CN113046705B - 一种铜靶材及其制备方法和用途 - Google Patents

一种铜靶材及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN113046705B
CN113046705B CN202110281579.3A CN202110281579A CN113046705B CN 113046705 B CN113046705 B CN 113046705B CN 202110281579 A CN202110281579 A CN 202110281579A CN 113046705 B CN113046705 B CN 113046705B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
ingot
static pressure
thickness
ingots
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110281579.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113046705A (zh
Inventor
姚力军
边逸军
潘杰
王学泽
慕二龙
曹欢欢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Original Assignee
Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd filed Critical Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority to CN202110281579.3A priority Critical patent/CN113046705B/zh
Publication of CN113046705A publication Critical patent/CN113046705A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113046705B publication Critical patent/CN113046705B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/01—Alloys based on copper with aluminium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

本发明提供一种铜靶材及其制备方法和用途，所述铜靶材中晶粒尺寸≤10μm，所述铜靶材中晶粒取向为{110}的晶粒占比为50～70％，应用于集成电路的溅射成膜中，能够保证铜靶材在溅射过程中性能稳定，在集成电路上形成均匀的薄膜，满足7nm工艺节点以下溅射性能要求，所述铜靶材的制备方法包括对铜铸锭依次进行热锻、第一热处理、冷锻、第二热处理、第一静压、第二静压和轧制，所述制备方法简单，工作效率高。

Description

一种铜靶材及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及靶材技术领域，尤其涉及一种铜靶材及其制备方法和用途。
背景技术
超高纯铜(Ultra High Purity Copper，简称UHPC)是指纯度≥6N的铜，其杂质含量≤1ppm，因此具有最小的晶界面积，同时内部的晶格缺陷也很少。从而使得超高纯铜拥有优良的抗电迁移能力、电导率、延展性、导热性、抗腐蚀能力。此外，其再结晶温度也较低。目前超高纯铜已广泛应用于45nm技术节点以下超大集成电路中的互联材料。
随着超大规模集成电路的飞速发展，半导体用芯片尺寸已经缩小到纳米级别，金属互连线的RC延迟和电迁移现象成为影响芯片性能的主要因素，传统的铝及铝合金互连线已经不能够满足超大规模集成电路工艺制程的需求。与铝相比，铜具有更高的抗电迁移能力和更高的电导率，尤其是超高纯铜(纯度≥6N)，对于降低芯片互连线电阻、提高其运算速度具有重要意义。
目前超高纯铜及铜合金主要通过热锻、静压、轧制、热处理来控制其溅射性能，目前常规的工艺水平获得的超高纯铜及铜合金靶材晶粒控制到10μm～20μm，且在不同区域分布不均匀，且晶粒取向也是随机分布的，取向为{110}的晶粒占比10～30％，因此需要开发新的塑性加工工艺使超高纯铜及铜合金靶材的晶粒尺寸以及取向满足7nm工艺节点以下溅射性能要求，进而保证超高纯铜靶材产品溅射过程性能稳定。
CN112063976A公开了一种超高纯铜靶材及其晶粒控制方法，所述方法包括将超高纯铜制件进行热锻处理，冷却后进行结晶热处理；将处理后的铜制件进行冷锻处理，然后再次进行结晶热处理，再经轧制得到超高纯铜靶材，但该方法并未明确晶粒取向的占比。
CN104128740A公开了一种铜靶材的制备方法，所述制备方法包括：先采用热锻工艺将铜坯料进行致密化处理，在经冷却后，形成第一铜靶材坯料；轧制所述第一铜靶材坯料，使之厚度降低10～50％，形成第二铜靶材坯料；将所述第二铜靶材坯料进行退火处理，形成铜靶材，但该方法未明确铜靶材中的晶粒大小和晶粒取向占比。
CN104746020B公开了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并保温，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，对轧后坯料进行热处理并保温，得到高纯铜合金溅射靶坯，但所述方法中平均晶粒尺寸在30μm以下，织构取向随机分布，不满足集成电路7nm工艺节点以下溅射性能要求。
