一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件技术

本发明专利技术涉及一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈；(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。所述焊接方法通过加入垫圈有效地改进了钛靶材和背板的装配结构，提高了钛靶材和背板的焊接结合度，经超声波C扫描成像探伤仪检测，钛靶材和背板的焊接结合度在99％以上。

A diffusion welding method of titanium target and back plate and a titanium target component

【技术实现步骤摘要】
一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件
本专利技术涉及半导体
，涉及一种靶材组件的焊接方法，尤其涉及一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件。
技术介绍
溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材。由于溅射靶材的强度不一，在实际应用过程中，需要将符合性能要求的溅射靶材和具有一定强度的背板结合制成靶材组件，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效地进行溅射控制。背板可以为溅射靶材提供支撑作用，并具有传导热量的功效，因此需要将溅射靶材和背板进行加工并焊接成型。由于靶材组件在溅射过程中的工作环境比较恶劣，往往存在高温、高压力差、高压电场、高压磁场等，如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接结合度较低，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会导致溅射基台损坏。目前，采用高纯钛作为溅射材料的钛靶材属于一种常用靶材，一般采用耐高温、高强度的扩散焊接将钛靶材和背板进行焊接。为了避免钛靶材在较高的扩散焊接温度下出现晶粒异常长大的情况，避免达不到晶圆线宽的要求，扩散焊接过程中的焊接温度一般较低。然而，在较低的焊接温度下得到的钛靶材组件中，钛靶材和背板的焊接结合度较低，变形量大，严重时甚至无法实现焊接，不能满足长期稳定生产和靶材组件的使用需求。热等静压(HotIsostaticPress，简称HIP)是一种利用热等静压机在高温高压密封容器中，以高压惰性气体为介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料或异种金属施加各向均等静压力来制备高致密度坯料或零件的方法。热等静压技术已成为高温粉末冶金、消除铸件缺陷、异种金属扩散连接、新型工程陶瓷、复合材料、耐火材料、高强石墨碳素等先进成型技术和先进材料研制领域的关键技术。HIP扩散焊接技术是一种将扩散焊接和HIP相结合的技术。为了提高钛靶材和背板的焊接结合度，现有技术公开了如下研究内容。例如CN101648307A公开了一种靶材组件的制作方法，包括：提供钛靶材坯料、背板和钎料，所述背板四周形成有侧壁；对钛靶材坯料进行预热，将钎料均匀分布在钛靶材坯料的结合面与坯料外周，使得钎料在钛靶材坯料的结合面和外周充分浸润，去除钛靶材坯料结合面和外周上的钎料；对背板的结合面进行打磨处理，对背板进行预热，将钎料均匀分布在背板的结合面和侧壁内侧，超声波处理添加钎料的背板；对钛靶材坯料和背板进行钎焊，将钛靶材坯料焊接至背板形成靶材组件；冷却靶材组件。所述钛靶材组件的制作方法采用钎料焊接方法，虽然可以提高焊接速度，缩短产品的加工周期，但是不仅存在钎料熔化导致的产品脱焊，还无法有效提高钛靶材和背板的焊接结合度。CN101537533A公开了一种靶材与背板的焊接方法，包括：提供钛靶材和铝背板；在铝背板上形成凹槽；将钛靶材安装至凹槽内；采用热等静压方法将钛靶材与铝背板进行焊接。所述焊接方法虽然避免了钎料焊接导致的产品脱焊风险，但是焊接面仅是简单的粗糙度加工，仍无法有效提高钛靶材和背板的焊接结合度。CN107745177A公开了一种钛靶热等静压焊接方法，包括如下步骤：将钛靶的钛焊接面进行粗加工；将铝背板的铝焊接面进行粗加工，在铝焊接面上设置铝槽；将粗加工后的所述钛靶和开设铝槽后的所述铝背板放入IPA液中进行超声清洗，并进行真空干燥；将所述钛靶放入所述铝槽内，并放入包套中进行抽真空处理；将所述包套放入热等静压炉中进行热等静压焊接。所述焊接方法虽然采用了热等静压来进行扩散焊接，但是焊接面仅是简单的粗糙度加工，仍无法有效提高钛靶材和背板的焊接结合度。CN101648316A公开了一种靶材与背板的焊接方法，包括：提供钛靶材和铝背板；对钛靶材和铝背板进行加工，在钛靶材焊接面加工成螺纹状；采用热压方法将钛靶材与铝背板进行焊接形成靶材组件；对靶材组件进行热扩散处理，然后空冷冷却。所述焊接方法虽然对钛靶材焊接面进行了加工螺纹处理，但是却包括热压处理和热扩散处理两个步骤，降低了焊接速度，延长了产品的生产周期。综上所述，目前亟需开发一种行之有效的钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈；(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。所述焊接方法通过加入垫圈有效地改进了钛靶材和背板的装配结构，提高了钛靶材和背板的焊接结合度，避免了晶粒异常长大的情况，达到了晶圆线宽的要求；经超声波C扫描成像探伤仪检测，钛靶材和背板的焊接结合度在99％以上。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种钛靶材和背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈，其中所述钛靶材的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈的面积和背板顶部环面的面积相等；(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。本专利技术所述扩散焊接方法通过加入垫圈改进了钛靶材和背板的装配结构，将钛靶材整个包裹起来，从而使得钛靶材受压均衡，提高了钛靶材和背板的焊接结合度，避免了晶粒异常长大的情况，达到了晶圆线宽的要求；此外，装配结构中的垫圈可以循环使用，降低了生产成本。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述背板包括CuZn合金背板、CuCr合金背板或CuCrZr合金背板中的任意一种，本领域技术人员可以根据工艺需要进行合理地选择。优选地，步骤(1)所述垫圈为不锈钢垫圈。作为本专利技术优选的技术方案，对步骤(1)所述钛靶材进行焊接面加工。优选地，对所述钛靶材焊接面进行车削螺纹处理。优选地，所述车削螺纹处理采用金刚石刀片进行。优选地，所述螺纹的凸起称为螺牙。优选地，所述螺纹中相邻螺牙之间的距离为0.3-0.6mm，例如0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm或0.6mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述螺纹中螺牙的高度为0.05-0.25mm，例如0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm或0.25mm等，但并不仅限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛靶材和背板的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括如下步骤：/n(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈，其中所述钛靶材的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈的面积和背板顶部环面的面积相等；/n(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；/n(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；/n(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛靶材和背板的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括如下步骤：
(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈，其中所述钛靶材的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈的面积和背板顶部环面的面积相等；
(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；
(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；
(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。


