高纯金属铜与铜基合金固相连接研究
发布时间：2021-09-24 08:50
高纯铜靶材在半导体行业中主要作为溅射镀膜的阴极材料使用,其沉积的薄膜导线拥有较低电阻率,良好的导电、导热性能,在较大温度范围内保持较好的可靠性等优点,因此在≤90nm线宽的工艺节点,行业普遍开始采用高纯铜布线来取代先前的铝布线。而良好稳定的靶材焊接性能,将会直接影响靶材溅射过程中的导电,导热效果进而决定高纯铜靶材沉积薄膜的质量和稳定性。因此研究一种半导体集成芯片磁控溅射用高纯铜靶材与铜基合金的大面积扩散焊接工艺,对高纯铜靶的研发和制作具有极其重要的意义和实用价值。本文通过测试焊接接头的缺陷情况（超声波探伤）和力学性能,借助光学显微镜,扫描电镜,能谱仪等分析手段,研究了不同焊接工艺参数和表面处理对接头性能的影响规律,并且研究了不同焊接条件下对靶材微观组织性能的影响。研究结果显示连接表面在没有做表面处理时,即使焊接温度已经大于材料的再结晶温度,其接头拉伸强度也无法达到高纯铜靶的要求,增加表面处理可以用螺牙尖端有效刺破材料表面氧化层,使新鲜的结合面之间紧密接触形成机械咬合,还可以增大两种材料连接表面的接触面积,有助于原子间扩散和摩擦粘附的发生。在一定的压力条件下两种材料间相互嵌入的深度取决于...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
集成电路芯片制作流程
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（PVD）领域，具有金属镀膜膜厚均匀、质量可控等诸多优势，主要作为半导芯片中接触层、通孔、互连线、阻挡层的关键材料。溅射镀膜（PVD）技术起于国外，靶材作为溅射的阴极材料也起源发展于国外。因其应用性较强，技术槛较高，研制和验证时间漫长，到目前为止只有国外的几家知名靶材公司如日金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯等长期占据了大部分的靶材市场份额[4-6]。高端的半导体芯片制造业，虽然有大量的靶材需求，但只能依赖于进口。自 1958 年世界上出现了第一块集成电路，人类就开始进入硅文明时代，伴集成电路产业的飞速发展，半导体行业这半个世纪以来一直遵循着摩尔（moo律，即在价格不变的前提下，每隔 18-24 个月在集成电路上可容纳的电子器件将翻番。集成电路的结构尺寸也从微米迈入了纳米时代[2]，目前全球 90nm 及工艺产能占行业总产能的比重越来越大。集成电路工艺尺寸的不断减小，对金膜中的夹杂物及缺陷要求也越来越严格。而在半导体制造中芯片的金属互联大部分均由靶材溅射镀膜形成，因此靶材的性能直接决定了金属薄膜的质量。
图 1-3 IC 芯片的高纯铜金属布线[10]工业生产中，金属溅射靶材一般是由符合溅射性能的坯作为被溅射部分，需要具备超高的材料纯度，适合的有良好的导电，导热等功能，并且为靶材在溅射过程中符合对应溅射设备必要的安装规格尺寸外，一颗合格的以下特点：u 靶坯成分纯度高，一般要求 6N 及以上；u 靶坯晶粒细小、均匀，有利于成膜的均匀性，一般约 板导电，导热性能好，能快速冷却靶材溅射过程中产生板应具有良好透磁性，有利于磁控溅射过程中磁力线正坯和背板之间的连接性能良好，缺陷率≤1%，结合强度靶材的焊接性能不良时，溅射过程中容易导致沉积薄性不良等问题，影响芯片的性能和可靠性。研究新一代技术，提高焊接结合率、结合强度、导电和导热等性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体芯片行业用金属溅射靶材市场分析[J]. 张卫刚,李媛媛,孙旭东,王鹏,闫文娟. 世界有色金属. 2018(10)
[2]半导体产业:现状、发展路径与建议[J]. 兰晓原. 发展研究. 2018(06)