因此，有必要开发一种晶粒小，取向分布均匀，能够满足7nm工艺节点以下溅射性能要求的靶材。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种铜靶材，所述铜靶材中晶粒尺寸≤10μm，所述铜靶材中晶粒取向为{110}的晶粒占比为50～70％，应用于集成电路的溅射成膜中，能够保证铜靶材在溅射过程中性能稳定，在集成电路上形成均匀的薄膜，所述铜靶材的制备方法包括对铜铸锭依次进行热锻、第一热处理、冷锻、第二热处理、第一静压、第二静压和轧制，所述制备方法简单，工作效率高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种铜靶材，所述铜靶材中晶粒尺寸≤10μm，例如可以是10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm或3μm等；所述铜靶材中晶粒取向为{110}的晶粒占比为50～70％，例如可以是50％、52％、54％、56％、58％、60％、62％、64％、66％、68％或70％等。
靶材的晶粒尺寸、晶粒取向对集成电路中金属薄膜的制备以及性能存在着很大的影响，主要表现为：随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率趋于降低；另外晶粒的取向也直接影响沉积速率，超高纯铜晶体结构为面心立方，其密排面为{111}、密排方向为[110]，不同取向晶粒的溅射速率排序为{111}>{100}>{110}。在溅射成膜过程中需保证铜靶材晶粒尺寸和取向分布均匀一致，从而确保靶材在使用时等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率稳定、薄膜厚度均匀性好。因此，为了提高靶材晶粒尺寸、取向分布均匀的性能，确保溅射过程稳定、互连线不发生短路，严格控制靶材所有区域晶粒尺寸≤10μm，且所有位置晶粒取向为{110}的晶粒占比需达到50～70％，既能满足现实中集成电路的溅射成膜要求，又能使靶材均匀地溅射在溅镀基材上，工程应用表明晶粒取向为{110}的晶粒越多越有助于提高铜靶材溅射过程中台阶覆盖性能，形成均匀的薄膜，实际上由于铜的晶体结构是面心立方，塑性变形过程中会有多个滑移系启动，不可能获得取向均为{110}的晶粒，50～70％已是现有条件下的极限。
本发明中所述铜靶材中晶粒取向为{110}的晶粒占比为50～70％，晶粒占比是指指铜及铜合金中晶粒取向的占比，其中合金元素都固溶在铜内部了，不会有单独的晶粒取向。
优选地，所述铜靶材包括超高纯铜靶材或铜合金靶材。
优选地，所述超高纯铜靶材中铜的含量≥99.9999wt％，例如可以是99.9999wt％、99.99992wt％、99.99994wt％、99.99996wt％、99.99998wt％或99.99999wt％等。
优选地，所述铜合金靶材包括铜铝合金靶材或铜锰合金靶材。
优选地，所述铜铝合金靶材中铜铝的总含量≥99.9999wt％，例如可以是99.9999wt％、99.99992wt％、99.99994wt％、99.99996wt％、99.99998wt％或99.99999wt％等。
优选地，所述铜锰合金靶材中铜锰的总含量≥99.9999wt％，例如可以是99.9999wt％、99.99992wt％、99.99994wt％、99.99996wt％、99.99998wt％或99.99999wt％等。
优选地，所述铜铝合金靶材中铝的含量≤1at％，例如可以是1at％、0.9at％、0.8at％、0.7at％、0.6at％、0.5at％、0.4at％、0.3at％、0.2at％或0.1at％等。
优选地，所述铜锰合金靶材中锰的含量≤1at％，例如可以是1at％、0.9at％、0.8at％、0.7at％、0.6at％、0.5at％、0.4at％、0.3at％、0.2at％或0.1at％等。
第二方面，一种如第一方面所述铜靶材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对铜铸锭依次进行热锻、第一热处理、冷锻和第二热处理，得到初处理铜铸锭；
(2)采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放，依次进行第一静压和第二静压，所述第一静压与第二静压之间包括翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，得到处理后铜铸锭；
(3)对步骤(2)所述处理后铜铸锭进行轧制，得到铜靶材。
本发明对铜铸锭进行热锻，使得铜铸锭铸态材料中粗大晶粒得到充分破碎，第一处理使热锻后的铜铸锭充分回复再结晶，冷锻使得铜铸锭中的晶粒进一步细化，第二处理使冷锻后的铜铸锭充分回复再结晶，得到初处理铜铸锭；为了减少静压过程中材料与设备接触面变形不均匀的问题，本发明采用两枚初处理铜铸锭叠放进行第一静压和第二静压，第一静压后翻转两枚初处理铜铸锭的接触面进行第二静压，最后采用轧机轧制处理后铜铸锭至要求尺寸，得到铜靶材。所述制备方法制备得到的铜靶材，晶粒尺寸≤10μm，铜靶材中晶粒取向为{110}的晶粒占比为50～70％，应用于集成电路的溅射成膜中，能够保证铜靶材在溅射过程中性能稳定，在集成电路上形成均匀的薄膜，有效控制铜靶材的晶粒尺寸以及取向，满足7nm工艺节点以下溅射要求。
本发明为了减少静压过程中材料与设备接触面变形不均匀的问题，采用两枚初处理铜铸锭叠放进行第一静压和第二静压，第一静压后翻转两枚初处理铜铸锭的接触面进行第二静压，得到的处理后铜铸锭表面均匀。
本发明中铜铸锭指固体状含铜金属。
优选地，步骤(1)所述铜铸锭包括超高纯铜或铜合金。
优选地，所述超高纯铜中铜的含量≥99.9999wt％，例如可以是99.9999wt％、99.99992wt％、99.99994wt％、99.99996wt％、99.99998wt％或99.99999wt％等。
优选地，所述铜合金包括铜铝合金或铜锰合金。
优选地，所述铜铝合金中铜铝的总含量≥99.9999wt％，例如可以是99.9999wt％、99.99992wt％、99.99994wt％、99.99996wt％、99.99998wt％或99.99999wt％等。
