專利名稱：靶材結構及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及靶材結構及其制作方法。
背景技術：
物理氣相沉積(PVD)技術，例如濺射，應用于很多領域，用于提供帶 有原子級光滑表面的具有精確控制厚度的薄膜材料沉積物。在濺射過程中， 位于充滿惰性氣體氣氛的腔室里的靶材暴露于電場中而產(chǎn)生等離子區(qū)。這個 等離子區(qū)中的等離子與賊射靶材的表面發(fā)生碰撞，從而使靶材從革巴材表面逸 出原子。靶材與待涂布基材之間的電壓差使得逸出原子在基材表面上形成預 期的膜層。
一般，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。所述背板可以在所述靶材組件裝配至濺射基臺中起到支撐 作用，并具有傳導熱量的功效。在濺射過程中，所述靶材組件的工作環(huán)境比 較惡劣，例如，靶材組件工作溫度較高，例如300。C至500。C;另外，靶材組 件的一側充以冷卻水強冷，而另一側則處于10力Pa的高真空環(huán)境下，由此在靶 材組件的相對二側形成有巨大的壓力差；再有，靶材組件處在高壓電場、磁 場中，受到各種粒子的轟擊。在如此惡劣的環(huán)境下，如果靶材組件中靶材與 背板之間的結合度較差，將導致靶材在受熱條件下變形、開裂、并與結合的 背板相脫落，使得賊射無法達到濺射均勻的效果，同時還可能會對濺射基臺 造成損傷。
因此選擇一種有效的焊接方式，使得靶材與背板實現(xiàn)可靠結合，滿足長 期穩(wěn)定生產(chǎn)、使用靶材的需要，就顯得十分必要。例如，對于靶材與背板在熔點等物理性能相接近的產(chǎn)品，可以采用常規(guī)
的焊接方式，例如釬焊；對于靶材與背板在熔點等物理性能相差很大的產(chǎn)品， 可以采用擴散焊接。所謂的擴散焊接是指互相接觸的材料表面，在一定溫度、 壓力作用下靠近，局部產(chǎn)生塑性變形，原子間互相擴散，在界面處形成新的 擴散層，實現(xiàn)可靠結合。相比于常規(guī)焊接方式，所述擴散焊接具有結合緊密 度高、受熱抗變形能力強等優(yōu)點。
雖然擴散焊接得到了廣泛的應用，但在對于某些金屬的靶材組件而言， 仍具有一定的局限性。以鉭靶材與銅背板為例，由于鉭是性質比較穩(wěn)定的金 屬元素，銅是較易氧化的金屬元素，在焊接面處會出現(xiàn)氧化，致使焊接的緊 密度較差，靶材與背板很難通過直接的擴散焊接來實現(xiàn)結合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是如何使得靶材與背板達到較佳的結合效果。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種靶材結構的制作方法，包括提供靶
材；在把材的焊接面上形成粘結層；在所述粘結層上進行擴散焊處理，將背
板焊接至靶材。
可選地，所述把材具體是由鉭或者鉭合金所制成的。
可選地，在形成粘結層之前還包括步驟清洗所述靶材的表面。
可選地，所述清洗靶材的表面具體為使用含有氫氟酸的溶劑進行酸洗。
可選地，形成所述粘結層的方法具體為物理氣相沉積工藝。
可選地，所述粘結層的厚度為10nm至3.5mm。優(yōu)選地，所述粘結層的
厚度為50 nm至2 mm。
可選地，所述粘結層的材料具體為銅、鋁、鎳、鉻、鈦或者它們中任一
種金屬的合金。
可選地，所述背板具體是由銅、鋁或者包括有銅和鋁中任一種金屬的合金所制成的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種靶材結構，包括靶材；形成于所
述靶材的粘結層；與所述粘結層結合的背板。
