[發(fā)明專利]一種高純度的鎢鈦合金靶材的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210114912.6
• 申請日: 2022-01-31
• 公開（公告）號: CN114619038B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲選輝;李星宇;章林;熊寧;王廣達;劉國輝;秦明禮;陳剛;張百成;魏子晨;闕忠游;楊軍軍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學;安泰天龍鎢鉬科技有限公司;安泰科技股份有限公司
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22;B22F3/14;B22F3/24;C23G1/10;C01G41/00;C23C14/34;B22F1/12;C22C27/04;C22C1/05
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 岳野

本發(fā)明屬于先進金屬材料制備研究領(lǐng)域，涉及一種高純度的鎢鈦合金靶材的制備方法。該制備方法步驟為：提純仲鎢酸銨；合成鎢鈦合金粉末；將得到鎢鈦合金粉末裝入模具進行多階段真空熱壓燒結(jié)，得到靶材坯；對得到的靶材坯進行表面酸洗純凈化，最終獲得具有高致密度的高純度鎢鈦合金靶材。本發(fā)明的方法通過粉體一次純化、燒結(jié)過程二次純化以及表面純凈化的有針對性、全流程系統(tǒng)高純化技術(shù)。具有制造工藝簡單，對設(shè)備要求不高，無需后續(xù)塑性加工處理，實現(xiàn)了有針對性、全流程的系統(tǒng)提純，得到的鎢鈦合金靶材能滿足高密度（致密度99.5%）、高純度（純度99.999%）的應(yīng)用需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進金屬材料制備研究領(lǐng)域，涉及一種高純度的鎢鈦合金靶材的制備方法。

背景技術(shù)

鎢鈦合金具有低的電阻系數(shù)、良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗氧化性，一般作為物理氣相沉積用濺射靶材，已被成功地應(yīng)用于制作半導體器件的擴散阻擋層，主要用于?Al、Cu和?Ag?布線技術(shù)。隨著器件微型化程度的提高，對互連金屬及阻擋層薄膜的要求越來越高，對靶材的質(zhì)量要求就越高。靶材的質(zhì)量決定了最終電子器件的質(zhì)量和性能。其中，純度控制是靶材制造的關(guān)鍵。若靶材純度不夠，將引起電遷移、電泄漏等缺陷，造成器件失效。例如，K，Na，Li等堿金屬可擴散至SiO₂絕緣層成為可動離子，使動作控制性能降低；Fe，Ni，Cr等過渡族金屬會導致界面能級發(fā)生及元件漏電，降低可靠性；而C，O，N等氣體元素會損傷膜的穩(wěn)定性，成為膜電阻增大的原因。

目前通常采用真空熱壓的方法制備鎢鈦合金靶材，工藝流程涉及原料粉末制備、混粉、熱壓等，由于原料粉純度受限以及在各個制備步驟中容易引入其他雜質(zhì)元素，現(xiàn)有技術(shù)制備的鎢鈦合金靶材純度受限于3N或4N。雖然Na、Mg、K等低熔點雜質(zhì)元素在高溫下容易揮發(fā)從而得到有效控制，但對于Fe、Ni等金屬雜質(zhì)，一旦經(jīng)歷燒結(jié)就無法排出坯體，且在真空無還原氣氛的燒結(jié)環(huán)境下，固溶在基體的O、S等雜質(zhì)也難以去除。因此，如何有針對性的去除雜質(zhì)元素、實現(xiàn)全流程雜質(zhì)控制是高純靶材制造領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明旨在開發(fā)一種高純度的鎢鈦合金靶材的制備方法，制備得到高純度、高致密度的鎢鈦合金靶材。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鎢鈦合金靶材的全流程提純制備方法，所述方法包括如下步驟，

S1）以仲鎢酸銨為原料，進行氨溶、過濾除去堿金屬雜質(zhì)，進行陽離子交換除去Fe、Ni等金屬雜質(zhì)，然后蒸發(fā)結(jié)晶、洗滌、烘干后得到高純仲鎢酸銨；

S2）將高純仲鎢酸銨在氫氣氣氛下進行還原后得到高純鎢粉；將高純鎢粉與TiH₂粉末按一定質(zhì)量比在氬氣保護氣氛下的三維混料機中進行均勻混合，得到高純鎢鈦合金粉末；

S3）將上述高純鎢鈦合金粉末裝入模具進行多階段真空熱壓燒結(jié)，首先慢速升溫至較低溫度常壓保溫，此時坯料形成通孔互連的結(jié)構(gòu)使雜質(zhì)在這一過程充分排出，實現(xiàn)燒結(jié)二次純化，然后快速升溫至較高溫度并加壓實現(xiàn)致密化；

S4）將燒結(jié)后的靶材進行表面酸洗純凈化，最終獲得高純度高致密度的鎢鈦合金靶材。

在一種具體的實施方式中，S1）中，所述氨溶的氨水濃度為15～30%，所述仲鎢酸銨溶于氨水中的濃度為300～400g/L。

在一種具體的實施方式中，S1）中，所述過濾為從氨溶溶液中過濾出不溶殘渣物，過濾后調(diào)節(jié)pH值為7～9。

在一種具體的實施方式中，S1）中，所述陽離子交換樹脂包括D001型樹脂、D113型樹脂、001×7型樹脂或C160型樹脂中的任意一種或至少兩種的組合。

在一種具體的實施方式中，S1）中，所述結(jié)晶過程在結(jié)晶釜中進行，溫度調(diào)節(jié)為100～105℃。

在一種具體的實施方式中，S1）中，所述洗滌過程為將蒸發(fā)結(jié)晶所得固體在去離子水或酒精中洗滌，所述烘干過程在溫度為50～70℃的干燥箱中進行。