【摘要】：本文研究了半導體用超高純?yōu)R射靶材的Al-1%Si材料的塑性變形和熱處理對靜態(tài)再結(jié)晶的影響。超高純Al-1%Si是半導體工藝中的關(guān)鍵互聯(lián)線材料,其濺射靶材要求細小以及均勻的晶粒組織。鑄造態(tài)晶粒和晶向組織結(jié)構(gòu)遠遠不符合半導體濺射靶材的要求,需要在靶材制作工藝中進行塑性變形和熱處理,進行再結(jié)晶從而使得晶粒細化均勻,使濺射在晶圓上的薄膜變得均勻。塑性變形和熱處理中各項參數(shù),直接影響著最終靶材產(chǎn)品的晶粒細化狀態(tài)。本文先進行了材料的靜態(tài)再結(jié)晶動力學研究,通過EBSD測試,得出超高純Al-1%Si金屬在85%形變量下的開始再結(jié)晶溫度、完全再結(jié)晶溫度以及動力學曲線,在85%形變量的情況下,310℃開始發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶,370℃完全再結(jié)晶,450℃觀察到晶粒長大現(xiàn)象。動力學曲線發(fā)現(xiàn)形變量85%的時候,在430℃熱處理下,0.5分鐘開始再結(jié)晶,2分鐘完全再結(jié)晶;而75%形變量下在430℃熱處理下,2分鐘開始再結(jié)晶,在3分鐘之后完全再結(jié)晶。形變量越大,在同樣的溫度下,越早發(fā)生再結(jié)晶。然后用正交試驗方法,通過金相技術(shù)對小樣進行了形變量,熱處理溫度以及熱處理時間的研究,得出了最優(yōu)形變量范圍為80%-85%,最優(yōu)熱處理溫度范圍為390℃-430℃,最優(yōu)熱處理時間范圍為5-60分鐘皆可,但15分鐘時是最優(yōu)的。依據(jù)最終實際靶材的尺寸,進行了溫度場的有限元模擬分析,觀察靶坯各個區(qū)域的溫度差異。熱處理溫度設(shè)置在410℃。在410℃下模擬的結(jié)果發(fā)現(xiàn),在空氣對流加熱情況下,靶坯在加熱過程中,3分鐘后各個區(qū)域均已達到溫度設(shè)定值,這表明空氣對流加熱的熱處理不會造成靶材各個區(qū)域的不同熱處理結(jié)果。最后,用實際靶材尺寸的坯料進行了85%的塑性變形和410℃×15分鐘的熱處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠得到晶粒尺寸在60-80μm之間均勻的大尺寸靶材,達到了半導體物理氣相沉積的要求。本文對超高純的Al-1%Si材料的塑性變形和熱處理對靜態(tài)再結(jié)晶的研究,對超高純Al-1%Si靶材生產(chǎn)過程中的塑性變形和熱處理具有實際指導作用,為實際產(chǎn)生的參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。
【圖文】：

圖 1-1 半導體芯片中的鋁或鋁合金導線金屬導線都是通過物理氣相沉積（PVD）工藝來實高、沉積薄膜均勻性好等優(yōu)勢，被廣泛運用到各行出現(xiàn)了越來越多的PVD技術(shù)的研究，這方面的研究示意如圖1-2所示，，靶材放置在基底上面，兩者平接正電極。在正負兩極中間加入磁場，由于電場和茲力F=e(v×B)的作用下做擺線運動，以提高了電子從而使氬原子迅速被離子化。帶電的氬原子在磁場靶材表面的原子被轟擊下來，由于原子不帶電，不接沉積在基體上形成薄膜[10]。總結(jié)來說，PVD就是和電場共同作用下轟擊靶材表面，靶材原子被轟擊]。尚再艷等人研究發(fā)現(xiàn)薄膜制備過程中受靶材的晶過對不同晶粒尺寸的同種材料進行濺射鍍膜的試驗

（5）高溫濺射容易在二氧化硅和硅基地之間形成鋁穿刺，從而造成短路。鋁的穿刺是個嚴重的問題，穿刺容易造成導線之間的短路，或者硅摻雜區(qū)域的功能失效，如圖1-3（a）所示的是鋁穿刺到硅摻雜區(qū)。另外，電遷移和應力遷移表現(xiàn)的問題也很突出。電遷移主要表現(xiàn)為在巨大電流作用下，帶電的金屬離子與電子互相傳導，該現(xiàn)象容易造成電路失效[20]。發(fā)生電遷移現(xiàn)象時，大量金屬原子發(fā)生聚集，造成局部突起或長大，而另外區(qū)域會出現(xiàn)空洞，而應力遷移由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，熱處理或使用過程中的升溫，金屬導線與中間層、基體之間產(chǎn)生熱應力，從而在導線中產(chǎn)生空位，如圖(b)所示�？瘴贿M行不斷地擴散、成核、生長
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG306;TG156

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本文編號：2690686