《一种集成电路用磷铜阳极的制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种集成电路用磷铜阳极的制备方法.pdf（7页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102485924 A (43)申请公布日 2012.06.06 C N 1 0 2 4 8 5 9 2 4 A *CN102485924A* (21)申请号 201010581922.8 (22)申请日 2010.12.06 C22C 9/00(2006.01) C22C 1/03(2006.01) C25D 17/10(2006.01) (71)申请人北京有色金属研究总院 地址 100088 北京市西城区新街口外大街2 号 申请人有研亿金新材料股份有限公司 (72)发明人高岩 王欣平 何金江 刘书芹 熊晓东 (74)专利代理机构北京北新智诚知识产权代理 有限公司 。
2、11100 代理人耿小强 (54) 发明名称 一种集成电路用磷铜阳极的制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种集成电路用磷铜阳极的制 备方法，采用高纯度石墨作为坩埚和模具材料，在 高真空中频感应熔炼炉中熔化纯度为99.99及 以上的高纯铜铸锭，在11501300中加入含 磷616wt.的磷铜中间合金，加入磷铜中间 合金与高纯铜铸锭的重量比为150600，在 11501300下保温2030min，再静置20分 钟后，浇入石墨模具，得到磷铜合金铸锭；得到的 磷铜合金铸锭切除铸锭冒口后，经过多向锻造和 轧制，以及在300600保温0.512小时再 结晶处理后，经过表面处理，机械加工出集成电路 用磷。
3、铜阳极。该方法制备的磷铜阳极具有杂质含 量低，氧含量低，磷含量分布均匀，晶粒细小、均匀 等特点。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种集成电路用磷铜阳极的制备方法，包括以下步骤： (1)原材料选用纯度为99.99及以上的高纯铜铸锭和含磷616wt的磷铜中间合 金； (2)熔炼铜：在高真空中频感应熔炼炉中加入烘干的纯度为99.99及以上的高纯铜 铸锭，加热熔炼； (3)待铜铸锭完全融化后，在11501300下加入所述磷铜中间合金，加入磷铜中。
4、间 合金与高纯铜铸锭的重量比为150600，融化、混合均匀； (4)铸造：将所得的熔液在11501300下保温2030min，再静置20分钟后，浇入 石墨模具，得到磷铜合金铸锭； (5)将得到的磷铜合金铸锭，切除铸锭冒口后，去除表面粗糙层，在常温下进行多向锻 造变形，变形量达到60以上；然后进行轧制变形，变形量达50以上；变形后进行后续的 热处理，最后经过表面处理，机械加工得到集成电路用磷铜阳极。 2.根据权利要求1所述的集成电路用磷铜阳极的制备方法，其特征在于：在熔炼铜之 前，先在高真空中频感应熔炼炉中用纯度为99.99的高纯铜铸锭洗炉2次。 3.根据权利要求1所述的集成电路用磷铜阳极的制备。
5、方法，其特征在于：所述的多向 锻造变形为三向锻造变形。 4.根据权利要求1所述的集成电路用磷铜阳极的制备方法，其特征在于：所述的热处 理为在300600下保温0.512小时。 5.根据权利要求1所述的集成电路用磷铜阳极的制备方法，其特征在于：所述机械加 工得到的集成电路用磷铜阳极的外形为圆形、方形或异形，为单体或组合体。 6.根据权利要求1所述的集成电路用磷铜阳极的制备方法，其特征在于：所得集成电 路用磷铜阳极中，磷含量为1003000ppm，且分布均匀；氧含量为2100ppm，其余杂质含 量总和小于100ppm，晶粒在20500m之间。 权 利 要 求 书CN 102485924 A 1/4。
6、页 3 一种集成电路用磷铜阳极的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种集成电路用磷铜阳极的制备方法，具体涉及一种通过高纯铜中加 入磷铜中间合金熔炼，以及通过塑性变形和调整相应的热处理工艺从而实现磷含量的均匀 分布和细化晶粒的效果，属于金属材料及冶金领域。 背景技术 0002 常规的铜电沉积在国内外得到广泛研究。从酸性溶液沉积铜有大约200年的历 史，至今仍然在工程、装饰和电子工业等方面广泛的应用。但是将铜沉积技术应用于半导体 微电子工业，对高宽比比较大的亚微米刻槽中的几何形状填充还是一个崭新的研究领域。 0003 目前随着集成电路规模的不断发展，传统的铝互连技术已由铜互连技术取代。铜 的。
