一種銅合金靶材的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于靶材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銅合金靶材的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 集成電路微細(xì)化制程技術(shù)日新月異，結(jié)構(gòu)尺寸從微米推向深亞微米，進(jìn)而邁入納 米時(shí)代，目前全球45nm及以下工藝產(chǎn)能占半導(dǎo)體制造總產(chǎn)能的比例越來(lái)越大。
[0003] 到45nm及以下制程階段，1C芯片電路的金屬線寬愈來(lái)愈微小，導(dǎo)線層數(shù)越來(lái)越 多。且由于電氣與機(jī)械特性的關(guān)系，信號(hào)傳輸會(huì)因短路而產(chǎn)生延遲。邏輯芯片電路的信號(hào)傳 輸，也因制程細(xì)微化使繞線距離縮短，繞線容量增加而導(dǎo)致繞線延遲。這些都必須以銅導(dǎo)線 與低介電材料，取代先前的鋁合金，來(lái)解決電容電阻時(shí)間延遲（RC Time Delay)問(wèn)題，因此 低介電材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用也變得愈來(lái)愈緊迫。金屬銅線互連可以優(yōu)化電路板并提高制造密 度，從而大幅度降低成本的同時(shí)為性能提升開(kāi)辟道路，但是對(duì)于布線寬度為45nm及以下， 縱橫尺寸比超過(guò)8的超精細(xì)布線，種子層（seed)的厚度變?yōu)?00nm以下的極薄膜，在用6N 超高純銅靶形成種子層的場(chǎng)合，就會(huì)產(chǎn)生凝聚，不能形成良好的種子層，而且電遷移問(wèn)題也 愈顯嚴(yán)重，它通常發(fā)生在銅導(dǎo)線頂部與電介質(zhì)相接的交界處。
[0004] 目前研究開(kāi)發(fā)超高純銅合金材料（CuMn、CuAl等）是銅互連工藝中的重要發(fā)展方 向，用來(lái)抑制電遷移，并利于提高Cu種子層的穩(wěn)定性和均勻性，同時(shí)避免電鍍期間出現(xiàn)凝 聚物現(xiàn)象。
[0005] 綜上所述，超高純銅合金材料溉射祀材是在制造高性能的、特征尺寸為45nm和更 小的半導(dǎo)體1C器件中用于互連線Cu薄膜所必須的。
[0006] 專(zhuān)利CN101473059A公開(kāi)了一種Cu-Mn合金濺射靶的制備方法，該方法采用純度為 6N的Cu和純度為5N的Mn進(jìn)行熔煉，得到高純Cu-Mn合金鑄錠，再將鑄錠在350°C條件下 進(jìn)行軸向鍛造，并進(jìn)行熱軋和冷軋，經(jīng)過(guò)再結(jié)晶熱處理得到濺射靶坯。在靶坯形成過(guò)程中， 主要控制Mn元素含量、雜質(zhì)含量以及織構(gòu)取向來(lái)獲得顆粒含量少的濺射薄膜。但是該方法 的鍛造方式為單向鐓拔，僅沿軸向進(jìn)行鍛造。
[0007] 專(zhuān)利CN101243201A公開(kāi)了一種微粒發(fā)生少的含Mn濺射靶的制備方法，該方法采 用6N的Cu和純度為3N的Mn進(jìn)行熔煉，得到高純Cu-Mn合金鑄錠，再將鑄錠進(jìn)行鍛造，控 制終鍛溫度為450°C以上，并進(jìn)行反復(fù)冷軋退火，經(jīng)過(guò)再結(jié)晶熱處理得到濺射坯料，經(jīng)過(guò)機(jī) 加工后與純鋁制背板在500°C溫度下實(shí)施熱等靜壓處理，得到濺射靶材。在靶坯形成過(guò)程 中，主要控制Mn元素含量、雜質(zhì)含量來(lái)獲得顆粒含量少的濺射薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種銅合金靶材的加工方法，能夠滿足集成電路45nm及以 下工藝制程的要求。
[0009] 本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的：
[0010] 一種銅合金靶材的加工方法，包含步驟如下：
[0011] 1)加熱爐將高純銅合金鑄錠均勻加熱到350~600°C，保溫1~3小時(shí)；
[0012] 2)對(duì)鑄錠分別沿X/Y/Z三方向進(jìn)行熱鍛；X、Y為徑向且互相垂直，Z為軸向；
[0013] 3)熱鍛后坯料在二輥軋機(jī)上進(jìn)行多道次往復(fù)冷軋，道次變形量為8%~20%，總變 形量為70%~90% ;
[0014] 4)軋后坯料在熱處理爐250~450°C范圍，保溫2~4小時(shí)，得到高純銅合金濺射 靶坯。
[0015] 所述的銅合金為CuMn或CuAl合金。
[0016] 所述的熱鍛的鍛造時(shí)間須控制在20min以內(nèi)，終鍛溫度為400°C~500°C ;
[0017] 所述的熱鍛，拔長(zhǎng)鐓粗比例為1. 5:1~2:1之間。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的加工方法可以實(shí)現(xiàn)銅合金靶材的制備，防止在布線 寬度為45nm及以下時(shí)，避免電鍍期間出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象，同時(shí)可以有效地抑制電遷移，有利于 提高Cu種子層的穩(wěn)定性和均勻性，本方法未規(guī)定鍛造方式，只限定了終鍛溫度為450°C以 上，并且使用X/Y/Z三方向鐓拔鍛造可以進(jìn)一步提升濺射靶材坯料的均勻性。本發(fā)明方法 得到的銅合金靶材平均晶粒尺寸在30pm以下，織構(gòu)取向?yàn)殡S機(jī)分布。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為高純銅合金鑄錠鍛造示意圖，其中X、Y為徑向且互相垂直，Z為軸向。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例1~5 :
