【摘要】：本文研究了半導(dǎo)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(duì)靜態(tài)再結(jié)晶的影響。超高純Al-1%Si是半導(dǎo)體工藝中的關(guān)鍵互聯(lián)線材料,其濺射靶材要求細(xì)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(yuǎn)遠(yuǎn)不符合半導(dǎo)體濺射靶材的要求,需要在靶材制作工藝中進(jìn)行塑性變形和熱處理,進(jìn)行再結(jié)晶從而使得晶粒細(xì)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(xiàng)參數(shù),直接影響著最終靶材產(chǎn)品的晶粒細(xì)化狀態(tài)。本文先進(jìn)行了材料的靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究,通過(guò)EBSD測(cè)試,得出超高純Al-1%Si金屬在85%形變量下的開(kāi)始再結(jié)晶溫度、完全再結(jié)晶溫度以及動(dòng)力學(xué)曲線,在85%形變量的情況下,310℃開(kāi)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(zhǎng)大現(xiàn)象。動(dòng)力學(xué)曲線發(fā)現(xiàn)形變量85%的時(shí)候,在430℃熱處理下,0.5分鐘開(kāi)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(kāi)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(yàn)方法,通過(guò)金相技術(shù)對(duì)小樣進(jìn)行了形變量,熱處理溫度以及熱處理時(shí)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(shí)間范圍為5-60分鐘皆可,但15分鐘時(shí)是最優(yōu)的。依據(jù)最終實(shí)際靶材的尺寸,進(jìn)行了溫度場(chǎng)的有限元模擬分析,觀察靶坯各個(gè)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(duì)流加熱情況下,靶坯在加熱過(guò)程中,3分鐘后各個(gè)區(qū)域均已達(dá)到溫度設(shè)定值,這表明空氣對(duì)流加熱的熱處理不會(huì)造成靶材各個(gè)區(qū)域的不同熱處理結(jié)果。最后,用實(shí)際靶材尺寸的坯料進(jìn)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(dá)到了半導(dǎo)體物理氣相沉積的要求。本文對(duì)超高純的Al-1%Si材料的塑性變形和熱處理對(duì)靜態(tài)再結(jié)晶的研究,對(duì)超高純Al-1%Si靶材生產(chǎn)過(guò)程中的塑性變形和熱處理具有實(shí)際指導(dǎo)作用,為實(shí)際產(chǎn)生的參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。
【圖文】：

圖 1-1 半導(dǎo)體芯片中的鋁或鋁合金導(dǎo)線金屬導(dǎo)線都是通過(guò)物理氣相沉積（PVD）工藝來(lái)實(shí)高、沉積薄膜均勻性好等優(yōu)勢(shì)，被廣泛運(yùn)用到各行出現(xiàn)了越來(lái)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(fù)兩極中間加入磁場(chǎng)，由于電場(chǎng)和茲力F=e(v×B)的作用下做擺線運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)靶材表面的原子被轟擊下來(lái)，由于原子不帶電，不接沉積在基體上形成薄膜[10]。總結(jié)來(lái)說(shuō)，PVD就是和電場(chǎng)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(guò)程中受靶材的晶過(guò)對(duì)不同晶粒尺寸的同種材料進(jìn)行濺射鍍膜的試驗(yàn)

（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(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，穿刺容易造成導(dǎo)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(yīng)力遷移表現(xiàn)的問(wèn)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(dǎo)，該現(xiàn)象容易造成電路失效[20]。發(fā)生電遷移現(xiàn)象時(shí)，大量金屬原子發(fā)生聚集，造成局部突起或長(zhǎng)大，而另外區(qū)域會(huì)出現(xiàn)空洞，而應(yīng)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(guò)程中的升溫，金屬導(dǎo)線與中間層、基體之間產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而在導(dǎo)線中產(chǎn)生空位，如圖(b)所示�？瘴贿M(jìn)行不斷地?cái)U(kuò)散、成核、生長(zhǎng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG306;TG156

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