钨靶材背板焊接实战

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，可以选用金属钨作为靶材，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，靶材组件所处的环境温度较高，例如300℃至600℃；另外，靶材组件的一侧冲以冷却水强冷，而另一侧则处于10‑9Pa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匀的效果，同时还可能会对溅射基台造成损伤。

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。但是在实际中，对于钨靶材与铜背板构成的靶材组件而言，由于钨的熔点为3417℃，铜的熔点1084℃，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钨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℃)，以致当利用钎焊将钨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。还有，钨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℃时钨靶材与铜背板之间的焊接面处会被氧化，以致钨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钨靶材与背板焊接在一起。

因此，有企业采用一种自创的真空热等静压制工艺，通过在钨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形成有中间层的钨靶材坯料、铜背板焊接在一起以形成钨靶材组件。这种工艺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，形成的钨靶材组件中钨靶材坯料与铜背板之间具有较高的结合率、结合强度，钨靶材坯料与铜背板焊接在一起后变形小；形成的钨靶材组件使用温度可以达到600℃以 上，在这样的高温条件下靶材组件不会发生脱落的现象，可以突破传统熔焊、钎焊、扩散焊的种种限制。

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