一种集成电路用溅射靶材高绑定率制作方法与流程

本发明涉及靶材组件技术领域，尤其涉及一种集成电路用溅射靶材高绑定率制作方法。

背景技术：

目前现有钎料难润湿材质的靶材组件进行焊接时，需要先对靶材组件进行镀膜处理，镀膜处理通常采用化学镀膜处理、物理镀膜或喷涂处理等方法，整体靶材组件制作工艺较复杂。因此对于一种集成电路用溅射靶材高绑定率制作方法，钎料难润湿材质的靶材组件需要先进行镀膜处理是我们要解决的问题。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种集成电路用溅射靶材高绑定率制作方法，整体工艺简单，省去了镀膜处理，使得靶材组件可以直接进行焊接。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种集成电路用溅射靶材高绑定率制作方法，包括以下步骤：s1、给定背板和钎料难润湿材质的靶材；s2、对背板和靶材均采取粗化处理，粗化处理包括以下步骤：a、硬质颗粒以高压气体为载体喷出后对背板的待焊接面和靶材的待焊接面均撞击处理，b、硬质颗粒喷出时与背板的待焊接面和靶材的待焊接面的喷砂距离均为50-80mm，c、硬质颗粒喷出时与背板的待焊接面和靶材的待焊接面的撞击角度均为0-80°，d、高压气体压力为0.5-0.6mpa，e、撞击处理后，背板的待焊接面和靶材的待焊接面的粗糙度均为2-10μm；s3、对背板和靶材均采取预处理；s4、对背板和靶材均采取焊接处理，将背板和靶材焊接为一体形成靶材组件,焊接处理包括以下步骤：s41、将背板和靶材放置在加热台面上，并均随加热台面热至180-220℃，其中，纯金属及合金靶材的升温速率控制于≤8℃/min，二氧化硅等脆性靶材升温速率控制于≤3℃/min；s42、在背板的待焊接面或靶材的待焊接面设置焊接池；s43、将预先熔化好的钎料铺展于靶材的待焊接面和背板待焊接面上的焊接池，或将预先熔化好的钎料铺展于靶材待焊接面上的焊接池和背板的待焊接面；s44、使用治具去除钎料的氧化层；s45、使用超声波焊机对钎料采取润湿处理；s46、使用反转机构将背板的待焊接面与靶材的待焊接面进行贴合处理，贴合处理包括以下步骤：g、背板的待焊接面与靶材的待焊接面的初始贴合角度为60-80°，h、调节背板与靶材的相对位置后，对背板与靶材施加压力并保持；s5、对焊接为一体的背板和靶材采取冷却处理；s6、对焊接为一体的背板和靶材均采取缺陷检查处理；s7、对焊接为一体的背板和靶材均采取后续处理。

本发明一种集成电路用溅射靶材高绑定率制作方法的有益效果是，对背板和钎料难润湿材质的靶材进行钎料焊接时，先对背板和钎料难润湿材质的靶材均进行粗化处理。硬质颗粒以高压气体为载体喷出后对背板的待焊接面和靶材的待焊接面均撞击处理，硬质颗粒喷出时与背板的待焊接面和靶材的待焊接面的喷砂距离均为50-80mm，硬质颗粒喷出时与背板的待焊接面和靶材的待焊接面的撞击角度均为0-80°，高压气体为0.5-0.6mpa；e、撞击处理后，靶材的待焊接面和背板的待焊接面的粗糙度均为2-10μm。采取粗化处理后，对背板和靶材均采取预处理，进行清洗；之后对背板和靶材均采取焊接处理，将背板和靶材焊接为一体形成靶材组件，钎料焊接时，背板和靶材放置在加热台面上，并均随加热台面热至180-220℃，其中，纯金属及合金靶材的升温速率控制于≤8℃/min，二氧化硅等脆性靶材升温速率控制于≤3℃/min；钛/钼铌/钨钛合金等导热性能较差的材质加热过程中需均匀施加压力避免受热不均导致边缘翘曲等情况发生。背板可以制作熔池，也可以为靶材制作熔池，不需要背板与靶材同时制备熔池。在s42中，在靶材的待焊接面或背板的待焊接面制备焊接池。在s43中，将预先熔化好的钎料铺展于靶材的待焊接面和背板待焊接面上的焊接池，或将预先熔化好的钎料铺展于靶材待焊接面上的焊接池和背板的待焊接面。在s44中，将展于靶材的待焊接面和背板待焊接面上的焊接池的钎料进行去除氧化层，或将展于靶材待焊接面上的焊接池和背板的待焊接面的钎料进行去除氧化层，进一步提高接合率。在s45中，超声波震荡发生器的频率依据不同材质可进行调节，且超声波润湿移动速度：10-20cm/s。在s46中，接合温度：180-210℃，背板的待焊接面与靶材的待焊接面的初始贴合角度为60-80°，并将靶材缓慢放置，排除靶材的待焊接面或背板的待焊接面上的焊接池内多余钎料实现靶材与背板的待焊接面接合；调节靶材与背板的相对位置后，对靶材施加压力处理并保持，压力施加：5.0x10³-1.0x10⁵pa。焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）依次进行冷却处理、缺陷检查处理、后续处理，进一步提高焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）的成品率。