[3]铜及铜合金真空扩散焊接工艺优化及接头组织性能分析[J]. 刘敏,杨自鹏,张丽娜,郭博闻,王华宾,李跃. 航天制造技术. 2018(02)
[4]集成电路用钛靶材和铜铬合金背板扩散焊接技术研究[J]. 董亭义,户赫龙,于文军,何金江,吕保国. 金属功能材料. 2017(06)
[5]径向加压铜喷嘴真空扩散焊接工艺及实用案例[J]. 魏瑞刚,张丽娜,金盈池,黑增民,王彦超. 航天制造技术. 2017(01)
[6]Thick Target Neutron Production on Aluminum and Copper by 40 MeV Deuterons[J]. 兰长林,王佳,叶涛,孙伟力,彭猛. Chinese Physics Letters. 2017(02)
[7]镁铝异种金属TIG焊接头性能的研究[J]. 刘政军,宫颖,苏允海. 材料工程. 2015(03)
[8]溅射靶材对TiAlN涂层形貌、结构和力学性能的影响[J]. 梁俊才,周武平,张凤戈,穆健刚,赵海波. 真空科学与技术学报. 2014(07)
[9]CuZr0.15锆无氧铜真空扩散焊接工艺及力学性能[J]. 张丽娜,许青,迟宏波,魏瑞刚,刘敏,赵刚,袁德海,唐林峰. 航天制造技术. 2014(03)
[10]Mg-Al合金非平衡凝固共晶组织及形成机理[J]. 孙晶,郭全英,毛萍莉,刘正. 沈阳工业大学学报. 2013(06)
硕士论文
[1]超高纯铜晶粒控制及晶界特征分布研究[D]. 曾祥.北京有色金属研究总院 2015
[2]晶粒尺寸与温度对铜锌合金力学性能影响的研究[D]. 董倩玉.重庆大学 2015
[3]双金属冷压焊固相结合区原子相互作用的研究[D]. 田娜.河北工业大学 2015
[4]表面纳米化铜低温扩散焊接机理研究[D]. 裴广玉.上海工程技术大学 2015
[5]异种金属铝、铜和钨的真空扩散焊研究[D]. 李旭东.燕山大学 2013
[6]形变及热处理对工业纯铜晶界结构与组织和性能的影响[D]. 阎璐.江苏科技大学 2012
[7]Fe/Al异种金属扩散焊界面形成机理研究[D]. 王敬.江苏科技大学 2012
[8]AZ91镁合金/7075铝合金异种金属扩散焊的研究[D]. 于前.太原理工大学 2011
[9]铝基非晶薄带的扩散连接工艺及机理研究[D]. 孙慧.兰州理工大学 2010
[10]磁制冷材料Gd与Cu、Al的真空扩散焊工艺研究[D]. 李晓慧.西华大学 2007
本文编号：3407464
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
集成电路芯片制作流程
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（PVD）领域，具有金属镀膜膜厚均匀、质量可控等诸多优势，主要作为半导芯片中接触层、通孔、互连线、阻挡层的关键材料。溅射镀膜（PVD）技术起于国外，靶材作为溅射的阴极材料也起源发展于国外。因其应用性较强，技术槛较高，研制和验证时间漫长，到目前为止只有国外的几家知名靶材公司如日金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯等长期占据了大部分的靶材市场份额[4-6]。高端的半导体芯片制造业，虽然有大量的靶材需求，但只能依赖于进口。自 1958 年世界上出现了第一块集成电路，人类就开始进入硅文明时代，伴集成电路产业的飞速发展，半导体行业这半个世纪以来一直遵循着摩尔（moo律，即在价格不变的前提下，每隔 18-24 个月在集成电路上可容纳的电子器件将翻番。集成电路的结构尺寸也从微米迈入了纳米时代[2]，目前全球 90nm 及工艺产能占行业总产能的比重越来越大。集成电路工艺尺寸的不断减小，对金膜中的夹杂物及缺陷要求也越来越严格。而在半导体制造中芯片的金属互联大部分均由靶材溅射镀膜形成，因此靶材的性能直接决定了金属薄膜的质量。
