本文關(guān)鍵詞：集成電路互連用超高純銅及銅錳合金微觀組織及織構(gòu)研究

  更多相關(guān)文章： 超高純銅 超高純銅錳合金 再結(jié)晶 EBSD 塑性變形 織構(gòu)

【摘要】：隨著集成電路制造技術(shù)遵循摩爾定律不斷發(fā)展演進(jìn),芯片特征尺寸縮小到深亞微米和納米,金屬互連線的布線寬度也要求越來越細(xì),傳統(tǒng)的鋁及其合金互連線已經(jīng)不能完全滿足集成電路工藝發(fā)展的需要。銅具有更高的抗電遷移能力和更低的電阻率,在降低互連線電阻、減少布線層數(shù)、提高集成電路邏輯運(yùn)行速度等方面優(yōu)點(diǎn)明顯,已經(jīng)成為取代鋁作為新型布線材料的必然選擇。在集成電路90-45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)上,超高純銅是關(guān)鍵的互連線種子層材料,而當(dāng)線寬進(jìn)一步縮小時(shí),需要通過銅合金化的方法來解決銅互連技術(shù)當(dāng)中Cu在Si中擴(kuò)散的問題,其中在銅中添加合金元素Mn可以有效的防止互連線氧化,并且銅錳合金互連工藝方法可形成自擴(kuò)散阻擋層,其表面特性和微觀結(jié)構(gòu)對后續(xù)沉積生長的薄膜結(jié)構(gòu)和晶粒、取向等有重要的影響�，F(xiàn)今的45 nm以下工藝產(chǎn)品主要采用CuMn互連線技術(shù)。超高純銅和銅錳合金靶材是濺射制備銅互連線種子層薄膜材料的關(guān)鍵源材料,其組織性能直接影響芯片的制造工藝及產(chǎn)品的最終性能。本課題對超高純銅以及銅錳合金材料形變、熱處理過程微觀組織結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,為高性能靶材的制備提供重要的技術(shù)支撐,以滿足現(xiàn)在集成電路產(chǎn)業(yè)對關(guān)鍵配套材料的需求。研究得到如下結(jié)論:(1)超高純銅和銅錳合金鑄錠原始組織十分粗大,晶粒尺寸可達(dá)到毫米級別。通過開坯鍛造、冷軋塑性變形后,產(chǎn)生了明顯的軋制形變帶,纖維組織出現(xiàn)了分層的情況,并且隨著總變形量的不斷增大,層間距寬度越來越小。(2)超高純銅在150℃開始再結(jié)晶,隨著溫度升高,再結(jié)晶晶粒不斷增多。當(dāng)退火溫度升到200℃時(shí),再結(jié)晶已經(jīng)基本完全,晶粒的尺寸接近22μm。當(dāng)退火溫度升高至400℃時(shí),組織當(dāng)中出現(xiàn)了極不均勻的長大情況,有些位置出現(xiàn)明顯的異常長大的晶粒;銅錳合金再結(jié)晶啟動溫度較高,在390℃退火條件下開始再結(jié)晶。當(dāng)在450℃至540℃時(shí),再結(jié)晶過程進(jìn)行完全,晶粒趨向等軸晶,晶粒尺寸在10μm左右。繼續(xù)升溫直至690℃時(shí)晶粒仍不斷長大,尺寸達(dá)到30μm以上,并未出現(xiàn)異常晶粒長大的情況。(3)超高純銅在變形狀態(tài)下織構(gòu)強(qiáng)度較高,極密度最大可以達(dá)到14以上,組織當(dāng)中主要有(110)[111]、(110)[112]以及立方織構(gòu)(100)[100]等類型織構(gòu)。超高純銅在完全再結(jié)晶的情況下,織構(gòu)的強(qiáng)度顯著下降,極密度下降到4左右,組織當(dāng)中會形成較多的冷軋織構(gòu)以及再結(jié)晶織構(gòu)。當(dāng)退火溫度升到400℃時(shí),超高純銅發(fā)生了異常長大的現(xiàn)象,其織構(gòu)強(qiáng)度變大,極密度達(dá)到34以上,組織當(dāng)中形成許多面心立方金屬非典型織構(gòu)。超高純銅錳合金經(jīng)塑性形變后形成了常見的Brass織構(gòu)、Copper織構(gòu)、S型織構(gòu)以及Goss織構(gòu)等形變織構(gòu);完全再結(jié)晶后,軋制織構(gòu)下降到7%左右,再結(jié)晶織構(gòu)上升到總體20%左右。退火到600℃時(shí)總體織構(gòu)略上升,隨機(jī)取向比例下降。(5)超高純銅經(jīng)過冷軋熱處理工藝優(yōu)化后,總變形量在90%,退火溫度在200℃-250℃之間時(shí),超高純銅的晶粒細(xì)小、組織均勻,可以獲得超高純銅的理想組織;銅錳合金經(jīng)過冷軋熱處理工藝優(yōu)化后,總變形量在90%,退火溫度在450℃-480℃之間時(shí),可獲得銅錳合金材料的理想組織。(6)通過相同工藝處理的超高純銅和銅錳合金材料相比較后發(fā)現(xiàn):CuMn合金在軋制過程不易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,組織更加均勻;熱處理過程中組織更加容易控制,穩(wěn)定性較高,不易發(fā)生異常突變。這些優(yōu)點(diǎn)能更好滿足集成電路線寬更窄的苛刻條件下的性能要求,對于銅互連技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：超高純銅 超高純銅錳合金 再結(jié)晶 EBSD 塑性變形 織構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.11;TN405.97