优选地，所述铜锰合金中铜锰的总含量≥99.9999wt％，例如可以是99.9999wt％、99.99992wt％、99.99994wt％、99.99996wt％、99.99998wt％或99.99999wt％等。
优选地，所述铜铝合金中铝的含量≤1at％，例如可以是1at％、0.9at％、0.8at％、0.7at％、0.6at％、0.5at％、0.4at％、0.3at％、0.2at％或0.1at％等。
优选地，所述铜锰合金中锰的含量≤1at％，例如可以是1at％、0.9at％、0.8at％、0.7at％、0.6at％、0.5at％、0.4at％、0.3at％、0.2at％或0.1at％等。
优选地，所述热锻的温度为800～900℃，例如可以是800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃或900℃等。
本发明中热锻的温度为800～900℃，一方面提高铜铸锭的塑性变形能力，另一方便有助于改善铜铸锭内部缺陷。
优选地，所述热锻后铜铸锭的厚度为热锻前铜铸锭厚度的40～50％，例如可以是40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％等。
优选地，所述第一热处理的温度为200～300℃，例如可以是200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃等。
优选地，所述第一热处理的时间为30～60min，例如可以是30min、33min、36min、39min、42min、45min、48min、51min、54min、57min或60min等。
优选地，所述冷锻的温度为20～30℃，例如可以是20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃等。
本发明中冷锻的温度为20～30℃，冷锻是使铜铸锭在其再结晶温度(高纯铜的再结晶温度160～230℃)以下发生较大塑性变形，从而在后续再结晶退火中获得更加细小的晶粒。
优选地，所述冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的50～60％，例如可以是50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％等。
本发明中冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的50～60％，能够进一步细化晶粒，且使得晶粒取向及尺寸分布更加均匀。
优选地，所述第二热处理的温度为200～300℃，例如可以是200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃等。
本发明中第二热处理的温度为200～300℃，既能够保证晶粒充分完成再结晶，又能够避免晶粒再结晶不完全和晶粒异常长大。
优选地，所述第二热处理的时间为30～60min，例如可以是30min、33min、36min、39min、42min、45min、48min、51min、54min、57min或60min等。
优选地，步骤(2)所述第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％，例如可以是40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％等。
本发明中步骤(2)所述第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％，既能够进一步细化晶粒，且使得取向为{110}的晶粒占比增加。
优选地，所述第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％，例如可以是40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％等。
优选地，步骤(3)所述轧制的压量为0.5～1mm/道次，例如可以是0.5mm/道次、0.6mm/道次、0.7mm/道次、0.8mm/道次、0.9mm/道次或1mm/道次。
本发明中轧制的压量为0.5～1mm/道次，能够使得处理后铜铸锭轧制趋于平面应变，有助于减少不均变形区域，获得晶粒均匀的靶材。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对铜铸锭在800～900℃下进行热锻，热锻后铜铸锭的厚度为热锻前铜铸锭厚度的40～50％；在200～300℃下进行第一热处理30～60min；在20～30℃下进行冷锻，冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的50～60％；在200～300℃下进行第二热处理30～60min，得到初处理铜铸锭；
(2)采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放进行第一静压，第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％，翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％，得到处理后铜铸锭；
(3)对步骤(2)所述处理后铜铸锭进行压量为0.5～1mm/道次的轧制，得到晶粒尺寸≤10μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为50～70％的铜靶材。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述铜靶材在集成电路中溅射成膜的用途。
