CN1985014B - 铜合金制造的导线材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由铜合金制造的导线材料,其中铜含量大于90原子%,该材料含有0.5-10原子%的选自钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、铬、钛、锆、铪、硅的一种或多种元素,和0-5原子%的选自镁、钒、铌、钽、钼、钨、银、金、铁、硼的一种或多种元素。该种材料具有低电阻,与玻璃基质良好的结合性,足够的抗氧化性和低的电迁移率。

Description

铜合金制造的导线材料
技术领域
本发明涉及一种铜含量90原子%以上的铜合金导线材料以及用于该材料的沉积的溅射靶。
背景技术
导线系统是微电子设备的一种基础组件,包含一条或多条导线涂覆在基质上的导线;可以使用各种涂覆方法,比如PVD或CVD。由于要求的响应时间变得越来越短,微电子设备变得越来越大,因此对用作导线的材料的导电性的要求越来越高,例如薄膜晶体管液晶显示器的栅极(TFT-LCD)的情况。因此,只有具有足够高导电性的材料,如铝或高熔点金属及其合金用作导线。
就导电性和材料成本而言,铜是理想的材料。但当沉积在玻璃上时,铜的层结合性很差。而且,抗氧化性也不够。而且,铜对电迁移的阻抗性低。电迁移发生在当电场被施加在非方向性的热扩散时,在电子流方向导致材料的净流动。更进一步的问题是铜扩散进周围薄膜的速度高。如果用合金,重要的是使导性最小程度地被削弱。而且,至关重要的是,层材料不应包含任何不能被蚀刻的微结构组分,因为那些组分使产生无缺陷的电子组件变得非常困难。这也限制了合金的选择。对于将用铜合金用于ULSI结构已经进行了许多尝试。比如,US-A 5,023,698描述了一种铜合金,它至少含有选自铝,铍,铬,铁,镁,镍,硅,锡和锌的一种元素。铬的含量限制在0.01-0.3重量%。硅的含量限制在0.01-0.2重量%之间。
US-A 5,077,005又提到一种铜合金,它至少含有选自铟,镉,锑,铋,钛,银,锡,铅,锆的一种元素,含量在0.0003-0.01重量%之间。虽然如此,但是这些合金中没有一种具有充分的与玻璃基质的粘合力,同时又具有充分的抗氧化性和对电迁移的阻力。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于铜的导线材料,同时提供一种用于该材料的沉积的溅射靶,它能满足宽范围的要求,比如,低电阻,与玻璃基质的良好结合性,良好的抗氧化性和低电迁移率。
本发明通过一种铜含量在90原子%以上的铜合金导线材料达到了上述目的。该材料含有0.5-10原子%的选自钙,锶,钡,钪,钇,镧系元素,钛,锆,铪、硅、铬和硅的一种或多种。已经发现,在所示的浓度范围中,这些元素不仅提高了在玻璃基质上的沉积的结合强度,而且也提高了抗氧化性。即使在更低的浓度不带来任何改进的元素(铬、硅、钛),情况也是如此。因为铜含量在90原子%以上,而且合金元素不溶解在铜中,这就保证了导电性在铝和目前使用的高熔点合金之上。
将含量为0-5原子%的选自镁、钒、铌、钽、钼、钨、银、金、铁、硼的一种或多种元素添加到合金中对层结合力基本上没有影响,但进一步提高了在低温下的抗氧化。而且,本发明合金具有第二相的沉淀部分,因此保证了足够高的对电迁移的阻抗。该第二相可以早在沉积过程本身中形成,或在热处理过程中形成,也可以在后来的PECVD过程中形成。
如果材料含有0.5-10原子%,特别是含有1-7原子%的选自钪、钇、镧系元素、铬、硅中的一种或多种元素,就可获得最佳层粘合性和抗氧化性。如果0.5-5原子%的选自钪、钇、镧系元素中的一种或多种元素和0.5-5原子%的铬和/或硅结合使用,将获得优秀的层粘合性和抗氧化性的材料。如果1-4原子%的选自钪、钇、镧系元素中的一种或多种元素和0.5-3原子%的铬结合使用,将获得特别好的层粘合性和抗氧化性的材料。
添加0.1-3原子%的镁、银和/或金到合金中,将得到抗氧化性的进一步的改善。
具有和层材料基本相同的化学成份的溅射靶用来产生所述的层。优选用粉末冶金加工方法生产本发明溅射靶,在这种情况下使用的固结技术包括挤压/烧结工艺,热压工艺,高温等静压工艺和渗透工艺。而且,使用随后的变形步骤,比如滚压、挤压或铸造证明是有利的。
粒度在500微米以下也是有利的。在通过变形工艺产生溅射靶的情况下,有利的粒度在200微米以下,对滚压的或挤压的产品,涉及采取横向的微切面测量法。或者,对铸造的产品涉及对材料流向横向进行的相应的测量。而且,溅射靶的密度大于97%,最好大于98.5%是有利的,在变形溅射靶的情况下,大于理论密度的99.8%。在下面的实施例中更多地解释了本发明的细节。
具体实施例
粒度为130微米的铜粉末与各个合金粉末在扩散混合器中混合。混合粉末被引入由非合金钢制造的容器中后,进行脱气处理,容器以气密的方式抽真空并密封。
在HIP装置中进行热压缩,温度为构成铜合金的各自的固相线以下100℃到200℃,压力为2000bar。在所有的合金变量中,密度大于理论密度的98%,粒度小于500微米。三维为300x150x10mm3的溅射靶和三维是50x50x2mm3的氧化样品用热等静热压块机械制造。其后,0.5微米厚度的各层通过磁控管溅镀被沉积在玻璃基质(液晶显示器玻璃)上,这些层的粘合性通过胶带试验定性测定并评价(1、结合性显著地好于纯铜的情况;2、结合性好于纯铜的情况;3、结合与纯铜的情况类似)。氧化特性在200℃的温度,在空气中1000小时的测试时间进行测定,样品被分成C级(重量增加大于0.2mg/cm2),B级(重量增加在0.2mg/cm2 to0.1mg/cm2)和A级(重量增加小于0.1mg/cm2)。样品编号1到23代表根据本发明的测试,样品编号24到26代表原有的技术的测试。结果汇编在下面的表中。

