一種硅靶材組件的釬焊方法
【專利摘要】本發明提供了一種硅靶材組件的釬焊方法。本發明硅靶材組件的釬焊方法以銦為釬焊材料，在硅靶材和背板的焊接面上涂覆一層銦釬料層，之后將涂覆有銦釬料層的硅靶材和背板的焊接面相貼合，進行釬焊，形成靶材組件。經檢驗，采用本發明制得的硅靶材組件中，硅靶材和背板的結合率達到95%以上，其完全滿足磁控濺射過程中，對于硅靶材和背板高強度結合的要求。
【專利說明】一種硅靶材組件的釬焊方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體濺射領域，特別是涉及一種硅靶材組件的釬焊方法。
【背景技術】
[0002]磁控濺射是一種利用帶電粒子轟擊靶材，使靶材原子從表面逸出并均勻沉積在襯底上的基片鍍膜工藝。磁控濺射以其濺射率高、基片溫升低、膜-基結合力好、優異的金屬鍍膜的均勻和可控性強等優勢成為了最優異的基片鍍膜工藝，因而廣泛地應用于集成電路制造工藝。
[0003]靶材組件是由符合濺射性能的靶材和與所述靶材結合、具有一定強度的背板構成。背板可以在所述靶材組件裝配至濺射機臺中起到支撐作用，并具有傳導熱量的功效。靶材組件是通過將靶材和背板焊接在一起形成的，需使其既可以可靠地安裝在濺射機臺上，同時又可以在磁場、電場作用下有效控制進行濺射。
[0004]在靶材和背板的焊接工藝中，釬焊是一種利用熔點比母材(被釬焊材料)熔點低的填充金屬(稱為釬料或焊料)，在低于母材熔點、高于釬料熔點的溫度下同時加熱母材和焊料，致使焊料熔化后，潤濕、并填滿母材連接的間隙，釬料與母材相互擴散形成牢固連接的焊接方法。磁控濺射過程中，采用釬焊制備的靶材組件，其釬焊層連接結構使得靶材和背板連接界面具有良好的熱傳導性能，其可有效提高靶材組件的散熱性能；而且磁控濺射結束后，可采用適當的溫度熔化靶材和背板間的釬料層，從而使背板得以重復利用，節約靶材的制備成本。
[0005]然而在硅靶材和背板的釬焊工藝中，由于高純度的硅材料難以與釬料充分浸潤融合而無法使得靶材和背板充分結合，無法達到焊接要求。使得在磁控濺射的高溫、高壓條件下，硅靶材和背板結合部易開裂、致使背板脫落從而使得濺射無法達到濺射均勻的效果，同時還可能會對濺射機臺造成損傷。因而如何提高硅靶材和背板的釬焊效果，是本領域技術人員急需解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種硅靶材組件的釬焊方法。本發明中，以純銦材料作為釬料，在靶材與背板的焊接面均形成一層銦釬料層，在將所述靶材與背板的焊接面貼合完成釬焊后，可獲取硅靶材和背板高強度結合的硅靶材組件，從而滿足磁控濺射對于硅靶材組件的要求。
[0007]具體地，本發明所提供的硅靶材組件的釬焊方法包括以下步驟:
[0008]提供硅靶材和背板；
[0009]分別在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一層銦釬料層；
[0010]將涂覆有所述銦釬料層的所述硅靶材和背板的焊接面貼合，進行釬焊，將所述硅靶材焊接至所述背板上，形成硅靶材組件；
[0011 ] 冷卻所述硅靶材組件。[0012]可選地，在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一層銦釬料層過程中，控制所述硅靶材和背板的溫度于19(T250°C之間，充分熔化所述硅靶材和背板的焊接面上放置的銦釬料，從而形成所述銦釬料層。
[0013]可選地，待所述銦釬料熔化后，以超聲波處理使所述銦釬料均勻的分散于所述硅靶材和背板的焊接面上。
[0014]可選地，所述超聲波處理的工藝參數為超聲波振蕩器的輸出功率為15KHz至30KHz。
[0015]可選地，在將涂覆有所述銦釬料層的所述硅靶材和背板的焊接面貼合前，在所述背板或硅靶材的焊接面上放置用于聚集焊接面上熔化后釬料的釬料聚合絲桿，所述硅靶材和背板貼合后，所述釬料聚合絲桿夾于所述硅靶材和背板之間。
[0016]可選地，所述釬料聚合絲桿直徑為0.2^1.0mm。
[0017]可選地,所述釬料聚合絲桿采用銅制成。
[0018]可選地，所述釬料聚合絲桿放置于所述背板的中間部分。
[0019]可選地，在所述背板或硅靶材的焊接面上放置多根直徑相同的釬料聚合絲桿；所述多根釬料聚合絲桿 完全位于所述硅靶材和背板的焊接面范圍內，且互不相交。
[0020]可選地，在所述硅靶材組件冷卻時，在所述硅靶材與背板之間均勻施加500-900Ν的壓力，以加強所述硅靶材和背板的連接強度的同時，防止所述硅靶材和背板冷卻過程中發生形變。
