塑性变形与热处理对高纯Al-1%Si再结晶的影响

发布时间：2020-06-01 00:27

【摘要】：本文研究了半导体用超高纯溅射靶材的Al-1%Si材料的塑性变形和热处理对静态再结晶的影响。超高纯Al-1%Si是半导体工艺中的关键互联线材料,其溅射靶材要求细小以及均匀的晶粒组织。铸造态晶粒和晶向组织结构远远不符合半导体溅射靶材的要求,需要在靶材制作工艺中进行塑性变形和热处理,进行再结晶从而使得晶粒细化均匀,使溅射在晶圆上的薄膜变得均匀。塑性变形和热处理中各项参数,直接影响着最终靶材产品的晶粒细化状态。本文先进行了材料的静态再结晶动力学研究,通过EBSD测试,得出超高纯Al-1%Si金属在85%形变量下的开始再结晶温度、完全再结晶温度以及动力学曲线,在85%形变量的情况下,310℃开始发生静态再结晶,370℃完全再结晶,450℃观察到晶粒长大现象。动力学曲线发现形变量85%的时候,在430℃热处理下,0.5分钟开始再结晶,2分钟完全再结晶;而75%形变量下在430℃热处理下,2分钟开始再结晶,在3分钟之后完全再结晶。形变量越大,在同样的温度下,越早发生再结晶。然后用正交试验方法,通过金相技术对小样进行了形变量,热处理温度以及热处理时间的研究,得出了最优形变量范围为80%-85%,最优热处理温度范围为390℃-430℃,最优热处理时间范围为5-60分钟皆可,但15分钟时是最优的。依据最终实际靶材的尺寸,进行了温度场的有限元模拟分析,观察靶坯各个区域的温度差异。热处理温度设置在410℃。在410℃下模拟的结果发现,在空气对流加热情况下,靶坯在加热过程中,3分钟后各个区域均已达到温度设定值,这表明空气对流加热的热处理不会造成靶材各个区域的不同热处理结果。最后,用实际靶材尺寸的坯料进行了85%的塑性变形和410℃×15分钟的热处理,结果发现能够得到晶粒尺寸在60-80μm之间均匀的大尺寸靶材,达到了半导体物理气相沉积的要求。本文对超高纯的Al-1%Si材料的塑性变形和热处理对静态再结晶的研究,对超高纯Al-1%Si靶材生产过程中的塑性变形和热处理具有实际指导作用,为实际产生的参数设置提供依据。
【图文】：

图 1-1 半导体芯片中的铝或铝合金导线金属导线都是通过物理气相沉积（PVD）工艺来实高、沉积薄膜均匀性好等优势，被广泛运用到各行出现了越来越多的PVD技术的研究，这方面的研究示意如图1-2所示，，靶材放置在基底上面，两者平接正电极。在正负两极中间加入磁场，由于电场和兹力F=e(v×B)的作用下做摆线运动，以提高了电子从而使氩原子迅速被离子化。带电的氩原子在磁场靶材表面的原子被轰击下来，由于原子不带电，不接沉积在基体上形成薄膜[10]。总结来说，PVD就是和电场共同作用下轰击靶材表面，靶材原子被轰击]。尚再艳等人研究发现薄膜制备过程中受靶材的晶过对不同晶粒尺寸的同种材料进行溅射镀膜的试验

（5）高温溅射容易在二氧化硅和硅基地之间形成铝穿刺，从而造成短路。铝的穿刺是个严重的问题，穿刺容易造成导线之间的短路，或者硅掺杂区域的功能失效，如图1-3（a）所示的是铝穿刺到硅掺杂区。另外，电迁移和应力迁移表现的问题也很突出。电迁移主要表现为在巨大电流作用下，带电的金属离子与电子互相传导，该现象容易造成电路失效[20]。发生电迁移现象时，大量金属原子发生聚集，造成局部突起或长大，而另外区域会出现空洞，而应力迁移由于不同材料的热膨胀系数不同，热处理或使用过程中的升温，金属导线与中间层、基体之间产生热应力，从而在导线中产生空位，如图(b)所示。空位进行不断地扩散、成核、生长
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306;TG156

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本文编号：2690686