CN104561912B - 钛聚焦环的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种钛聚焦环的制造方法，包括：提供高纯钛锭；对所述高纯钛锭进行加工形成钛条；对所述钛条进行整平处理；对所述钛条进行切割形成钛板条；对所述钛条或者所述钛板条进行热处理；对所述钛板条进行加工形成钛聚焦环。所述制造方法通过对钛条进行了整平处理，以及对钛条或者钛板条进行热处理，从而使得钛条表面平坦，保证后续形成的钛聚焦环厚度均一，并且消除了钛条或者钛板条的内部应力，同时使得钛条或者钛板条中是晶粒增大，从而满足用于制作钛聚焦环的力学性能要求，使得所形成的钛聚焦环不易变形。

Description

钛聚焦环的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，尤其是涉及一种钛聚焦环的制作方法。

背景技术

溅射是现代半导体芯片生产过程中常用的一种薄膜淀积技术，其利用高能粒子轰击具有高纯度的靶材，使靶材原子从表面逸出并均匀地沉积于衬底上形成均匀的薄膜层，并在研磨抛光等工序后，在衬底上形成集成电路的各阻挡层、互联线以及接触层。

然而在溅射过程中，由于高能粒子由各个方向轰击靶材，导致从靶材表面逸出的靶材原子会从各个方向脱离靶材表面，之后沿直线到达晶圆表面，其无法保证衬底各部分沉积的薄膜层的均匀性，从而影响各薄膜层性能。尤其是在特征尺寸为45nm以下的半导体集成电路器件制备中，其对于如用于互联线的钛金属薄膜层的均匀性具有极高的要求。为了提高钛金属薄膜层的均匀性，在溅射过程中通常会在钛靶材和晶圆之间设置一个钛聚焦环。

参考图1所示，在溅射过程中，在钛靶材1和晶圆2之间设置一个钛聚焦环3。钛聚焦环3可有效约束靶材原子的运动轨迹，使得从钛靶材1表面溅射出来的朝各方向运动的钛原子被聚焦到晶圆2上方，并均匀地沉积在晶圆2上，从而提高晶圆2上方沉积的钛金属薄膜层的均匀性。而且，钛聚焦环3的内外表面还可形成有花纹，以吸附溅射过程中产生的大量颗粒物，从而起到净化的作用。

现有钛聚焦环制作过程中，包括：将高纯钛锭进行锻造和轧制，形成钛条；再切割钛条，获得所需尺寸的钛板条；弯曲钛板条，使得钛板条在长度方向收尾相接；经过热处理和形变加工，形成一个封闭的钛聚焦环。更多有关钛聚焦环的内容可参照公开号为CN102418075A和CN102418076A的中国专利申请。

采用现有钛聚焦环的制作过程中，发现钛板条的质量无法保证，在切割钛条形成钛板条时，发现切口处厚度不均一，在对切口断面进行检测过程中，发现钛板条中晶粒太小，无法达到加工要求。钛板条的质量问题导致最终形成的钛聚焦环各部位尺寸不均一，并且在使用过程中易发生变形，这些问题进一步造成溅射过程中形成的钛金属薄膜层均匀性下降。

为此，需要一种新的钛聚焦环的制作方法，以避免钛聚焦环制作过程中，钛板条的质量问题，避免溅射过程中形成的钛金属薄膜层均匀性下降。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种钛聚焦环的制作方法，以解决制作过程中钛板条的质量问题，从而提高所形成的钛聚焦环各部位尺寸均匀性，并且避免所形成的钛聚焦环在使用过程中发生变形，最终提高溅射过程中形成的钛金属薄膜层的均匀性。

