一種鉭靶材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鉭靶材及其制備方法，包括以下步驟，首先將鉭錠經(jīng)過第一次鍛造后，得到一次鍛造坯料；然后將上述步驟得到的一次鍛造坯料經(jīng)過第二次鍛造和第一次熱處理后，得到二次鍛造坯料；再將上述步驟得到的二次鍛造坯料經(jīng)過第三次鍛造和第二次熱處理后，得到三次鍛造坯料；再將上述步驟得到的三次鍛造坯料經(jīng)過第四次鍛造和第三次熱處理后，得到四次鍛造坯料；最后將上述步驟得到的四次鍛造坯料經(jīng)過軋制和第四次熱處理后，得到鉭靶材；所述第一次鍛造為旋轉(zhuǎn)鍛造；所述第一次鍛造的溫度為800～1400℃。本發(fā)明制備的鉭靶材織構分布均勻、晶粒尺寸小，能夠符合高端半導體鍍膜行業(yè)的使用要求。
【專利說明】一種組朝材及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于靶材制備【技術領域】，尤其涉及一種鉭靶材及其制備方法。

【背景技術】
[0002]鍍膜靶材是通過磁控濺射、多弧離子鍍或其他類型的鍍膜系統(tǒng)在適當工藝條件下濺射在基板上形成各種功能薄膜的濺射源，簡單意義上講，靶材就是高速荷能粒子轟擊的目標材料。
[0003]隨著近些年來濺射靶材及濺射技術的高速發(fā)展，極大地滿足了各種新型電子元器件發(fā)展的需求，各種類型的濺射薄膜材料在半導體集成電路(VLSI)、光碟、平面顯示器以及工件的表面涂層等方面均都得到了廣泛的應用。在平面顯示器產(chǎn)業(yè)中，各種顯示技術(如IXD、PDP, OLED及FED等)的同步發(fā)展，有的已經(jīng)用于電腦及計算機的顯示器制造；在信息存儲產(chǎn)業(yè)中，磁性存儲器的存儲容量不斷增加，新的磁光記錄材料不斷推陳出新，這些都對所需濺射靶材的質(zhì)量提出了越來越高的要求，需求數(shù)量也逐年增加。尤其是在半導體集成電路制造過程中，以電阻率較低的銅導體薄膜代替鋁膜布線，極大的改善了現(xiàn)有技術中存在的缺陷，這也使得半導體領域用靶材成為市場需求規(guī)模最大的靶材之一。
[0004]在現(xiàn)有的半導體芯片生產(chǎn)過程中物理氣相沉積(PVD)是最關鍵的工藝之一，其目的是把金屬或金屬的化合物以薄膜的形式沉積到硅片或其他的基板上，并隨后通過光刻與腐蝕等工藝的配合，最終形成半導體芯片中復雜的配線結構。物理氣相沉積是通過濺射機臺來完成的，而濺射靶材就是用于上述工藝中的一個非常重要的關鍵耗材。常見的濺射靶材有高純度Ta、T1、Al、Co和Cu等有色金屬。隨著半導體行業(yè)的發(fā)展，對其晶片的要求也日益提高，晶片尺寸從200mm(8英寸)增大到300mm(12英寸)、450mm(18寸)，因而相應濺射靶材尺寸也隨之增大才能滿足PVD鍍膜的基本要求，同時，線寬從(130-180nm)減小到90-45nm及以下，基于導體的導電性和阻隔層的匹配性能，則濺射靶材也將從超高純Al/Ti系轉(zhuǎn)化為超高純Cu/Ta系，因而，近些年來Ta靶材在半導體濺射行業(yè)的重要性越來越大，同時行業(yè)內(nèi)對其的需求量也越來越大，尤其是應用于高端半導體鍍膜行業(yè)的Ta靶材。
[0005]目前，有半導體制造商已經(jīng)開始建造450mm晶圓廠及相關設備,預計2015年建成；同時，有的半導體制造商已開始進入20nm制程的研究和應用，14nm制程也在預研階段。隨著晶圓尺寸的增大，以及由于集成度的增加而導致的配線寬度尺寸減小，一方面，所要求的濺射靶材尺寸增大，特別是靶材使用商為了降低成本，提高靶材使用效率，采用了加厚型濺射鉭靶，這更進一步導致了濺射靶材尺寸的增大，對更大規(guī)格濺射鉭靶的制備，保證組織均勻性的難度加大；另一方面，由于線寬減小，對濺射靶材的微觀組織尺寸以及組分也提出了更高要求。然而業(yè)內(nèi)Ta靶材生產(chǎn)商，還不能提供用于半導體鍍膜的較大直徑和厚度的鉭靶材，并且具有較小的微觀組織尺寸小和均勻的織構組分。
[0006]因此，如何能夠提供一種大規(guī)格而且織構組分均勻的，應用于高端半導體鍍膜行業(yè)濺射鉭靶材，成了靶材生產(chǎn)商亟待解決的實際問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術問題在于提供一種鉭靶材及其制備方法，使用本發(fā)明方法制備的鉭靶材織構分布均勻、晶粒尺寸小，并且具有較大的規(guī)格，克服了由于金屬塊體的增大，而造成鉭靶材晶粒尺寸細化、均勻化難度增大，同時也造成織構分布梯度增大的問題，能夠符合高端半導體鍍膜行業(yè)的使用要求。
