[發(fā)明專利]半導(dǎo)體靶材及接插件用銅鈦合金的設(shè)備及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011100175.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN112210684A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付亞波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)州學(xué)院
• 主分類號(hào): C22C1/02
• 分類號(hào): C22C1/02;C22C9/00;C22F1/08;C22F1/02;C23C14/34
• 代理公司: 遼寧鴻文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21102
• 代理人: 苗青

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體靶材及接插件用銅鈦合金的設(shè)備及制備方法。本發(fā)明的設(shè)備，包括加熱線圈、真空爐腔體、加熱坩堝、冷坩堝及電磁攪拌裝置，制備高純凈、均勻化的銅鈦合金坯料。通過大變形及固溶、時(shí)效工藝，使二次析出相以納米尺度析出，減少對(duì)電子的散射，提高合金的導(dǎo)電率。制備的濺射靶材，晶粒尺寸小于50μm，成分、組織均勻；制備的接插元件、彈性元件，產(chǎn)品厚度至約0.06mm，導(dǎo)電率達(dá)19.0％IACS以上。適用于銅鈦合金制備濺射靶材、半導(dǎo)體布線的半導(dǎo)體元器件等；適合高強(qiáng)、高導(dǎo)電及高溫抗應(yīng)力松弛的接觸線材及箔板材，應(yīng)用在接插件、彈性元件等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于銅合金的加工及電子信息用材料領(lǐng)域，適用于銅鈦合金制濺射靶材、噴涂半導(dǎo)體布線的靶材、制備半導(dǎo)體布線的半導(dǎo)體元件和器件；適用于高強(qiáng)、高導(dǎo)電及抗高溫應(yīng)力松弛的接觸線及箔材，應(yīng)用在接插元件、繼電器的彈性元件、真空插座、各種控制系統(tǒng)的彈簧、膜盒、膜片、精密小型齒輪及軸承等產(chǎn)品。

背景技術(shù)

目前的銅布線的形成工藝，一般如下：在接觸孔或布線槽的凹部形成Ta、TaN等的擴(kuò)散阻擋層后，用銅或銅合金進(jìn)行濺射成膜。以純度約4N(除氣體成分以外)的電解銅作為原料，通過濕式或干式高純度工藝制造純度5N-6N的高純度銅，將其作為濺射靶使用。但銅自身活性非常高，容易擴(kuò)散，會(huì)產(chǎn)生透過半導(dǎo)體Si基板或其上的絕緣膜而污染Si基板或其周圍。因此,現(xiàn)有技術(shù)中的工藝需要先形成Ta、TaN等的擴(kuò)散阻擋層，增加了生產(chǎn)工序。為此，本發(fā)明提出了通過濺射形成的銅鈦合金薄膜作為銅布線材料的方案。制備高純度、成分均勻、晶粒細(xì)小的銅鈦合金，是提高銅布線材料的關(guān)鍵。

銅鈦合金也應(yīng)用在接插元件、電器開關(guān)、繼電器的彈性元件、真空插座、各種控制系統(tǒng)的彈簧、膜盒、膜片、精密小型齒輪及軸承等。常見的鈦青銅合金牌號(hào)有QTi3.5、QTi3.5-0.2以及QTi6-1。前兩種合金具有高的強(qiáng)度、硬度和彈性，電導(dǎo)率僅次于鈹青銅，還擁有優(yōu)良的耐磨性、耐腐蝕性、耐疲勞性等特點(diǎn)。鈹青銅缺點(diǎn)是生產(chǎn)時(shí)存在毒粉塵問題，且其化合物毒性更大，鈹?shù)幕衔锉晃肴梭w,會(huì)引發(fā)癌癥等疾病。另外，鈹青銅制造的元件高溫下抗應(yīng)力松弛能力差、高溫導(dǎo)電穩(wěn)定性低和時(shí)效之后元件的變形度大等，已滿足不了精密儀器的要求。銅鈦合金將成為替代鈹青銅最有潛力的材料之一，目前日本NGK已經(jīng)生產(chǎn)了銅鈦合金，與時(shí)效態(tài)QBe2.0相對(duì)應(yīng),抗拉強(qiáng)度勉強(qiáng)可以達(dá)到，但導(dǎo)電率遠(yuǎn)不及鈹青銅，只有12.0％IACS。因此，在保證力學(xué)性能的前提下，如何提高銅鈦合金的導(dǎo)電率是合金開發(fā)的重點(diǎn)方向。

日本特開2008-21807號(hào)，提出了含有0.5-10原子％的Ti的Cu合金薄膜、通過濺射法形成上述Cu合金薄膜的半導(dǎo)體布線的制造方法。專利文獻(xiàn)2(日本特開2007-258256號(hào))提出了在含有2.5-12.5體積％的惰性氣體氛圍下形成含有0.5-3原子％的Ti和0.4-2.0原子％的Cu合金膜的方案。專利文獻(xiàn)3(國(guó)際公開2010/007951號(hào)公報(bào))中提出了含有Ti的Cu布線、Ti為15原子％以下、優(yōu)選13原子％以下、更優(yōu)選10原子％以下的半導(dǎo)體布線。

目前已有專利存在的主要問題是僅關(guān)注銅鈦合金電阻的均勻性與晶粒度尺寸，然而，對(duì)于銅鈦合金的制備設(shè)備、方法與性能的關(guān)系卻未見報(bào)道，無法進(jìn)一步提高銅鈦合金的純度、組織及成分的均勻性和高導(dǎo)電率的合金。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決銅鈦合金成分、組織不均勻、導(dǎo)電率低于12％IACS以下等問題，通過真空熔煉、電磁攪拌和冷坩堝凝固，開發(fā)了一種設(shè)備，對(duì)坯料進(jìn)行冷加工、固溶及時(shí)效處理，確定最佳的制備工藝。用該設(shè)備制備高純凈、均勻化、高導(dǎo)電的銅鈦合金。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：