为解决上述问题，本发明提供一种钛聚焦环的制作方法，包括：

提供高纯钛锭；

对所述高纯钛锭进行加工形成钛条；

对所述钛条进行整平处理；

对所述钛条进行切割形成钛板条；

对所述钛条或者所述钛板条进行热处理；

对所述钛板条进行加工形成钛聚焦环。

可选的，对所述钛条进行整平处理，直至所述钛条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm。

可选的，对所述钛条进行热处理包括：对所述钛条加热升温至600℃～700℃，保温30min～60min，进行冷却。

可选的，对所述高纯钛锭进行加工形成所述钛条包括：

对所述高纯钛锭进行锻造；

对所述高纯钛锭进行热处理；

对所述高纯钛锭进行轧制形成所述钛条。

可选的，对所述高纯钛锭进行热处理包括：对所述高纯钛锭加热升温至400℃～500℃，保温30min～60min，进行冷却。

可选的，对所述钛板条进行加工形成所述钛聚焦环包括：

对所述钛板条进行卷环处理使所述钛板条首尾相连形成钛环；

对所述钛环进行焊接或者铆接形成钛聚焦环；

对所述钛聚焦环进行热处理。

可选的，采用氩弧焊对所述钛环进行焊接。

可选的，对所述钛聚焦环进行热处理包括：对所述钛聚焦环加热升温至400℃～500℃，保温30min～60min，进行冷却。

可选的，在对所述钛聚焦环进行热处理之后，所述制造方法还包括：对所述钛聚焦环的内表面和外表面进行车削加工形成花纹。

可选的，所述制造方法还包括：对所述钛聚焦环进行尺寸检测和真空包装。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，通过对钛条进行了整平处理，从而使得钛条表面平坦，并继续对整平后的钛条或者钛条切割形成的钛板条进行热处理，消除钛条或者钛板条的内部应力，防止整平后的钛条或者钛条切割形成的钛板条重新卷曲，保证后续形成的钛聚焦环厚度均一，并且，所述热处理还能够同时使得钛条或者钛板条中的晶粒增大，满足用于制作钛聚焦环的力学性能要求，使得所形成的钛聚焦环不易变形。

进一步，对钛条进行整平处理，直至钛条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm。由于钛条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm，因此钛条各部分厚度均一，并且不发生弯曲，因此，由钛条切割形成的钛板条也具有各部分厚度均一和不发生弯曲的特点，最终使得由钛板条卷环形成的钛聚焦环各部厚度均一性进一步提高。

附图说明

图1为现有一种利用靶材在晶圆上沉积薄膜的示意图；

图2为本发明实施例提供的高纯钛锭示意图；

图3为本发明实施例将高纯钛锭轧制成钛条的示意图；

图4为本发明实施例将钛板条卷圆成钛环的示意图；

图5为本发明实施例得到的钛聚焦环的示意图。

具体实施方式

现有钛聚焦环制作方法所制作的钛聚焦环中，钛聚焦环各部位尺寸不均一，并且使用过程中易发生变形，导致在使用钛聚焦环进行溅射时，所形成的钛金属薄膜层均匀性不良。

为此，本发明提供一种新的钛聚焦环的制作方法，通过对制作过程形成的钛条进行整平处理，并对制作过程中的钛条或者钛板条进行热处理，从而使得钛条表面平坦，从而保证所形成的钛聚焦环厚度均一，并且消除了钛条或者钛板条的内部应力，同时使得钛条或者钛板条中是晶粒增大，从而满足用于制作钛聚焦环的力学性能要求，使得所形成的钛聚焦环不易变形。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种钛聚焦环的制造方法，请结合参考图2至图5。

请参考图2，提供高纯钛锭10。

本实施例中，高纯钛锭10为具有一定体积的固体，其形状可以为多种多样。为方便后续工艺，本实施将高纯钛锭10制作为如图2中所示的长方体状。

本实施例中，可根据所要制取的钛聚焦环的尺寸（包括厚度、内/外直径），以及每个高纯钛锭10对应制成钛聚焦环个数，确定高纯钛锭10的体积。具体的，本实施例以一个高纯钛锭10用于制作两个钛聚焦环，初步设置高纯钛锭10的体积至少大于或者等于每个钛聚焦环体积的2.5倍。

本实施例中，高纯钛锭10的纯度以所要形成的钛聚焦环中钛含量要求为准，例如要求钛聚焦环中钛含量不低于99.99%时，所提供的高纯钛锭10中，钛含量亦应不低于99.99%。

请参考图3，对高纯钛锭10进行加工形成钛条11。

本实施例中，对高纯钛锭10进行加工形成钛条11可包括三个步骤。

首先，对高纯钛锭10进行锻造（未示出）。通常高纯钛锭10处于未完全结晶状态，因此需要通过锻造使整个高纯钛锭10均为结晶结构。在锻造过程中，可先将高纯钛锭10放入空气炉中，预热至所需温度，再进行锻打。锻打结束后可进行水冷。可根据需要反复多次进行所述铸造过程。

然后，对高纯钛锭10进行热处理（未示出）。锻造时会使高纯钛锭10内部产生应力，如果不去除这些应力，不仅后续加工很难进行，而且还会导致高纯钛锭10表面平整度无法保证。在具体的热处理过程中，可以对高纯钛锭10加热升温至400℃～500℃，并保温30min～60min，再进行冷却，可采用水冷。在400℃～500℃的温度条件下进行保温，能够进一步促使高纯钛锭10中的钛较好地结晶。

