一种集成电路用磷铜阳极的制备方法和熔炼炉及其系统技术领域
本发明涉及磷铜阳极的制备方法，更具体地说是指一种集成电路用磷铜阳极的制
备方法和熔炼炉及其系统。
背景技术
在大规模的集成电路生产中，铜的刻蚀非常困难，在生产中采用电镀铜工艺制备
铜互联线将成为集成电路未来的发展方向，该工艺主要是通过电镀方式在沟槽内镀上一层
致密、分布均匀的镀铜，由于沟槽幼细，因此要求电镀用的磷铜阳极具有很高的填充能力，
且具有更高的延展性，对铜的纯度与晶粒度的要求更高，并且，在集成电路中，对镀铜的氧
含量要求较高，是因为氧含量高时，极易产生氧化铜及氧化亚铜，并分布于晶界处，影响电
镀效果，这是一个重要的指标。
中国专利201010581922.8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1150～1300℃中加入含磷6～16wt.％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1∶50～600，在1150～1300℃下保温20～30min，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300～600℃保温0.5～12小时再结晶处理后，经过表面处理，机械加工出集成电
路用磷铜阳极，但是这种制造工艺仍然复杂。
因此，有必要设计一种集成电路用磷铜阳极的制备方法，实现制造工艺简单，制备
的集成电路用磷铜阳极具有很高的填充能力，且具有更高的延展性，铜的纯度高与晶粒度
小且均匀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种集成电路用磷铜阳极的制备方
法和熔炼炉及其系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种集成电路用磷铜阳极的制备方
法，所述制备方法包括：
原材料采用铜含量达到99.99％以上的A级电解铜以及单项杂质不大于0.003％的
高磷铜合金；
真空熔炼与连铸：选用真空的熔炼炉对所述A级电解铜以及高磷铜合金进行铜、磷
的合成以及牵引，获取磷铜合金铸锭；
微晶处理：在真空状态下对所述磷铜合金铸锭进行微晶处理；
冷态加工成形：在常温下对微晶处理后的所述磷铜合金铸锭进行加工成形，获得
集成电路用磷铜阳极。
其进一步技术方案为：在所述冷态加工成形的步骤之后，还包括
清洗与包装：对所述集成电路用磷铜阳极进行防潮温控清洗处理以及真空包装。
其进一步技术方案为：在所述真空熔炼与连铸的步骤中，需要对所述A级电解铜以
及高磷铜合金进行混和、净化以及充分混和，并且在净化和充分混和过程中需要定期用还
原木材插入铜水中。
其进一步技术方案为：在所述真空熔炼与连铸的步骤中，使用伺服电机控制牵引
速度，监测牵引出铜杆表面温度在40℃至50℃。
其进一步技术方案为：在所述微晶处理步骤中，需要对所述磷铜合金铸锭的晶粒
多方位破碎，在450℃至550℃结晶工作室中再结晶。
其进一步技术方案为：在所述微晶处理步骤中，需要采用伺服电机控制再结晶的
速度，监测出口端的所述磷铜合金铸锭的温度在40℃至50℃。
其进一步技术方案为：在所述冷态加工成形的步骤中，需要所述磷铜合金铸锭以
及模具需要用高压力冷却介质进行冷却，并使用伺服电机控制加工速度，监控模具的温度
70℃至100℃。
本发明还提供了熔炼炉，包括依次相联的熔炼仓、中间仓以及保温仓，所述中间仓
以及所述保温仓内设有石墨鳞片，所述熔炼仓内设有木炭以及投料箱。
其进一步技术方案为：所述中间仓内还设有排气棒，所述保温仓内设有温度传感
器。
本发明还提供了一种集成电路用磷铜阳极的制备系统，包括上述的熔炼炉、再结
晶结构、加工模具以及真空包装机，所述熔炼炉、再结晶结构、加工模具以及真空包装机依
次相联，原材料通过熔炼炉真空熔炼与连铸后，经过再结晶结构进行微晶处理，经过加工模
具在常温下进行成形加工，利用真空包装机进行真空包装。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的一种集成电路用磷铜阳极的制备
方法，通过采用铜含量高的A级电解铜以及单项杂质低的高磷铜合金作为原材料，采用真空
的熔炼炉对原材料进行真空熔炼与连铸，也在真空状态下进行微晶处理，常温下进行加工
成形，严格控制含氧量，实现制造工艺简单，制备的集成电路用磷铜阳极具有很高的填充能
力，且具有更高的延展性，铜的纯度高与晶粒度小且均匀。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明具体实施例提供的一种集成电路用磷铜阳极的制备方法的流程图；