Claims (15)

1.由铜合金通过溅射制造的导线材料,其中铜含量在90原子%以上其特征在于,所述合金材料含有0.5-10原子%的选自钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、铬、钛、锆、铪、硅的一种或多种元素,和0-5原子%的选自镁、钒、铌、钽、钼、钨、银、金、铁、硼的一种或多种元素。
2.如权利要求1所述的导线材料,其特征在于,它含有0.5-10原子%的选自钪、钇、镧系元素、铬、硅的一种或多种元素。
3.如权利要求2所述的导线材料,其特征在于,它含有1-7原子%的选自钪、钇、镧系元素、铬、硅的一种或多种元素。
4.如权利要求1-3之一所述的导线材料,其特征在于,它含有0.5-5原子%的选自钪、钇、镧系元素的一种或多种元素和0.5-5原子%的铬和/或硅。
5.如权利要求1所述的导线材料,其特征在于,它含有1-4原子%的选自钪、钇、镧系元素的一种或多种元素和0.5-3原子%的铬。
6.如权利要求2所述的导线材料,其特征在于,它含有0.1-3原子%的选自银,金和镁的一种或多种元素。
7.用于沉积通过如权利要求1-6之一所述的铜合金制成的导线的溅射靶,其特征在于,所述靶是通过粉末冶金方法产生的。
8.如权利要求7所述的溅射靶,其特征在于,所述靶是通过喷射压紧法产生的。
9.如权利要求7所述的溅射靶,其特征在于,所述靶的理论密度大于97%。
10.如权利要求7所述的溅射靶,其特征在于,其粒度小于500微米。
11.如权利要求7所述的溅射靶,其特征在于,它是通过滚压加以形变。
12.如权利要求11所述的溅射靶,其特征在于,靶的理论密度大于99.8%。
13.如权利要求11所述的溅射靶,其特征在于,其粒度小于200微米。
14.如权利要求7所述的溅射靶,其特征在于,它适用于平坦屏幕。
15.如权利要求14所述的溅射靶,其特征在于,它适用于薄膜晶体管液晶显示器平坦屏幕。
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