[0021]可選地，在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆銦釬料層以及所述釬焊過程中，控制操作環境的空氣濕度小于等于40%。
[0022]可選地，所述背板為銅背板。
[0023]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0024]本發明硅靶材組件的釬焊方法以純銦為釬焊材料，在硅靶材和背板的焊接面上分別涂覆一層銦釬料層，之后將涂覆有銦釬料層的硅靶材和背板的焊接面相貼合，進行釬焊，形成靶材組件。經檢驗，采用本發明制得的硅靶材組件中，硅靶材和背板的結合率達到95%以上，其完全滿足磁控濺射過程中，對于硅靶材和背板高強度結合的要求。
[0025]其中，在所述銦釬料熔化后，在所述硅靶材和背板的焊接面上形成呈流體狀的銦釬料層，因而可選方案中，在所述硅靶材和背板的焊接面相貼合前，在所述硅靶材或背板的焊接面上放置釬料聚合絲桿，其可高效地將所述釬料聚合絲桿周邊的釬料凝聚，從而確保釬焊過程中靶材和背板間的釬料層密度質量，提高釬焊質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明一種硅靶材組件的釬焊方法的流程示意圖；
[0027]圖2a~圖2c是本發明一個實施例的硅靶材和背板焊接過程示意圖。
【具體實施方式】
[0028]正如【背景技術】所述，采用釬焊制備的靶材組件，位于靶材和背板間的釬焊層使得靶材和背板連接界面具有良好的熱傳導性能，在磁控濺射工藝中，使得靶材組件具有良好的散熱性能，從而提高靶材組件的質量；而且磁控濺射結束后，可采用適當的溫度熔化靶材和背板間的釬料層，使靶材和背板相脫離，從而使背板得以重復利用，節約靶材的制備成本。
[0029]然而在硅靶材和背板的釬焊工藝中，常規使用的銅、鋁、鎳、錫、鉛等釬料難以與高純度的硅靶材充分浸潤融合，使得后續制得的硅靶材組件的硅靶材和背板結合強度較差，在磁控濺射的高溫、高壓條件下，硅靶材和背板結合部易開裂，無法達到磁控濺射工藝要求。
[0030]為此，本發明硅靶材組件的釬焊方法中，以純銦(純度達99.99%)為釬料，在硅靶材和背板(如銅背板)的焊接面同時涂覆一層銦釬料層，之后以涂覆銦釬料層的硅靶材和背板的焊接面貼合進行釬焊，從而獲得硅靶材組件。以硅靶材和銅背板為例，采用本發明獲取包括硅靶材和銅背板的硅靶材組件后，以C-SCAN檢測焊接結合率，發現，硅靶材和銅背板的結合率達95%。
[0031]其完全符合磁控濺射使用的要求。
[0032]結合參考圖1所示，本發明實施方式提供一種硅靶材組件的釬焊方法，包括如下步驟:
[0033]步驟SI，提供硅靶材和背板；
[0034]步驟S2，分別在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一層銦釬料層；
[0035]步驟S3，將所述涂覆有所述銦釬料層的硅靶材和背板的焊接面貼合，進行釬焊，將所述硅靶材焊接至所述背板上，形成硅靶材組件；
[0036]步驟S4，冷卻所述靶材組件。
[0037]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0038]其中，在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0039]結合參考圖1和圖2a?2c所示。
[0040]步驟SI中，提供一硅靶材10和對應的背板20，清洗所述硅靶材10和背板20，確保硅靶材10和背板20的焊接面清潔。
[0041]其中，所述硅靶材10的形狀可根據應用環境以及磁控濺射要求呈圓形、矩形、環形、圓錐形或其他任一規則形狀或不規則形狀。其厚度可以為Imm至80_不等。而此時焊接時的所述硅靶材10周邊尺寸，為其實際設計(實際磁控濺射使用時的成型靶材尺寸設計)上加2mm至5mm的余量,厚度為在實際設計尺寸上加Imm至3mm的余量。其增加余量的目的是對完成釬焊后的硅靶材組件后續機械加工步驟提供比較寬裕的加工空間。
[0042]在步驟S2中，參考圖2a所示，在所述背板20和硅靶材10的焊接面上分別涂覆一層銦釬料層32和31。其具體過程包括:
