钴靶材组件的焊接方法技术

本发明专利技术提供一种钴靶材组件的焊接方法，包括：提供钴靶材坯料、铜背板并在两者之间增设一中间层；将钴靶材坯料、中间层、铜背板置于真空包套内，使中间层位于钴靶材坯料与铜背板之间，将真空包套置于焊接设备内；利用热等静压工艺将待焊接材料焊接在一起以形成钴靶材组件；焊接完成后，进行冷却，去除真空包套以获得钴靶材组件。通过在钴靶材坯料与铜背板之间增设中间层并利用热等静压工艺将钴靶材坯料与铜背板焊接在一起，既能实现大面积焊接，而且由于整个焊接过程是在真空环境下进行可以防止焊接材料的表面被氧化，另外形成的钴靶材组件中钴靶材坯料与铜背板之间具有较高的结合率、结合强度，钴靶材坯料与铜背板焊接在一起后变形小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体溅射靶材制造领域，尤其涉及一种。
技术介绍
在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材及能与所述靶材结合并具有一定强度的背板构成。背板可以在所述靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。例如，可以选用金属钴(Co)作为靶材，选用具有足够强度，且导热、导电性也较高的铜或铜合金材料作为背板以组成靶材组件。在溅射过程中，靶材组件所处的工作环境比较恶劣。例如，靶材组件所处的环境温度较高，例如300°C至600°C ；另外，靶材组件的一侧冲以冷却水强冷，而另一侧则处于 IO-9Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的相对二侧形成有巨大的压力差；再有，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果靶材组件中靶材与背板之间的结合强度较差，将导致靶材组件在受热条件下变形、开裂、并与结合的背板相脱落，使得溅射无法达到溅射均勻的效果，同时还可能会对溅射基台造成损伤。因此，选择一种有效的焊接方式使得靶材与背板实现可靠结合并实现长期稳定生产就显得十分必要。当靶材与背板的熔点等物理性能相接近时，可以采用常规的焊接工艺例如熔焊、 钎焊将靶材与背板焊接在一起以形成靶材组件；当靶材与背板的熔点等物理性能相差很大时，可以采用扩散焊接将靶材与背板焊接在一起以形成靶材组件。所谓的扩散焊接是指将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使两焊件接触面之间的原子相互扩散形成连接的焊接方法。相对于常规的焊接方式，扩散焊接具有结合紧密度高、受热抗变形能力强等优点。对于钴靶材与铜背板构成的靶材组件而言，由于钴的熔点为1495°C，铜的熔点 1084°C，两种材料的熔点相差较大同时现有的熔焊设备不能实现大面积对焊，因此不适于利用熔焊将钴靶材与铜背板焊接在一起；钎焊工艺中采用的锡钎料或铟钎料熔点较低(小于250°C )，以致当利用钎焊将钴靶材与铜背板焊接在一起时，不仅两者之间的结合强度较低(小于70Mpa)，而且高温环境会使钎料熔化，造成溅射工艺无法进行；由于钴是性质比较稳定的金属，铜是较易被氧化的金属，当空气中的温度超过200°C时钴靶材与铜背板之间的焊接面处会被氧化，以致钴靶材与铜背板焊接面处的原子不能进行扩散致使靶材组件的焊接紧密度较差，因此，也不适于利用扩散焊接将钴靶材与背板焊接在一起。鉴于此，需研究一种新的焊接方法以使钴靶材与铜背板能进行有效结合。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种钴靶材坯料与铜背板的焊接方法，通过此方法形成的钴靶材组件使用温度高，而且钴靶材坯料与铜背板之间具有较高的结合率、结合强度。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括以下方法步骤提供钴靶材坯料、铜背板、中间层；将所述钴靶材坯料、中间层、铜背板置于真空包套内并使所述中间层位于所述钴靶材坯料与铜背板之间，将所述真空包套置于焊接设备内；利用热等静压工艺将所述钴靶材坯料、中间层、铜背板焊接在一起以形成钴靶材组件；焊接完成后，对所述真空包套进行冷却后，去除所述真空包套以获得所述钴靶材组件。可选的，将所述钴靶材坯料、中间层、铜背板置于真空包套之前还包括以下步骤对所述钴靶材坯料、铜背板进行机械加工以提高所述钴靶材坯料、铜背板与中间层的结合能力；再对所述钴靶材坯料、铜背板进行表面清洗处理。