采取粗化处理，替代传统镀膜处理，背板和靶材与钎料直接实现焊接冶金结合，提高了接合率。采取粗化处理后，背板和靶材的接合率均高于镀膜处理所获得的接合率，背板和靶材的最大单一缺陷面积均低于镀膜处理所获得的最大单一缺陷面积。采取粗化处理后，靶材的待焊接面和背板的待焊接面的表面粗糙度会有所改变，粗糙度的改变会提高钎料在靶材的待焊接面或者背板的待焊接面的润湿性，进而提高靶材绑定的接合率。整体工艺简单，省去了镀膜处理，缩短生产周期，不需要引入额外的镀膜工序及设备，降低生产成本，同时还避免化学镀膜的污染等问题。

作为本发明的进一步改进是，在步骤s1中，背板可为铝合金或钛或钼或钼合金或无氧铜材质，靶材可为钛或钼或钽或铌或铬或锆或铪或硅或碳或二氧化硅或钨钛合金或钼铌合金材质。背板可为铝合金或钛或钼或钼合金或无氧铜材质，但不局限于上述所列材质；靶材可为钛或钼或钽或铌或铬或锆或铪或硅或碳或二氧化硅或钨钛合金或钼铌合金材质，但不局限于上述所列材质。铝合金或钛或钼或钼合金材质的背板属于钎料难润湿材质，无氧铜材质的背板属于钎料易润湿材质，但即使是无氧铜材质的背板，通常也需要镀膜处理。

作为本发明的进一步改进是，在步骤s3中，预处理包括以下步骤：s31、使用高压气枪或酒精对背板的待焊接面和靶材的待焊接面均清洗；s32、将第一耐高温胶带设置在背板的非焊接面和靶材的非焊接面。使用高压气枪及酒精等对靶材的待焊接面和背板的待焊接面进行物理清洗处理，去除表面灰尘异物。采用第一耐高温胶带对背板的非焊接面和靶材的非焊接面上的螺纹孔位等部位进行保护处理。

作为本发明的进一步改进是，在步骤s42中，将第二耐高温胶带设置在背板待焊接面的四周或设置在靶材待焊接面的四周，形成焊接池；在步骤s46中，将金属线放置在背板的待焊接面和靶材待焊接面上的焊接池之间，或将金属线放置在背板待焊接面上的焊接池和靶材的待焊接面之间，金属线尺寸为φ0.2-φ0.8mm。将第二耐高温胶带设置在靶材待焊接面的四周或设置在背板待焊接面的四周，形成焊接池，使用时，将钎料放在焊接池内，并保持焊钎料温度170-210℃。贴合前需要在靶材的待焊接面与背板的待焊接面之间放置特定尺寸的金属线以限制钎料的厚度。背板的待焊接面上设置焊接池，金属线放在靶材的待焊接面；靶材的待焊接面上设置焊接池，金属线放在背板的待焊接面。金属线可以为铜材质，金属线尺寸可为φ0.2-φ0.8mm，根据背板和靶材材质选择铜线规格，根据背板和靶材尺寸确定铜线放置数量。

作为本发明的进一步改进是，钎料为铟或锡系合金材质。钎料为铟材质，纯铟钎料温度可保持在170-190℃；钎料为锡系合金材质，锡系合金钎料温度保持190-210℃。

作为本发明的进一步改进是，在步骤s5中，冷却处理包括以下步骤：s51、对焊接为一体的背板和靶材继续施加压力并伴随加热台面自然冷却；s52、焊接为一体的背板和靶材放置在加热台面上，并均随加热台面冷却至90-120℃。冷却处理提高了焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）完成接合的速度。

