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(kuò)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(kuò)散焊接，濺射靶材在保持其結(jié)構(gòu)和晶體特性（包括晶增益尺寸、晶體取向等）的同時，在擴(kuò)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(hù)膜等各種半導(dǎo)體器件。它們通常采用圓盤形板的形式。當(dāng)加速粒子撞擊靶材表面時，構(gòu)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(biāo)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(dǎo)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(gòu)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(shù)具有以下缺點：

• （1） 釬焊材料的低熔點，In為158°C，錫合金為160-300°C，當(dāng)使用溫度接近其熔點時，剪切下的結(jié)合強(qiáng)度急劇下降。具體來說，在室溫下剪切下的結(jié)合強(qiáng)度對于In小于1 kg/mm2，對于具有相對高強(qiáng)度的Sn合金，也小于2-4 kg/mm2。這與釬焊材料的低熔點相結(jié)合，導(dǎo)致溫度升高時剪切下的粘合強(qiáng)度急劇下降。
• （2） 使用釬焊技術(shù)，由于釬焊材料在粘接過程中凝固時的收縮會沿著靶材和背板之間的粘合界面留下氣孔（氣隙），因此很難實現(xiàn)沒有未粘合部分的100%粘合。

因此，用于濺射的電功率被限制在低水平。此外，當(dāng)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(yùn)行時，由于目標(biāo)溫度升高或釬焊材料熔化時粘合強(qiáng)度降低，會導(dǎo)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(jìn)行釬焊，這有時會對目標(biāo)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(jìn)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(qiáng)度保持在預(yù)定水平以上的靶材的需求強(qiáng)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(guān)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(jī)、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(gòu)件（濺射材料）和無氧銅作為第二金屬構(gòu)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(gòu)件焊接在一起， 由此被稱為形成約2μm厚的擴(kuò)散層，然后加工第一和第二金屬構(gòu)件（濺射材料和支撐）從而粘合在一起以達(dá)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(gòu)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(gòu)件進(jìn)行高壓粘接，例如爆炸粘接、熱壓、HIP或熱軋技術(shù)。該過程導(dǎo)致第一個被濺射的金屬部件（靶材）發(fā)生嚴(yán)重變形，并隨之而來的是內(nèi)部應(yīng)變的增加和晶體結(jié)構(gòu)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(dǎo)致靶材不同位置上的晶粒直徑和晶取向不同。結(jié)果，來自靶材的濺射量開始因點而異，這導(dǎo)致沉積膜厚度的變化，從而導(dǎo)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(yán)重關(guān)切的問題。此外，所生產(chǎn)的靶材表層的污染很嚴(yán)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(gòu)件在加工成所需配置后可以通過爆炸性進(jìn)行焊接，但在這種情況下，目標(biāo)材料的變形和隨之而來的內(nèi)部應(yīng)變增加和晶體結(jié)構(gòu)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(biāo)材料，例如鋁或鋁合金，已迅速開始用于半導(dǎo)體器件的布線或互連。在許多情況下，這些目標(biāo)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(jié)構(gòu)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(shù)，用于將最終幾何形狀或接近凈形狀的目標(biāo)材料粘結(jié)到具有高強(qiáng)度的背板上，同時保持晶體結(jié)構(gòu)的均勻性并且不會對目標(biāo)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(kuò)散焊接在其界面中產(chǎn)生的鍵比預(yù)期的要好得多。擴(kuò)散焊接是在真空中的輕載荷（低應(yīng)變率）下保持固相的同時進(jìn)行的，具有高粘附性和高粘合強(qiáng)度，目標(biāo)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(jié)構(gòu)的破壞， 目標(biāo)材料在粘合前具有的晶粒等的生長。
本文所用的術(shù)語“固相擴(kuò)散焊接”是指在輕加熱和壓制條件下沿界面擴(kuò)散來粘合目標(biāo)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(shù)，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(biāo)材料造成不利影響，包括其晶粒生長和結(jié)構(gòu)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(kuò)散焊接的，有或沒有嵌件或嵌件，以便它們之間具有固相擴(kuò)散焊接界面，所述擴(kuò)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(kuò)散焊接到所述背板上之前具有。

 將目標(biāo)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：

• （1-1）一種固相擴(kuò)散焊接濺射靶材組件，其特征在于由熔點低于1000°C的靶材、一個或多個嵌件和背板組成，所述靶材、所述嵌件和所述背板之間形成固相擴(kuò)散焊接界面，所述靶材具有均勻的晶體結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸不超過250μm;和
• （1-2）一種濺射靶材組件的制造方法，所述靶材的晶粒尺寸不超過250μm，其特征在于熔點低于1000°C的給定最終形狀的靶材和給定最終形狀的背板的固相擴(kuò)散焊接，其間插入一個或多個嵌件， 在溫度在150至300°C之間的真空下。

目標(biāo)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：

• （2-1）一種固相擴(kuò)散焊接濺射靶材組件，其特征在于由熔點不低于1000°C的靶材、選自熔點低于靶材的金屬或合金組成的組中的一個或多個嵌件，以及背板、所述靶材、所述嵌件和所述具有固相擴(kuò)散鍵合界面的背板組成;和
• （2-2）一種濺射靶材組件的制造方法，其特征在于熔點不低于1000°C的給定最終形狀的靶材和給定最終形狀的背板的固相擴(kuò)散鍵合，中間插入一個或多個嵌件，所述嵌件由一種或多種材料選自熔點低于靶材的金屬或合金組成的組， 在溫度在 200 至 600 °C 之間，壓力在 0.1 至 20 kg/mm2 之間的真空下。

目標(biāo)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(kuò)散焊接是允許的，無需使用嵌件。

  然后，在第三方面

• （3-1）一種固相擴(kuò)散焊接濺射靶材組件，其特征在于由鈦靶材和鈦背板組成，它們之間形成固相擴(kuò)散鍵合界面，所述靶材具有均勻的晶體結(jié)構(gòu)，晶粒直徑不超過100μm;和
• （3-2）一種固相擴(kuò)散焊接濺射靶材組件的制造方法，其中靶材具有均勻的晶體結(jié)構(gòu)，晶粒直徑不超過100μm，其特征在于鈦靶材和鈦背板在達(dá)到的應(yīng)變速率最多為1 x 10?3/sec的條件下進(jìn)行固相擴(kuò)散焊接， 優(yōu)選在350-650°C。

 所述目標(biāo)與背板的固相擴(kuò)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(kuò)散，以達(dá)到高粘附性和粘結(jié)強(qiáng)度，而不會伴隨目標(biāo)材料的劣化或變形，同時抑制目標(biāo)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(qiáng)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(kuò)散焊接在低溫低壓下具有以下特點：

• （1）通過抑制晶粒生長保持晶體結(jié)構(gòu)的均勻性。
• （2）制造過程不會對靶材造成損壞。
• （3） 構(gòu)成目標(biāo)材料、背板和嵌件的原子如果跨鍵界面使用，則會產(chǎn)生高度的粘附和鍵強(qiáng)度。
• （4） 避免了低熔點釬焊材料可能出現(xiàn)的使用溫度升高而導(dǎo)致的粘結(jié)強(qiáng)度急劇下降。
• （5） 固相焊接可提供粘合面積百分比為 100% 的可靠粘合，而不會由于釬焊材料凝固時收縮而導(dǎo)致的普通粘合產(chǎn)生的非粘合部分，例如孔隙。