【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有色金属合金，具体涉及一种超高纯铜锰合金(ultra-high-purity copper-manganese)的熔炼制备方法，该合金的纯度≥6n，被广泛应用于大规模集成电路行业中。
技术介绍
1、集成电路制造中的溅射材料以铜及铜合金为互连材料，随着芯片制程的不断发展，传统的铝及铝合金互联被超高纯铜逐渐取代，由于超高纯铜具有更高的抗电迁移率以及电导率，总杂质含量≤1ppm，因此也具有极小的晶界面积、晶格缺陷少、再结晶温度低的优点，进而拥有良好的抗电迁移能力、电导率、导热性。在45nm的技术节点，超高纯铜通常作为芯片互连线材料。
2、然而，在14～45nm技术节点，随着线宽的减小，加入合金帮助阻止空位及cu原子在cu内联线中的扩散，能大大改善互连线抗电迁移能力。在45-14nm工艺制程，超高纯铜铝、铜锰等铜合金材料能够有效抑制线宽减小带来的电迁移及rc延迟等问题，提高铜种子层的稳定性，是铜互连工艺中的重要发展方向。
3、超高纯铜锰合金靶材在集成电路所用的常规制备成型工艺通常参考超高纯铜的成型工艺，有两种方法：粉末冶金法和熔融铸造法，对于熔融铸造法，行业内普遍采用真空感应炉进行直接熔炼，用静模进行浇注成型。除此之外，还可以用粉末冶金法的方法，先用等静压进行预合金化，再用电子束进行二次熔炼的方法。本专利专利技术工艺是针对于真空熔炼方面的技术改善。
4、上面所述几种制备方法均有较明显的缺点。对于真空感应炉，常用石墨坩埚进行熔化，加入锰元素后在高温下与碳元素发生反应，增加铸锭中碳的含量，最
5、在采用等静压对铜锰进行压坯时，细小粒度的高纯锰极容易与氧发生反应，造成铸锭中气体杂质元素超标；在混料时若混料不均，在最后的电子束熔炼时，则会造成铸锭成分偏析，且生产流程长，增加了成本。鉴于此，在众多制备超高纯铜锰的新工艺中，采用真空感应悬浮熔炼方法进行预合金化后，再进行电子束熔炼。这样的方法提高了生产效率，减少了铸锭中的缺陷，铸锭合格率得到了有效提升。
6、专利cn114107704a公开了一种提纯金属锰的悬浮熔炼炉，采用三级悬浮熔炼，进行提纯高纯锰中的其他杂质元素。该方法包括以下步骤：s1.纯水清洗3n5的电解锰；s2.一定真空度下，450℃一级真空4h；s3.一定真空下，1450℃三级真空悬浮3h，最终得到高纯锰，并浇注成型得到高纯锰铸锭。该方法带入杂质元素少，能够有效的去除原料中的杂质元素。
7、专利cn103820674b公开了一种w、mn合金化β相凝固高nb-tial的制备方法。该方法将按一定元素组成的原料通过压块成型，先将海绵钛置于模具内侧边缘，然后自下而上各层分别为高纯铝层、铝铌中间合金层、电解锰片层、铝钨铌中间合金层和海绵钛层。将压块放入到可离心浇注的水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉中，抽真空熔炼得熔体，使熔体混合均匀；将熔体浇铸到事先预热好的、离心旋转的金属铸型模具中进行离心旋转浇铸，并随炉冷却。
8、专利us20140158532a1公开了一种用于减少铜锰溅射靶材溅射后particle数量的铜锰合金铸锭的熔炼方法，该方法包括在真空或惰性气氛下感应熔炼，通过不同的熔炼工艺(精炼时间、精炼温度)调整铸锭中的碳化物及氧化物数量，实验表明，在1200℃下精炼20min后，铜锰靶材中的碳含量为1wtppm，溅射后晶圆上的粒子数平均为9.9个。
9、专利us20170342546a1公开了一种用于减少铜锰溅射靶材溅射后particle数量的cumn合金铸锭的熔炼方法，包括在真空或惰性气体气氛下熔炼，将高纯铜熔解后，熔炼过程中通入还原性气体(h2、co)，进行脱氧脱碳，再静模浇注，实验结果表明，溅射靶材中氧气含量低于2wtppm，碳含量低于0.6wtppm，靶材溅射后，晶圆上的particle数量明显减少。
10、专利cn11647767b用公开了一种使用磁悬浮熔炼工艺制备cuti25中间合金的方法，包括以下步骤：先按照ti为20％-30％，cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比；将上述金属原料装入真空磁悬浮炉的冷坩埚内，通电，抽真空并充入氩气保护，梯度提高功率使炉体内升温，炉体内释放出的焦耳热使金属锭全熔并呈半悬浮状，在持续的洛伦磁力作用下，使熔体完全悬浮，并进行电磁搅拌，形成的合金在熔融状态下持续保持一段时间，使合金成分均匀化；最后浇注、冷却、车外圆，得到cuti25中间合金棒材。该方法制备的cuti25中间合金具有均匀性好，无夹杂、氧化缺陷，气体含量低等优点，可用于铜钛合金(钛含量1％-5％)熔炼。
