背板120接触面积的增加；如果所述花纹的间距h过小，容易给车削过程带来困难。具体的，本实施例中，所述花纹的间距h为0.7mm～0.9mm。

本实施例中，所述粗糙化处理之后，还包括：通过清洗液对所述第一焊接面121和第二焊接面111进行清洗处理。

所述清洗处理能够去除所述第一焊接面121和第二焊接面111上的氧化物等杂质，从而降低氧化物等杂质对靶材110原子和背板120原子扩散的阻挡，进而增加焊缝的强度。

本实施例中，所述靶材110的材料为铝，所述背板120的材料为铝合金。铝容易与空气中的氧气反应形成氧化铝。所述清洗处理能够去除所述靶材110和背板120表面的氧化铝。

本实施例中，所述清洗液包括HF和HNO₃。HF与HNO₃能够与氧化铝反应，从而去除所述第一焊接面121和第二焊接面111上的氧化铝。在其他实施例中，所述清洗液可以包括HF和HNO₃中的一种。

如果HF和HNO₃的浓度过低，容易降低所述氧化物的去除效率；如果HF和HNO₃的浓度较高，容易使氧化物的去除速率过快，从而不容易对所述清洗处理进行控制，容易对所述靶材110和背板120造成损伤。具体的，本实施例中，所述清洗液中HF的浓度为7％～14％；HNO₃的浓度为14％～35％。

如果所述清洗处理的时间过短，不利于所述第一焊接面121和第二焊接面111上的氧化物等杂质的去除；如果所述清洗处理的时间过长，所述清洗液容易对靶材110和背面120造成损伤。具体的，本实施例中，所述清洗处理的时间为30s～2min。

本实施例中，所述清洗处理之后，还包括：对所述靶材110和背板120进行干燥处理。

所述干燥处理用于去除所述靶材110和背板上的清洗液。

本实施例中，通过真空干燥箱对所述靶材110和背板120进行干燥处理。

需要说明的是，如果所述真空干燥箱中的真空度过小，所述背板120和靶材110容易与空气中的氧气发生反应，从而使背板120和靶材110表面形成氧化物。因此，所述真空干燥箱中需要具有一定的真空度。具体的，本实施例中，所述真空干燥箱中的压强小于0.001Pa。

本实施例中，对所述干燥处理的时间为30min～60min。

请参考图4，使所述第一焊接121和所述第二焊接面111贴合，形成组合结构。

本实施例中，通过将所述靶材110第二焊接面111放置于所述背板120第二焊接面121上使所述第一焊接121和所述第二焊接面111贴合。

请参考图5，对所述组合结构进行真空处理。

所述真空处理用于使所述组合结构与空气隔离，从而抑制所述靶材121和背板121与空气发生反应。

本实施例中，所述真空处理的步骤包括：提供包套110；将所述粉体100放入所述包套110内，形成包套结构；对所述包套结构进行抽真空；对所述包套结构进行抽真空之后，密封所述包套220。

所述包套220用于对所述组合结构进行密封。

本实施例中，所述包套220的材料为不锈钢。在其他实施例中，所述包套的材料还可以为玻璃。

所述真空处理用于排出所述包套220中的空气，使所述组合结构处于真空环境中。

通过抽真空设备对所述包套结构进行真空处理。

具体的，本实施例中，所述包套220上具有排气管，所述抽真空设备通过所述排气管与包套220连接。

本实施例中，通过氩弧焊对所述包套220进行密封。具体的，通过氩弧焊封闭所述排气管，对密封所述包套220进行密封。

如果对所述包套结构进行真空处理之后，所述包套220内的真空度过小，所述包套结构中的空气不容易排干净，从而容易使靶材110和背板120被氧化。具体的，对所述包套结构进行真空处理之后，所述包套110内的压强小于0.001Pa。

请参考图6，对所述组合结构进行扩散焊接处理。

所述扩散焊接处理用于使所述靶材110和背板120中的原子相互扩散，从而实现靶材110和背板120之间的焊接。

本实施例中，所述扩散焊接处理的步骤包括：沿垂直于所述第二焊接面的方向对所述组合结构施加压力，并对所述组合结构进行加热处理，形成初始组合结构；对所述组合结构施加压力及加热处理之后，对所述初始组合结构进行冷却处理。

具体的，本实施例中，对所述组合结构施加压力和加热处理能够增加所述靶材110原子和背板120原子之间的相互扩散。

本实施例中，所述扩散焊接处理的工艺包括热等静压焊接。

本实施例中，通过热等静压炉130对所述组合结构进行扩散焊接处理。热等静压炉130能够在各个方向上对所述组合结构施加压力。在其他实施例中还可以通过热压炉对所述组合结构进行扩散焊接处理。

本实施例中，通过所述热等静压炉130对所述组合结构施加压力，并对所述组合结构进行加热。

本实施例中，对所述组合结构施加压力及加热处理的步骤包括：使所述热等静压炉130升温至加热温度；沿垂直于所述第二焊接面120的方向对所述组合结构施加压力；使所述组合结构升温至加热温度之后，且对所述组合结构施加压力之后，对所述组合结构进行保温处理。

需要说明的是，对所述组合结构施加压力能够使所述凸部进入所述靶材110中，从而增加所述背板120与靶材110的接触面积，进而增加背板120原子与靶材110原子之间的相互扩散。

