鎢靶材背板焊接實戰

在半導體工業中，靶材元件是由符合濺射性能的靶材及能與所述靶材結合並具有一定強度的背板構成。背板可以在所述靶材元件裝配至濺射基台中起到支撐作用，並具有傳導熱量的功效。例如，可以選用金屬鎢作為靶材，選用具有足夠強度，且導熱、導電性也較高的銅或銅合金材料作為背板以組成靶材元件。

在濺射過程中，靶材元件所處的工作環境比較惡劣，靶材元件所處的環境溫度較高，例如300℃至600℃；另外，靶材元件的一側沖以冷卻水強冷，而另一側則處於10‑9Pa的高真空環境下，由此在靶材組件的相對二側形成有巨大的壓力差；再有，靶材元件處在高壓電場、磁場中，受到各種粒子的轟擊。在如此惡劣的環境下，如果靶材元件中靶材與背板之間的結合強度較差，將導致靶材元件在受熱條件下變形、開裂、並與結合的背板相脫落，使得濺射無法達到濺射均勻的效果，同時還可能會對濺射基台造成損傷。

當靶材與背板的熔點等物理性能相接近時，可以採用常規的焊接工藝例如熔焊、釺焊將靶材與背板焊接在一起以形成靶材組件。但是在實際中，對於鎢靶材與銅背板構成的靶材組件而言，由於鎢的熔點為3417℃，銅的熔點1084℃，兩種材料的熔點相差較大同時現有的熔焊設備不能實現大面積對焊，因此不適於利用熔焊將鎢靶材與銅背板焊接在一起；釺焊工藝中採用的錫釺料或銦釺料熔點較低(小於250℃)，以致當利用釺焊將鎢靶材與銅背板焊接在一起時，不僅兩者之間的結合強度較低(小於70Mpa)，而且高溫環境會使釺料熔化，造成濺射工藝無法進行。還有，鎢是性質比較穩定的金屬，銅是較易被氧化的金屬，當空氣中的溫度超過200℃時鎢靶材與銅背板之間的焊接面處會被氧化，以致鎢靶材與銅背板焊接面處的原子不能進行擴散致使靶材元件的焊接緊密度較差，因此，也不適於利用擴散焊接將鎢靶材與背板焊接在一起。

因此，有企業採用一種自創的真空熱等靜壓制工藝，通過在鎢靶材坯料與銅背板之間增設中間層並利用熱等靜壓工藝將形成有中間層的鎢靶材坯料、銅背板焊接在一起以形成鎢靶材組件。這種工藝既能實現大面積焊接，而且由於整個焊接過程是在真空環境下進行可以防止焊接材料的表面被氧化；另外，形成的鎢靶材元件中鎢靶材坯料與銅背板之間具有較高的結合率、結合強度，鎢靶材坯料與銅背板焊接在一起後變形小；形成的鎢靶材元件使用溫度可以達到600℃以 上，在這樣的高溫條件下靶材元件不會發生脫落的現象，可以突破傳統熔焊、釺焊、擴散焊的種種限制。