[0021] 銅合金鑄錠規(guī)格為（tl50X130t，在350~600°C條件下進(jìn)行熱鍛，鍛造方式為X/ Y/Z三方向鐓粗拔長(zhǎng)，鐓拔比為2:1，終鍛溫度為450°C，冷軋道次變形量為15%，經(jīng)過(guò)冷軋而 軋制 <j5 400X18t ;
[0022] 然后在400°C /2h條件下進(jìn)行再結(jié)晶熱處理，對(duì)靶坯進(jìn)行急速冷卻，制成靶材，通 過(guò)機(jī)械加工將其加工成小380 X15t的靶坯，再使用擴(kuò)散焊接使其與銅合金背板焊接，制成 濺射靶材。
[0023] 得到的結(jié)果見(jiàn)表1，可以看出在350°C~600°C范圍內(nèi)進(jìn)行熱鍛，之后經(jīng)過(guò)冷軋熱 處理后得到的濺射靶材平均晶粒尺寸在30 y m以下，隨著鍛造溫度的升高，平均晶粒尺寸 逐漸增大。
[0024] 對(duì)比例1~2:
[0025] 為了得到高純銅合金靶材鍛造溫度范圍，分別進(jìn)行低溫和高溫試驗(yàn)，與實(shí)施例進(jìn) 行對(duì)比。
[0026] 銅合金鑄錠規(guī)格為（M50X130t，分別在300°C、650°C條件下進(jìn)行熱鍛，鍛造 方式為X/Y/Z三方向鐓粗拔長(zhǎng)，鐓拔比為2:1，冷軋道次變形量為15%，經(jīng)過(guò)冷軋而軋制 <j5 400X 18t ；
[0027] 然后在400°C /2h條件下進(jìn)行再結(jié)晶熱處理，對(duì)靶坯進(jìn)行急速冷卻，制成靶材，通 過(guò)機(jī)械加工將其加工成小380 X15t的靶坯，再使用擴(kuò)散焊接使其與銅合金背板焊接，制成 濺射靶材。
[0028] 得到的結(jié)果見(jiàn)表1，可以看出在150°C進(jìn)行熱鍛時(shí)，經(jīng)過(guò)冷軋熱處理后得到的濺射 靶材組織結(jié)構(gòu)較為混亂，均勻性較差，存在分層現(xiàn)象。而在650°C進(jìn)行熱鍛時(shí)，經(jīng)過(guò)冷軋熱處 理后得到的濺射靶材平均晶粒尺寸較為粗大，存在個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大的現(xiàn)象，平均晶粒尺 寸為40 u m。
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種銅合金靶材的加工方法，其特征在于：包含步驟如下： 1) 加熱爐將高純銅合金鑄錠均勻加熱到350~600°C，保溫1~3小時(shí)； 2) 對(duì)鑄錠分別沿X/Y/Z三方向進(jìn)行熱鍛；X、Y為徑向且互相垂直，Z為軸向； 3) 熱鍛后坯料在二輥軋機(jī)上進(jìn)行多道次往復(fù)冷軋，道次變形量為8%~20%，總變形量 為 70% ~90% ; 4) 軋后坯料在熱處理爐250~450°C范圍，保溫2~4小時(shí)，得到高純銅合金濺射靶坯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的一種銅合金靶材的加工方法，其特征在于，所述的銅合金 為CuMn或CuAl合金。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的一種銅合金靶材的加工方法，其特征在于，所述的熱鍛的 鍛造時(shí)間須控制在20min以內(nèi)，終鍛溫度為400°C~500°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的一種銅合金靶材的加工方法，其特征在于，所述的熱鍛，拔 長(zhǎng)鐓粗比例為1. 5:1~2:1之間。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于濺射靶材制造技術(shù)領(lǐng)域的一種銅合金靶材的加工方法。該方法主要包括：加熱爐將高純銅合金鑄錠均勻加熱到350-600℃，保溫1-3小時(shí)。采用鍛造設(shè)備對(duì)鑄錠分別沿X/Y/Z三方向進(jìn)行熱鍛。鍛后坯料在二輥軋機(jī)上進(jìn)行多道次往復(fù)冷軋，道次變形量為8%～20%，總變形量為70%～90%。軋后坯料在熱處理爐250～450℃范圍，保溫2～4小時(shí)，得到滿足要求的高純銅合金濺射靶坯。通過(guò)這種方法得到的銅合金靶材平均晶粒尺寸在30μm以下，織構(gòu)取向隨機(jī)分布，能夠滿足集成電路45nm及以下工藝制程的要求。
【IPC分類(lèi)】C23C14-34, C22F1-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104746020
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310741633
【發(fā)明人】曾浩, 李勇軍, 何金江, 熊曉東, 劉書(shū)芹, 劉紅賓, 高巖, 王欣平
【申請(qǐng)人】有研億金新材料股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月27日