图2为本发明具体实施例提供的熔炼炉的主视结构示意图；
图3为本发明具体实施例提供的熔炼炉的侧视结构示意图；
图4为本发明具体实施例提供的再结晶结构的主视结构示意图；
图5为本发明具体实施例提供的加工模具的主视结构示意图；
图6为本发明具体实施例提供的真空包装机的主视结构示意图；
图7为本发明具体实施例提供的包装后的成品的主视结构示意图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进
一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1～7所示的具体实施例，本实施例提供的一种集成电路用磷铜阳极的制备方
法，可以适用于集成电路电镀铜、高端PCB电镀铜、高端表面处理电镀铜的过程中，实现制造
工艺简单，制备的集成电路用磷铜阳极具有很高的填充能力，且具有更高的延展性，铜的纯
度高与晶粒度小且均匀。
如图1所示，一种集成电路用磷铜阳极的制备方法，包括：
原材料采用铜含量达到99.99％以上的A级电解铜以及单项杂质不大于0.003％的
高磷铜合金；
S1、真空熔炼与连铸：选用真空的熔炼炉对所述A级电解铜以及高磷铜合金进行
铜、磷的合成以及牵引，获取磷铜合金铸锭；
S2、微晶处理：在真空状态下对所述磷铜合金铸锭进行微晶处理；
S3、冷态加工成形：在常温下对微晶处理后的所述磷铜合金铸锭进行加工成形，获
得集成电路用磷铜阳极。
对于原材料的采用，需要满足集成电路用磷铜阳极的技术指标，由于集成电路用
磷铜阳极的组成成分的要求：Cu≥99.95％，0.025％≤P≤0.05％，Ag≤0.0025％，O≤
0.0003％，其他单项杂质≤0.001％，因此需采用高铜含量的高纯A级电解铜，同时选用高纯
度的高磷铜合金，单项杂质≤0.003％，保证原料的纯度。
更进一步的，上述的S1步骤，真空熔炼与连铸步骤中，先对原料并进行合成混和、
净化及充分混和，充分混和是为了进一步均匀，再整个过程中需要保证铜水温度。
具体的，由于温度过高表示结晶冷却效果下降，晶粒会粗大、组织致密下降，当铜
杆表面温度高时，电机控制牵引速度无级下降，当铜杆表面温度低时，电机控制牵引速度无
级提升，在所述的S1步骤，真空熔炼与连铸的步骤中，使用伺服电机控制牵引速度，监测牵
引出铜杆表面温度在40℃至50℃。
另外，上述的S1步骤，真空熔炼与连铸的步骤中，且选用真空的熔炼炉，保证铜磷
充分混和，且在真空无氧下完成整个熔炼连铸成形的过程，保证了氧含量符合质量要求。
该熔炼炉包括熔炼仓10、中间仓20以及保温仓30，中间仓20和保温仓30均用纯净
的石墨鳞片40覆盖厚度为5cm至15cm，起保温与隔断空气的作用，令到仓体处于真空状态下
工作。
优选的，石墨鳞片40覆盖厚度为10cm。
另外，熔炼仓10覆盖厚度为15cm至25cm的干净干燥木炭60，一方面保证加料顺利，
另一方面保证加料时有木炭60有足够燃高度隔料空气进入，令到仓体处于真空状态下工
作。
优选的，木炭60的覆盖厚度为20cm。
上述的S2步骤，在所述微晶处理步骤中，需要对所述磷铜合金铸锭的晶粒多方位
破碎，在450℃至550℃结晶工作室中再结晶，组织结构晶粒幼细、组织致密、金属纤维性强；
密封以及真空的状态下进行再结晶，保证铜表面磷含量的正常，此过程对于电镀过程中生
成磷膜非常重要，真空无氧加工保证了磷铜阳极的氧含量达到要求。
优选的，在500℃结晶工作室中再结晶，保证了铜在此温度下破碎并迅速重新结
晶、迅速冷却。
更进一步的，由于温度高时再结晶的速度无级下降，温度低时再结晶的速度无级
提升；在所述S2步骤，微晶处理步骤中，需要采用伺服电机控制再结晶的速度，监测出口端
的所述磷铜合金铸锭的温度在40℃至50℃。
对于上述的S3步骤，在所述冷态加工成形的步骤中，需要所述磷铜合金铸锭以及
模具需要用高压力冷却介质进行冷却。
由于温度高时加工速度无级下降，温度低时加工速度无级提升，使用伺服电机控
制加工速度，监控模具的温度70℃至100℃。
在常温下进行加工成形，保证铜表面的磷含量不挥发、保证不出现因机加工热能
令到铜表面氧化。
在所述S3步骤，冷态加工成形的步骤之后，还包括
S4、清洗与包装：对所述集成电路用磷铜阳极进行防潮温控清洗处理以及真空包
装。
对于上述的S3步骤，具体是在清洗后需要在防潮温控空间下完成干燥，达到快速、
完全干燥的目的，保障不会在所述集成电路用磷铜阳极的表面形成水分或其他潮湿介质，
令到产生电化学反应而变色氧化等。
所述集成电路用磷铜阳极完全冷却后，使用真空包装，避免与空气接触产生氧化