半导体用芯片尺寸已缩小至纳米级别，金属互连线的RC延迟和电迁移现象成为影响芯片性能的主要因素，铜具有高的抗电迁移能力和电导率，尤其是超高纯铜(纯度≥6N)，能够降低芯片互连线电阻并提高其运算速度，本发明提供的铜靶材，具有小的晶粒尺寸，均匀的晶粒取向，应用于集成电路中的溅射成膜过程，能够保持稳定的性能，满足7nm工艺节点以下溅射性能要求。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的铜靶材，晶粒尺寸小，晶粒在全区域内分布均匀，取向分布均匀，晶粒尺寸≤20.8μm，且所有位置晶粒取向为{110}的晶粒占比≥38％，在优选条件下，晶粒尺寸≤8μm，且所有位置晶粒取向为{110}的晶粒占比≥50％；
(2)本发明提供的铜靶材，应用于集成电路的溅射成膜过程中，能够使靶材均匀地溅射在溅镀基材上，满足7nm工艺节点以下溅射性能要求；
(3)本发明提供的铜靶材的制备方法，制备方法简单，工作效率高。
附图说明
图1是本发明实施例1第一静压和第二静压过程的示意图。
图2是本发明对比例3初处理铜铸锭第一静压后不同区域变形难易程度的分布图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对铜含量为99.9999wt％超高纯铜在850℃下进行热锻，热锻后铜铸锭的厚度为热锻前铜铸锭厚度的45％；在250℃下进行第一热处理45min；在25℃下进行冷锻，冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的55％；在250℃下进行第二热处理45min，得到初处理铜铸锭；
(2)采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放进行第一静压，第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的45％，翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的45％，得到处理后铜铸锭；
(3)对步骤(2)所述处理后铜铸锭进行压量为0.8mm/道次的轧制，得到铜靶材。
图1是本实施例第一静压和第二静压过程的示意图，将两枚初处理铜铸锭叠放，其中上方初处理铜铸锭的底面与下方初处理铜铸锭的顶面接触，进行第一静压后，翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，使得上方初处理铜铸锭的顶面与下方初处理铜铸锭的底面接触，进行第二静压，得到的处理后铜铸锭变形均匀。
实施例2
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将锰含量为1at％，铜锰总含量为99.99992wt％的铜锰合金在800℃下进行热锻，热锻后铜铸锭的厚度为热锻前铜铸锭厚度的40％；在200℃下进行第一热处理60min；在20℃下进行冷锻，冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的50％；在200℃下进行第二热处理30min，得到初处理铜铸锭；
(2)采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放进行第一静压，第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的40％，翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的40％，得到处理后铜铸锭；
(3)对步骤(2)所述处理后铜铸锭进行压量为0.5mm/道次的轧制，得到铜靶材。
实施例3
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将铝含量为1at％，铜铝总含量为99.99995wt％的铜铝合金在900℃下进行热锻，热锻后铜铸锭的厚度为热锻前铜铸锭厚度的50％；在300℃下进行第一热处理30min；在30℃下进行冷锻，冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的60％；在300℃下进行第二热处理60min，得到初处理铜铸锭；
(2)采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放进行第一静压，第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的50％，翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的50％，得到处理后铜铸锭；
(3)对步骤(2)所述处理后铜铸锭进行压量为1mm/道次的轧制，得到铜靶材。
实施例4
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(1)冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的40％，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(1)冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的70％，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(1)第二热处理的温度控制为150℃，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(1)第二热处理的温度控制为350℃，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(2)第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的30％，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(2)第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的60％，其余均与实施例1相同。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(1)不进行冷锻和第二热处理，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法不进行步骤(2)，其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(2)不采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放，即单独对初处理铜铸锭进行第一静压和第二静压，其余均与实施例1相同。