可選地，所述靶材的材料具體是由鉭或者鉭合金所制成的。 可選地，所述形成于耙材的粘結層是利用物理氣相沉積工藝實現(xiàn)的。 可選地，所述粘結層的厚度為10 nm至3.5 mm。優(yōu)選地，所述粘結層的
厚度為50腦至2 mm。
可選地，所述粘結層的材料具體為銅、鋁、鎳、鉻、鈦、或者包括有它
們中任一種金屬的合金。
可選地，所述背板是利用擴散焊與粘結層結合的。
可選地，所述背板具體是由銅、鋁或者包括有銅和鋁中任一種金屬的合 金所制成的。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所制作的靶材結構，在靶材與背板之間具有粘 結層，利用粘結層作為中間媒介，使得靶材與背板經(jīng)過焊接后實現(xiàn)二者的可 靠結合，具有結合緊密度高、受熱抗變形能力強等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明一個實施例制作靶材結構的流程圖； 圖2至圖4為根據(jù)圖1所示流程制作靶材結構的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在制作靶材結構時，如果靶材的性質比較穩(wěn)定(例 如鉭耙材熔點較高)、背板的性質比較活潑(例如銅背板的表面易氧化)，利 用焊接方式將靶材與背板進行直接焊接就會致使二者的結合度較差。有鑒于 此，故提出在靶材與背板之間增加作為中間媒介的粘結層，這樣，就可以通 過能同時與靶材和背板達成緊密結合的粘結層，使搏靶材與背板的結合，完成靶材結構的制作。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種靶材結構，在 其中的耙材和背板之間包括有粘結層。
本發(fā)明的發(fā)明人提出一種靶材結構的制作方法，如圖1所示，包括步驟 S101,提供靶材； S102，清洗靶材的表面； S103,在靶材的焊接面上形成粘結層； S104，進行擴散焊處理，將背板焊接至靶材的粘結層上。 下面結合附圖對上述圖1中所示的制作方法進行詳細說明。 首先執(zhí)行步驟SIOI,提供靶材20,如圖2所示。在本實施例中，所述靶 材20是由鉭或者鉭合金所制成的。另外，靶材20的形狀，根據(jù)應用環(huán)境、 濺射設備的實際要求，可以為圓形、矩形、環(huán)形、圓錐形或其他類似形狀(包 括規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀)中的任一種，且其厚度可以為1 mm至80 mm不 等。如圖2所示，靶材20的形狀可以為圓形，直徑為350mm，厚度為8.5mm。 接著執(zhí)行步驟S102,清洗靶材20的表面。清洗靶材20表面的方法有多 種，其中的一個例子就是先用酸液清洗，再用有機溶劑清洗。所述用于清洗 的酸液可以選取氫氟酸(HF)、硝酸(HN03)、鹽酸(HCL)、硫酸(H2S04) 或包含它們中任意配比的混合溶劑。較佳地，例如可以是氫氟酸(HF)和硝 酸(HN03)的混合溶劑，所述混合溶劑中氫氟酸與硝酸的配比可以為1:2至 1:6,優(yōu)選地，HF:HN03=1:3。在其他實施例中，所述酸液也可以是由氫氟酸 (HF)、硝酸(HN03)和鹽酸(HCL)配比而成的混合溶劑。所述有機溶劑 則可以是異丁醇IBA、異丙醇IPA或混丙醇IPB中的任一種，優(yōu)選地，選取 異丙醇IPA。
通過步驟S102的清洗，可以將靶材20表面的雜質和氧化物清除干凈， 使得靶材20的表面光潔度可達0.5 um至2 um，這樣，就為后續(xù)的焊接工藝 打下良好的基礎。需說明的是，在上述清洗的步驟中，可以將靶材20整個地浸入盛有清洗 溶劑的容器中，用于對靶材20的各個表面都進行清洗；也可以根據(jù)實際需要， 僅針對靶材20中需進行后續(xù)處理的焊接面200進行表面清洗處理，相對于置 于容器中清洗的方式，可節(jié)省清洗溶劑并提高清洗效率。
