【摘 要】
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本文研究了冷变形与热处理工艺对纯钽(Ta)磁控溅射靶材的晶粒与织构的影响,纯钽靶材主要用于先进半导体技术中铜互连线与硅基底的扩散阻挡层的制备,是铜互连工艺中的关键材料。通过物理气相沉积镀出来的Ta薄膜厚度及其厚度均匀性直接影响了Ta作为阻挡层的性能,而Ta靶材的晶粒与织构是影响溅射速率的关键因素。目前先进半导体技术纯Ta靶材的材料纯度要求为99.995%,通常采用熔炼铸造法制备出符合纯度和致密度要
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本文研究了冷变形与热处理工艺对纯钽(Ta)磁控溅射靶材的晶粒与织构的影响,纯钽靶材主要用于先进半导体技术中铜互连线与硅基底的扩散阻挡层的制备,是铜互连工艺中的关键材料。通过物理气相沉积镀出来的Ta薄膜厚度及其厚度均匀性直接影响了Ta作为阻挡层的性能,而Ta靶材的晶粒与织构是影响溅射速率的关键因素。目前先进半导体技术纯Ta靶材的材料纯度要求为99.995%,通常采用熔炼铸造法制备出符合纯度和致密度要求的锭材,然后将锭材进行塑性变形和热处理,控制晶粒度和织构,再将制备好的Ta靶胚与背板进行焊接。本研究先对铸锭进行锻造,锻造工艺过程为先镦粗后拔长。利用金相显微镜和EBSD对锻造及热处理后样的晶粒度和织构进行分析。结果表明,一次锻造+950℃热处理后,平均晶粒尺寸为128.7μm,标准偏差为125.67;二次锻造+950℃热处理后,平均晶粒尺寸为90.3μm,标准偏差为64.34;三次锻造+950℃热处理后,平均晶粒尺寸为65.91μm,标准偏差为40.71;四次锻造+950℃热处理后,平均晶粒尺寸为48.7μm,标准偏差为22.08。四次锻造后样件的晶粒细化程度和组织均匀性效果得到明显改善。将四次锻造+950℃×90 min热处理后的Ta材进行总变形量为77%的多角度轧制,轧制后进行真空热处理,热处理温度从1000℃到1250℃,热处理时间为90min,1000℃热处理后平均晶粒45.71μm,<111>晶向的极密度为4.77;1050℃热处理后平均晶粒58.79μm,<111>晶向的极密度为4.26;1100℃热处理后平均晶粒度58.99μm,<111>晶向的极密度为4.18;1150℃热处理后平均晶粒度65.12μm,<111>晶向的极密度为4.10;1250℃热处理后平均晶粒度107.07μm,<111>晶向的极密度为7.03。优选1150℃再结晶热处理的工艺条件下,晶粒符合50~80μm的要求,且织构极密度最低,均匀性最好。将优化的靶材微观组织控制工艺应用于美国应用材料制作的EncoreII溅射机台,结果显示溅射速率和沉积出来的薄膜均匀性均有改善。
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