7、超填充主要采用Damascence工艺进行电镀。在铜互连过程中，电镀是其主要的工艺。为 了得到性能良好的Cu镀层，需要纯度更加高的含磷铜阳极。 0004 1954年美国Nevers等人在纯铜中加入少量的磷作阳极时，发现阳极表面生成一 层黑色胶状膜，在电镀时阳极溶解几乎不产生铜粉，泥渣极少，零件表面铜镀层不会产生毛 刺。这是由于含磷铜阳极的黑色膜具有导电性能，其孔隙又不影响铜离子自由通过，加快了 一价铜的氧化，阻止了一价铜的积累，大大地减少了镀液中一价铜离子；同时又使阳极的溶 解与阴极沉积的效率渐趋接近，保持了镀铜液中铜含量平衡。 0005 CN 100453667C公开了一种阳极磷铜合金的加工。
8、方法，该方法采用工频炉，熔体表 面覆盖木炭，通入煤气保证环境为还原气氛，然后铸造的方法。该方法是在大气下熔炼，真 空度无法保证，容易引入C和N等元素，而且会导致合金中氧含量的增加；同时对于P元素 的烧损和其它杂质含量的控制也都无法满足集成电路高纯度的要求。 0006 因此，需要提供一种工艺简单、成本低，同时具有良好的镀敷率，能够显著减少被 镀物上粒子的附着，降低污染的集成电路用磷铜阳极的制备方法。 发明内容 0007 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，采用真空感应熔炼的方法，通过采用 高纯度石墨作为坩埚和模具材料，工艺过程是采用高纯度铜和铜磷合金作为原材料，经过 洗炉、熔炼、铸造、锻造、轧。
9、制、热处理和机械加工后，制备出集成电路用磷铜阳极。 0008 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案： 0009 一种集成电路用磷铜阳极的制备方法，包括以下步骤： 0010 (1)原材料选用纯度为99.99及以上的高纯铜铸锭和含磷616wt.的磷铜中 间合金； 0011 (2)熔炼铜：在高真空中频感应熔炼炉中加入烘干的纯度为99.99及以上的高 纯铜铸锭，加热熔炼； 0012 (3)待铜铸锭完全融化后，在11501300下加入所述磷铜中间合金，加入磷铜 中间合金与高纯铜铸锭的重量比为150600，融化、混合均匀； 说 明 书CN 102485924 A 2/4页 4 0013 (4)铸造：将所。
10、得的熔液在11501300下保温2030min，再静置20分钟后， 浇入石墨模具，得到磷铜合金铸锭； 0014 (5)将得到的磷铜合金铸锭，切除铸锭冒口后，去除表面粗糙层，在常温下进行多 向锻造变形，变形量达到60以上；然后进行轧制变形，变形量达50以上；变形后进行后 续的热处理，最后经过表面处理，机械加工得到集成电路用磷铜阳极。 0015 一种优选的技术方案，其特征在于：在熔炼铜之前，先在高真空中频感应熔炼炉中 用纯度为99.99的高纯铜铸锭洗炉2次。 0016 一种优选的技术方案，其特征在于：所述的多向锻造变形为三向锻造变形。 0017 一种优选的技术方案，其特征在于：所述的热处理为在30。
11、0600下保温0.5 12小时。进行去除应力和再结晶处理。 0018 一种优选的技术方案，其特征在于：所述机械加工得到的集成电路用磷铜阳极的 外形为圆形、方形或异形，可以为单体或组合体。 0019 本方法制备的集成电路用磷铜阳极，能够保证磷含量在1003000ppm之间，且 分布均匀；氧含量在2100ppm，其余杂质含量总和小于100ppm，同时获得晶粒在20 500m之间。 0020 本发明所提供的集成电路用磷铜阳极的制备方法，分为两个阶段，即熔炼和后续 塑性变形和热处理。其中，熔炼是在高真空中频感应熔炼中进行。通过高纯铜中加入磷铜 中间合金熔炼，以及通过塑性变形和调整相应的热处理工艺从而实。
12、现磷含量的均匀分布和 细化晶粒的效果。因此，本方法制备出的磷铜阳极具有杂质含量低，氧含量低，磷含量分布 均匀，晶粒细小、均匀等特点。 0021 根据本发明能够针对集成电路用磷铜合金扩大了的用途，提供制备处于实用水平 的磷铜电极材料的制造方法。与现有技术相比，本发明具有显著进步，提供的集成电路用磷 铜合金除具有工艺简单、成本可接受之外，还具有良好的镀敷率，能够显著减少被镀物上粒 子的附着，降低污染。 附图说明 0022 图1为实施例1制备的集成电路用磷铜阳极的金相照片。 具体实施方式 0023 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具。
13、体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 0024 实施例1： 0025 1.材料的熔炼： 0026 (1)采用高纯度石墨作为坩埚和模具材料，在高真空中频感应熔炼炉中加入烘干 的纯度为99.99的高纯铜铸锭。(2)升温到1150熔炼，待铜锭全部熔化后，在1200加 入含磷6wt.的磷铜中间合金。加入磷铜中间合金与高纯铜铸锭的重量比为1600；(3) 熔液在1200保温20min后静置20分钟后浇入石墨模具。 0027 2.材料的塑性变形和热处理 说 明 书CN 102485924 A 3/4页 5 0028 (1)将熔炼后得到的磷铜合金铸锭，切除铸锭冒口后，去除表面粗糙层。(2)。