[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種鉭靶材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]A)將鉭錠經(jīng)過第一次鍛造后，得到一次鍛造坯料；
[0010]B)將上述步驟得到的一次鍛造坯料經(jīng)過第二次鍛造和第一次熱處理后，得到二次鍛造坯料；
[0011]C)將上述步驟得到的二次鍛造坯料經(jīng)過第三次鍛造和第二次熱處理后，得到三次鍛造坯料；
[0012]D)將上述步驟得到的三次鍛造坯料經(jīng)過第四次鍛造和第三次熱處理后，得到四次鍛造坯料；
[0013]E)將上述步驟得到的四次鍛造坯料經(jīng)過軋制和第四次熱處理后，得到鉭靶材；
[0014]所述第一次鍛造為旋轉(zhuǎn)鍛造；所述第一次鍛造的溫度為800?1400°C。
[0015]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)鍛造的次數(shù)為I?6次；
[0016]所述第二次鍛造為軸向墩粗拔長鍛造，所述軸向墩粗拔長鍛造的次數(shù)為I?6次；
[0017]所述第三次鍛造為三向墩粗拔長鍛造，所述三向墩粗拔長鍛造的次數(shù)為I?6次；
[0018]所述第四次鍛造為墩粗鍛造，所述墩粗鍛造的次數(shù)為I?6次。
[0019]優(yōu)選的，所述第一次鍛造的鍛造比為2?7 ;
[0020]所述第二次鍛造的鍛造比為4.5?15 ;
[0021]所述第三次鍛造的鍛造比為4.5?15 ;
[0022]所述第四次鍛造的鍛造比為4.5?15。
[0023]優(yōu)選的，所述第二次鍛造、第三次鍛造和第四次鍛造的溫度各自獨立的選取為800 ?1400。。。
[0024]優(yōu)選的，所述第一次熱處理、第二次熱處理、第三次熱處理和第四次熱處理的溫度各自獨立的選取為900?1100°C。
[0025]優(yōu)選的，所述第一次熱處理、第二次熱處理、第三次熱處理和第四次熱處理的時間各自獨立的選取為90?240min。
[0026]優(yōu)選的，所述軋制為十字交叉軋制；所述軋制的溫度為800?1400°C。
[0027]優(yōu)選的，所述軋制的道次為5?12個，所述軋制的總加工率為50%?75%。
[0028]本發(fā)明還提供一種用于半導體鍍膜的鉭靶材，其特征在于，由上述任意一項技術方案制備得到；
[0029]所述鉭靶材的直徑大于等于550mm ;所述鉭靶材的厚度大于等于8mm。
[0030]優(yōu)選的，所述鉭靶材的晶粒尺小于等于30 μ m。
[0031]本發(fā)明提供了一種鉭靶材及其制備方法，在鉭靶材制備過程中，本發(fā)明首先將鉭錠經(jīng)過第一次鍛造后，得到一次鍛造坯料；再將上述步驟得到的一次鍛造坯料經(jīng)過第二次鍛造和第一次熱處理后，得到二次鍛造坯料；再將上述步驟得到的二次鍛造坯料經(jīng)過第三次鍛造和第二次熱處理后，得到三次鍛造坯料；然后將上述步驟得到的三次鍛造坯料經(jīng)過第四次鍛造和第三次熱處理后，得到四次鍛造坯料；最后將上述步驟得到的四次鍛造坯料經(jīng)過軋制和第四次熱處理后，得到鉭靶材；本發(fā)明上述第一次鍛造為旋轉(zhuǎn)鍛造，第一次鍛造的溫度為800?1400°C。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明經(jīng)過第一次的旋鍛、第二次的軸向墩粗拔長鍛造、第三次的三向墩粗拔長鍛造和第四次的鐓粗鍛造，并調(diào)節(jié)合適的墩拔比和墩拔次數(shù)，再配合一定溫度和時間的熱處理，從而使鑄錠內(nèi)部晶粒得到充分的破碎，得到均勻的內(nèi)部組織，而隨后進行的軋制，使鑄錠各個方向發(fā)生均勻變形，保證了材料各個方向具有均勻的結構性能和微觀組織，進而得到了具有較大規(guī)格和較小晶粒尺寸，且致密性和織構分布均勻性較好的，從而提高濺射靶材的濺射性能、膜層質(zhì)量和鉭材利用率，符合半導體使用的高性能鉭靶材的要求。實驗結果表明，本發(fā)明制備的鉭靶材，規(guī)格為直徑大于550mm，厚度大于8mm ;結晶均勻，晶粒尺小于30 μ m,適用于28nm及以下制程；同時在祀材厚度方向獲得以{111}、{100}為主的織構組分且織構分布均勻性好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明實施例1制備的鉭靶材的金相照片；