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 集成電路用濺射靶材綜述11-16
• 1.1.1 濺射薄膜制備薄膜材料原理和分類11-12
• 1.1.2 集成電路用互連技術(shù)及相關(guān)材料的國內(nèi)外發(fā)展12-15
• 1.1.3 集成電路互連用銅和銅合金靶材組織和性能15-16
• 1.2 超高純金屬及其合金材料的制備技術(shù)16-19
• 1.2.1 超高純金屬及其合金制備工藝16-17
• 1.2.2 超高純銅合金鑄錠的品質(zhì)控制17
• 1.2.3 超高純銅及銅錳合金靶材塑性變形和熱處理工藝研究17-19
• 1.3 材料微觀組織和織構(gòu)演變理論基礎(chǔ)19-23
• 1.3.1 多晶體材料退火過程中的回復(fù)再結(jié)晶過程19-20
• 1.3.2 超高純銅和銅錳合金材料的回復(fù)再結(jié)晶過程20-21
• 1.3.3 材料塑性變形和熱處理?xiàng)l件下織構(gòu)變化21-23
• 2 課題研究的目的和意義23-25
• 2.1 課題研究目的23
• 2.2 課題研究的意義23-25
• 3 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備和方案25-35
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料25-26
• 3.2 實(shí)驗(yàn)所需儀器設(shè)備26-29
• 3.3 分析測試方法29-31
• 3.3.1 鑄錠的缺陷和偏析29-30
• 3.3.2 硬度測試30
• 3.3.3 晶粒尺寸以及均勻性分析30
• 3.3.4 EBSD電子背散射衍射分析30-31
• 3.4 實(shí)驗(yàn)方案31-35
• 3.4.1 超高純銅錳合金材料的熔煉制備31-32
• 3.4.2 塑性變形和熱處理?xiàng)l件下微觀組織和織構(gòu)演變研究32-33
• 3.4.3 超高純銅以及銅錳合金再結(jié)晶過程的研究33-35
• 4 超高純銅塑性變形和熱處理?xiàng)l件過程微觀組織特性研究35-52
• 4.1 引言35
• 4.2 超高純銅的原始狀態(tài)分析35-36
• 4.3 超高純銅變形過程中微觀組織和織構(gòu)變化36-38
• 4.3.1 塑性變形過程中組織變化36-37
• 4.3.2 塑性變形過程中織構(gòu)變化37-38
• 4.4 超高純銅變形退火過程中微觀組織和織構(gòu)變化38-50
• 4.4.1 不同退火溫度超高純銅微觀組織和織構(gòu)變化39-46
• 4.4.2 超高純銅退火溫度與再結(jié)晶程度研究46-48
• 4.4.3 同一退火溫度不同變形量超高純銅微觀組織和織構(gòu)變化48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-52
• 5 超高純銅錳合金材料再結(jié)晶過程微觀組織特性研究52-71
• 5.1 引言52
• 5.2 超高純銅錳合金材料原始組織52-53
• 5.3 超高純銅錳合金變形過程中微觀組織和織構(gòu)變化53-56
• 5.3.1 變形過程中組織變化53
• 5.3.2 變形過程中織構(gòu)變化53-56
• 5.4 超高純銅錳合金變形退火過程中微觀組織和織構(gòu)變化56-70
• 5.4.1 不同退火溫度處理后微觀組織和織構(gòu)變化57-65
• 5.4.2 退火溫度與銅錳合金再結(jié)晶程度關(guān)系的研究65-67
• 5.4.3 不同變形量同一退火溫度處理后微觀組織和織構(gòu)變化67-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果78-79
• 致謝79

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1 唐進(jìn);;銅錳合金熱處理組織性能研究[J];熱加工工藝;2014年12期

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1 關(guān)沖;集成電路互連用超高純銅及銅錳合金微觀組織及織構(gòu)研究[D];北京有色金屬研究總院;2016年

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本文編號：1060830