[发明专利]一种铜合金靶材的加工方法

说明书

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。