[0033]圖2為本發(fā)明實施例1制備的鉭靶材的織構掃描圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實施例2制備的鉭靶材的金相照片；
[0035]圖4為本發(fā)明實施例2制備的鉭靶材的織構掃描圖。

【具體實施方式】
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
[0037]本發(fā)明所有原料，對其來源沒有特別限制，在市場上購買的或按照本領域技術人員熟知的常規(guī)方法制備的即可。
[0038]本發(fā)明所有原料，對其純度沒有特別限制，本發(fā)明優(yōu)選采用分析純。
[0039]本發(fā)明公開了一種鉭靶材的制備方法，包括以下步驟:
[0040]A)將鉭錠經(jīng)過第一次鍛造后，得到一次鍛造坯料；
[0041]B)將上述步驟得到的一次鍛造坯料經(jīng)過第二次鍛造和第一次熱處理后，得到二次鍛造坯料；
[0042]C)將上述步驟得到的二次鍛造坯料經(jīng)過第三次鍛造和第二次熱處理后，得到三次鍛造坯料；
[0043]D)將上述步驟得到的三次鍛造坯料經(jīng)過第四次鍛造和第三次熱處理后，得到四次鍛造坯料；
[0044]E)將上述步驟得到的四次鍛造坯料經(jīng)過軋制和第四次熱處理后，得到鉭靶材；
[0045]所述第一次鍛造為旋轉(zhuǎn)鍛造；所述第一次鍛造的溫度為800?1400°C。
[0046]在本發(fā)明中，首先需要準備原材料鉭錠，本發(fā)明對所述鉭鑄錠的制備方法并沒有特別的限制，以本領域技術人員熟知的制備方法或從市場上購買的即可，本發(fā)明為了保證后續(xù)產(chǎn)品的純度，優(yōu)選采用Ta含量大于等于99.99%的鉭鑄錠。
[0047]本發(fā)明首先將上述鉭鑄錠經(jīng)過第一次鍛造后，得到一次鍛造坯料；所述第一次鍛造優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)鍛造；所述旋轉(zhuǎn)鍛造的次數(shù)優(yōu)選為I?6次，更優(yōu)選為2?5次，最優(yōu)選為3?4次；所述第一次鍛造，即旋轉(zhuǎn)鍛造的鍛造比優(yōu)選為2?7，更優(yōu)選為3?6，最優(yōu)選為4?5 ;所述第一次鍛造的溫度優(yōu)選為800?1400°C，更優(yōu)選為900?1300°C，最優(yōu)選為1000?1200°C ;本發(fā)明對所述旋轉(zhuǎn)鍛造的具體工藝操作沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的旋轉(zhuǎn)鍛造的工藝操作即可；本發(fā)明對所述旋轉(zhuǎn)鍛造的其他條件沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的旋轉(zhuǎn)鍛造的工藝操作即可；本發(fā)明對所述旋轉(zhuǎn)鍛造的設備沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的旋轉(zhuǎn)鍛造的設備即可。本發(fā)明第一次鍛造采用旋轉(zhuǎn)鍛造，即，將鉭鑄錠進行軸向拔長和徑向打圓，使得鑄錠內(nèi)部晶粒得到破碎，得到均勻的內(nèi)部組織，并先在軸向方向上發(fā)生變形。
[0048]本發(fā)明再將上述步驟得到的一次鍛造坯料經(jīng)過第二次鍛造和第一次熱處理后，得到二次鍛造坯料；所述第二次鍛造優(yōu)選為軸向墩粗拔長鍛造；所述軸向墩粗拔長鍛造的次數(shù)優(yōu)選為I?6次，更優(yōu)選為2?5次，最優(yōu)選為3?4次；所述第二次鍛造，即所述軸向墩粗拔長鍛造的鍛造比優(yōu)選為4.5?15，更優(yōu)選為5?14，更優(yōu)選為7?12，最優(yōu)選為8?10 ;所述第二次鍛造的溫度優(yōu)選為800?1400°C，更優(yōu)選為900?1300°C，最優(yōu)選為1000?1200°C;所述第一次熱處理的溫度優(yōu)選為900?1100°C，更優(yōu)選為950?1050°C;所述第一次熱處理的時間優(yōu)選為90?240min，更優(yōu)選為110?200min ;最優(yōu)選為140?170min ;本發(fā)明對所述軸向墩粗拔長鍛造的具體工藝操作沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的軸向墩粗拔長鍛造的工藝操作即可；本發(fā)明對所述軸向墩粗拔長鍛造的其他條件沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的軸向墩粗拔長鍛造的工藝操作即可；本發(fā)明對所述軸向墩粗拔長鍛造的設備沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的軸向墩粗拔長鍛造的設備即可。