發(fā)布人：管理員 發(fā)布時間：2022-12-12
本文涉及一種由濺射靶材和背板組成的濺射靶材組件，更具體地說，涉及一種濺射靶材組件及其制造方法，其特征是通過固相擴散鍵合將濺射靶材和背板粘合在一起，在它們之間放置或不放置一個或多個嵌件。
通過固相擴散焊接，濺射靶材在保持其結構和晶體特性（包括晶增益尺寸、晶體取向等）的同時，在擴散焊接前沒有可能造成的污染。
濺射靶材作為濺射源，通過濺射操作在襯底上形成電極、柵極、布線、元件、保護膜等各種半導體器件。它們通常采用圓盤形板的形式。當加速粒子撞擊靶材表面時，構成靶材的部分原子通過動量交換濺射到空間，沉積在相反位置的基板上。使用的典型濺射靶材包括Al和Al合金靶材，難熔金屬及其合金（W，Mo，Ti，Ta，Zr，Nb等及其合金如W-Ti）靶材，以及高熔點硅化物（MoSi
x，WSi
x等）靶材。目標通常以與背襯材料（稱為背板）整體粘合的組件形式使用，背襯材料提供支撐和冷卻功能。濺射靶材組件安裝在濺射系統(tǒng)中，背板的背面被冷卻以散發(fā)濺射操作過程中靶材中產(chǎn)生的熱量。目前使用的背板由具有良好導熱性的金屬和合金制成，例如無氧銅（OFC），銅合金，鋁合金，不銹鋼（SUS）以及Ti和Ti合金。
迄今為止，對于濺射靶材和背板的粘接構成濺射靶材組件，主要采用采用低熔點釬焊材料如In或Sn合金的釬焊方法。但是，使用低熔點釬焊材料的釬焊技術具有以下缺點：
因此，用于濺射的電功率被限制在低水平。此外，當系統(tǒng)加載的濺射功率大于規(guī)定功率或在冷卻水控制不足的情況下運行時，由于目標溫度升高或釬焊材料熔化時粘合強度降低，會導致靶材分離等問題。
使用高熔點釬焊材料代替低熔點釬焊材料需要更高的溫度進行釬焊，這有時會對目標質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
最近的一種趨勢是傾向于使用更大的電功率進行濺射，以提高通過濺射形成薄膜的吞吐量。有鑒于此，對即使在高溫下也能將粘合強度保持在預定水平以上的靶材的需求強烈。其涉及將作為濺射材料的第一金屬部件與作為支撐的第一金屬部件整體粘合到直接或通過具有比第一金屬部件更高的間隔物的插入作為支撐的第二金屬部件的過程。關于將它們整體焊接在一起的方法，主要解釋了爆炸性焊接。其他被稱為可雇用的是熱壓機、HIP 和熱軋方法。以熱壓法為例，它被描述為包括加工和加工的步驟，例如，以al-1%Si合金作為第一金屬構件（濺射材料）和無氧銅作為第二金屬構件（支撐），兩者都形成相對簡單的形狀，并通過在300-500°C熱壓60分鐘將兩個構件焊接在一起， 由此被稱為形成約2μm厚的擴散層，然后加工第一和第二金屬構件（濺射材料和支撐）從而粘合在一起以達到最終配置。還規(guī)定，或者，已經(jīng)加工成所需形狀的第一和第二金屬構件可以通過爆炸性焊接。
上述方法涉及在非常大的沖擊或重載荷下對第一和第二金屬構件進行高壓粘接，例如爆炸粘接、熱壓、HIP或熱軋技術。該過程導致第一個被濺射的金屬部件（靶材）發(fā)生嚴重變形，并隨之而來的是內(nèi)部應變的增加和晶體結構的變化。具體地，由于靶材的晶粒尺寸和晶取向的均勻性被破壞，導致靶材不同位置上的晶粒直徑和晶取向不同。結果，來自靶材的濺射量開始因點而異，這導致沉積膜厚度的變化，從而導致沉積膜性能的變化。這個問題最近有人指出，這是一個令人嚴重關切的問題。此外，所生產(chǎn)的靶材表層的污染很嚴重，因此要精加工到最終尺寸的靶材的產(chǎn)量非常差。盡管上述出版物中也指出，第一和第二金屬構件在加工成所需配置后可以通過爆炸性進行焊接，但在這種情況下，目標材料的變形和隨之而來的內(nèi)部應變增加和晶體結構的變化以及表面層污染是不可避免的如上所述。
最近，熔點低于1000°C的目標材料，例如鋁或鋁合金，已迅速開始用于半導體器件的布線或互連。在許多情況下，這些目標材料以成品到最終幾何形狀的形式提供，純度非常高。這種熔點相對較低的靶材容易對其晶體結構造成較大的破壞，有時還伴有靶材晶粒尺寸的粗化。
本文具有為其目的開發(fā)一種技術，用于將最終幾何形狀或接近凈形狀的目標材料粘結到具有高強度的背板上，同時保持晶體結構的均勻性并且不會對目標材料本身產(chǎn)生變形、降解或其它不利影響。
本文已經(jīng)尋找一種用于靶材的焊接方法，該方法抑制晶體特性如晶粒生長并且對材料幾乎沒有引起變形或其它不利影響。因此，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，無論是否使用嵌件，固相擴散焊接在其界面中產(chǎn)生的鍵比預期的要好得多。擴散焊接是在真空中的輕載荷（低應變率）下保持固相的同時進行的，具有高粘附性和高粘合強度，目標材料沒有變形或變形非常小，并且沿界面沒有未粘合的部分，例如孔隙，同時抑制了均勻晶體結構的破壞， 目標材料在粘合前具有的晶粒等的生長。
本文所用的術語“固相擴散焊接”是指在輕加熱和壓制條件下沿界面擴散來粘合目標材料和帶有或不帶嵌件的襯板或夾在其之間的嵌件的技術，其中兩個部件在保持固相而不是熔化的同時粘合， 不會對目標材料造成不利影響，包括其晶粒生長和結構變化。
基于這一發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供一種濺射靶材組件，包括濺射靶材和背板，其特征在于所述濺射靶材和背板是固相擴散焊接的，有或沒有嵌件或嵌件，以便它們之間具有固相擴散焊接界面，所述擴散焊接濺射靶材基本上保持了冶金特性和性能，即 濺射靶材在擴散焊接到所述背板上之前具有。
將目標材料分為熔融溫度低于且不低于1000°C的材料并單獨討論是方便的。
本發(fā)明在其第一方面提供：
目標材料的典型由鋁或鋁合金組成。刀片通常由銀或銀合金、銅或銅合金、鎳或鎳合金組成。
在第二方面提供：
目標材料通常包括選自W、Mo、Ti、Ta、Zr和Nb組成的組的難熔金屬及其合金。刀片通常由銀或銀合金、銅或銅合金或鎳或鎳合金組成。
在鈦靶材和鈦背板的組合中，我們發(fā)現(xiàn)固相擴散焊接是允許的，無需使用嵌件。
然后，在第三方面
所述目標與背板的固相擴散焊接，中間夾有或無一個或多個嵌件，在低溫和低壓下引起其組成原子的間擴散，以達到高粘附性和粘結強度，而不會伴隨目標材料的劣化或變形，同時抑制目標材料中的晶粒生長。這樣獲得的鍵被證明是高度可靠的，因為它在使用溫度升高時不會經(jīng)歷粘合強度的突然降低，并且由于固相鍵合，實現(xiàn)了100%的鍵合，沒有未粘合的部分，例如沿界面留下的孔隙。
固相擴散焊接在低溫低壓下具有以下特點：