具体的，步骤(2)为：
(2)对步骤(1)所述初处理铜铸锭进行第一静压，第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的45％，进行第二静压，第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的45％，得到处理后铜铸锭。
图2是本对比例初处理铜铸锭第一静压后不同区域变形难易程度的分布图，其中Ⅰ区域属于难变形区域，是因为初处理铜铸锭上、下端面与设备直接接触，摩擦阻力较大，导致该区域晶粒很难实现滑移，即该区域中的晶粒不易被破碎细化；Ⅱ区域属于大变形区域，材料心部位置通过端面轴向力传导可以发生较大变形；Ⅲ区域属于小变形区域，该区域变形程度介于Ⅰ和Ⅱ区域之间。因此单独对初处理铜铸锭进行第一静压和第二静压，使得到的处理后铜铸锭变形不均匀。
对比例4
本对比例提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法步骤(2)中第一静压后，不翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，其余均与实施例1相同。
具体的，步骤(2)为：
(2)采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放进行第一静压，第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的45％，进行第二静压，第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的45％，得到处理后铜铸锭。
三、测试及结果
铜靶材中晶粒尺寸和晶粒取向为{110}的晶粒占比的测试方法：通过装配在扫描电镜上的电子背散射衍射(Electron Backscattered Diffraction，EBSD)来检测。
将以上实施例和对比例得到的铜靶材应用于7nm工艺节点以下集成电路的溅射镀膜过程中，实施例1～3中的铜靶材满足7nm工艺节点以下集成电路的溅射镀膜要求，保证溅射过程稳定，溅射膜厚度均匀，实施例4～9不能满足7nm工艺节点以下集成电路的溅射镀膜要求，溅射过程不稳定，溅射膜厚度不均匀，对比例1～4中的铜靶材不能满足7nm工艺节点以下集成电路的溅射镀膜要求，溅射过程不稳定，溅射膜厚度不均匀。
以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002978704770000131
Figure BDA0002978704770000141
从表1可以看出以下几点：
(1)本发明提供铜靶材及其制备方法和用途，所述铜靶材应用于集成电路的溅射成膜中，能够保证铜靶材在溅射过程中性能稳定，在集成电路上形成均匀的薄膜，铜靶材晶粒尺寸≤20.8μm，且所有位置晶粒取向为{110}的晶粒占比≥38％，在优选条件下，晶粒尺寸≤8μm，且所有位置晶粒取向为{110}的晶粒占比≥50％；
(2)结合实施例1和实施例4～5可知，实施例1中步骤(1)冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的55％，相较于实施例4～5中步骤(1)冷锻后铜铸锭的厚度分别为冷锻前铜铸锭厚度的40％和70％而言，实施例1中铜靶材的晶粒尺寸为6.8μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为62％，而实施例4～5中铜靶材的晶粒尺寸分别为13.2μm和14.4μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比分别为41％和39％，由此表明，将步骤(1)冷锻后铜铸锭的厚度与冷锻前铜铸锭厚度的比值控制在一定范围内，能够减小铜靶材晶粒尺寸，提高晶粒取向为{110}的晶粒占比；
(3)结合实施例1和实施例6～7可知，实施例1中步骤(1)第二热处理的温度控制为250℃，相较于实施例6～7中步骤(1)第二热处理的温度控制分别为150℃和350℃而言，实施例1中铜靶材的晶粒尺寸为6.8μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为62％，而实施例6～7中铜靶材的晶粒尺寸分别为20.8μm和20.3μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比分别为51％和48％，由此表明，将步骤(1)第二热处理的温度控制在一定范围内，能够减小铜靶材晶粒尺寸，提高晶粒取向为{110}的晶粒占比；
(4)结合实施例1和实施例8～9可知，实施例1中步骤(2)第一静压后初处理铜铸锭的厚度为为第一静压前初处理铜铸锭厚度的45％，相较于实施例8～9中步骤(2)第一静压后初处理铜铸锭的厚度分别控制为第一静压前初处理铜铸锭厚度的30％和60％而言，实施例1中铜靶材的晶粒尺寸为6.8μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为62％，而实施例8～9中铜靶材的晶粒尺寸分别为14.5μm和13.8μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比分别为38％和43％，且实施例9中晶粒取向分布不均匀，由此表明，将步骤(2)第一静压后初处理铜铸锭的厚度与第一静压前初处理铜铸锭厚度的比值控制在一定范围内，能够减小铜靶材晶粒尺寸，提高晶粒取向为{110}的晶粒占比，提高晶粒{110}取向分布的均匀性；