14、在常 温进行多向锻造变形，变形量达到60；(3)然后进行轧制变形，变形量达50。(4)变形 后进行的后续热处理为在300下保温2小时。经过表面处理，机械加工得到集成电路用磷 铜阳极的外形可以为圆形、方形或异形等形状，可以是单体或组合体(以下实施例与此相 同)。 0029 采用光度法进行合金中P合金元素分析，磷含量为100ppm；采用辉光放电质谱 GDMS分析其余金属元素含量总和小于100ppm，惰性脉冲红外法测定的0含量为20ppm，同时 获得晶粒为20m的组织。 0030 实施例2： 0031 1.材料的熔炼： 0032 (1)在高真空中频感应熔炼炉中加入烘干的纯度为99.99的高纯铜铸锭。。
15、(2)升 温到1200熔炼，待铜锭全部熔化后，在1250加入含磷12wt.的磷铜中间合金。加入磷 铜中间合金与高纯铜铸锭的重量比为1240；(3)熔液在1250保温20min后静置20分 钟后浇入石墨模具。 0033 2.材料的塑性变形和热处理 0034 (1)将熔炼后得到的磷铜合金铸锭，切除铸锭冒口后，去除表面粗糙层。(2)在常 温进行三向锻造变形，变形量达到80；(3)然后进行轧制变形，变形量达80。(4)变形 后进行的后续热处理为在600下保温0.5小时。 0035 采用光度法进行合金中P合金元素分析，磷含量为400ppm；采用辉光放电质谱 GDMS分析其余金属元素含量总和小于100pp。
16、m，惰性脉冲红外法测定的0含量为20ppm，同时 获得晶粒为50m的组织。 0036 实施例3： 0037 1.材料的熔炼： 0038 (1)在高真空中频感应熔炼炉中加入烘干的纯度为99.99的高纯铜铸锭。(2)升 温到1300熔炼，待铜锭全部熔化后，加入含磷16wt.的磷铜中间合金。加入磷铜中间合 金与高纯铜铸锭的重量比为150；(3)熔液在1300保温20min后静置20分钟后浇入 石墨模具。 0039 2.材料的塑性变形和热处理 0040 (1)将熔炼后得到的磷铜合金铸锭，切除铸锭冒口后，去除表面粗糙层。(2)在常 温进行多向锻造变形，变形量达到80；(3)然后进行轧制变形，变形量达50。
17、。(4)变形 后进行的后续热处理为在500下保温8小时。 0041 采用光度法进行合金中P合金元素分析，磷含量为3000ppm；采用辉光放电质谱 GDMS分析其余金属元素含量总和小于100ppm，惰性脉冲红外法测定的0含量为30ppm，同时 获得晶粒为500m的组织。 0042 实施例4： 0043 1.材料的熔炼： 0044 (1)在高真空中频感应熔炼炉中加入烘干的纯度为99.999的高纯铜铸锭。(2) 升温到1150熔炼，待铜锭全部熔化后，在1200加入含磷14wt.的磷铜中间合金。加入 磷铜中间合金与高纯铜铸锭的重量比为1350；(3)熔液在1200保温30min后静置20 说 明 书C。
18、N 102485924 A 4/4页 6 分钟后浇入石墨模具。 0045 2.材料的塑性变形和热处理 0046 (1)将熔炼后得到的磷铜合金铸锭，切除铸锭冒口后，去除表面粗糙层。(2)在常 温进行多向锻造变形，变形量达到60；(3)然后进行轧制变形，变形量达80。(4)变形 后进行的后续热处理为在450下保温4小时。 0047 采用光度法进行合金中P合金元素分析，磷含量为450ppm；采用辉光放电质谱 GDMS分析其余金属元素含量总和小于10ppm，惰性脉冲红外法测定的0含量为4ppm，同时获 得晶粒为60m的组织。 0048 实施例5： 0049 1.材料的熔炼： 0050 (1)在熔炼铜之。
19、前，先在高真空中频感应熔炼炉中用纯度为99.99的高纯铜铸 锭洗炉2次。然后在高真空中频感应熔炼炉中加入烘干的纯度为99.9999的高纯铜铸锭。 (2)升温到1150熔炼，待铜锭全部熔化后，加入含磷12wt.的磷铜中间合金。加入磷铜 中间合金与高纯铜铸锭的重量比为1240；(3)熔液在1150保温30min后静置20分钟 后浇入石墨模具。 0051 2.材料的塑性变形和热处理 0052 (1)将熔炼后得到的磷铜合金铸锭，切除铸锭冒口后，去除表面粗糙层。(2)在常 温进行三向锻造变形，变形量达到60；(3)然后进行轧制变形，变形量达80。(4)变形 后进行的后续热处理为在500下保温2小时。 0053 采用光度法进行合金中P合金元素分析，磷含量为500ppm；采用辉光放电质谱 GDMS分析其余金属元素含量总和小于1ppm，惰性脉冲红外法测定的0含量为2ppm，同时获 得晶粒为200m的组织。 说 明 书CN 102485924 A 1/1页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102485924 A 。