作为本发明的进一步改进是，在步骤s6中，缺陷检查处理包括以下步骤：s61、采用超声波探伤对焊接为一体的背板和靶材的焊接效果进行检查。检测焊接为一体的背板和靶材连接效果。

作为本发明的进一步改进是，在步骤s7中，后续处理包括以下步骤：s71、对焊接为一体的背板和靶材的表面均采取研磨处理；s72、使用有机溶剂对焊接为一体的背板和靶材进行清洗。焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）均进行表面研磨，将氧化层去除干净。用有机溶剂将焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）表面的灰尘、异物、残胶等清洗干净。进一步提高焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）的成品率。

作为本发明的进一步改进是，在步骤s2中，高压气体为压缩空气，高压气体可为氮气或氩气。

具体实施方式

对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本实施例一种集成电路用溅射靶材高绑定率制作方法，包括以下步骤：s1、给定背板和钎料难润湿材质的靶材；s2、对背板和靶材均采取粗化处理，粗化处理包括以下步骤：a、硬质颗粒以高压气体为载体喷出后对背板的待焊接面和靶材的待焊接面均撞击处理，b、硬质颗粒喷出时与背板的待焊接面和靶材的待焊接面的喷砂距离均为50-80mm，c、硬质颗粒喷出时与背板的待焊接面和靶材的待焊接面的撞击角度均为0-80，d、高压气体压力为0.5-0.6mpa，e、撞击处理后，背板的待焊接面和靶材的待焊接面的粗糙度均为2-10μm；s3、对背板和靶材均采取预处理；s4、对背板和靶材均采取焊接处理，将背板和靶材焊接为一体形成靶材组件,焊接处理包括以下步骤：s41、将背板和靶材放置在加热台面上，并均随加热台面热至180-220℃，其中，纯金属及合金靶材的升温速率控制于≤8℃/min，二氧化硅等脆性靶材升温速率控制于≤3℃/min；s42、在背板的待焊接面或靶材的待焊接面设置焊接池；s43、将预先熔化好的钎料铺展于靶材的待焊接面和背板待焊接面上的焊接池，或将预先熔化好的钎料铺展于靶材待焊接面上的焊接池和背板的待焊接面；s44、使用治具去除钎料的氧化层；s45、使用超声波焊机对钎料采取润湿处理；s46、使用反转机构将背板的待焊接面与靶材的待焊接面进行贴合处理，贴合处理包括以下步骤：g、背板的待焊接面与靶材的待焊接面的初始贴合角度为60-80°，h、调节背板与靶材的相对位置后，对背板与靶材施加压力并保持；s5、对焊接为一体的背板和靶材采取冷却处理；s6、对焊接为一体的背板和靶材均采取缺陷检查处理；s7、对焊接为一体的背板和靶材均采取后续处理。对背板和钎料难润湿材质的靶材进行钎料焊接时，先对背板和钎料难润湿材质的靶材均进行粗化处理。硬质颗粒以高压气体为载体喷出后对背板的待焊接面和靶材的待焊接面均撞击处理，硬质颗粒喷出时与背板的待焊接面和靶材的待焊接面的喷砂距离均为50-80mm，硬质颗粒喷出时与背板的待焊接面和靶材的待焊接面的撞击角度均为0-80°，高压气体为0.5-0.6mpa；e、撞击处理后，靶材的待焊接面和背板的待焊接面的粗糙度均为2-10μm。采取粗化处理后，对背板和靶材均采取预处理，进行清洗；之后对背板和靶材均采取焊接处理，将背板和靶材焊接为一体形成靶材组件，钎料焊接时，背板和靶材放置在加热台面上，并均随加热台面热至180-220℃，其中，纯金属及合金靶材的升温速率控制于≤8℃/min，二氧化硅等脆性靶材升温速率控制于≤3℃/min；钛/钼铌/钨钛合金等导热性能较差的材质加热过程中需均匀施加压力避免受热不均导致边缘翘曲等情况发生。背板可以制作熔池，也可以为靶材制作熔池，不需要背板与靶材同时制备熔池。在s42中，在靶材的待焊接面或背板的待焊接面制备焊接池。在s43中，将预先熔化好的钎料铺展于靶材的待焊接面和背板待焊接面上的焊接池，或将预先熔化好的钎料铺展于靶材待焊接面上的焊接池和背板的待焊接面。在s44中，将展于靶材的待焊接面和背板待焊接面上的焊接池的钎料进行去除氧化层，或将展于靶材待焊接面上的焊接池和背板的待焊接面的钎料进行去除氧化层，进一步提高接合率。在s45中，超声波震荡发生器的频率依据不同材质可进行调节，且超声波润湿移动速度：10-20cm/s。在s46中，接合温度：180-210℃，背板的待焊接面与靶材的待焊接面的初始贴合角度为60-80°，并将靶材缓慢放置，排除靶材的待焊接面或背板的待焊接面上的焊接池内多余钎料实现靶材与背板的待焊接面接合；调节靶材与背板的相对位置后，对靶材施加压力处理并保持，压力施加：5.0x10³-1.0x10⁵pa。焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）依次进行冷却处理、缺陷检查处理、后续处理，进一步提高焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）的成品率。