物、以及由于温差变化在产品表面产生潮湿及氧化物。
由于集成电路对镀铜的氧含量要求较高，是因为氧含量高时，极易产生氧化铜及
氧化亚铜，并分布于晶界处，影响电镀效果，这是一个重要的指标，因此，在制备所述集成电
路用磷铜阳极，需要严格把控含氧量。
上述的一种集成电路用磷铜阳极的制备方法，通过采用铜含量高的A级电解铜以
及单项杂质低的高磷铜合金作为原材料，采用真空的熔炼炉对原材料进行真空熔炼与连
铸，也在真空状态下进行微晶处理，常温下进行加工成形，严格控制含氧量，实现制造工艺
简单，制备的集成电路用磷铜阳极具有很高的填充能力，且具有更高的延展性，铜的纯度高
与晶粒度小且均匀。
如图2和图3所示，本实施例还提出了熔炼炉，用于真空熔炼与连铸以制备集成电
路用磷铜阳极。
上述的熔炼炉，包括依次相联的熔炼仓10、中间仓20以及保温仓30，所述中间仓20
以及所述保温仓30内设有石墨鳞片40，所述熔炼仓10内设有木炭60以及投料箱50。
上述的熔炼炉，通过在中间仓20、保温仓30均用纯净的石墨鳞片40起保温与隔断
空气的作用，令到仓体处于真空状态下工作，在熔炼仓10内覆盖木炭60，一方面保证加料顺
利，另一方面保证加料时有足够木炭60作为燃料，并且隔离空气的进入，令到仓体处于真空
状态下工作，提高整个熔炼炉的真空度。
上述的石墨鳞片40的厚度为5cm至15cm，优选的，石墨鳞片40的厚度为10cm。
上述的木炭60的厚度为15cm至25cm，优选的，木炭60的厚度为20cm。
更进一步的，中间仓20内还设有排气棒70，所述排气棒70可以排走铜水中残余氧
含量，降低制备的集成电路用磷铜阳极的氧化程度。
在本实施例中，排气棒70为木条。
当然，于其他实施例，上述的排气棒70还可以为复合棒，复合棒的材质为白杨木、
枫木与竹片聚合压缩而成。
另外，保温仓30内设有温度传感器80，具体是为了监测牵引出铜杆表面温度在40
℃至50℃。
上述的熔炼仓10、中间仓20以及保温仓30内分别设有熔沟结构11，保证加热均匀
且铜磷充分混和。
上述的所述熔沟结构11包括设于中间的加热体，及环设于加热体四周的双熔沟空
腔，所述熔沟空腔与加热体之间设有耐火层和冷却层。与等面积的单熔沟相比能加大电流
密度，使熔沟的电流密度可以达到9～12A/mm2，线圈电流密度达到2～2.5A/mm2，能提高加
热体的电热效率高。
熔沟空腔(又称为感应熔沟)的截面为圆形或椭圆形，提高了热能的传递能力和有
效地预防堵沟现象。
所述保温仓30上设有与动力源连接的磷铜结晶结构90，用于加长冷却行程，达到
既满足晶体需求，又满足生产效率，结晶器的出铜端需要作密封处理，防止空气从间隙中进
入。
具体的，所述磷铜结晶结构90为结晶器，上述的动力源为电机。
温度过高表示结晶冷却效果下降，晶粒会粗大、组织致密下降，当铜杆表面温度高
时，电机控制牵引速度无级下降，当铜杆表面温度低时，电机控制牵引速度无级提升。
在本实施例中，所述熔炼仓10、中间仓20以及保温仓30呈方形状布置。
当然，于其他实施例，所述熔炼仓10、中间仓20以及保温仓30可以呈其他不规则形
状布置。
本实施例还提出了一种集成电路用磷铜阳极的制备系统，包括上述的熔炼炉、再
结晶结构、加工模具95以及真空包装机97，所述熔炼炉、再结晶结构、加工模具95以及真空
包装机97依次相联，原材料通过熔炼炉真空熔炼与连铸后，经过再结晶结构进行微晶处理，
经过加工模具95在常温下进行成形加工，利用真空包装机97进行真空包装。
具体的，上述的再结晶结构包括依次连接的微晶处理结构以及冷却结构93，所述
微晶处理结构以及所述冷却结构93用于对晶粒多方位破碎再结晶，在密封状态下进行再结
晶，保证铜表面磷含量的正常，真空无氧加工保证了磷铜阳极的氧含量达到要求。
所述冷却结构93的出口设有温度计，用于监测出口端的铜杆温度在40℃至50℃。
上述的微晶处理结构内设有模具92。该模具92为微晶处理提供了一个密封且真空
的环境。进料铜棒91从模具92的入口进入后，经过模具92的处理，再经过冷却结构冷却，得
到出料铜棒94。
上述的加工模具95的外端设有冷却容器96，所述冷却容器96内有高压力冷却介
质，冷却容器96内的冷却介质对加工铜杆与模具进行高压力冷却，控制加工温度。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不
代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的
保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。