CN104746020A - 一种铜合金靶材的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于溅射靶材制造技术领域的一种铜合金靶材的加工方法。该方法主要包括：加热炉将高纯铜合金铸锭均匀加热到350-600℃，保温1-3小时。采用锻造设备对铸锭分别沿X/Y/Z三方向进行热锻。锻后坯料在二辊轧机上进行多道次往复冷轧，道次变形量为8%～20%，总变形量为70%～90%。轧后坯料在热处理炉250～450℃范围，保温2～4小时，得到满足要求的高纯铜合金溅射靶坯。通过这种方法得到的铜合金靶材平均晶粒尺寸在30μm以下，织构取向随机分布，能够满足集成电路45nm及以下工艺制程的要求。
Description
技术领域
本发明属于靶材制造技术领域，具体涉及一种铜合金靶材的加工方法。
背景技术
集成电路微细化制程技术日新月异，结构尺寸从微米推向深亚微米，进而迈入纳米时代，目前全球45nm及以下工艺产能占半导体制造总产能的比例越来越大。
到45nm及以下制程阶段，IC芯片电路的金属线宽愈来愈微小，导线层数越来越多。且由于电气与机械特性的关系，信号传输会因短路而产生延迟。逻辑芯片电路的信号传输，也因制程细微化使绕线距离缩短，绕线容量增加而导致绕线延迟。这些都必须以铜导线与低介电材料，取代先前的铝合金，来解决电容电阻时间延迟(RC Time Delay)问题，因此低介电材料的开发与应用也变得愈来愈紧迫。金属铜线互连可以优化电路板并提高制造密度,从而大幅度降低成本的同时为性能提升开辟道路，但是对于布线宽度为45nm及以下，纵横尺寸比超过8的超精细布线，种子层（seed）的厚度变为100nm以下的极薄膜，在用6N超高纯铜靶形成种子层的场合，就会产生凝聚，不能形成良好的种子层，而且电迁移问题也愈显严重，它通常发生在铜导线顶部与电介质相接的交界处。
目前研究开发超高纯铜合金材料（CuMn、CuAl等）是铜互连工艺中的重要发展方向，用来抑制电迁移，并利于提高Cu种子层的稳定性和均匀性，同时避免电镀期间出现凝聚物现象。
综上所述，超高纯铜合金材料溅射靶材是在制造高性能的、特征尺寸为45nm和更小的半导体IC器件中用于互连线Cu薄膜所必须的。
专利CN101473059A公开了一种Cu-Mn合金溅射靶的制备方法，该方法采用纯度为6N的Cu和纯度为5N的Mn进行熔炼，得到高纯Cu-Mn合金铸锭，再将铸锭在350℃条件下进行轴向锻造，并进行热轧和冷轧，经过再结晶热处理得到溅射靶坯。在靶坯形成过程中，主要控制Mn元素含量、杂质含量以及织构取向来获得颗粒含量少的溅射薄膜。但是该方法的锻造方式为单向镦拔，仅沿轴向进行锻造。
专利CN101243201A公开了一种微粒发生少的含Mn溅射靶的制备方法，该方法采用6N的Cu和纯度为3N的Mn进行熔炼，得到高纯Cu-Mn合金铸锭，再将铸锭进行锻造，控制终锻温度为450℃以上，并进行反复冷轧退火，经过再结晶热处理得到溅射坯料，经过机加工后与纯铝制背板在500℃温度下实施热等静压处理，得到溅射靶材。在靶坯形成过程中，主要控制Mn元素含量、杂质含量来获得颗粒含量少的溅射薄膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜合金靶材的加工方法，能够满足集成电路45nm及以下工艺制程的要求。
本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种铜合金靶材的加工方法，包含步骤如下：
1）加热炉将高纯铜合金铸锭均匀加热到350～600℃，保温1～3小时；