本發(fā)明第二次鍛造采用軸向墩粗拔長鍛造，即，將鉭鑄錠進行軸向墩粗和徑向拔長，使得坯料內(nèi)部晶粒進一步得到破碎，得到更均勻的內(nèi)部組織，并先在軸向和徑向上發(fā)生變形，同時配合進行第一次熱處理，進而消除加工過程中鈮鑄錠內(nèi)部的殘余內(nèi)應力。
[0049]本發(fā)明為保證第二次鍛造和第一次熱處理的效果，優(yōu)選在第二次鍛造和第一次熱處理之間，對鉭鑄錠進行酸洗，從而去除表面金屬細粉、玻璃粉和油跡等雜質(zhì)；本發(fā)明對所述酸洗用酸沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗鉭鑄錠的酸即可，本發(fā)明優(yōu)選為鹽酸、氫氟酸和硫酸的混合酸；本發(fā)明對上述混合酸沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗鉭鑄錠的混合酸即可，本發(fā)明混合酸中各酸的體積比HCl:HF =H2SO4優(yōu)選為5:3:2 ;本發(fā)明對所述酸洗的效果沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗效果或滿足規(guī)范的工藝操作即可，本發(fā)明優(yōu)選為去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑即可。
[0050]本發(fā)明再將上述步驟得到的二次鍛造坯料經(jīng)過第三次鍛造和第二次熱處理后，得到三次鍛造坯料；所述第三次鍛造優(yōu)選為三向墩粗拔長鍛造；所述三向墩粗拔長鍛造的次數(shù)優(yōu)選為I?6次，更優(yōu)選為2?5次，最優(yōu)選為3?4次；所述第三次鍛造，即所述三向墩粗拔長鍛造的鍛造比優(yōu)選為4.5?15，更優(yōu)選為5?13，更優(yōu)選為6?11，最優(yōu)選為8?9 ;所述第三次鍛造的溫度優(yōu)選為800?1400°C，更優(yōu)選為900?1300°C，最優(yōu)選為1000?1200°C;所述第二次熱處理的溫度優(yōu)選為900?1100°C，更優(yōu)選為950?1050°C;所述第二次熱處理的時間優(yōu)選為90?240min，更優(yōu)選為110?200min ;最優(yōu)選為140?170min ;本發(fā)明對所述三向墩粗拔長鍛造的具體工藝操作沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的三向墩粗拔長鍛造的工藝操作即可；本發(fā)明對所述三向墩粗拔長鍛造的其他條件沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的三向墩粗拔長鍛造的工藝操作即可；本發(fā)明對所述三向墩粗拔長鍛造的設備沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的三向墩粗拔長鍛造的設備即可。本發(fā)明第三次鍛造采用三向墩粗拔長鍛造，即，將鉭鑄錠進行多方向上墩粗和拔長，使得坯料內(nèi)部晶粒得到全面破碎，得到更均勻的內(nèi)部組織，并在不同方向上發(fā)生變形，同時配合進行第二次熱處理，使得坯料的晶粒尺寸更均勻細小，同時，更好的改變原鑄錠的織構組分，使得坯料織構組分更接近{111}、{100}，且分布更均勻。
[0051]本發(fā)明為保證第三次鍛造和第二次熱處理的效果，優(yōu)選在第三次鍛造和第二次熱處理之間，對鉭鑄錠進行酸洗，從而去除表面金屬細粉、玻璃粉和油跡等雜質(zhì)；本發(fā)明對所述酸洗用酸沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗鉭鑄錠的酸即可，本發(fā)明優(yōu)選為鹽酸、氫氟酸和硫酸的混合酸；本發(fā)明對上述混合酸沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗鉭鑄錠的混合酸即可，本發(fā)明混合酸中各酸的體積比HCl:HF =H2SO4優(yōu)選為5:3:2 ;本發(fā)明對所述酸洗的效果沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗效果或滿足規(guī)范的工藝操作即可，本發(fā)明優(yōu)選為去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑即可。