2.根据权利要求1所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(1)所述背板包括CuZn合金背板、CuCr合金背板或CuCrZr合金背板中的任意一种；
优选地，步骤(1)所述垫圈为不锈钢垫圈。


3.根据权利要求1或2所述的扩散焊接方法，其特征在于，对步骤(1)所述钛靶材进行焊接面加工；
优选地，对所述钛靶材焊接面进行车削螺纹处理；
优选地，所述车削螺纹处理采用金刚石刀片进行；
优选地，所述螺纹的凸起称为螺牙；
优选地，所述螺纹中相邻螺牙之间的距离为0.3-0.6mm；
优选地，所述螺纹中螺牙的高度为0.05-0.25mm；
优选地，在垂直于螺纹延伸方向的截面内，所述螺牙的尺寸沿背向所述背板的方向逐渐减小；
优选地，对所述螺纹进行区域螺纹深度检测。


4.根据权利要求1至3任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，对步骤(1)所述背板凹槽进行装配尺寸公差检测；
优选地，步骤(1)所述背板凹槽的底面边缘处设有装配槽清角；
优选地，所述装配槽清角的宽度为1-2mm；
优选地，所述装配槽清角的槽深为0.05-0.1mm。


5.根据权利要求1至4任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，在步骤(2)所述装配处理之前，需要对步骤(1)所述钛靶材和背板进行清洗和干燥处理；
优选地，所述清洗处理包括超声波清洗和高压水枪冲洗；
优选地，所述超声波清洗的时间为5-20min；
优选地，所述超声波清洗的温度为50-100℃；
优选地，所述干燥处理指的是真空干燥处理；
优选地，所述真空干燥处理的真空度＜0.01Pa；
优选地，所述真空干燥处理的干燥时间为30-60min...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，潘杰，边逸军，王学泽，章丽娜，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33