可选的，所述利用热等静压工艺将钴靶材坯料、中间层、铜背板焊接在一起的步骤包括使内部设置有所述钴靶材坯料、中间层、铜背板的真空包套的外部环境温度为 350°C 700°C、外部环境压强为50Mpa 160Mpa ；对位于所述环境温度、环境压强下的所述真空包套进行保温3 5小时以将所述钴靶材坯料、中间层、铜背板焊接在一起。可选的，将所述钴靶材坯料、中间层、铜背板置于真空包套内再将所述真空包套送入焊接设备的步骤中，所述真空包套是由厚度为Imm 2mm的低碳钢或不锈钢焊接形成， 将所述钴靶材坯料、中间层、铜背板置于真空包套内后，将所述真空包套抽真空至10_3乇 10_5乇，再将所述真空包套密封。可选的，所述中间层的厚度为0. 2mm 3mm。可选的，所述中间层的材料为钛。为解决上述问题，本专利技术还提供另一种，包括以下步骤提供铜背板、钴靶材坯料；在所述钴靶材坯料的预结合表面上形成中间层以使所述中间层与所述钴靶材坯料形成一个整体；将所述形成有中间层的钴靶材坯料、铜背板置于真空包套内并使所述中间层位于所述钴靶材坯料与铜背板之间，将所述真空包套置于焊接设备内；利用热等静压工艺将所述形成有中间层的钴靶材坯料、铜背板焊接在一起以形成钴靶材组件；焊接完成后，对所述真空包套进行冷却，去除所述真空包套以获得所述钴靶材组件。可选的，在所述钴靶材坯料的预结合表面上形成中间层之前对所述钴靶材坯料进行表面清洗处理。可选的，所述中间层是利用物理气相沉积工艺形成的。可选的，所述利用热等静压工艺将形成有中间层的钴靶材坯料、铜背板焊接在一起的步骤包括使内部设置有所述钴靶材坯料、铜背板的真空包套的外部环境温度为350°C 700°C、外部环境压强为50Mpa 160Mpa ；对位于所述环境温度、环境压强下的所述真空包套进行保温3 5小时以将所述形成有中间层的钴靶材坯料、铜背板焊接在一起。可选的，将所述形成有中间层的钴靶材坯料、铜背板置于真空包套内再将所述真空包套送入焊接设备的步骤中，所述真空包套是由厚度为Imm 2mm的低碳钢或不锈钢焊接形成，将所述钴靶材坯料、铜背板置于真空包套内后，将所述真空包套抽真空至10_3乇 10_5乇，再将所述真空包套密封。与现有技术相比，本专利技术的优点在于通过在钴靶材坯料与铜背板之间增设中间层并利用热等静压工艺将钴靶材坯料与铜背板焊接在一起，既能实现大面积焊接，而且由于整个焊接过程是在真空环境下进行可以防止焊接材料的表面被氧化；另外，形成的钴靶材组件中钴靶材坯料与铜背板之间具有较高的结合率、结合强度，钴靶材坯料与铜背板焊接在一起后变形小；形成的钴靶材组件使用温度可以达到600°C以上，在这样的高温条件下靶材组件不会发生脱落的现象。附图说明图1是本专利技术实施例一中流程图。图2是本专利技术实施例一中钴靶材组件组成部分的结构示意图。图3是本专利技术实施例一中当钴靶材坯料及铜背板的预焊接面形成有螺纹时其表面形貌放大图。图4是本专利技术实施例一中当钴靶材坯料、铜背板、中间层一起置于真空包套内进行热等静压工艺时的示意图。图5是本专利技术实施例二中流程图。图6是本专利技术实施例二中钴靶材组件组成部分的结构示意图。图7是本专利技术实施例二中当表面形成有中间层的钴靶材坯料、铜背板一起置于真空包套内进行热等静压工艺时的示意图。具体实施例方式如
技术介绍
中所述，现有的钴靶材坯料与铜背板的焊接方法存在诸多缺点如熔焊工艺不能实现大面积对焊，钎焊工艺中钴靶材坯料与铜背板之间的结合强度低，扩散焊接工艺中钴靶材坯料与铜背板的焊接面容易在空气中被氧化致使钴靶材坯料与铜背板焊接面处的原子不能进行扩散导致靶材组件的焊接紧密度较差等等。热等静压工艺具有许多优点，如焊接件结合面处的结合率高、结合强度高等。所谓热等静压(hot isostatic pressing, HIP)的原理是将待焊接材料置于真空密封的真空包套内，然后在高温条件下利用高压液体或高压气体对真空包套施加各向均等的压力，使真空包套在此本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种钴靶材组件的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：提供钴靶材坯料、铜背板、中间层；将所述钴靶材坯料、中间层、铜背板置于真空包套内并使所述中间层位于所述钴靶材坯料与铜背板之间，将所述真空包套置于焊接设备内；利用热等静压工艺将所述钴靶材坯料、中间层、铜背板焊接在一起以形成钴靶材组件；焊接完成后，对所述真空包套进行冷却后，去除所述真空包套以获得所述钴靶材组件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，潘杰，王学泽，周友平，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：97