11、目前，所公开的专利仅仅提过铜锰合金是通过真空熔炼或电子束熔炼制备，具体的工艺方法尚无较为详细的专利，基本是用于高纯铜锰合金靶材的制备。但只用一次熔炼进行生产，很难生产出铸锭缺陷少、铸锭成分均匀，杂质元素低的超高纯铜锰合金铸锭，产品的良率难以保证，因此亟需开发一种更好的超高纯铜锰合金铸锭的熔炼工艺，既能保证产品良率，还能减少铜锰合金的内部缺陷，避免成分偏析，杂质元素超标。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术难题是克服上述几种熔炼方式的弊端。所述的生产工艺流程是采用真空感应悬浮加热进行初次合金化，然后用电子束进行二次熔炼的方式生产超高纯铜锰铸锭。这种熔炼工艺在冷却时用铜模具或水冷铜制结晶器，有效的避免了真空感应炉熔炼时锰与石墨坩埚发生的固溶反应。悬浮熔炼时，原料基本不接触铜坩埚，引入杂质元素可能性极低，最多带入几个或十几个ppm的铜元素，另外，采用铜模浇注，预合金化后的铸锭元素偏析极少，因此在后续的电子束熔炼后，铸锭的元素成分均匀。用电子束熔炼内部基本无缺陷。本专利技术所述的工艺流程既能保证铸锭内部缺陷较少，有较高成材率，还能让铸锭成分均匀。
2、具体的说，本专利技术提供一种集成电路先进制程用超高纯铜锰合金材料的熔炼方法，包括以下步骤：
3、(1)酸洗及配料：对准备好的超高纯铜和高纯锰进行酸洗后，按照铜的质量百分比进行配料；
4、(2)装炉：将步骤(1)所述的高纯铜放入熔炼炉里的铜坩埚中；
5、(3)抽真空：机械泵和罗茨泵抽真空至真空度≤10pa时，继续用扩散泵抽至一定真空度；
6、(4)升温熔炼：提高电源功率进行悬浮熔炼后，金属料全部融化为铜合金液时进行冲氩气；当炉内气压到一定压力后，打开二次加料手动开关，使高纯锰滑落至水冷铜坩埚中，二次加料后精炼一定时间；
7、(5)浇注：启动液压电机，缓慢倾斜水冷铜坩埚，使得液体在坩埚里逐渐前进，直到合金液体进入漏斗，采用铜静模浇注后经冷却后得到一次熔炼铜锰合金锭；
8、(6)电子束熔炼：将一次熔炼的铜锰合金锭进行电子束熔炼经过二次冷却与扒皮，最终得到合格的高纯铜锰合金锭。
9、作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中，含有0.016～本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集成电路先进制程用超高纯铜锰合金材料的熔炼方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的熔炼方法，步骤(1)中，含有0.016～1wt％的锰元素，剩余部分为铜，高纯铜的原料为电解铜板，电解板的尺寸为30-80mm，纯度不低于6N；锰原料为锰电解片，将电解锰片的尺寸为5-50mm，所述电解锰片的纯度为4N5～5N。
3.根据权利要求2所述的熔炼方法，步骤(1)中，将所述电解锰片进行清洗，所述清洗使用的清洗剂包括纯水和/或乙醇；将所述高纯铜块进行清洗，所述清洗使用的清洗剂包括硝酸和/或乙醇，所述硝酸与纯水的混合溶液的浓度为28-32wt％。
4.根据权利要求1所述的熔炼方法，步骤(2)中，所述的铜坩埚为循环水冷铜坩埚。
5.根据权利要求1所述的熔炼方法，步骤(3)中，真空磁悬浮熔炼在达到融化温度时，向炉内冲氩气，冲氩的压力为1×10-3Pa以下，冲入氩气的纯度为4N5～5N。
6.根据权利要求5所述的熔炼方法，步骤(3)中，真空磁悬浮熔炼在冲氩达到特定压力下，打开二次加料手动开关，使高纯锰滑落至水冷铜坩埚中。
...【技术特征摘要】
1.一种集成电路先进制程用超高纯铜锰合金材料的熔炼方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的熔炼方法，步骤(1)中，含有0.016～1wt％的锰元素，剩余部分为铜，高纯铜的原料为电解铜板，电解板的尺寸为30-80mm，纯度不低于6n；锰原料为锰电解片，将电解锰片的尺寸为5-50mm，所述电解锰片的纯度为4n5～5n。
3.根据权利要求2所述的熔炼方法，步骤(1)中，将所述电解锰片进行清洗，所述清洗使用的清洗剂包括纯水和/或乙醇；将所述高纯铜块进行清洗，所述清洗使用的清洗剂包括硝酸和/或乙醇，所述硝酸与纯水的混合溶液的浓度为28-32wt％。
4.根据权利要求1所述的熔炼方法，步骤(2)中，所述的铜坩埚为循环水冷铜坩埚。
5.根据权利要求1所述的熔炼方法，步骤(3)中，真空磁悬浮熔炼在达到融化温度时，向炉内冲氩气，冲氩的压力为1×10-3pa以下，冲入氩气的纯度...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨文魁，尚再艳，张博厚，吕保国，朱孜毅，张巧霞，曾浩，蒋媛媛，滕海涛，万小勇，
申请(专利权)人：有研亿金新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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