[0052]本發(fā)明再將上述步驟得到的三次鍛造坯料經(jīng)過第四次鍛造和第三次熱處理后，得到四次鍛造坯料；所述第四次鍛造優(yōu)選為墩粗鍛造；所述墩粗鍛造的次數(shù)優(yōu)選為I?6次，更優(yōu)選為2?5次，最優(yōu)選為3?4次；所述第四次鍛造，即所述墩粗鍛造的鍛造比優(yōu)選為
4.5?15，更優(yōu)選為5?12，更優(yōu)選為6?11，最優(yōu)選為7?10 ;所述第四次鍛造的溫度優(yōu)選為800?1400°C，更優(yōu)選為900?1300°C，最優(yōu)選為1000?1200°C ;所述第三次熱處理的溫度優(yōu)選為900?1100°C，更優(yōu)選為950?1050°C ;所述第三次熱處理的時間優(yōu)選為90?240min，更優(yōu)選為110?200min ;最優(yōu)選為140?170min ;本發(fā)明對所述墩粗鍛造的具體工藝操作沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的墩粗鍛造的工藝操作即可；本發(fā)明對所述墩粗鍛造的其他條件沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的墩粗鍛造的工藝操作即可；本發(fā)明對所述墩粗鍛造的設備沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的墩粗鍛造的設備即可。本發(fā)明第四次鍛造采用墩粗鍛造，S卩，將鉭坯料在軸向上進行墩粗，使得鑄錠內(nèi)部晶粒得到全面破碎，同時配合進行第三次熱處理，坯料晶粒尺寸進一步細化，織構組分更接近{111}、{100}，且分布較均勻，并形成適宜軋制的坯料外形尺寸。
[0053]本發(fā)明為保證第四次鍛造和第三次熱處理的效果，優(yōu)選在第四次鍛造和第三次熱處理之間，對鉭鑄錠進行酸洗，從而去除表面金屬細粉、玻璃粉和油跡等雜質(zhì)；本發(fā)明對所述酸洗用酸沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗鉭鑄錠的酸即可，本發(fā)明優(yōu)選為鹽酸、氫氟酸和硫酸的混合酸；本發(fā)明對上述混合酸沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗鉭鑄錠的混合酸即可，本發(fā)明混合酸中各酸的體積比HCl:HF =H2SO4優(yōu)選為5:3:2 ;本發(fā)明對所述酸洗的效果沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗效果或滿足規(guī)范的工藝操作即可，本發(fā)明優(yōu)選為去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑即可。
[0054]本發(fā)明再將上述步驟得到的四次鍛造坯料經(jīng)過軋制和第四次熱處理后，得到鉭靶材；所述軋制優(yōu)選為十字交叉軋制；所述軋制的次數(shù)優(yōu)選為5?12個，更優(yōu)選為7?11個，最優(yōu)選為8?10個；所述軋制的總加工率優(yōu)選為50%?75%，更優(yōu)選為55%?70%，最優(yōu)選為60%?65% ;所述軋制的溫度優(yōu)選為800?1400°C，更優(yōu)選為900?1300°C，最優(yōu)選為1000?1200°C ;所述第四次熱處理的溫度優(yōu)選為900?1100°C，更優(yōu)選為950?1050°C ；所述第四次熱處理的時間優(yōu)選為90?240min,更優(yōu)選為110?200min ;最優(yōu)選為140?170min ;本發(fā)明對所述軋制的具體工藝操作沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的軋制工藝操作即可；本發(fā)明對所述軋制的其他條件沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的軋制工藝操作即可；本發(fā)明對所述軋制的設備沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的軋制設備即可。本發(fā)明所述軋制采用十字交叉軋制，使得坯料厚度減薄，直徑增大，得到鉭靶材的外形尺寸；通過此軋制工藝，并結合后期的熱處理，使得鉭靶材的晶粒尺寸小于30um，且分布均勻，同時，通過此軋制工藝和后期的熱處理工藝，進一步優(yōu)化織構組分，使得{111}、{100}組分比例符合鉭靶材的要求，且分布均勻；通過晶粒尺寸的細化和均勻化、以及織構組分比例的調(diào)整和均勻化，來保證鉭靶材的濺射成膜性能。