最后，对高纯钛锭10进行轧制形成钛条11。本实施例可通过辊子30进行轧制，使高纯钛锭10形成所需尺寸的钛条11，并且，轧制同时还能够改变高纯钛锭10中晶粒的组织结构，使晶粒均匀化。在具体轧制过程中，可将经锻造和热处理后的高纯钛锭10边缘贴于导向轨道，并采用辊子30多次单向轧制，直至高纯钛锭10被轧制成具有预定厚度的钛条11。通常预定厚度略大于钛聚焦环的厚度。

在形成钛条11后，需要对钛条11进行切割以形成钛板条。但是，经切割发现，钛板条切口断面处厚度不均。对钛板条切口断面进行检测进一步发现，钛板条中的晶粒较小，无法满足制作钛聚焦环的力学性能要求。

为满足制作钛聚焦环的力学性能要求，通常需要保证钛聚焦环中的晶粒比钛靶材中的晶粒大4～5倍，因此，在对高纯钛锭10进行轧制形成钛条11之后，且在对钛条11进行切割以前，需要对钛条11进行较高温度的热处理，以使得钛条11中的晶粒增大。

然而，如果直接对钛条11进行热处理，仍然发现钛板条切口断面处厚度不均。原来，轧制后钛条11弯曲度较大，并且内部存在应力，如果直接热处理，虽然应力可以得到消除，但是无法减小弯曲度，即钛条11切割后形成的钛板条表面平坦度无法满足要求，导致钛板条切口断面处厚度不均。

为此，本实施例在形成钛条11后，对钛条11进行整平处理。

本实施例中，对钛条11进行整平处理，从而使得钛条11表面平坦，保证后续形成的钛聚焦环16厚度均一。具体的，可使用整平机进行整平，直至钛条11的每米弯曲度（每米弯曲度指每米长度上弯曲的弦高）小于或者等于0.5mm，例如具体为0.5mm、0.45mm、0.4mm或者0.35mm。由于钛条11的每米弯曲度小于或者等于0.5mm，因此，在后续切割钛条11形成的钛板条中，钛板条的每米弯曲度也小于或者等于0.5mm，钛板条切口断面处厚度均匀，也就是说，后续形成的钛板条各部分厚度均一，并且不发生弯曲，从而使得后续步骤形成的钛聚焦环各部位尺寸差别细微，亦即使得由钛板条卷环形成的钛聚焦环各部厚度均一性进一步提高。

在形成钛条11后，对钛条11进行热处理。

本实施例在对钛条11进行整平处理之后，对钛条11进行热处理以使得钛条11中的晶粒增大。具体的，将钛条11加热升温至600℃～700℃，然后保温30min～60min，再进行冷却，可采用水冷方式进行冷却（淬火）。当升温至600℃～700℃时，钛条11内部组织进行再结晶，并且能够获得较大的晶粒，通常所形成的晶粒大小为钛靶材中晶粒大小的5倍以上，从而使钛条11的力学性能提到提高，保证最终形成的钛聚焦环在使用过程中不发生变形。

本实施例对钛条11进行的热处理除了能够使得钛条11中的晶粒增大，还具有消除钛条11内部应力的作用，从而使得钛条11不会重新发生卷曲，进而保证由钛条11切割形成的钛板条不发生卷曲，最终使得由钛板条卷环形成的钛聚焦环各部分厚度均一。

本实施例在对钛条11进行热处理之后，对钛条11进行切割形成钛板条12，如图4所示。

本实施例中，钛板条12的尺寸可按原先设置的图纸尺寸要求确定。由于最初设定高纯钛锭10用于切割形成两个钛板条12，因此本实施例将一个钛条11一切为二形成两个钛板条12。在切割过程中，对钛条11的长度和宽度都进行切割（即对钛条11四周都切割去除一部分），形成规则的条状（扁平长方体状），切除的钛可重新回收用于形成高纯钛锭。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，在对钛条11进行整平处理之后，可先对钛条11进行切割形成钛板条，再对钛板条12进行较高温度的热处理。但是本实施例在未对钛条11进行切割之前进行热处理，可以提高热处理效率。

请参考图4，对钛板条12进行加工形成钛聚焦环。

对钛板条12进行加工形成钛聚焦环可包括三个步骤。

首先，对钛板条12进行卷环处理使钛板条12首尾相连形成钛环。具体的，可将钛板条12的两端削尖处理，形成结构相对应的尖端13，用卷圆机将条状的钛板条12卷成环状，直至首尾相连形成钛环，使两个尖端13相触，并在接触处形成凹陷15。