(5)结合实施例1和对比例1可知，实施例1步骤(1)进行了冷锻和第二热处理，相较于对比例1步骤(1)不进行冷锻和第二热处理而言，实施例1中铜靶材的晶粒尺寸为6.8μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为62％，而对比例1中铜靶材的晶粒尺寸为25.3μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为23％，且晶粒分布不均匀，取向分布不均匀，由此表明，本发明步骤(1)进行了冷锻和第二热处理，能够减小铜靶材晶粒尺寸，提高晶粒取向为{110}的晶粒占比，提高晶粒及其{110}取向分布的均匀性；
(6)结合实施例1和对比例2可知，实施例1进行了步骤(2)，相较于对比例1不进行步骤(2)而言，实施例1中铜靶材的晶粒尺寸为6.8μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为62％，而对比例2中铜靶材的晶粒尺寸为28.6μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为18％，且晶粒分布不均匀，取向分布不均匀，由此表明，本发明进行步骤(2)，能够减小铜靶材晶粒尺寸，提高晶粒取向为{110}的晶粒占比，提高晶粒及其{110}取向分布的均匀性；
(7)结合实施例1和对比例3可知，实施例1步骤(2)将两枚初处理铜铸锭叠放进行第一静压，随后翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，相较于对比例3步骤(2)单独对初处理铜铸锭进行第一静压和第二静压而言，实施例1中铜靶材的晶粒尺寸为6.8μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为62％，而对比例3中铜靶材的晶粒尺寸为13.6μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为44％，且晶粒分布不均匀，取向分布不均匀，由此表明，本发明步骤(2)将两枚初处理铜铸锭叠放进行第一静压，随后翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，能够减小铜靶材晶粒尺寸，提高晶粒取向为{110}的晶粒占比，提高晶粒及其{110}取向分布的均匀性；
(8)结合实施例1和对比例4可知，实施例1步骤(2)将两枚初处理铜铸锭叠放进行第一静压，随后翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，相较于对比例4步骤(2)第一静压后，不翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，随后进行第二静压而言，实施例1中铜靶材的晶粒尺寸为6.8μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为62％，而对比例4中铜靶材的晶粒尺寸为12.6μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为36％，且晶粒分布不均匀，取向分布不均匀，由此表明，本发明步骤(2)将两枚初处理铜铸锭叠放进行第一静压，随后翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，能够减小铜靶材晶粒尺寸，提高晶粒取向为{110}的晶粒占比，提高晶粒及其{110}取向分布的均匀性。
综上所述，本发明提供铜靶材及其制备方法和用途，所述铜靶材的制备方法包括对铜铸锭依次进行热锻、第一热处理、冷锻、第二热处理、第一静压、第二静压和轧制，铜靶材应用于集成电路的溅射成膜中，能够保证铜靶材在溅射过程中性能稳定，在集成电路上形成均匀的薄膜，晶粒尺寸≤20.8μm，且所有位置晶粒取向为{110}的晶粒占比≥38％，在优选条件下，晶粒尺寸≤8μm，且所有位置晶粒取向为{110}的晶粒占比≥50％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (18)

1.一种铜靶材的制备方法，其特征在于，所述铜靶材中晶粒尺寸≤10μm；
所述铜靶材中晶粒取向为{110}的晶粒占比为50～70％；
所述制备方法包括以下步骤：
(1)对铜铸锭依次进行热锻、第一热处理、冷锻和第二热处理，得到初处理铜铸锭；所述冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的50～60％；所述第二热处理的温度为200～300℃；
(2)采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放，依次进行第一静压和第二静压，所述第一静压与第二静压之间包括翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，得到处理后铜铸锭；所述第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％；
