[发明专利]钛聚焦环的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体溅射领域，特别是涉及一种能约束溅射粒子运动轨迹的钛聚焦环的制造方法。

背景技术

溅射是现代半导体芯片生产过程中常用的一种薄膜淀积技术，其利用高能粒子轰击具有高纯度的靶材，使靶材原子从表面逸出并均匀地沉积于衬底上形成均匀的薄膜层，并在研磨抛光等工序后，在衬底上形成集成电路的各阻挡层、互联线以及接触层。然而在溅射过程中，由于高能粒子由各个方向轰击靶材，导致从靶材表面逸出的靶材原子会从各个方向脱离靶材表面，之后沿直线到达晶圆表面，其无法保证衬底各部分沉积的薄膜层的均匀性，从而影响各薄膜层性能。尤其是在特征尺寸为45nm以下的半导体集成电路器件制备中，其对于如用于互联线的Cu、Ta和Ti金属薄膜层以及作为接触层的NiSi薄膜的均匀性具有极高的要求。

为此，参考图1所示，为了提高各薄膜层的沉积均匀性，在溅射过程中通常会在靶材1和晶圆2之间设置一个与靶材材质相同的聚焦环3，所述聚焦环3可有效约束靶材原子的运动轨迹，使得从靶材1表面溅射出来的朝各方向运动的靶材原子被聚焦到晶圆2上方，并均匀的沉积在晶圆2上，从而提高晶圆2上方沉积的薄膜层的均匀性。而且，聚焦环3的内外表面还可形成有花纹，以吸附溅射过程中产生的大量颗粒物，从而起到净化的作用。

现有聚焦环制备过程中，包括（1）将聚焦环坯料经热锻、切割成特定体积后，再经冷轧成固定厚度，再经长度和宽度尺寸加工，获得长、宽、高结构特定的条状金属板；（2）之后弯曲条状金属板，经过多步的真空热处理以及形变加工，使得条状金属板长度方向收尾相接，形成一个封闭的环；（3）最后，聚焦环坯料的内表面及外表面进行车削、在聚焦环坯料的内表面及外表面形成花纹。所形成的聚焦环结构可参照公开号为CN102418075A、CN102418076A等的中国专利申请。

在上述传统的聚焦环制备的第（2）步热处理工艺中，普通的热处理炉加热往往暴露于空气中进行，期间聚焦环坯料与氧气反应而被迅速深度氧化，从而导致聚焦环制备失败。因而为了避免热处理过程中聚焦环坯料过度氧化，热处理工艺往往需要在真空热处理腔中完成，其不仅增加了工艺成本投入，同时也增加了工艺的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛聚焦环的制造方法，从而在钛聚焦环热处理过程中，即使采用普通的热处理炉（非真空处理炉），同样可避免钛聚焦环坯料深度氧化，制备符合条件的钛聚焦环，以节省钛聚焦环制备工艺成本，降低钛聚焦环的制备工艺难度。

本发明所提供的所述钛聚焦环的制造方法，其步骤包括：

提供钛聚焦环坯料；

将所述钛聚焦环坯料经热锻处理，之后经冷轧加工至预定厚度；

将冷轧后的所述钛聚焦环坯料置于热处理炉中，于500~680℃条件下进行第一次热处理，持续60~120min后，随炉冷却，并切割成预定尺寸的板状结构；

将板状的所述钛聚焦环坯料加工成环状的钛聚焦环；

将所述钛聚焦环置于热处理炉中，于500~600℃条件下进行第二次热处理，持续30~60min后，于室温下急速冷却成型。

可选地，所述热锻处理包括将所述钛聚焦环坯料在400~500℃条件下预热、锻打；并在锻打加工成预定形状后在室温下急速冷却。

可选地，所述热锻处理包括多步所述预热、锻打步骤；且每一步所述锻打完成后，均采取一次所述急速冷却步骤。

可选地，所述急速冷却采用水冷。

可选地，在经所述冷轧加工后的钛聚焦环坯料预定厚度大于实际设计厚度1~2mm。

可选地，在所述钛聚焦环急速冷却成型后，去除所述钛聚焦环内外表层的氧化物，并加工至所述实际设计厚度。

可选地，在所述冷轧加工过程中，将所述钛聚焦环坯料边缘贴于一导向轨道，并采用多次单向轧制，直至所述钛聚焦环坯料厚度至所述预定厚度。

可选地，还包括去除经热锻处理后的所述钛聚焦环坯料的表面氧化层的步骤，之后再进行所述冷轧加工。

可选地，每一次轧制的下压量控制为该次轧制前的所述钛聚焦环坯料厚度的5~15%。

可选地，所述第一次热处理中，温度控制于580~650℃。

可选地，将板状的所述钛聚焦环坯料加工成环状的钛聚焦环包括：将板状的钛聚焦环坯料进行卷圆处理，而后采用焊接或是铆接使所述钛聚焦环坯料沿长度方向的首尾两端相接。

可选地，所述焊接为氩弧焊。

可选地，还包括：钛聚焦环急速冷却成型后，对所述钛聚焦环的内表面和/或外表面进行车削加工形成花纹。