然后，对钛环进行焊接或者铆接形成钛聚焦环。本实施例中，具体采用氩弧焊对钛环进行焊接。具体的，氩弧焊过程中，可以以钛焊丝进行焊接，以将钛环14焊接形成如图5所示的钛聚焦环16。

最后，对钛聚焦环16进行热处理。本实施例进一步对钛聚焦环16进行热处理，从而消除卷环和焊接过程中产生的内应力。具体的，对钛聚焦环16加热升温至400℃～500℃，保温30min～60min，进行冷却。

在完成上述步骤之后，本实施例所提供的制造方法还可以继续对钛聚焦环16的内表面和外表面进行车削加工形成花纹，以增加钛聚焦环16的内表面和外表面的粗糙度，从而使得在溅射过程中，以便更多的颗粒物能够落到钛聚焦环16的表面，即增强钛聚焦环16的的净化能力。

在完成上述步骤之后，本实施例所提供的制造方法还可以继续对钛聚焦环16进行尺寸检测。具体的，可采用检测钛聚焦环16的大小、厚度和弯曲程度等，可采用粗糙度仪检测钛聚焦环16的粗糙度。

在完成上述步骤之后，本实施例所提供的制造方法还可以继续对钛聚焦环16进行真空包装。具体的，在真空包装之前，可用酸液等清洗液对钛聚焦环16进行清洗，然后再用酒精进行清洗，最后清水进行清洗，在清洗完毕后，对钛聚焦环16进行真空包装。

本发明的技术方案中，通过对钛条11进行了整平处理，从而使得钛条11表面平坦，并继续对整平后的钛条11进行热处理，消除钛条11的内部应力，防止钛条11重新卷曲，形成表面平坦的钛板条12，保证后续利用钛板条12形成的钛聚焦环16厚度均一，并且，所述热处理还能够同时使得钛条12中的晶粒增大，即使得钛板条12中的晶粒增大，满足用于制作钛聚焦环16的力学性能要求，使得所形成的钛聚焦环16不易变形。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种钛聚焦环的制造方法，其特征在于，包括：

提供高纯钛锭；

对所述高纯钛锭进行加工形成钛条；

对所述钛条进行整平处理；

对所述钛条进行切割形成钛板条；

对所述钛条或者所述钛板条进行热处理；

对所述钛板条进行加工形成钛聚焦环；

对所述钛板条进行加工形成所述钛聚焦环包括：

对所述钛板条进行卷环处理使所述钛板条首尾相连形成钛环；

对所述钛环进行焊接或者铆接形成钛聚焦环；

对所述钛聚焦环进行热处理；

对所述钛板条进行卷环处理使所述钛板条首尾相连形成钛环包括：

将所述钛板条的两端削尖处理，形成尖端，将所述钛板条卷成环状，直至首尾相连形成钛环，并使两个所述尖端相触，并在接触处形成凹陷；

对所述钛条进行整平处理，直至所述钛条的每米弯曲度小于或者等于0.5mm。

2.如权利要求1所述的钛聚焦环的制造方法，其特征在于，对所述钛条进行热处理包括：对所述钛条加热升温至600℃～700℃，保温30min～60min，进行冷却。

3.如权利要求1所述的钛聚焦环的制造方法，其特征在于，对所述高纯钛锭进行加工形成所述钛条包括：

对所述高纯钛锭进行锻造；

对所述高纯钛锭进行热处理；

对所述高纯钛锭进行轧制形成所述钛条。

4.如权利要求3所述的钛聚焦环的制造方法，其特征在于，对所述高纯钛锭进行热处理包括：对所述高纯钛锭加热升温至400℃～500℃，保温30min～60min，进行冷却。

5.如权利要求1所述的钛聚焦环的制造方法，其特征在于，采用氩弧焊对所述钛环进行焊接。

6.如权利要求1所述的钛聚焦环的制造方法，其特征在于，对所述钛聚焦环进行热处理包括：对所述钛聚焦环加热升温至400℃～500℃，保温30min～60min，进行冷却。

7.如权利要求1所述的钛聚焦环的制造方法，其特征在于，在对所述钛聚焦环进行热处理之后，所述制造方法还包括：对所述钛聚焦环的内表面和外表面进行车削加工形成花纹。

8.如权利要求1所述的钛聚焦环的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：对所述钛聚焦环进行尺寸检测和真空包装。