如果所述加热温度过低，不利于靶材120原子与背板110原子之间的相互扩散；如果所述加热温度过高，容易使靶材110发生再结晶，从而使靶材110晶粒长大，使靶材110晶粒较粗大。具体的，本实施例中，所述加热温度为200℃～300℃。

如果所述保温处理的时间过短，不利于靶材120原子与背板110原子之间的相互扩散；如果所述保温的时间过长，容易产生能量浪费。具体的，本实施例中，所述保温处理的时间为3小时～8小时。

如果对所述组合结构施加的压力过小，不容易使所述凸部进入所述靶材110中，且不利于靶材110原子与背板120原子之间的相互扩散；如果对所述组合结构施加的压力过大，容易增加工艺难度。具体的，本实施例中，对所述组合结构施加的压力产生的压强为90MPa～150MPa。

本实施例中，所述扩散焊接处理之后，还包括：去除所述包套220，形成初始靶材组件。

请参考图7，对所述初始靶材组件进行机械加工，形成靶材组件。

所述机械加工用于使所述初始靶材组件的尺寸和形状符合设计要求，从而将所述初始靶材组件加工为靶材组件。

综上，本发明实施例提供的靶材组件的形成方法中，在进行扩散焊接处理之前，对所述第一焊接面或第二焊接面，或者对第一焊接面和第二焊接面进行粗糙化处理。所述粗糙化处理能够增加所述第一焊接面或第二焊接面的粗糙度，从而在所述扩散焊接处理的过程中，能够增加第一焊接面与第二焊接面的接触面积，从而增加靶材与背板之间原子的扩散。因此，所述形成方法能够使扩散焊接处理过程中的温度较低时，所述背板与靶材之间相互扩散的原子较多，从而能够使背板和靶材在较低温度下实现焊接。同时，当所述扩散焊接处理过程中的温度较低时，所述靶材不容易发生再结晶，从而所述靶材的晶粒不容易变粗大，因此，在溅射技术中，形成的薄膜的晶粒较小，进而使由薄膜形成的金属结构的线宽较小，能够提高所形成半导体结构的集成度。此外，所述背板和靶材的熔点较高，扩散焊接处理不需要焊料，不容易使所形成的靶材组件在高温时发生开裂现象。

进一步，所述花纹具有凸部，所述凸部具有尖端。在扩散焊接处理过程中，所述尖端容易使所述凸部进入所述靶材中，从而容易增加靶材与背板之间的接触面积。

进一步，所述扩散焊接处理之前，对所述第一焊接面和第二焊接面进行清洗处理，能够去除所述第一焊接面和第二焊接面上的氧化物等杂质，从而降低氧化物等杂质对靶材原子和背板原子扩散的阻挡，进而增加焊缝的强度。

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 (15)

1.一种靶材组件的形成方法，其特征在于，包括：

提供背板和靶材，所述背板包括第一焊接面，所述靶材包括第二焊接面；

对所述第一焊接面、或第二焊接面、或者第一焊接面和第二焊接面进行粗糙化处理；

所述粗糙化处理之后，使所述第一焊接面和所述第二焊接面贴合，形成组合结构；

对所述组合结构进行扩散焊接处理。

2.如权利要求1所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述靶材的材料为铝。

3.如权利要求1所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述背板的材料为铝合金或铜。

4.如权利要求1所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述粗糙化处理的步骤包括：对所述第一焊接面或第二焊接面，或者对第一焊接面和第二焊接面进行车削，在所述第一焊接面或第二焊接面上形成花纹，或者在第一焊接面和第二焊接面上均形成花纹。

5.如权利要求4所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述粗糙化处理的步骤包括：对所述第一焊接面进行车削，在所述第一焊接面上形成花纹。

6.如权利要求5所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述花纹包括：凸部和位于凸部两侧的凹陷，所述凸部顶部具有尖端。

7.如权利要求6所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述花纹为环形或长条性。

8.如权利要求7所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述第一焊接面上具有多条花纹；

相邻花纹的尖端之间的距离为0.1mm～0.9mm；所述尖端到所述第一焊接面的距离为0.5mm～0.8mm。

9.如权利要求1所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，进行扩散焊接处理的步骤包括：沿垂直于所述第二焊接面的方向对所述组合结构施加压力，并对所述组合结构进行加热处理，形成初始组合结构；对所述组合结构施加压力及加热处理之后，对所述初始组合结构进行冷却处理。

10.如权利要求9所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，对所述组合结构进行加热处理的步骤包括：使所述组合结构升温至加热温度；使所述组合结构升温至加热温度之后，对所述组合结构进行保温。

11.如权利要求10所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述扩散焊接处理的工艺参数包括：所述加热温度为200℃～300℃；对所述组合结构施加的压强为90MPa～150MPa；保温时间为3小时～8小时。

12.如权利要求1所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，进行粗糙化处理之后，使所述第一焊接面和所述第二焊接面贴合之前，还包括：通过清洗液对所述第一焊接面和第二焊接面进行清洗处理。

13.如权利要求12所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述清洗液包括：HF或HNO₃中的一种或两种组合。

14.如权利要求13所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述清洗液包括：HF和HNO₃；HF的浓度为7％～14％；HNO₃的浓度为14％～35％。

15.如权利要求12所述的靶材组件的形成方法，其特征在于，所述清洗处理的时间为30s～2min。