一种铜靶材及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种铜靶材及其制备方法，所述制备方法包括依次进行的切料、第一锻伸、第一热处理、第二锻伸、第二热处理、冷锻、第三热处理、压制、第四热处理与抛光；所述第一热处理与第二热处理的温度分别为290

【技术实现步骤摘要】
一种铜靶材及其制备方法


[0001]本专利技术属于磁控溅射
，涉及一种溅射靶材，尤其涉及一种铜靶材及其制备方法。

技术介绍

[0002]磁控溅射是制造半导体芯片所必需的一种极其重要的关键技术，其原理是采用物理气相沉积技术，利用高压加速气态离子轰击靶材表面，使得靶材的原子被溅射出来，并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。
[0003]由于金属铜的电阻率低，导电性好，采用铜布线可显著提升半导体芯片的反应速度。因此，铜靶材成为了应用较广的溅射靶材。对于铜靶材，其内部组织均匀性是镀膜质量稳定性的重要保证。铜靶材的微观结构与组织均匀性、晶粒尺寸和取向分布对铜靶材的性能均会产生显著影响。一般而言，晶粒尺寸越细小，溅射薄膜的厚度分布就越均匀，溅射速率也就越快。
[0004]CN 1928129A公开了一种制备溅射靶材料的方法，所述方法包括：(1)将材料均匀预热至130
‑
170℃；(2)对材料进行垂直于轴向的塑性加工，过程温度控制在250℃以下；(3)对材料进行250
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500℃的热处理加工，保温一定时间后进行水冷；(4)将材料再次均匀预热至130
‑
170℃；(5)对材料进行平行于轴向的塑性加工，过程温度控制在250℃以下。所述材料主要包括铝及铝合金，平均晶粒尺寸低于100μm，所述材料具有一定的组织结构取向。所述专利技术主要针对铝及铝合金在130
‑
170℃进行塑性变形，但是对于铜靶材则变形温度低，变形抗力大，变形不充分，容易造成后续晶粒组织异常。
[0005]CN 1409773A公开了一种制备溅射靶材料的加工方法，所述方法以至少5％/秒的加工百分比和至少100％/秒的加工速率对金属材料进行塑性加工，并且控制材料加工过程中的温度变化，从而实现控制靶材的晶粒大小。但是大于100％/秒的高速率塑性加工在实际操作中非常难以控制，每次塑性加工的速度和材料的变形量也难以计算和确定。在工业化规模生产方面，对生产设备的要求很高，同时生产工艺的重复性也难以控制。
[0006]由此可见，如何提供一种铜靶材的制备方法，减少铜靶材内部缺陷，避免晶粒组织异常现象，提升晶粒细化程度，进而改善溅射薄膜的厚度分布均匀性，提升溅射速率和镀膜质量，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种铜靶材及其制备方法，所述制备方法减少了铜靶材内部缺陷，避免了晶粒组织异常现象，提升了晶粒细化程度，进而改善了溅射薄膜的厚度分布均匀性，提升了溅射速率和镀膜质量。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种铜靶材的制备方法，所述制备方法包括依次进行的切
料、第一锻伸、第一热处理、第二锻伸、第二热处理、冷锻、第三热处理、压制、第四热处理与抛光。
[0010]所述第一热处理与第二热处理的温度分别为290
‑
310℃，例如可以是290℃、292℃、294℃、296℃、298℃、300℃、302℃、304℃、306℃、308℃或310℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0011]所述第三热处理与第四热处理的温度分别为250
‑
270℃，例如可以是250℃、252℃、254℃、256℃、258℃、260℃、262℃、264℃、266℃、268℃或270℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0012]本专利技术通过两次锻伸、四次热处理及冷锻与压制等一系列工序将原始铜靶坯加工成高质量铜靶材。其中的锻伸使得原本的粗大枝状晶粒和柱状晶粒破碎成细小晶粒，将铜靶坯内部的偏析、疏松、气孔、夹渣等被压实和焊合，从而使得组织结构更为紧密；其中的热处理可消除铜靶坯内部因挤压而造成的残余应力，适当降低了所得铜靶材的硬度和脆性，增加了可塑性，减少了铜靶材在后续工艺中的变形和裂纹倾向，进一步提升了晶粒的尺寸均匀性。
[0013]本专利技术需严格控制每次热处理的温度范围，防止温度过低导致晶粒生长不均匀和对后续靶材组件的焊接带来不利影响，以及温度过高导致晶粒长大过度而降低溅射速率和镀膜质量。这一整套制备方法减少了铜靶材内部缺陷，避免了晶粒组织异常现象，提升了晶粒细化程度，改善了溅射薄膜的厚度分布均匀性。
[0014]优选地，所述切料得到第一圆柱体铜靶坯。
[0015]优选地，所述第一圆柱体铜靶坯的直径为170
‑
180mm，例如可以是170mm、171mm、172mm、173mm、174mm、175mm、176mm、177mm、178mm、179mm或180mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]优选地，所述第一圆柱体铜靶坯的长度为190
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210mm，例如可以是190mm、192mm、194mm、196mm、198mm、200mm、202mm、204mm、206mm、208mm或210mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]优选地，所述第一锻伸包括依次进行的预热、锻打、水冷、墩粗与拉拔，其中的墩粗与拉拔交替重复进行至少3次，例如可以是3次、4次、5次或6次，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述预热的温度为890