[0043]所述背板20和硅靶材10分別放置于一加熱臺，將純銦的銦釬料放置于兩者的焊接面，加熱所述背板20和硅靶材10至190°C ?250°C。期間，所述銦焊料充分熔融，從而在所述背板20和硅靶材10的焊接面涂覆一層呈熔融流體狀的銦釬料層32和31。
[0044]在加熱所述背板20和硅靶材10以熔化純銦釬料過程中，將操作環境的空氣濕度控制于40%之下。本發明中，所述背板20和硅靶材10可在貫通空氣條件下進行，基于常壓下，銦的熔點為156.1°C，硅的熔點為1420°C，在19(T250°C條件下，足以使釬料熔化，且硅靶材10不易氧化。除此之外，還需將操作環境的空氣濕度控制于小于或等于40%，此時發明人發現，針對熔化后的銦也不易氧化，因而上述條件下，可以獲得優質的銦釬料層，使得硅靶材10和銦釬料層31充分浸潤。
[0045]優選方案中，待所述銦釬料熔化后，持續加熱所述背板20和硅靶材10，并以超聲波使所述純銦焊料均勻的分散于所述背板20和硅靶材10的焊接面上。所述超聲波處理工藝可以手動超聲波焊接裝置進行，具體的工藝參數優選為超聲波振蕩器輸出功率為15KHz至30KHz。期間，超聲波處理涂覆有純銦釬料層的背板20和硅靶材10，其不僅可以使得純銦釬料均勻分布在硅靶材10和背板20的焊接面上，而且還可有效除去銦釬料中可能存在的氧化廢料和殘渣。從而使得讓銦釬料充分浸潤所述硅靶材10和背板20的焊接面，從而提高焊接的結合強度。
[0046]步驟S3，將所述涂覆有所述銦釬料層31和32的硅靶材10和背板20的焊接面貼合，進行釬焊，將所述硅靶材10焊接至所述背板20上，形成硅靶材組件。
[0047]其具體步驟參考圖2b所示，待在所述硅靶材10和背板20的焊接面上均勻涂覆一層銦釬料層31和32后，對硅靶材10和背板20進行釬焊。用真空吸盤吸附硅靶材10的非焊接面，使所述硅靶材10涂覆有所述銦釬料層31的焊接面與背板20涂覆有銦釬料層32的焊接面相貼合，利用上述加熱臺在上述溫度下持續加熱背板20，進行釬焊。而在所述硅靶材10和背板20貼合之前，在所述背板20涂覆有所述銦釬料層32的焊接面上，放置釬料聚合絲桿4。所述釬料聚合絲桿4可有效聚合其周邊呈流體狀的銦焊料，從而提高背板20和硅靶材10間的釬料密度，提高釬焊質量。而且，如圖2b所示，當硅靶材10置于所述背板20上方，兩者貼合后，基于硅靶材10的質量，可能擠壓硅靶材10和背板20結合處的銦釬料層，所述釬料聚合絲桿4可有效避免硅靶材10和背板20之間的釬料的過量流失。因而，所述釬料聚合絲桿4的直徑與預設的所述硅靶材10與背板20間的釬料層厚度(釬焊工藝中，通過釬料的原子在靶材和背板的結合面的原擴散實現靶材和背板結合，因而釬焊量的多少直接影響靶材和背板的結合強度。成型后的硅靶材組件中，硅靶材10和背板20間的釬焊料層的厚度基于所述硅靶材和背板的厚度、面積預計設定)相關聯，所述釬料聚合絲桿4聚集周邊的釬料同時，不能對釬焊過程中，釬料與背板、硅靶材之間原子擴散以實現高強度釬焊連接造成不良影響。本發明中，所述釬料聚合絲桿4直徑大致為0.2?1.0mm。發明人發現，針對于本發明中，在硅靶材10上最后成型的呈流體狀的銦釬料層31，該尺寸的釬料聚合絲4對于周邊釬料的聚合度最佳。所述釬料聚合絲桿4可采用如銅等金屬制成，其不會影響背板20和硅靶材10的釬焊質量。
[0048]優選方案中，在所述背板20的焊接面的范圍內，可均勻地放置多根直徑相同的所述釬料聚合絲桿4，所述的多根釬料聚合絲桿4互不相交，如可采用平行放置。可選方案中，所述多根釬料聚合絲桿4傾向于靠近所述背板的中間部分放置，當然所述多根釬料聚合絲桿4的具體數量，以及放置位置根據所述背板20和硅靶材10的形狀，以及焊接面尺寸而定。
[0049]如圖2a?2c所示，所述背板20和硅靶材10均為平板狀，雖然所述背板20和硅靶材10之間的釬料聚合絲桿4 一定程度上可緩解釬料溢出，但若所述硅靶材10與背板20間預設的釬料層厚度大于所述釬料聚合絲桿4直徑，仍可能有部分釬料溢出，因而當所述兩者焊接面貼合后，可圍繞所述背板20和硅靶材10的銜接的周邊設置密封的夾具(圖中未顯示)，從而避免背板20和硅靶材10間的釬料溢出。
[0050]步驟S4，冷卻所述靶材組件。在所述硅靶材10和背板20加熱釬焊3~4小時后，便可停止加熱，進行冷卻處理，從而形成硅靶材組件。期間，優選地，在所述靶材組件冷卻期間，在所述硅靶材或背板之間均勻施加500-900Ν的壓力，以加強所述硅靶材10和背板20的連接強度的同時，防止所述硅靶材和背板20冷卻過程中發生形變。