图 1-3 IC 芯片的高纯铜金属布线[10]工业生产中，金属溅射靶材一般是由符合溅射性能的坯作为被溅射部分，需要具备超高的材料纯度，适合的有良好的导电，导热等功能，并且为靶材在溅射过程中符合对应溅射设备必要的安装规格尺寸外，一颗合格的以下特点：u 靶坯成分纯度高，一般要求 6N 及以上；u 靶坯晶粒细小、均匀，有利于成膜的均匀性，一般约 板导电，导热性能好，能快速冷却靶材溅射过程中产生板应具有良好透磁性，有利于磁控溅射过程中磁力线正坯和背板之间的连接性能良好，缺陷率≤1%，结合强度靶材的焊接性能不良时，溅射过程中容易导致沉积薄性不良等问题，影响芯片的性能和可靠性。研究新一代技术，提高焊接结合率、结合强度、导电和导热等性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]半导体芯片行业用金属溅射靶材市场分析[J]. 张卫刚,李媛媛,孙旭东,王鹏,闫文娟. 世界有色金属. 2018(10)
[2]半导体产业:现状、发展路径与建议[J]. 兰晓原. 发展研究. 2018(06)
[3]铜及铜合金真空扩散焊接工艺优化及接头组织性能分析[J]. 刘敏,杨自鹏,张丽娜,郭博闻,王华宾,李跃. 航天制造技术. 2018(02)
[4]集成电路用钛靶材和铜铬合金背板扩散焊接技术研究[J]. 董亭义,户赫龙,于文军,何金江,吕保国. 金属功能材料. 2017(06)
[5]径向加压铜喷嘴真空扩散焊接工艺及实用案例[J]. 魏瑞刚,张丽娜,金盈池,黑增民,王彦超. 航天制造技术. 2017(01)
[6]Thick Target Neutron Production on Aluminum and Copper by 40 MeV Deuterons[J]. 兰长林,王佳,叶涛,孙伟力,彭猛. Chinese Physics Letters. 2017(02)
[7]镁铝异种金属TIG焊接头性能的研究[J]. 刘政军,宫颖,苏允海. 材料工程. 2015(03)
[8]溅射靶材对TiAlN涂层形貌、结构和力学性能的影响[J]. 梁俊才,周武平,张凤戈,穆健刚,赵海波. 真空科学与技术学报. 2014(07)
[9]CuZr0.15锆无氧铜真空扩散焊接工艺及力学性能[J]. 张丽娜,许青,迟宏波,魏瑞刚,刘敏,赵刚,袁德海,唐林峰. 航天制造技术. 2014(03)
[10]Mg-Al合金非平衡凝固共晶组织及形成机理[J]. 孙晶,郭全英,毛萍莉,刘正. 沈阳工业大学学报. 2013(06)
硕士论文
[1]超高纯铜晶粒控制及晶界特征分布研究[D]. 曾祥.北京有色金属研究总院 2015
[2]晶粒尺寸与温度对铜锌合金力学性能影响的研究[D]. 董倩玉.重庆大学 2015
[3]双金属冷压焊固相结合区原子相互作用的研究[D]. 田娜.河北工业大学 2015
[4]表面纳米化铜低温扩散焊接机理研究[D]. 裴广玉.上海工程技术大学 2015
[5]异种金属铝、铜和钨的真空扩散焊研究[D]. 李旭东.燕山大学 2013
[6]形变及热处理对工业纯铜晶界结构与组织和性能的影响[D]. 阎璐.江苏科技大学 2012
[7]Fe/Al异种金属扩散焊界面形成机理研究[D]. 王敬.江苏科技大学 2012
[8]AZ91镁合金/7075铝合金异种金属扩散焊的研究[D]. 于前.太原理工大学 2011
[9]铝基非晶薄带的扩散连接工艺及机理研究[D]. 孙慧.兰州理工大学 2010
[10]磁制冷材料Gd与Cu、Al的真空扩散焊工艺研究[D]. 李晓慧.西华大学 2007
本文编号：3407464
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