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910℃，例如可以是890℃、892℃、894℃、896℃、898℃、900℃、902℃、904℃、906℃、908℃或910℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，所述锻打得到正方体铜靶坯。
[0020]优选地，所述正方体铜靶坯的边长为145
‑
155mm，例如可以是145mm、146mm、147mm、148mm、149mm、150mm、151mm、152mm、153mm、154mm或155mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述墩粗至铜靶坯长度为100
‑
120mm，例如可以是100mm、102mm、104mm、106mm、108mm、110mm、112mm、114mm、116mm、118mm或120mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，所述拉拔至铜靶坯长度为210
‑
230mm，例如可以是210mm、212mm、214mm、
216mm、218mm、220mm、222mm、224mm、226mm、228mm或230mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括依次进行的切料、第一锻伸、第一热处理、第二锻伸、第二热处理、冷锻、第三热处理、压制、第四热处理与抛光；所述第一热处理与第二热处理的温度分别为290
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310℃；所述第三热处理与第四热处理的温度分别为250
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270℃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述切料得到第一圆柱体铜靶坯；优选地，所述第一圆柱体铜靶坯的直径为170
‑
180mm；优选地，所述第一圆柱体铜靶坯的长度为190
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210mm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一锻伸包括依次进行的预热、锻打、水冷、墩粗与拉拔，其中的墩粗与拉拔交替重复进行至少3次；优选地，所述预热的温度为890
‑
910℃；优选地，所述锻打得到正方体铜靶坯；优选地，所述正方体铜靶坯的边长为145
‑
155mm；优选地，所述墩粗至铜靶坯长度为100
‑
120mm；优选地，所述拉拔至铜靶坯长度为210
‑
230mm；优选地，所述第二锻伸包括依次进行第二前锻伸与第二后锻伸；优选地，所述第二前锻伸与第一锻伸的条件一致；优选地，所述第二后锻伸得到第二圆柱体铜靶坯，并进行水冷；优选地，所述第二圆柱体铜靶坯的长度为220
‑
230mm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理与第二热处理的时间分别为25
‑
35min；优选地，所述第一热处理与第二热处理分别以水冷的方式进行冷却。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述冷锻包括依次进行的冷锻墩粗与冷锻拉拔；优选地，所述冷锻墩粗在万吨油压机中进行，得到第三圆柱体铜靶坯；优选地，所述第三圆柱体铜靶坯的长度为100
‑
110mm；优选地，所述冷锻拉拔在万吨油压机中进行，得到第四圆柱体铜靶坯；优选地，所述第四圆柱体铜靶坯的长度为220
‑
230mm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第三热处理与第四热处理的时间分别为25
‑
35min；优选地，所述第三热处理与第四热处理分别以水冷的方式进行冷却。7.根据权利要求1
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6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述压制包括依次进行的切除、静压与压延；优选地，所述切除具体为切除第四圆柱体铜靶坯两端开裂的料头，得到第五圆柱体铜靶坯；优选地，所述第五圆柱体铜靶坯的长度为190
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210mm；优选地，所述静压在油压机中进行，得到第六圆柱体铜靶坯；优选地，所述第六圆柱体铜靶坯的长度为110
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120mm；优选地，所述压延在压延机中进行，得到第七圆柱体铜靶坯；优选地，所述第七圆柱体铜靶坯的长度为20
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22mm。
8.根据权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，潘杰，边逸军，王学泽，章丽娜，罗明浩，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：