[發明專利]一種大晶圓用高性能超長大型旋轉鈦管靶材及制備工藝

在審

• 申請號: 202211739623.1
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN115896714A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 寧航;寧湘翼
• 申請（專利權）人: 寶雞市飛騰金屬材料股份有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C22F1/18;C21D9/08;C22B9/20;B23P15/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 楊春崗

本發明提供了一種大晶圓用高性能高精度超長大型旋轉鈦管靶材及制備工藝，該工藝包括從原材料海綿鈦源頭控制質量，采用高純海綿鈦熔煉成鈦錠后，再鍛造成高純鈦棒、制管坯、擠壓管坯、熱處理、軋制和精密機加的連續工藝，以實現批量生產，能滿足8～12英寸晶圓制程對高純高性能大規格鈦管靶材的需要。本發明真空自耗電弧(VAR)熔煉，純度達到99.9995％，實現了大規格高性能純鈦旋轉管靶材的全流程生產，鈦管靶材長度超過2.5m、外徑≥128mm、管壁厚為13～33mm、光潔度Ra1.0，技術效果顯著。產品質量穩定，填補市場空白。

技術領域

本發明屬于鈦材加工技術領域，涉及濺射靶材，具體涉及先進大制程晶圓技術用的一種大晶圓用高性能高精度超長大型旋轉鈦管靶材及制備工藝。

背景技術

鈦密度小，質輕、比強度高、耐腐蝕性能優異，在濺射靶材領域有其特殊用途。靶材又稱為“濺射靶材”，是制作濺射薄膜的主要材料。在濺射鍍膜工藝中，靶材是在高速荷能粒子轟擊的目標材料，通過不同的離子光束和靶材相互作用得到不同的膜系(如超硬、耐磨、防腐的金屬膜)，以實現導電和阻擋的功能。靶材主要是由靶坯、背板等部分組成，工作原理是利用離子源產生的離子，在真空中聚集并提速，用形成的高速離子束流來轟擊靶材表面，發生動能交換，讓靶材表面的原子沉積在基底。

1、半導體制程升級高純靶材有望成為主流。

靶材可以根據制造工藝、形狀、化學成分和應用領域的差異進行分類。

根據靶材制造工藝的不同，可分為粉末冶金法和熔煉法。粉末冶金法主要有熱等靜壓法、熱壓法、冷壓-燒結法三種方法，通過將各種原料粉混合再燒結成形的方式得到靶材，該方法優點是靶材成分較為均勻、機械性能好、節約原材料成本，缺點是含氧量量高、密度低，小尺寸。熔煉法包括有真空感應熔煉、真空電弧熔煉、真空電子束熔煉等方法，該制造方法的優點是靶材雜質含量低、密度高、可大型化，缺點是對兩種合金密度相似度要求高、較難做到成分均勻化。

根據化學成分的不同，靶材包括單質金屬靶材、合金靶材和陶瓷化合物靶材。其中，單質金屬靶材包括純金屬鋁、鈦、銅等；合金靶材包括鎳基合金等。在半導體晶圓制造中，小于6-8英寸以下晶圓通常以鋁為主。鈦靶材近年也得到初步使用，在嘗試用鈦靶材。因為鈦材料有難以加工的缺點往往限制線性尺寸，在8英寸以下，主要以小尺寸，小規格鈦靶材為主流。近年來，8英寸以上晶圓和12英寸晶圓制程技術需求明顯，但是限于現有技術工藝及規格限制，缺乏先進的高純大規格靶材，12英寸晶圓以上市場更是缺乏大規格、大口徑的管靶材。目前及未來一段時間，美國、日本等高純金屬制造商主要集中在技術壁壘較高的高端靶材產品領域，國內廠商競爭集中在中低端產品領域。

2、靶材技術壁壘將更高，高純+大尺寸為核心技術難點。

超高純金屬提純技術是核心壁壘。先進半導體等高端制造行業所需金屬純度在5N及以上，一般的金屬提純技術無法滿足此要求。目前超高純鋁等金屬多項核心專利技術掌握在如美國霍尼韋爾、日本日礦等外資巨頭手中。

3、現有市場上的濺射靶材材料比較多，例如，不銹鋼、銅、鉬、鈮、鈦等單質金屬或者是多元合金。從形狀看，主要有圓盤靶材、板靶材，管靶材等。從線性尺寸上看，圓盤靶材直徑和板靶材線性尺寸一般在500mm以內居多，主要集中在300mm以內。管靶材尺寸大部分處于約2.5m以內，屬于中小口徑型、手工小批量生產，大尺寸的生產工藝為對現有管材的擠壓之后對接焊工藝而成，不易大批量生產，質量一致性差。

綜上所述，為了滿足未來先進大制程晶圓技術需要，亟需有相應的2.5m以上大規格高純鈦靶材制備工藝有所突破，填補市場空白。

發明內容

基于上述問題，本發明擬提供一種大晶圓制程用高性能超長大型旋轉鈦管靶材及制備工藝，主要思路是從原材料源頭控制質量，擬采用高純海綿鈦熔煉成鈦錠后，再鍛造成鈦棒，之后采用制管坯、軋制和機加的連續工藝，以實現大批量生產，以滿足8～12英寸晶圓制程對高純高性能大規格鈦管靶材的需要，填補市場空白，具體的技術方案如下。