[發明專利]一種大規模集成電路用高純鎢粉的制備方法

有效

• 申請號: 201310247380.4
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103302299A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 周武平;宋鵬;王鐵軍;熊寧;蘇維豐;李軍;姚惠龍;陳福鴿
• 申請（專利權）人: 安泰科技股份有限公司
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于鎢粉末冶金技術領域，特別是涉及一種大規模集成電路用高純鎢粉的制備方法，適用于大規模集成電路制造及半導體芯片封裝行業中的關鍵材料的制備。

背景技術

高純鎢，是指純度在?99.995%?以上，最好在?99.999%?以上的鎢，是大規模集成電路中的布線材料和PVD鍍膜過程中形成擴散阻擋層的關鍵材料。隨著微電子技術、光學和光電子技術的發展，特別是表面技術和薄膜材料的發展，對高純鎢、鎢合金靶材的需求日益增加，高純鎢粉（純度99.995%以上）已經成為微電子工業不可缺少的原材料。

近年來國內外都在鎢粉的提純技術方面進行了大量的研究，如采用離子交換提純法、中和結晶提純法和有機溶劑萃取法等，取得了一定的進展。中國專利CN102161101A公布了一種高純鎢粉的制備方法，首先將0級偏鎢酸銨（APT）先氫氣還原成藍色氧化鎢，而后再在650-900℃下還原成鎢粉。用5%鹽酸進行攪拌清洗50min后用去離子水清洗至PH值>3為止，最后經過真空過濾、烘干后得到高純鎢粉，此種方法主要靠熱處理和酸洗進行除雜，雖可以除去Ca²⁺、Fe²⁺等雜質，但是對于Th、U等放射性離子去除效果不佳。中南大學在專利CN101259538中公開了一種化學清洗結合水熱反應的方法制備高純鎢粉，首先將鎢鹽溶解于去離子水中加入過量硝酸使其全部形成黃色沉淀，靜置24h后用去離子水清洗過濾3-5次，再加入稀氨水使之形成透明膠體，加入聚乙二醇表面活性劑后進行強力攪拌使其均勻溶解。溶液加壓20-40Mpa，在120-200℃下水熱反應后再經過去離子水清洗、干燥得到前軀體。前軀體再經過還原得到高純鎢粉。此種方法工藝路線較為復雜，并且需要在高壓中進行反應，對設備要求較高，不適合批量化生產，同時過程中大量使用強酸會對環境造成較大的污染。國外日本東芝鎢精煉廠采用酸分解和離子交換工藝實現了鎢粉的提純，其工藝過程是將鎢鹽進行酸分解，然后通過多級離子交換柱進行吸附反應除雜，解析液在經過濃縮、干燥和氫還原過程得到高純鎢粉，此種方法是目前最普遍使用的鎢粉提純方法，但是此種方法在鎢、鉬離子分離方面效果不佳。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大規模集成電路用高純鎢粉的制備方法，旨在批量化、簡單化實現純度不低于99.999%的高純鎢粉的生產，保證了鎢粉粒度和形貌的可控性，同時盡量降低生產過程對環境帶來的影響。

本發明主要利用了重結晶法進行提純，重結晶法是一種利用各種離子在溶液中溶解度不同的原理，通過控制結晶條件來抑制雜質離子析出從而達到提純效果的方法。首先在堿性環境中利用溶解過濾過程除去Fe、Ca等不溶離子，而后通過調整結晶條件使鎢酸根離子率先結晶出來，同時保持雜質離子存留于結晶母液中，從而達到提純的效果，這種方法工藝簡單，易于實現工業化生產，除雜效果優異，同時不使用強酸強堿，不會對環境造成嚴重的污染，彌補了上述常規鎢粉提純技術中的各種不足，并滿足大規模集成電路行業對高純鎢粉的各項要求。

本發明綜合運用化學和物理的方法實現了對工業級偏鎢酸銨（APT）的提純，并通過后續還原過程制備純度可達99.999%的高純鎢粉，并稱這一方法為“氨溶-重結晶法”。

本發明包括以下步驟：

（1）煅燒溶解：選用符合GB/T10116-2007中的工業0級仲鎢酸銨為原料，在三帶旋轉管式空氣爐進行煅燒形成黃鎢，三區溫度分別為550±5℃,600±5℃,600±5℃。黃鎢在50-60℃的濃度為10%氨水中進行溶解，溶液初始濃度200-300g/L，溶解約4-8h后形成鎢酸銨溶液；

（2）過濾：選用10μm和1μm的聚丙烯（PP）過濾器兩級過濾鎢酸銨溶液中的Fe(OH)₃、Ca(OH)₂等不溶物；

（3）重結晶：過濾后的鎢酸銨溶液在搪瓷反應釜中90-120℃下進行蒸發結晶，攪拌頻率50HZ~80HZ，結晶母液密度達到1.08-1.1g/cm³后停止結晶，此時結晶率在60-70%；

（4）固液分離、洗滌和干燥：使用配備聚丙烯濾布的離心機進行固液分離得到濕偏鎢酸銨（APT），偏鎢酸銨（APT）經去離子水清洗至洗滌液呈透明色后送入熱風循環烘箱100~120℃干燥18~24h后得到提純后的高純偏鎢酸銨（APT）；