一种铜合金铸锭及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种铜合金铸锭及其制备方法与应用，所述铜合金铸锭的制备方法包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种铜合金铸锭及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及溅射靶材制备
，具体涉及一种铜合金铸锭及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]超高纯
6N(99.9999
％
)
铜和铜合金是集成电路芯片的布线材料，随着集成电路芯片的发展，对布线材料的品质要求越来越高，而铜合金铸锭中的缺陷如夹杂和空洞等，直接影响溅射靶材和芯片镀膜的质量
。
[0003]铜合金铸锭通常采用真空熔炼炉进行生产，将超高纯铜和铜合金原料在高纯石墨坩埚中熔化后浇铸在模具中，而高纯石墨坩埚在使用时会产生石墨颗粒并进到铜液中，超高纯电解铜和合金元素原材料的表面也都不可避免地存在一些氧化物，这些氧化物熔化后会漂浮在铜液的表面，而铜液表面漂浮的石墨颗粒和氧化物在浇铸时随着铜液一起进入到模具中，和铜液一起冷却凝固，从而在铸锭中产生夹杂
。
[0004]CN 109136635A
公开了一种铜镓合金溅射靶材的制备方法，包括：熔炼铜镓合金液；浇铸铜镓合金液；以及冷却取出，以制备出具有杂质含量低
、
组份均匀性好
、
气体含量低和内部结构优异的铜镓合金靶材
。
上述制备方法采用传统熔炼及浇铸方法，得到的铜合金材料中夹杂物含量较高，难以满足高品质靶材原料的要求
。
[0005]为了减少铜合金铸锭中的夹杂物，现有技术中在坩埚的浇口处增加一个挡板，以阻止铜液表面漂浮的石墨颗粒和氧化物在浇铸时随着铜液一起进入到模具中
。
但在实际操作中挡板的效果有限，仍然会有石墨颗粒和氧化物在浇铸时随铜液进入到模具中
。
[0006]CN 108950294A
公开了一种铜铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)
称取除石墨粉之外的原料，过筛，混合均匀，在惰性气氛下球磨，得到合金粉；
(2)
将上述合金粉置于
700
‑
800℃
的电阻炉中熔炼
30
‑
40min
，待温度降为
500
‑
600℃
时加入过筛的石墨粉，继续熔炼
20
‑
30min
，保温4‑
8h
，得到混合熔液；
(3)
将上述混合熔液搅拌均匀，浇入预先加热至
300℃
的石墨模具中，自然冷却，得到铜铝合金材料
。
该制备方法将模具加热，其目的是为了减少合金内部孔洞，因此，模具加热的温度低于铜液的凝固温度，铜液浇铸到模具中后会迅速凝固，其中的夹杂物来不及漂浮到铜液的表面即被凝固
。
[0007]针对现有技术的不足，亟需提供一种内部夹杂物少且无缩孔的铜合金铸锭
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种铜合金铸锭及其制备方法与应用，制得的铜合金铸锭内部夹杂物少且内部无缩孔，可用于生产溅射靶材，进而用于集成电路芯片布线，改善芯片上镀膜的质量
。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种铜合金铸锭的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0011](1)
将合金原料与纯度为
6N
以上的电解铜片进行真空熔炼处理，得到铜合金液；
[0012](2)
将步骤
(1)
所得铜合金液浇铸到石墨模具中进行保温处理，然后沿指向铜合金液液面的方向，对所述铜合金液进行分区冷却，所得含有夹杂物的铸坯经机加工处理，得到所述铜合金铸锭
。
[0013]本专利技术提供的铜合金铸锭的制备方法，对石墨模具底端区域的铜合金液先进行冷却，最后对石墨模具顶端区域的铜合金液进行冷却，有效避免了制得的铜合金铸锭内部产生缩孔；通过对铜合金液进行保温处理，使得碳颗粒和氧化物杂质漂浮到铜合金液的表面，最后通过机加工处理，去除了铜合金铸锭中的夹杂物
。
所得铜合金铸锭可用于生产溅射靶材，进而用于集成电路芯片布线，改善芯片上镀膜的质量
。
[0014]优选地，步骤
(1)
所述合金原料包括锰和
/
或铝
。
[0015]优选地，步骤
(1)
所述合金原料与电解铜片的质量比为
(0.001
‑
0.01):1
，例如可以是
0.001:1、0.003:1、0.0069:1、0.008:1
