[發(fā)明專利]一種低氧大尺寸含鋁基金屬間化合物的合金靶材及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110142280.X
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112962072B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 邱從章
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙淮石新材料科技有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;B22D21/00;C22C1/02;C22C21/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

本發(fā)明公開了一種低氧大尺寸含鋁基金屬間化合物的合金靶材及其制備方法，這種靶材包括鋁和另外一種高熔點金屬M，其中M為Ti、Ni、Cr或17種稀土金屬元素中的任意一種，M的原子百分比為1～50％，余量為鋁金屬，其制備方法包括配料、制坯、均溫處理和后處理等過程，最終制得合金靶材，其平面尺寸不低于10⁴mm²，相對密度大于98％，雜質(zhì)氧含量小于600ppm，其它雜質(zhì)含量總和小于500ppm，平均晶粒尺寸小于150μm，可廣泛用作半導體濺射成膜用靶材。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體用鋁基合金濺射靶材技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低氧大尺寸含鋁基金屬間化物的合金靶材及其制備方法。

背景技術(shù)

濺射靶材是超大規(guī)模集成電路制造的必需原材料。在半導體制備過程中需要金屬或合金作為濺射靶材，利用離子源產(chǎn)生并在高真空中經(jīng)過加速聚集形成的高能離子束流轟擊靶材表面，使得靶材表面的原子離開靶材并沉積在基底表面。半導體對濺射靶材的金屬或合金材料純度、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等方面都具有苛刻的要求，需要掌握生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)并經(jīng)過長期實踐才能制成符合工藝要求的產(chǎn)品。半導體產(chǎn)業(yè)對濺射靶材的品質(zhì)要求非常高，隨著更大尺寸的晶圓片制造出來，相應地要求濺射靶材也朝著大尺寸方向發(fā)展，同時也對濺射靶材的晶粒晶向控制提出了更高的要求。

鋁和鋁基合金靶材，包括鋁鎳、鋁鉻、鋁鈦和鋁鉺、鋁鈧等鋁稀土合金靶材，是濺射靶材的一類，在半導體制備中應用廣泛。這些合金具有共同的特點，合金中的金屬元素與鋁熔點差大，且在鋁中的溶解度低，易形成脆性大熔點高的金屬間化合物相，當金屬元素含量高時，金屬間化合物相占比大，致使合金易脆難變形。使得此類含鋁基金屬間化合物的合金難以制成符合工藝要求的靶材。

現(xiàn)有技術(shù)中，專利(申請?zhí)枺?01710046047.5)公開了鋁熱還原法制備鋁基合金的方法，因均勻性、含量和雜質(zhì)等品質(zhì)原因，僅適用于制備常規(guī)的中間合金；專利(申請?zhí)枺?01510185516.2)還公開了旋轉(zhuǎn)靶材及其制備方法，是使用電弧噴涂方法制備合金靶材，合金含量低，且其厚度只有3～15mm，致密度97％，使用也受到局限；專利(申請?zhí)枺?01610677045.1，201910439319.7)采用粉末冶金方法制備合金靶材，不可避免地易出現(xiàn)易碎裂和氧含量較高等問題；專利(申請?zhí)枺?01711310758.5，201811144477.1，201810504228.2)提供了采用熔鑄的制備方法，合金錠存在偏析嚴重，二次析出相晶粒粗大等問題，且因其本征的脆性，常規(guī)的壓力加工(熱軋或熱鍛壓)很難制得大尺寸的完整靶材。這些方法，均有各自的缺陷，難以制備出低氧大尺寸含鋁基金屬間化合物的半導體用濺射合金靶材。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種低氧大尺寸含鋁基金屬間化合物的合金靶材及其制備方法。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種低氧大尺寸含鋁基金屬間化合物的合金靶材，包括鋁和另外一種高熔點金屬M，其中M為Ti、Ni、Cr或17種稀土金屬元素中的任意一種，M的原子百分比為1～50％，余量為鋁金屬；所述合金靶材的平面尺寸不低于1×10⁴mm²，相對密度大于98％，雜質(zhì)氧含量小于600ppm，其它雜質(zhì)含量總和小于500ppm，平均晶粒尺寸小于150μm。

優(yōu)選的，所述合金靶材的氧含量小于100ppm，其它雜質(zhì)含量總和小于80ppm，平均晶粒尺寸小于80μm。

更優(yōu)選的，所述合金靶材的氧含量小于40ppm，其它雜質(zhì)含量總和小于10ppm，平均晶粒尺寸小于40μm。

本發(fā)明還提供了上述合金靶材的制備方法，包括以下步驟：

(1)配料

按設定原子比，將高純金屬鋁、高純金屬M和添加劑X進行配料得混合料，所述添加劑X為鋁和金屬M的中間合金、金屬M的氫化物中的至少一種；