2）对铸锭分别沿X/Y/Z三方向进行热锻；X、Y为径向且互相垂直，Z为轴向；
3）热锻后坯料在二辊轧机上进行多道次往复冷轧，道次变形量为8%～20%，总变形量为70%～90%；
4）轧后坯料在热处理炉250～450℃范围，保温2～4小时，得到高纯铜合金溅射靶坯。
所述的铜合金为CuMn或CuAl合金。
所述的热锻的锻造时间须控制在20min以内，终锻温度为400℃～500℃；
所述的热锻，拔长镦粗比例为1.5:1～2:1之间。
本发明的有益效果：本发明的加工方法可以实现铜合金靶材的制备，防止在布线宽度为45nm及以下时，避免电镀期间出现凝聚现象，同时可以有效地抑制电迁移，有利于提高Cu种子层的稳定性和均匀性，本方法未规定锻造方式，只限定了终锻温度为450℃以上，并且使用X/Y/Z三方向镦拔锻造可以进一步提升溅射靶材坯料的均匀性。本发明方法得到的铜合金靶材平均晶粒尺寸在30μm以下，织构取向为随机分布。
附图说明
图1为高纯铜合金铸锭锻造示意图，其中X、Y为径向且互相垂直，Z为轴向。
具体实施方式
实施例1～5：
铜合金铸锭规格为φ150×130t，在350～600℃条件下进行热锻，锻造方式为X/Y/Z三方向镦粗拔长，镦拔比为2:1，终锻温度为450℃，冷轧道次变形量为15%，经过冷轧而轧制φ400×18t；
然后在400℃/2h条件下进行再结晶热处理，对靶坯进行急速冷却，制成靶材，通过机械加工将其加工成φ380×15t的靶坯，再使用扩散焊接使其与铜合金背板焊接，制成溅射靶材。
得到的结果见表1，可以看出在350℃～600℃范围内进行热锻，之后经过冷轧热处理后得到的溅射靶材平均晶粒尺寸在30μm以下，随着锻造温度的升高，平均晶粒尺寸逐渐增大。
对比例1～2：
为了得到高纯铜合金靶材锻造温度范围，分别进行低温和高温试验，与实施例进行对比。
铜合金铸锭规格为φ150×130t，分别在300℃、650℃条件下进行热锻，锻造方式为X/Y/Z三方向镦粗拔长，镦拔比为2:1，冷轧道次变形量为15%，经过冷轧而轧制φ400×18t；
然后在400℃/2h条件下进行再结晶热处理，对靶坯进行急速冷却，制成靶材，通过机械加工将其加工成φ380×15t的靶坯，再使用扩散焊接使其与铜合金背板焊接，制成溅射靶材。
得到的结果见表1，可以看出在150℃进行热锻时，经过冷轧热处理后得到的溅射靶材组织结构较为混乱，均匀性较差，存在分层现象。而在650℃进行热锻时，经过冷轧热处理后得到的溅射靶材平均晶粒尺寸较为粗大，存在个别晶粒异常长大的现象，平均晶粒尺寸为40μm。
Claims (4)
1.一种铜合金靶材的加工方法，其特征在于：包含步骤如下：
1）加热炉将高纯铜合金铸锭均匀加热到350～600℃，保温1～3小时；
2）对铸锭分别沿X/Y/Z三方向进行热锻；X、Y为径向且互相垂直，Z为轴向；
3）热锻后坯料在二辊轧机上进行多道次往复冷轧，道次变形量为8%～20%，总变形量为70%～90%；
4）轧后坯料在热处理炉250～450℃范围，保温2～4小时，得到高纯铜合金溅射靶坯。
2.根据权利要求书1所述的一种铜合金靶材的加工方法，其特征在于，所述的铜合金为CuMn或CuAl合金。
3.根据权利要求书1所述的一种铜合金靶材的加工方法，其特征在于，所述的热锻的锻造时间须控制在20min以内，终锻温度为400℃～500℃。
4.根据权利要求书1所述的一种铜合金靶材的加工方法，其特征在于，所述的热锻，拔长镦粗比例为1.5:1～2:1之间。
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