[发明专利]钽靶材和铝背板的热等静压扩散焊焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种钽靶材和铝背板的热等静压扩散焊焊接方法。

背景技术

在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材及能与所述靶材结合并具有一定强度的背板构成。背板可以在所述靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。在溅射过程中，靶材组件所处的工作环境比较恶劣。例如，靶材组件所处的环境温度较高，例如300℃至600℃；另外，靶材组件的一侧冲以冷却水强冷，而另一侧则处于10^-9Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的相对二侧形成有巨大的压力差；再有，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果靶材组件中靶材与背板之间的结合强度较差，将导致靶材组件在受热条件下变形、开裂，甚至使得靶材与原来结合的背板脱开，进而得不到溅射均匀的薄膜，同时还可能会对溅射基台造成损伤。

当靶材与背板的熔点等物理性能相接近时，可以采用常规的焊接工艺例如熔焊、钎焊将靶材与背板焊接在一起以形成靶材组件；当靶材与背板的熔点等物理性能相差很大时，可以采用扩散焊接将靶材与背板焊接在一起以形成靶材组件。所谓的扩散焊接是指将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使两焊件接触面之间的原子相互扩散形成连接的焊接方法。相对于常规的焊接方式，扩散焊接具有结合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。

对于钽靶材与铝背板构成的靶材组件而言，由于钽的熔点为2996℃，铝的熔点660.37℃，两种材料的熔点相差较大同时现有的熔焊设备不能实现大面积对焊，因此不适于利用熔焊将钽靶材与铝背板焊接在一起；钎焊工艺中采用的锡钎料或铟钎料熔点较低，以致当利用钎焊将钽靶材与铝背板焊接在一起时，不仅两者之间的结合强度较低，而且高温环境会使钎料熔化，造成溅射工艺无法进行。哪怕利用扩散焊对钽靶材与铝背板进行焊接，现有的工艺到的靶材组件的焊接质量仍然十分不理想。

鉴于此，需研究一种新的焊接方法以使钽靶材与铝背板能进行有效结合。

发明内容

由上述对已有技术的描述可知，钽和铝在熔点、热膨胀系数和相互溶解度等方面存在很大的差异，用常规的焊接方法很难实现将两者牢固焊接。本发明通过热等静压的方法，使钽和铝之间充分扩散，提高焊接面的整体的力学性能，同时也保证钽的微观组织在焊接过程中不受影响。热等静压属于扩散焊的一种，特适用于性能差别大，互不溶解、互相间易产生脆性金属间化合物的异种材料。

为解决上述问题，本发明提供了一种钽靶材和铝背板的热等静压扩散焊焊接方法，包括：

提供钽靶材和铝背板；

将所述钽靶材和所述铝背板装入真空包套；

对所述真空包套进行抽真空；

将所述真空包套装入热等静压炉中，先进行升温升压，再进行保温保压；

对所述真空包套进行去压冷却；

拆除所述真空包套取出所述钽靶材和所述铝背板焊接形成的钽靶材组合。

可选的，对所述真空包套进行抽真空至真空度达到2×10^-3Pa以下。

可选的，在对所述真空包套进行抽真空过程中，包括对所述真空包套进行加热并保温一段时间的操作。

可选的，将所述钽靶材和铝背板装入真空包套时，在所述钽靶材和铝背板与所述真空包套之间设置一层石墨纸。

可选的，在将所述钽靶材和铝背板装入所述真空包套之前，对所述钽靶材和铝背板的焊接面进行机械加工，加工至所述钽靶材和铝背板的焊接面光洁度为0.2μm~3.2μm。

可选的，在对所述钽靶材和铝背板的焊接面进行机械加工后，采用氯化氢与水的体积比为1：5的盐酸清洗液除去所述钽靶材和铝背板焊接面的杂质。

可选的，在所述升温升压过程中，升温速度为250℃/h~350℃/h，升压速度为20MPa/h~30MPa/h，升温到达的最高温度控制在450℃~550℃之间，升压到达的最大压强控制在100MPa以上。

可选的，所述保温保压过程的时间为2~5小时。

可选的，所述真空包套采用厚度为1.0mm~2.0mm的低碳钢或不锈钢焊接形成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：