或
0.01:1
，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用
。
[0016]优选地，步骤
(1)
所述真空熔炼处理的温度为
1200
‑
1400℃
，例如可以是
1200℃、1250℃、1300℃、1350℃
或
1400℃
，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用
。
[0017]优选地，步骤
(1)
所述真空熔炼处理的时间为
60
‑
120min
，例如可以是
60min、80min、100min
或
120min
，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用
。
[0018]优选地，步骤
(1)
所述真空熔炼处理的具体步骤包括：将合金原料与纯度为
6N
以上的电解铜片分别置于合金加料仓和高纯石墨坩埚中，在真空度
≤0.01Pa
下先将电解铜片熔化为铜液，再加入合金原料进行真空熔炼处理
。
[0019]所述真空度
≤0.01Pa
，例如可以是
0.01Pa、0.009Pa、0.008Pa
或
0.006Pa
，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用
。
[0020]所述“高纯石墨坩埚”是指，石墨坩埚的杂质含量＜
10ppm。
[0021]优选地，步骤
(2)
所述石墨模具的外部套设有分区加热器
。
[0022]优选地，所述分区加热器的高度与石墨模具的高度相等
。
[0023]优选地，沿指向石墨模具浇铸入口的方向，所述分区加热器包括第一分区加热器
、
第二分区加热器以及第三分区加热器
。
[0024]所述分区加热器的设置，可以实现对铜合金液的保温，同时可通过依次关闭不同区域加热器的方式，实现对铜合金液的分区冷却，避免制得的铜合金铸锭内部产生缩孔
。
[0025]优选地，步骤
(2)
所述石墨模具为经过预热的石墨模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铜合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)
将合金原料与纯度为
6N
以上的电解铜片进行真空熔炼处理，得到铜合金液；
(2)
将步骤
(1)
所得铜合金液浇铸到石墨模具中进行保温处理，然后沿指向铜合金液液面的方向，对所述铜合金液进行分区冷却，所得含有夹杂物的铸坯经机加工处理，得到所述铜合金铸锭
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述合金原料包括锰和
/
或铝；优选地，步骤
(1)
所述合金原料与电解铜片的质量比为
(0.001
‑
0.01):1
；优选地，步骤
(1)
所述真空熔炼处理的温度为
1200
‑
1400℃
；优选地，步骤
(1)
所述真空熔炼处理的时间为
60
‑
120min
；优选地，步骤
(1)
所述真空熔炼处理的具体步骤包括：将合金原料与纯度为
6N
以上的电解铜片分别置于合金加料仓和高纯石墨坩埚中，在真空度
≤0.01Pa
下先将电解铜片熔化为铜液，再加入合金原料进行真空熔炼处理
。3.
根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤
(2)
所述石墨模具的外部套设有分区加热器；优选地，所述分区加热器的高度与石墨模具的高度相等；优选地，沿指向石墨模具浇铸入口的方向，所述分区加热器包括第一分区加热器
、
第二分区加热器以及第三分区加热器
。4.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤
(2)
所述石墨模具为经过预热的石墨模具；优选地，所述预热的温度
≥1200℃
，优选为
1200
‑
1400℃。5.
根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤
(2)
所述保温处理的温度为
1200
‑
1400℃
；优选地，步骤
(2)
所述保温处理的时间为
25
‑
35min
；优选地，步骤
(2)
所述保温处理在石墨模具震动的条...

【专利技术属性】
技术研发人员：易骛文，姚力军，黄旭龙，
申请(专利权)人：宁波微泰真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：