銅靶材組件的製造方法
2023-05-27 00:50:46
專利名稱：銅靶材組件的製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及銅靶材組件的製造方法。
背景技術：
在半導體工業中，耙材組件是由符合濺射性能的濺射板和與所述濺射板結合且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基臺中起到支撐作用，並具有傳導熱量的功效。目前，主要使用金屬鉭(Ta)、銅(Cu)、鋁(AL)等通過物理氣相沉積法(PVD)鍍膜並形成阻擋層作為濺射板，在濺射過程中使用磁控濺射；需要使用具有足夠強度，且導熱、導電性也較高的銅或鋁材料作為背板材料。 將高純度銅濺射板以及背板經過加工、焊接成型，製成半導體工業所使用的銅靶
材組件後，然後安裝在濺射機臺上，在磁場、電場作用下有效進行濺射控制。現有濺射工藝
中，耙材組件的工作環境非常惡劣，因此對於銅靶材組件的強固程度具有極高的要求。
圖1為現有的銅靶材組件的製造方法流程示意圖，具體步驟包括 Sl、從銅柱中切斷部分獲得銅餅，並對所述銅餅進行壓延處理形成所需尺寸的銅
濺射板。所述銅濺射板的材質為6N銅(即純度99. 9999% )。 S2、對銅濺射板進行第一熱處理，重組銅濺射板的微觀組織結構，提高銅背板的強固性。所述第一熱處理的工藝參數為溫度35(TC，保溫時間2小時。
S3、提供背板，將銅濺射板焊接至背板上。 S4、對所述銅靶材組件進行第二熱處理，使得銅濺射板與背板的焊接面上充分的熱擴散，從而增大焊接強度。所述第二熱處理的工藝參數為溫度35(TC，保溫時間4. 5小時 S5 、對焊接後的銅靶材組件進行機械加工。 在上述的銅靶材組件製造方法中，先後進行了兩次熱處理工藝，第一次目的在於控制銅濺射板的微觀組織結構，而第二次目的在於使得銅濺射材與背板焊接面進行充分熱擴散。雖然目的不同，但對於銅濺射板而言，相當於進行了重複熱處理步驟，且由於加熱處理在銅靶材組件的製造過程中相對成本較高，因此現有的銅靶材組件製造方法工藝具有進一步改進的需要。
發明內容
本發明的目的在於提供一種銅靶材組件的製造方法，解決現有方法熱處理步驟冗
餘，成本較高，工藝流程複雜等問題。
為解決上述問題，本發明提供銅靶材組件的製造方法，包括
提供銅柱，對所述銅柱進行切斷並壓延，形成銅濺射板；
提供背板，將銅濺射板焊接至背板形成靶材組件；
在真空常壓環境下對耙材組件進行熱處理，然後冷卻；
對所述靶材組件進行機械加工。
可選的，所述銅濺射板的純度為99. 9999% 。所述背板為銅、鋁、銅合金或者鋁合金材料。 可選的，所述焊接為熱壓法。所述熱壓法焊接在真空中進行，具體包括將銅濺射
板和背板裝入薄壁成形的包套中抽真空，然後封閉抽氣口 ，形成所述真空環境。 可選的，所述熱壓法焊接的工藝參數為將溫度加熱至350°C 70(TC，將銅濺射
板與背板的接觸面上的壓強加壓至lOOMPa 200MPa，保溫保壓1 30min。 可選的，所述熱處理在真空中進行。所述熱處理的工藝參數為將溫度加熱至
250°C 70(TC，保溫2小時 5小時。 優選的，所述熱處理的工藝參數為溫度加熱至30(TC，保溫4小時。
可選的，所述冷卻為空冷冷卻。 本發明所述的銅靶材組件製造方法，與現有技術相比減少了一次對銅濺射板的熱處理步驟，並優化了對焊接後的銅靶材組件熱擴散處理的工藝條件，使得在熱擴散處理過程中同時實現對銅濺射板微觀組織結構的控制。在保證銅靶材組件的強固性以及產品質量同時，簡化了工藝步驟提高了生產效率。
圖1為現有的銅靶材組件製造方法的流程示意圖； 圖2為本發明所述銅靶材組件製造方法的流程示意圖； 圖3至圖6為本發明所述銅靶材組件製造方法的具體實施例示意圖。
具體實施例方式
圖2為本發明所述銅靶材組件製造方法的流程示意圖；如圖2所示，本發明所述銅耙材組件的製造方法，具體步驟如下 Sl、提供銅柱，對所述銅柱進行切斷並壓延，形成銅濺射板； 根據銅靶材組件的應用環境、濺射設備的實際需求，所述銅背板的的形狀尺寸需要進行選擇，而銅濺射板的具體厚度以及截面積大小可以通過調節壓延工藝的具體參數進行調整。
S2、提供背板，將銅濺射板焊接至背板形成靶材組件； 作為可選的方案，所述焊接工藝可以為熱壓法，所述熱壓法可以在真空中進行，具體為將銅濺射材與背板的焊接面對準，然後製作成真空套包，放置入高溫高壓的環境下，將銅濺射板焊接至背板上。 S3、在真空常壓環境下對耙材組件進行熱處理，然後冷卻； 所述熱處理即可以在銅濺射板與背板的焊接面上進行熱擴散作用，同時起到對銅濺射板的微觀組織結構進行調整控制的作用。所述冷卻可以繼續在真空套包內進行空冷冷卻。 S4、對所述靶材組件進行機械加工。 所述機械加工，包括對銅靶材組件的尺寸作進一步微調以及進行表面處理。
下面結合具體實施例對本發明做進一步介紹，如圖3至圖6所示，為本發明所述製造方法的一個具體實施例示意圖。
如圖3所示，對銅柱原料進行切片獲得銅餅，然後對所述銅餅進行壓延，獲得所需尺寸的銅濺射板20。經過壓延後的銅濺射板，形狀尺寸由濺射設備決定，而材質成分根據需要進行選擇，取決於銅柱原料的成分。本實施例中，所述銅濺射板10為圓形，直徑為350mm，厚度為16mm，成分為6N銅，即純度達到99. 9999% 。 如圖4所示，提供背板IO，將銅濺射板20焊接至背板10上。所述背板起到支撐銅濺射板20的作用，其形狀材質同樣根據應用環境、濺射設備的實際要求，可以為圓形、矩形、環形、圓錐形或其他類似形狀(包括規則形狀和不規則形狀)中的任一種，而材料可以是銅、鋁、銅合金或者鋁合金等。本實施例中，所述背板10為圓形，直徑為500mm，厚度為20mm，材質為銅。 所述焊接的基本步驟包括 先對銅濺射板20以及背板10的表面進行機械加工然後化學清洗；其中對表面的機械加工處理使之光亮，尤其使兩者的接觸面達到必要的光潔度。化學清洗可先採用混合酸劑進行酸洗然後使用有機清洗溶劑清洗，或者直接使用有機清洗溶劑清洗。
在真空環境下，採用熱壓法將銅濺射板20與背板10焊接成形。具體為先將銅濺射板20和背板10的焊接面相接觸後組裝固定，然後裝入薄壁成形的包套中抽真空，並封閉抽氣口，製成真空套包。在高溫條件下，利用壓力機設備採用液壓等方式在銅濺射板20與背板10的焊接面上形成高壓強，進行焊接。本實施例中，熱壓焊接的工藝參數可以為將溫度加熱至350°C 700°C ，銅濺射板與背板接觸面上的壓強加壓至lOOMPa 200MPa，保溫保壓1 30min。 如圖5所示，對焊接後的銅濺射板20以及背板10進行熱處理。通常為了避免單質銅在高溫下氧化，可以在高溫常壓環境下進行保溫。所述熱處理一方面使得銅濺射板20與背板10在焊接面上進一步熱擴散，另一方面也使得銅濺射板20的微觀組織結構得到控制。因此熱處理的參數需要進行優化，所述熱處理的工藝可以為繼續保留真空套包，在真空氛圍內，將溫度加熱至250°C 700°C ，保溫2小時 5小時。本實施例中，所採用的優選工藝參數為溫度加熱至30(TC，保溫4小時。 如圖6所示，冷卻上述銅濺射板以及背板組合，再進一步機械加工，得到所述的銅靶材組件。本實施例中，由於熱處理後的銅濺射板與背板處於真空包套中，因此可以直接採用空冷冷卻，當溫度降低至常溫後，再去除真空包套，並進一步機械加工，進行尺寸的微調或者修形，得到所需的銅靶材組件。 本發明所述的銅靶材組件製造方法，採用一次性熱處理，並優化了對靶材組件熱處理的工藝條件，使得在熱擴散處理過程中同時實現背板微觀組織結構的控制。在保證銅靶材組件的強固性以及產品質量同時，簡化了工藝步驟提高了生產效率。所形成的銅靶材組件具有結合度高、受熱抗變形能力強且微觀結構緻密等優點。 本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
一種銅靶材組件的製造方法，其特徵在於，包括提供銅柱，對所述銅柱進行切斷並壓延，形成銅濺射板；提供背板，將銅濺射板焊接至背板形成靶材組件；在真空常壓環境下對靶材組件進行熱處理，然後冷卻；對所述靶材組件進行機械加工。
2. 根據權利要求1所述的製造方法，其特徵在於，所述銅濺射板的純度為99. 9999%。
3. 根據權利要求1所述的製造方法，其特徵在於，所述背板為銅、鋁、銅合金或者鋁合金材料。
4. 根據權利要求1所述的製造方法，其特徵在於，所述焊接為熱壓法。
5. 根據權利要求3所述的製造方法，其特徵在於，所述熱壓法焊接在真空中進行，具體包括將銅濺射板和背板裝入薄壁成形的包套中抽真空，然後封閉抽氣口 ，形成所述真空環境。
6. 根據權利要求3所述的製造方法，所述熱壓法焊接的工藝參數為將溫度加熱至350°C 70(TC，將銅濺射板與背板的接觸面上的壓強加壓至lOOMPa 200MPa，保溫保壓1 30min。
7. 根據權利要求1所述的製造方法，其特徵在於，所述熱處理在真空中進行。
8. 根據權利要求l所述的製造方法，其特徵在於，所述熱處理的工藝參數為將溫度加熱至250°C 70(TC，保溫2小時 5小時。
9. 根據權利要求7所述的製造方法，其特徵在於，所述熱處理的工藝參數為溫度加熱至30(TC，保溫4小時。
10. 根據權利要求1所述的製造方法，其特徵在於，所述冷卻為空冷冷卻。
全文摘要
一種銅靶材組件的製造方法，其特徵在於，包括提供銅柱，對所述銅柱進行切斷並壓延，形成銅濺射板；提供背板，將銅濺射板焊接至背板形成靶材組件；在真空常壓環境下對靶材組件進行熱處理，然後冷卻；對所述靶材組件進行機械加工。本發明優化了對靶材組件熱處理的工藝條件，使得在熱擴散處理過程中同時實現對銅濺射板的微觀組織結構的控制。在保證銅靶材組件的強固性以及產品質量同時，簡化了工藝步驟提高了生產效率。
文檔編號C23C14/34GK101775583SQ200910215628
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者劉慶, 姚力軍, 潘傑, 王學澤, 袁海軍 申請人:寧波江豐電子材料有限公司