采取粗化处理，替代传统镀膜处理，背板和钎料难润湿材质的靶材与钎料直接实现焊接冶金结合，提高了接合率。采取粗化处理后，背板和靶材的接合率均高于镀膜处理所获得的接合率，背板和靶材的最大单一缺陷面积均低于镀膜处理所获得的最大单一缺陷面积。采取粗化处理后，靶材的待焊接面和背板的待焊接面的表面粗糙度会有所改变，粗糙度的改变会提高钎料在靶材的待焊接面或者背板的待焊接面的润湿性，进而提高靶材绑定的接合率。整体工艺简单，省去了镀膜处理，缩短生产周期，不需要引入额外的镀膜工序及设备，降低生产成本，同时还避免化学镀膜的污染等问题。

本实施例在步骤s1中，背板可为铝合金或钛或钼或钼合金或无氧铜材质，靶材可为钛或钼或钽或铌或铬或锆或铪或硅或碳或二氧化硅或钨钛合金或钼铌合金材质。背板可为铝合金或钛或钼或钼合金或无氧铜材质，但不局限于上述所列材质；靶材可为钛或钼或钽或铌或铬或锆或铪或硅或碳或二氧化硅或钨钛合金或钼铌合金材质，但不局限于上述所列材质。铝合金或钛或钼或钼合金材质的背板属于钎料难润湿材质，无氧铜材质的背板属于钎料易润湿材质，但即使是无氧铜材质的背板，通常也需要镀膜处理。

本实施例在步骤s3中，预处理包括以下步骤：s31、使用高压气枪或酒精对背板的待焊接面和靶材的待焊接面均清洗；s32、将第一耐高温胶带设置在背板的非焊接面和靶材的非焊接面。使用高压气枪及酒精等对靶材的待焊接面和背板的待焊接面进行物理清洗处理，去除表面灰尘异物。采用第一耐高温胶带对背板的非焊接面和靶材的非焊接面上的螺纹孔位等部位进行保护处理。

本实施例在步骤s42中，将第二耐高温胶带设置在背板待焊接面的四周或设置在靶材待焊接面的四周，形成焊接池；在步骤s46中，将金属线放置在背板的待焊接面和靶材待焊接面上的焊接池之间，或将金属线放置在背板待焊接面上的焊接池和靶材的待焊接面之间，金属线尺寸为φ0.2-φ0.8mm。将第二耐高温胶带设置在靶材待焊接面的四周或设置在背板待焊接面的四周，形成焊接池，使用时，将钎料放在焊接池内，并保持焊钎料温度170-210℃。贴合前需要在靶材的待焊接面与背板的待焊接面之间放置特定尺寸的金属线以限制钎料的厚度。背板的待焊接面上设置焊接池，金属线放在靶材的待焊接面；靶材的待焊接面上设置焊接池，金属线放在背板的待焊接面。金属线可以为铜材质，金属线尺寸可为φ0.2-φ0.8mm，根据背板和靶材材质选择铜线规格，根据背板和靶材尺寸确定铜线放置数量。

本实施例钎料为铟或锡系合金材质。钎料为铟材质，纯铟钎料温度可保持在170-190℃；钎料为锡系合金材质，锡系合金钎料温度保持190-210℃。

本实施例在步骤s5中，冷却处理包括以下步骤：s51、对焊接为一体的背板和靶材继续施加压力并伴随加热台面自然冷却；s52、焊接为一体的背板和靶材放置在加热台面上，并均随加热台面冷却至90-120℃。冷却处理提高了焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）完成接合的速度。