[0051]本發明中，所述背板20可為常用的如鋁、鋁基合金、銅、及銅基合金，銦釬料和上述材質背板均有良好的浸潤性，因而可獲取高強度結合的硅靶材組件。以銅背板為例，利用C-SCAN檢測焊接結合率，該采用本發明獲取的硅靶材與銅背板所組成的硅靶材組件其焊接結合率達到95%，所述硅靶材組件焊接性能十分可靠。
[0052]上述通過實施例的說明，應能使本領域專業技術人員更好地理解本發明，并能夠再現和使用本發明。本領域的專業技術人員根據本文中所述的原理可以在不脫離本發明的實質和范圍的情況下對上述實施例作各種變更和修改是顯而易見的。因此，本發明不應被理解為限制于本文所示的上述實施例，其保護范圍應由所附的權利要求書來界定。
【權利要求】
1.一種硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供硅靶材和背板； 分別在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一層銦釬料層； 將涂覆有所述銦釬料層的所述硅靶材和背板的焊接面貼合，進行釬焊，將所述硅靶材焊接至所述背板上，形成硅靶材組件； 冷卻所述硅靶材組件。
2.根據權利要求1所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆一層銦釬料層過程中，控制所述硅靶材和背板的溫度于19(T250°C之間，充分熔化所述硅靶材和背板的焊接面上放置的銦釬料，從而形成所述銦釬料層。
3.根據權利要求2所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，待所述銦釬料熔化后，以超聲波處理使所述銦釬料均勻的分散于所述硅靶材和背板的焊接面上。
4.根據權利要求3所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，所述超聲波處理的工藝參數為超聲波振蕩器的輸出功率為15KHz至30KHz。
5.根據權利要求1所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，在將涂覆有所述銦釬料層的所述硅靶材和背板的焊接面貼合前，在所述背板或硅靶材的焊接面上放置用于聚集焊接面上熔化后釬料的釬料聚合絲桿，所述硅靶材和背板貼合后，所述釬料聚合絲桿夾于所述硅靶材和背板之間。
6.根據權利要求5所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，所述釬料聚合絲桿直徑為 0.2-^1.0mm。
7.根據權利要求5所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，所述釬料聚合絲桿采用銅制成。
8.根據權利要求5所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，所述釬料聚合絲桿放置于所述背板的中間部分。
9.根據權利要求5所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，在所述背板或硅靶材的焊接面上放置多根直徑相同的釬料聚合絲桿；所述多根釬料聚合絲桿完全位于所述硅靶材和背板的焊接面范圍內，且互不相交。
10.根據權利要求1所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，在所述硅靶材組件冷卻時，在所述硅靶材與背板之間均勻施加500-900Ν的壓力，以加強所述硅靶材和背板的連接強度的同時，防止所述硅靶材和背板冷卻過程中發生形變。
11.根據權利要求1所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，在所述硅靶材和背板的焊接面上涂覆銦釬料層以及所述釬焊過程中，控制操作環境的空氣濕度小于等于40%。
12.根據權利要求f11任一項所述的硅靶材組件的釬焊方法，其特征在于，所述背板為銅背板。
【文檔編號】B23K1/00GK103692041SQ201210367293
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月28日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】姚力軍, 相原俊夫, 大巖一彥, 潘杰, 王學澤, 宋佳 申請人:寧波江豐電子材料有限公司