接著執(zhí)行S103,在靶材20的焊接面200上形成粘結層22，形成如圖3 所示的結構。形成粘結層22的方法可以有多種，在本實施例中，具體可以采 用物理氣相沉積工藝。所述物理氣相沉積工藝主要是利用燈絲加熱后發(fā)射的 電子，經(jīng)電場加速、磁場聚焦后，高速撞擊置于水冷坩堝中的蒸發(fā)材料，使 得蒸發(fā)材料表面的原子吸收電子攜帶的動能，將溫度迅速升高，在真空環(huán)境 下蒸發(fā)或升華形成的低密度、非平衡蒸汽粒子射流與靶材20相撞，并在一定 條件下生長為薄膜(即粘結層22)。通過上述物理氣相沉積工藝或其他類似的 薄膜形成工藝，可以使得在焊接面200上形成的粘結層22具有表面粗糙度低、 結合強度高、致密度高等優(yōu)點。所述粘結層22的材料可以是單一金屬，例如 銅、鋁、鎳、鉻、鈦等，也可以是包括有上述多種金屬中任一種金屬的合金， 例如為銅-鋁合金、鎳-鉻合金等。所述形成的粘結層22的厚度較小， 一般為 10nm至3.5mm,優(yōu)選地，更可以達到50 nm至2 mm。
接著執(zhí)行步驟S104,進行擴散焊處理，將背板24焊接至靶材20的粘結 層22上，形成如圖4所示的結構。所述背板24的材料可以是單一金屬，例 如銅或鋁等，也可以是包括有銅和鋁中任一種金屬的合金。
上述步驟中的擴散焊處理，具體來講，可以包括步驟將形成有粘結層 22的耙材20、背板24同時放入加熱爐中升溫到350。C至500。C，并保溫0.5小時 至H、時后取出，再迅速加壓到1.5 MPa至3 MPa,直至4吏它們的變形量達到30 %至60%，其中在加壓過程中，靶材20與背板24通過粘結層22結合在一起， 構成靶材結構；將加壓后的靶材結構再放回加熱爐中，升溫到400。C至550。C， 并保溫3小時至5小時后取出，水冷；將淬火后的靶材結構重新放回加熱爐中，升溫至150。C至20(TC,并保溫7小時至9小時后取出，空冷。采用擴散焊處理的技術，可以將背板24通過粘結層22與靶材20結合在一起，制作完成靶材結構，使得所述靶材結構具有結合緊密度高、受熱抗變形能力強等優(yōu)點。
需說明的是，本實施例中雖是以擴散焊為例進行說明的，但并不以此為限，例如，在其他實施例中，也可以采用其他焊接工藝，例如銀蠟焊或釬焊，將背板24焊接至靶材20的粘結層22上。因銀蠟焊或釬焊為本領域技術人員所熟知的現(xiàn)有技術，故在此不再贅述。
當然，本領域技術人員知道，在進行焊接處理之前，還可以對背板24作表面清洗處理。在本實施例中，所述表面清洗處理可以直接使用異丁醇IBA、異丙醇IPA或混丙醇IPB中的任一種有機溶劑進行清洗，改善背板24的表面光潔度，為焊接工藝打下良好的基礎。
另外，為防止背板24產(chǎn)生開裂，背板24在焊接前還可以進行包括例如均質化處理在內(nèi)的其他預處理。
以下結合本發(fā)明所提供的靶材結構的制作方法來對某一具體實施例進行詳細地描述。在所述具體實施例中，是以高純度金屬鉭作為靶材，金屬銅作為背板。
首先，分別清洗鉭靶材與銅背板的表面。對于鉭靶材，先利用HF:HN03 =l:3的混合溶劑清洗，再利用異丙醇IPA的有機溶劑清洗；對于背板，則直接利用異丙醇IPA的有機溶劑清洗。
接著，采用物理氣相沉積工藝在靶材的焊接面上進行噴涂以形成一層厚度較薄的由鎳-鉻合金構成的粘結層。所述粘結層具有厚度均勻、表面粗糙度低、結合強度高、致密度高等優(yōu)點。