本实施例在步骤s6中，缺陷检查处理包括以下步骤：s61、采用超声波探伤对焊接为一体的背板和靶材的焊接效果进行检查。检测焊接为一体的背板和靶材连接效果。

本实施例在步骤s7中，后续处理包括以下步骤：s71、对焊接为一体的背板和靶材的表面均采取研磨处理；s72、使用有机溶剂对焊接为一体的背板和靶材进行清洗。焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）均进行表面研磨，将氧化层去除干净。用有机溶剂将焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）表面的灰尘、异物、残胶等清洗干净。进一步提高焊接为一体的背板和靶材（靶材组件）的成品率。

本实施例步骤s2中，高压气体为压缩空气，高压气体可为氮气或氩气。

表一

根据表一可知，背板为无氧铜材质，靶材为钛或钼或铬或钽或钼铌合金或或二氧化硅或碳材质，钎料为铟材质时，粗化处理的喷砂距离、撞击角度、高压气体压力和粗糙度均在参数范围之内。实施例1的接合率为99.7%，最大单一缺陷面积为18.2cm²。实施例2的接合率为99.8%，最大单一缺陷面积为4.1cm²。实施例3的接合率为99.6%，最大单一缺陷面积为12cm²。实施例4%的接合率为99.9，最大单一缺陷面积为0.1cm²。实施例5的接合率为99.9%，最大单一缺陷面积为0.3cm²。实施例6的接合率为99.8%，最大单一缺陷面积为0.1cm²。实施例7的接合率为99.86%，最大单一缺陷面积为1.3cm²。

背板为钼材质，靶材为硅材质，钎料为铟材质时，粗化处理的喷砂距离、撞击角度、高压气体压力和粗糙度均在参数范围之内。实施例8的接合率为98.6%，最大单一缺陷面积为2.9cm²。

背板为无氧铜材质，靶材为钨钛合金材质，钎料为锡合金材质时，粗化处理的喷砂距离、撞击角度、高压气体压力和粗糙度均在参数范围之内。实施例9的接合率为99.9%，最大单一缺陷面积为0.2cm²。

背板为铝合金材质，靶材为钽材质，钎料为锡合金材质时，粗化处理的喷砂距离、撞击角度、高压气体压力和粗糙度均在参数范围之内。实施例10的接合率为98.1%，最大单一缺陷面积为3cm²。

表二

根据表二可知，对比例1背板为无氧铜材质，靶材为钛材质，钎料为铟材质时，粗化处理的喷砂距离、撞击角度均在参数范围之内。高压气体压力0.9mpa大于给定参数（高压气体压力为0.5-0.6mpa），粗糙度10.0-10.2μm大于给定参数（粗糙度为2-10μm），接合率为93.2%，最大单一缺陷面积为10.5cm²。

对比例2背板为无氧铜材质，靶材为钛材质，钎料为铟材质时，粗化处理的喷砂距离、撞击角度均在参数范围之内。高压气体压力0.2mpa小于给定参数（高压气体压力为0.5-0.6mpa），粗糙度1.6-2.0μm小于给定参数（粗糙度为2-10μm），接合率为94.3%，最大单一缺陷面积为10.8cm²。

对比例3背板为无氧铜材质，靶材为钼材质，钎料为锡合金材质时，粗化处理的高压气体压力、撞击角度、粗糙度均在参数范围之内。喷砂距离20mm小于给定参数（喷砂距离为50-80mm），接合率为90.8%，最大单一缺陷面积为9.8cm²。

对比例4背板为无氧铜材质，靶材为钼材质，钎料为铟材质时，粗化处理的撞击角度在参数范围之内。高压气体压力0.4mpa小于给定参数（高压气体压力为0.5-0.6mpa），喷砂距离90mm大于给定参数（喷砂距离为50-80mm），粗糙度1.6-2.0μm小于给定参数（粗糙度为2-10μm），接合率为90.8%，最大单一缺陷面积为9.8cm²。

根据表一和表二可知，采取粗化处理，替代传统镀膜处理，背板和靶材与钎料直接实现焊接冶金结合，提高了接合率、降低了最大单一缺陷面积。

表三

根据表一和表三可知，实施例1背板为无氧铜材质，靶材为钼材质，钎料为铟材质时，粗化处理的喷砂距离、撞击角度、高压气体压力和粗糙度均在参数范围之内。经过粗化处理的靶材接合强度大于化学镀铜膜处理的靶材接合强度。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

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