[发明专利]一种钴靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法

说明书

本发明涉及一种钴靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括：在钴靶材的焊接面上镀钛膜，将镀有钛膜的钴靶材与铜锌合金背板进行装配处理，然后整体放入包套中；再将得到的包套封口后依次进行脱气处理与热等静压处理，去除所述包套，完成钴靶材与铜锌合金背板的扩散焊接。本发明所述扩散焊接方法针对铜锌合金背板的材质特点，无需设置中间层，仅仅在钴靶材的焊接面上镀钛膜，即可利用金属钛良好的扩散性，加速钴靶材与铜锌合金背板之间的原子扩散速率，不仅可以保证焊接结合率≥99％，大大提高成品率，还可以保证焊接结合强度≥70MPa，焊接不变形，满足半导体溅射靶材的使用要求。

技术领域

本发明涉及靶材组件的焊接方法，具体涉及一种钴靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法。

背景技术

在大规模集成电路的制作中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材和与所述靶材结合、具有一定强度的背板构成。所述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，可以有效保证靶材在磁场、电场作用下进行溅射控制。但是，随着半导体技术的发展，靶材越来越精密，尺寸越来越大，使用寿命越来越长，导致靶材组件工作温度高达300℃至500℃；另外，靶材组件的一侧充以冷却水强冷，而另一侧则处于高真空环境下，由此在靶材组件的上下两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。因此，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度较差，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、并与结合的背板相脱落，使得溅射无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会对溅射基台造成损伤。

目前，利用钴靶材组件进行物理气相沉积法镀膜，可以形成半导体行业所需的连接层。对于钴靶材组件，一般选用具有足够强度，且导电性、导热性均较好的铜合金作为背板材料。在8寸钴靶材组件的制造工艺中，通常采用钎焊的方式将钴靶材与铜合金背板进行大面积对焊，但是钎焊所用的铟焊料、锡焊料熔点小于250℃，而且钎焊焊接强度基本小于10MPa。在溅射过程中，由于钴靶材组件受热升温，使得焊料熔化，导致钴靶材脱焊进而溅射不能进行。因此，钎焊焊接不适用于高端的12寸钴靶材产线。由于40-28nm技术以及更高端的20-14nm技术基本上使用的是12寸钴靶材，且铜合金背板一搬为CuZn合金(C46400)和CuCr合金(C18200)，需要采用扩散焊接方式来提高焊接结合度。

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，使接触面之间的原子相互扩散，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接，属于一种高温、高压、高强度的焊接方法。将钴靶材与铜合金背板进行有效扩散焊接所要求的温度高于钴的晶格转变温度，会改变钴靶材的晶格和晶粒取向，造成钴靶材的磁通量(Pass Through Flux，PTF)下降，负面影响钴靶材的溅射性能。热等静压(Hot Isostatic Press，简称HIP)是一种在高温下利用各项均等的静压力进行压制的工艺方法。把高温合金粉末装入抽真空的薄壁成形包套中，焊封后进行热等静压，除去包套即可获得致密的、接近所需形状的盘件。粉末热等静压材料一般具有均匀的细晶粒组织，能避免铸锭的宏观偏析，提高材料的工艺性能和机械性能。该法集热压和等静压的优点于一身，成形温度低，产品致密，性能优良。现有技术中将扩散焊接和HIP相结合，开发出了HIP扩散焊接技术，能将两种金属材料面对面地有效结合在一起，从而可以实现大面积焊接，而且，由于热等静压方法是在真空中进行焊接的一种方法，因此有效防止了金属被氧化，可以有效地提高钴靶材和铜合金背板的结合强度。但是，不同种类的铜合金背板，由于材质不同，导致其与钴靶材之间的原子扩散速率不同，进而导致扩散焊接方法针对铜合金背板存在区别。

例如CN110421246A公开了一种背板与高纯金属靶材的扩散焊接方法，其中高纯金属靶材可以是钴靶材，背板可以是CuZn合金背板、CuCr合金背板或无氧铜背板中的任意一种，所述扩散焊接方法在背板的焊接面上加工螺纹，然后将组合后的高纯金属靶材与背板放置在金属包套中，依次进行脱气处理、密封处理和热等静压处理，即可完成背板与高纯金属靶材的扩散焊接。但是，所述扩散焊接方法不仅未针对铜合金背板的材质不同来区别设置扩散焊接具体条件，还存在原子扩散速率慢，钴靶材和铜合金背板之间的结合强度一般等问题。