(3)对步骤(2)所述处理后铜铸锭进行轧制，得到铜靶材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铜铸锭包括超高纯铜或铜合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超高纯铜中铜的含量≥99.9999wt％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铜合金包括铜铝合金或铜锰合金。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜铝合金中铜铝的总含量≥99.9999wt％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜锰合金中铜锰的总含量≥99.9999wt％。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜铝合金中铝的含量≤1at％。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜锰合金中锰的含量≤1at％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热锻的温度为800～900℃。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热锻后铜铸锭的厚度为热锻前铜铸锭厚度的40～50％。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理的温度为200～300℃。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理的时间为30～60min。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷锻的温度为20～30℃。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二热处理的时间为30～60min。
15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％。
16.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述轧制的压量为0.5～1mm/道次。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对铜铸锭在800～900℃下进行热锻，热锻后铜铸锭的厚度为热锻前铜铸锭厚度的40～50％；在200～300℃下进行第一热处理30～60min；在20～30℃下进行冷锻，冷锻后铜铸锭的厚度为冷锻前铜铸锭厚度的50～60％；在200～300℃下进行第二热处理30～60min，得到初处理铜铸锭；
(2)采用两枚步骤(1)所述初处理铜铸锭叠放进行第一静压，第一静压后初处理铜铸锭的厚度为第一静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％，翻转两枚初处理铜铸锭的接触面并叠放，进行第二静压，第二静压后初处理铜铸锭的厚度为第二静压前初处理铜铸锭厚度的40～50％，得到处理后铜铸锭；
(3)对步骤(2)所述处理后铜铸锭进行压量为0.5～1mm/道次的轧制，得到晶粒尺寸≤10μm，晶粒取向为{110}的晶粒占比为50～70％的铜靶材。
18.一种如权利要求1所述铜靶材在集成电路中溅射成膜的用途。
CN202110281579.3A 2021-03-16 2021-03-16 一种铜靶材及其制备方法和用途 Active CN113046705B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110281579.3A CN113046705B (zh) 2021-03-16 2021-03-16 一种铜靶材及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110281579.3A CN113046705B (zh) 2021-03-16 2021-03-16 一种铜靶材及其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113046705A CN113046705A (zh) 2021-06-29
CN113046705B true CN113046705B (zh) 2022-08-16

Family

ID=76512560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110281579.3A Active CN113046705B (zh) 2021-03-16 2021-03-16 一种铜靶材及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113046705B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113667946A (zh) * 2021-08-19 2021-11-19 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种铜靶材及其晶粒与硬度控制方法
CN113862627A (zh) * 2021-09-24 2021-12-31 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种铜靶材及改善其内部组织的方法
CN113857402B (zh) * 2021-09-27 2024-05-24 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种合金高纯铜靶材的制备方法
CN113957396A (zh) * 2021-10-21 2022-01-21 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种靶材组件的加工方法
CN114000072A (zh) * 2021-10-28 2022-02-01 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种铜背板的热处理方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484711A (zh) * 2000-11-02 2004-03-24 ����Τ�����ʹ�˾ 物理汽相淀积靶及制造金属材料的方法