再次，進行擴散焊處理，使得粘結層與銅背板結合，這樣，銅背板與鉭靶材通過所述粘結層結合，制作完成靶材結構。相比于將鉭靶材與銅背板直接焊接在一起易導致焊接不牢固的現(xiàn)有技術，本發(fā)明通過在鉭靶材與銅背板之間提供用于作為焊接媒介的粘結層，可以使得鉭靶材與銅背板實現(xiàn)可靠結合，提升靶材結構的品質。
雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1. 一種靶材結構的制作方法，其特征在于，所述方法包括提供靶材；在靶材的焊接面上形成粘結層；在所述粘結層上進行擴散焊處理，將背板焊接至靶材。
2. 根據(jù)權利要求1所述的靶材結構的制作方法，其特征在于，所述靶材具體 是由鉭或者鉭合金所制成的。
3. 根據(jù)權利要求1所述的靶材結構的制作方法，其特征在于，在形成粘結層 之前還包括步驟清洗所述靶材的表面。
4. 根據(jù)權利要求3所述的靶材結構的制作方法，其特征在于，所述清洗靶材 的表面具體為使用含有氫氟酸的溶劑進行酸洗。
5. 根據(jù)權利要求1所述的靶材結構的制作方法，其特征在于，形成所述粘結 層的方法具體為物理氣相沉積工藝。
6. 根據(jù)權利要求1所述的靶材結構的制作方法，其特征在于，所述粘結層的 厚度為10 nm至3.5 mm。
7. 根據(jù)權利要求6所述的靶材結構的制作方法，其特征在于，所述粘結層的 厚度為50 nm至2 mm。
8. 根據(jù)權利要求1所述的靶材結構的制作方法，其特征在于，所述粘結層的 材料具體為銅、鋁、鎳、鉻、鈦或者包括有它們中任一種金屬的合金。
9. 根據(jù)權利要求1所述的靶材結構的制作方法，其特征在于，所述背板具體 是由銅、鋁或者包括有銅和鋁中任一種金屬的合金所制成的。
10. —種靶材結構，其特征在于，包括革巴材；形成于所述靶材的粘結層； 與所述粘結層結合的背板。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的靶材結構，其特征在于，所述靶材具體是由鉭或者 鉭合金所制成的。
12. 根據(jù)權利要求IO所述的靶材結構，其特征在于，所述形成于靶材的粘結層 是利用物理氣相沉積工藝實現(xiàn)的。
13. 根據(jù)權利要求IO所述的靶材結構，其特征在于，所述粘結層的厚度為10 nm 至3.5 mm。
14. 根據(jù)權利要求13所述的靶材結構，其特征在于，所述粘結層的厚度為50 nm 至2 mm。
15. 根據(jù)權利要求IO所述的靶材結構，其特征在于，所述粘結層的材料具體為 銅、鋁、鎳、鉻、鈦或者包括有它們中任一種金屬的合金。
16. 根據(jù)權利要求IO所述的靶材結構，其特征在于，所述背板是利用擴散焊實 現(xiàn)與粘結層結合的。
17. 根據(jù)權利要求IO所述的靶材結構，其特征在于，所述背板具體是由銅、鋁 或者包括有銅和鋁中任一種金屬的合金所制成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種靶材結構及其制作方法。其中靶材結構的制作方法包括提供靶材；在靶材的焊接面上形成粘結層；在所述粘結層上進行擴散焊處理，將背板焊接至靶材。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以使得鉭靶材與銅背板實現(xiàn)可靠結合，提升靶材結構的品質。
文檔編號B23K1/20GK101543934SQ20091012724
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月12日 優(yōu)先權日2009年3月12日
發(fā)明者慶 劉, 姚力軍, 毛立鼎, 杰 潘 申請人:寧波江豐電子材料有限公司