[发明专利]高纯铜靶材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体溅射领域，尤其涉及一种高纯铜靶材的制备方法。

背景技术

溅射靶材是制造半导体芯片所必需的一种极其重要的关键材料，利用其制作器件的原理是采用物理气相沉积技术（PVD），用高压加速气态离子轰击靶材，使靶材的原子被溅射出，以薄膜的形式沉积到硅片上，最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。溅射靶材具有金属镀膜的均匀性、可控性等诸多优势，被广泛应用于半导体领域。随着半导体行业的迅速发展，与传统互连材料铝相比，由于铜具有更高的电导率和更好的抗电迁移特性，所以目前被广泛地应用在超大规模集成电路的互连线中，铜溅射靶材已成为半导体行业发展不可或缺的关键材料。

然而，靶材的晶粒尺寸、晶粒取向对集成电路金属薄膜的制备和性能有很大的影响。主要表现在：1.随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率趋于降低；2.在合适的晶粒尺寸范围内，靶材使用时的等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率高和薄膜厚度均匀性好；3.为提高靶材的性能，在控制靶材晶粒尺寸的同时还必须严格控制靶材的晶粒取向，以使其容易溅射到待溅镀基材上。

基于上述特点，行业内对晶粒尺寸小，具体地，晶粒尺寸小于100微米且溅射过程靶材溅射方向佳的铜靶材具有一定需求。对于半导体行业的这种需求，传统的铜靶材的制备方法已无法满足。

针对上述问题，本发明提出一种新的高纯铜靶材的制备方法加以解决。

发明内容

本发明解决的问题是提出一种新的高纯铜靶材的制备方法，制作出晶粒尺寸小于100微米且溅射方向较佳的高纯铜靶材。

为解决上述问题，本发明提出了一种高纯铜靶材的制备方法，包括：

对高纯铜锭进行预热；

对所述预热过程中的高纯铜锭进行锻打；

对经锻打的所述高纯铜锭进行第一次热处理；

对经第一次热处理后的高纯铜锭进行压延，形成铜板料；

对所述铜板料进行第二次热处理，形成铜靶材坯料；

对所述铜靶材坯料进行机械加工，形成高纯铜靶材。

可选地，所述预热的温度为300℃~700℃。

可选地，所述第一次热处理的温度为200℃~500℃，保温时间为1小时~4小时。

可选地，所述第二次热处理的温度为200℃~450℃，保温时间为1小时~3小时。

可选地，所述压延的压力范围为500吨~1600吨。

可选地，对所述铜靶材坯料进行机械加工前，还对所述铜靶材坯料进行整平。

可选地，所述压延步骤进行多次。

可选地，在每次压延步骤后均对所述铜板料进行第二热处理步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：首先对高纯铜锭进行预热并对预热过程中的高纯铜锭进行锻打，初步破坏粗大的晶粒；接着对经锻打的所述高纯铜锭进行第一次热处理，即对锻打后的高纯铜锭进行热应力释放，使得晶粒微细化，晶粒取向合理化；之后对经第一次热处理后的高纯铜锭进行压延，形成铜板料并对所述铜板料进行第二次热处理，形成铜靶材坯料，上述过程通过挤压使得晶粒进一步微细化，晶粒取向进一步合理化；最后对所述铜靶材坯料进行机械加工，形成高纯铜靶材，以满足半导体溅射使用的不同尺寸需求。

可选方案中，第一次热处理的温度为200℃~500℃，保温时间为1小时~4小时，温度过低易使得被破坏的晶粒不易结晶成核，温度过高使得成核的晶粒生长得过大，不满足晶粒微细化的要求；保温时间过长也会造成成核的晶粒生长过大，保温时间过短会造成高纯铜锭内外受热不均匀。

可选方案中，压延的压力范围为500吨~1600吨，压力过大会造成晶粒取向扁平，不利于溅射过程中，对该靶材溅射方向的控制，过小会使得晶粒微细化达不到要求。

可选方案中，第二次热处理的温度为200℃~450℃，保温时间为1小时~3小时，温度过低易造成压延过程中生成的热应力无法释放，温度过高使得成核的晶粒生长得过大，不满足晶粒微细化的要求；保温时间过长也会造成成核的晶粒生长过大，保温时间过短会造成铜板料内外受热不均匀。

附图说明

图1为本实施例的高纯铜靶材的制备方法流程示意图；

图2为本实施例中锻打工艺进行方向的示意图；

图3为铜的晶格结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。由于本发明重在解释原理，因此，未按比例制图。