US6878250B1 (en) * 1999-12-16 2005-04-12 Honeywell International Inc. Sputtering targets formed from cast materials
CN1928129A (zh) * 2006-09-29 2007-03-14 宁波江丰电子材料有限公司 一种制备溅射靶材料的方法
CN102909299A (zh) * 2012-08-16 2013-02-06 宁夏东方钽业股份有限公司 高性能钽靶材的热锻工艺
CN103572223A (zh) * 2012-08-01 2014-02-12 宁波江丰电子材料有限公司 钽靶材及钽靶材组件的制造方法
CN103572227A (zh) * 2012-07-30 2014-02-12 株式会社Sh铜业 溅射用铜靶材以及溅射用铜靶材的制造方法
CN104128740A (zh) * 2013-05-02 2014-11-05 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种铜靶材的制备方法
CN104755651A (zh) * 2012-12-19 2015-07-01 吉坤日矿日石金属株式会社 钽溅射靶及其制造方法
CN109983149A (zh) * 2017-03-30 2019-07-05 Ｊｘ金属株式会社 溅射靶及其制造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2123791B1 (en) * 2005-03-28 2014-08-13 JX Nippon Mining & Metals Corporation Deep-pot-shaped copper sputtering target
CN103028898A (zh) * 2012-08-16 2013-04-10 宁夏东方钽业股份有限公司 一种高性能钽靶材的制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6878250B1 (en) * 1999-12-16 2005-04-12 Honeywell International Inc. Sputtering targets formed from cast materials
CN1484711A (zh) * 2000-11-02 2004-03-24 ����Τ�����ʹ�˾ 物理汽相淀积靶及制造金属材料的方法
CN1928129A (zh) * 2006-09-29 2007-03-14 宁波江丰电子材料有限公司 一种制备溅射靶材料的方法
CN103572227A (zh) * 2012-07-30 2014-02-12 株式会社Sh铜业 溅射用铜靶材以及溅射用铜靶材的制造方法
CN103572223A (zh) * 2012-08-01 2014-02-12 宁波江丰电子材料有限公司 钽靶材及钽靶材组件的制造方法
CN102909299A (zh) * 2012-08-16 2013-02-06 宁夏东方钽业股份有限公司 高性能钽靶材的热锻工艺
CN104755651A (zh) * 2012-12-19 2015-07-01 吉坤日矿日石金属株式会社 钽溅射靶及其制造方法
CN104128740A (zh) * 2013-05-02 2014-11-05 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种铜靶材的制备方法
CN109983149A (zh) * 2017-03-30 2019-07-05 Ｊｘ金属株式会社 溅射靶及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113046705A (zh) 2021-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113046705B (zh) 一种铜靶材及其制备方法和用途
CN112921287B (zh) 一种超高纯铜靶材及其晶粒取向控制方法
JP6077102B2 (ja) スパッタリング用チタンターゲット及びその製造方法
TWI553135B (zh) Tantalum sputtering target and its manufacturing method
JP4593475B2 (ja) タンタルスパッタリングターゲット
US6428638B2 (en) Process for producing sputtering target materials
CN100445419C (zh) Ta溅射靶及其制造方法
KR101882606B1 (ko) 탄탈 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법 그리고 동 타깃을 사용하여 형성한 반도체 배선용 배리어막
TWI623638B (zh) Sputtering target and manufacturing method thereof
WO2004090193A1 (ja) タンタルスパッタリングターゲット及びその製造方法
CN112063976B (zh) 一种超高纯铜靶材及其晶粒控制方法
EP1704266A2 (en) High integrity sputtering target material and method for producing bulk quantities of same
JPH09104972A (ja) スパッタリング用チタンターゲットおよびその製造方法
CN113667946A (zh) 一种铜靶材及其晶粒与硬度控制方法
CN115948718A (zh) 一种高纯镁溅射靶材及其制备方法
CN115029668A (zh) 一种叠轧制备高性能钽溅射靶材的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant