金屬靶材與靶託的連接方法

2023-05-17 20:46:11

專利名稱：金屬靶材與靶託的連接方法
金屬靶材與靶託的連接方法
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本發明涉及金屬靶材與靶託的連接技術，應用於微電子集成電路、光(磁) 記錄介質、平面顯示器及其它領域薄膜製備用濺射靶材與靶託的連接。
背景技術：
濺射薄膜材料在電子信息、存儲記錄以及顯示器等相關產業中，有著極 其廣泛的應用。同時，濺射靶材伴隨著這些行業的發展需求量也逐年增多。 耙材的質量對濺射薄膜的性能有著重要影響，尤其是半導體集成電路晶片的
製備向著大尺寸化方向發展(8 12英寸)，濺射靶材的尺寸和濺射功率也 將隨之增大，對濺射靶材純度、微觀組織以及靶材與靶託連接的要求也越來 越高。大尺寸靶材與靶託的連接技術己成為靶材組件製備的關鍵技術。
在濺射過程中，靶材組件作為陰極，首先應具有優良的導電性，同時為了 排放高能態離子高速轟擊靶材表面產生的熱量，靶材組件也要具有優良的導 熱性。因此，靶與靶託的連接既要有一定的結合強度，以避免濺射靶在工作 中的脫落、脆裂等問題，又要有高的熱傳導率和電傳導率。
靶與靶託連接的常用技術包括機械壓緊法、焊接法等。採用機械壓緊 法，靶材與靶託的對接面很難完全緻密，可能存在的縫隙會導致靶材與靶託 之間結合強度降低，同時影響濺射過程中的熱傳導。靶材的焊接包括釺焊、 擴散悍等，採用釺焊連接，對於大尺寸靶材組件，靶與耙託的結合強度難以 滿足要求；採用擴散焊接時，焊接所需的溫度較高，對於大尺寸靶材組件， 在焊接過程中容易發生變形，而且高溫下微觀組織將產生變化，影響濺射耙 的性能。

發明內容
本發明提供了一種金屬靶與靶託的連接方法，它能夠在大氣環境中實現 靶材與靶託之間的緊固緻密連接,同時能夠防止焊接過程中的汙染，避免了必須在真空、高溫或高壓等環境下的連接成形問題，降低生產成本。
本發明的金屬靶材與靶託的連接方法包括如下步驟(1)對靶材、靶託
的結合部位分別加工出對應的凸臺和凹槽；(2)清洗乾淨靶材和靶託表面， 並吹乾；(3)加熱靶託到高於釺焊料的液相線10 5(TC; (4)在靶託的凹面 內均勻塗敷上釺焊料；(5)靶材從靶託一側沿著凹槽逐漸擠進靶託內，並在 軸向施加壓力，使得靶材和靶託緊密配合；(6)在擠壓過程中，，靶託槽內的 釺焊料熔化流動時充填接合面的各部位，將殘存的空氣排除。
步驟l中的靶材與靶託對應的形狀為梯形或燕尾形，其接觸側面與水平面 的傾斜角(a)為65° 80°。
步驟1中的耙材與耙託對應的凸臺和凹槽的數量為3 6個，等距離分布在 靶材和靶託上，凸臺和凹槽的高度(H)為2 5mm之間。
上述步驟4中塗敷釺焊料的厚度為0.5mm lmm。
上述步驟5中所施加的軸向壓力為3MPa 100MPa。
本發明中的靶材主要包括Al、 Al-Si、 Al-Cu、 A1-Si-Cu等靶材，所對應 的靶託為Al合金和Cu靶託；還包括Ti、 Ti-W、 Ta、 Ta-Si等靶材，對應的 靶託為無氧銅、黃銅、Al合金和Ti合金等耙託。
本發明中所用連接釺焊料主要包括純銦、銦合金、錫銅、鋅錫、錫銀銅 等釺焊料。
本方法的特點是，採用機械壓緊和釺悍相結合的連接方法，其中耙材與
靶託之間為非平面結合。其優點如下
1、 在大氣環境下，靶材與靶託之間通過鍵槽結構和焊接緊密連接， 結合強度高，且靶材的微觀結構及組織性能、尺寸等不受影響， 避免了靶材與靶託連接製備過程中對環境條件要求高、易脆裂、 變形、出現接觸間隙等問題。
2、 通過導電及導熱性良好的釺焊料填充於耙材與耙託之間各結合 面，並且採用加熱粘結的形式，保證結合面充分接觸，有效提高 了熱傳導率和電傳導率。
3、 連接方法簡便，容易實現，降低生產成本。
本發明的連接方法主要適用於金屬靶材與靶託的連接，尤其適用於 高純金屬耙材與靶託的連接。


圖l是本發明中靶材與靶託的連接裝配及局部放大圖。 圖2是圖1中靶託的俯視圖(圖中表示出對稱的半部分)。
具體實施例方式
下面根據附圖和結合具體實施例對本發明的方法作進一步說明。 實施例l
如圖l、 2所示的靶材及靶託的連接結構，靶材1與靶託3之間由填充的釺 焊料2焊接固定。
Al-Si合金靶材與Al合金耙託結合件是目前最常用的互連線製作材料之 一，在製作時，首先由銑床分別對靶材1與靶託3進行加工，在A1-Si靶材l的 對接面，加工出5個燕尾形凸臺。同時對應的A1合金靶託3上銑出5個對應形狀 凹槽，凸臺與凹槽對應高度H為3mm，接觸側面與水平面的傾斜角a為65°,,
將靶材1與靶託3的加工面清洗乾淨。首先用丙酮除油，用純淨水清洗後， 再進行酸洗(15wty。的HN0:i溶液)，最後用純淨水清洗，熱風吹乾。加熱靶託3到 20(TC，在靶託3面塗上0. l隱的Sn合金釺焊料2，其液相線溫度約為180°C '
靶材1從靶託3—側沿著凹槽逐漸擠進耙託3內，相互配合後，沿著耙材軸 向施加3MPa的壓力，靶託3槽內的焊料熔化流動時充填接合面的各部位,將殘 存的空氣完全排除，最後靶材1與靶託3緊密連接在一起。
該種方法連接的靶材與靶託結合面充分接觸，保證良好的熱傳導率和電 傳導率，工藝簡單，在大氣環境下即可實現穩固連接，降低了製作成本。 實施例2
高純Ti靶材和無氧銅靶託結合件常用於製備集成電路阻擋層薄膜材料之 一，其結構與實施l相同。在製作時，用銑床分別對耙材1與耙託3進行加工， 在高純Ti靶材的對接面，加工出6個倒梯形凸臺。同時對無氧銅耙託，對應銑出6個凹槽，高度H為5mm，傾斜角a為80°。
靶材1與靶託3的加工面用丙酮、硝酸溶液、純淨水等清洗乾淨，再用熱 風吹乾。將靶託3加熱到25(TC，在靶託3面塗上0.3mm的Sn-Cu合金釺焊料2， 其液相線溫度約為20(TC。
將靶材1從靶託3—側沿著凹槽逐漸擠進靶託3內，再在軸向施加20MPa的 壓力，靶託3槽內的釺焊料2熔化流動時充填接合面的各部位，使得靶材l與靶 託3緊密連接在一起。本實施例具有與實施例l相同的優良效果。 實施例3
高純Ti-W合金靶材和黃銅靶託結合件是另一常用於製備集成電路阻擋層 薄膜的材料，其結構與實施例2相同。在製作時，用銑床分別對耙材1與耙託3 進行加工，在Ti-W合金靶材的對接面，加工出3個倒梯形凸臺。同時對黃銅耙 託3對應銑出3個凹槽，高度H為2mm，傾斜角a為70°。
靶材1與靶託3的加工面用丙酮、硝酸溶液、純淨水等清洗乾淨，再用熱 風吹乾。將靶託3加熱到23(TC，在靶託3面塗上0. 5mm的Sn-Ag-Cu合金釺焊料2， 其液相線溫度約為22(TC。
將靶材1從靶託3—側沿著凹槽逐漸擠進靶託3內，再在軸向施加100MPa的 壓力，靶託3槽內的釺焊料2熔化流動時充填接合面的各部位，使得耙材l與耙 託3緊密連接在一起。本實施例同樣具有與實施例1相同的優點。
權利要求
1、一種金屬靶材與靶託的連接方法，其特徵是包括如下步驟(1)對靶材、靶託的結合部位分別加工出對應的凸臺和凹槽；(2)清洗乾淨靶材和靶託表面，並吹乾；(3)加熱靶託到高於釺焊料的液相線10～50℃；，(4)在靶託的凹面內均勻塗敷上釺焊料；(5)靶材從靶託一側沿著凹槽逐漸擠進靶託內，並在軸向施加壓力，使得靶材和靶託緊密配合；(6)在擠壓過程中，靶託槽內的釺焊料熔化流動時充填接合面的各部位，將殘存的空氣排除。
2、 根據權利要求l所述的金屬靶材與靶託的連接方法，其特徵還在於步 驟(1)耙材與靶託對應的形狀為梯形或燕尾形，其接觸側面與水平面的傾斜角(a)為650 800。
3、 根據權利要求l所述的金屬耙材與耙託的連接方法，其特徵還在於凸臺和凹槽的數量為3 6個，等距離分布在靶材和靶託上，凸臺和凹槽的高度(H) 為2 5mm。
4、 根據權利要求l所述的金屬耙材與耙託的連接方法，其特徵還在於步驟(4)中塗敷釺焊料的厚度為0.1mm 0.5mm。
5、 根據權利要求1所述的金屬耙材與耙託的連接方法，其特徵還在於步 驟(5)中所施加的軸向壓力為3MPa 100MPa。
6、 根據權利要求1所述的金屬靶材與靶託的連接方法，其特徵還在於靶 材主要包括Al、 Al-Si、 Al-Cu、 Al-Si-Cu靶材，所對應的靶託為Al合金和Cu靶託。
7、 根據權利要求1所述的金屬靶材與靶託的連接方法，其特徵還在於靶材還包括Ti、 Ti-W、 Ta、 Ta-Si靶材，對應的靶託為無氧銅、黃銅、Al合金和 Ti合金靶託。
8、 根據權利要求1所述的一種金屬靶材與靶託的連接方法，其特徵還在於: 所用釺焊料主要包括純銦、銦合金、錫銅、鋅錫、錫銀銅釺焊料。
全文摘要
本發明涉及一種金屬靶材與靶託的連接方法。它主要包括加工連接面、塗焊接釺焊料、擠壓、粘接等步驟組成。靶材與靶託之間通過對應的凸臺和凹槽配合，加熱靶託到高於釺焊料的液相線10～50℃，在靶材與靶託接合面的塗敷釺焊料，在軸向施加壓力，使得靶材和靶託緊密配合，同時在擠壓過程中，靶託槽內的焊料熔化流動時充填接合面的各部位，將殘存的空氣排除。該方法能夠在大氣環境中實現靶材與靶託之間的穩固連接，靶材的組織性能及尺寸不受影響，避免了在真空、高溫或高壓等環境下的變形問題。
文檔編號C23C14/34GK101177778SQ200610114350
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月7日 優先權日2006年11月7日
發明者何金江, 孫秀霞, 贊 廖, 楊亞卓, 楊永剛, 軒 江, 彬 王, 王欣平, 郭力山 申請人:北京有色金屬研究總院;有研億金新材料股份有限公司