[0055]本發(fā)明為保證軋制和第四次熱處理的效果，優(yōu)選在所述軋制和第四次熱處理之間，對鉭鑄錠進行酸洗，從而去除表面金屬細粉、玻璃粉和油跡等雜質(zhì)；本發(fā)明對所述酸洗用酸沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗鉭鑄錠的酸即可，本發(fā)明優(yōu)選為鹽酸、氫氟酸和硫酸的混合酸；本發(fā)明對上述混合酸沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗鉭鑄錠的混合酸即可，本發(fā)明混合酸中各酸的體積比HCl:HF =H2SO4優(yōu)選為5:3:2 ;本發(fā)明對所述酸洗的效果沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的酸洗效果或滿足規(guī)范的工藝操作即可，本發(fā)明優(yōu)選為去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑即可。
[0056]本發(fā)明經(jīng)過上述步驟得到鉭靶材后，為提高產(chǎn)品外觀、保證產(chǎn)品質(zhì)量以及滿足不同客戶的需求，優(yōu)選還包括，校平、下料、取樣以及按客戶要求加工車削等操作；本發(fā)明對上述工藝操作沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的工藝操作或適合現(xiàn)場實際情況，滿足產(chǎn)品要求即可。
[0057]本發(fā)明還提供一種由上述任意一項技術方案制備得到用于半導體鍍膜的鉭靶材，對本發(fā)明制備得到的鉭靶材進行檢測實驗，實驗結果表明，本發(fā)明制備的鉭靶材，規(guī)格為直徑Φ ^ 550mm,厚度δ ^ 8mm ;所述直徑優(yōu)選為550mm ^ Φ ^ 850mm,更優(yōu)選為580mm ^ Φ ^ 850mm,最優(yōu)選為 600_ ^ Φ ^ 800mm ;所述厚度優(yōu)選為 8_ ^ δ ^ 22mm,更優(yōu)選為1mm ^ δ ^ 20mm,最優(yōu)選為12_ ^ δ ^ 20mm。
[0058]本領域技術人員熟知的，晶粒度是表征晶粒大小的尺度，標準晶粒度共分8級，I?4級為粗晶粒，5?8級為細晶粒。本發(fā)明制備的鉭靶材的晶粒度為7級，表明本發(fā)明制備的鉭靶材結晶均勻，晶粒尺小于30 μ m，適用于28nm及以下制程；同時在靶材厚度方向獲得以{111}、{100}為主的織構組分且織構分布均勻性好。
[0059]本發(fā)明通過特定的壓力加工(熱鍛次數(shù)、不同的熱鍛工藝以及具體的熱鍛參數(shù))和相應的熱處理工藝，使鉭靶晶粒更細、織構分布更均勻，從而提高濺射性能、膜層質(zhì)量和鉭材利用率，得到了符合半導體使用要求的高性能鉭靶材。本發(fā)明制備的鉭靶材具有較大規(guī)格和較小晶粒尺寸，同時具有較好的致密性和織構分布均勻性，能夠滿足尺寸較大和厚度較厚的濺射靶材尺寸。這表明，本發(fā)明制備的鉭靶材適用于制備18寸晶圓，直徑Φ彡550mm,厚度δ彡8mm,晶粒尺寸小于30 μ m的平面鉭祀材。
[0060]為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的鈮靶材及其制備方法進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
[0061]實施例1
[0062]選取化學成分為Ta彡99.99%,直徑Φ = 300mm的鉭鑄錠。
[0063]首先將鉭鑄錠在1100°C的條件下進行第一次熱鍛(旋轉(zhuǎn)鍛造)后，將鉭鑄錠軸向拔長，徑向打圓到直徑Φ = 145mm，得到一次鍛造坯料。
[0064]再將上述一次鍛造坯料鋸料為L = 340mm,在1100°C的條件下進行第二次鍛造(軸向墩粗拔長鍛造)，軸向鐓拔3次，每次鐓粗到H = 200，后拔長打方到邊長口 = 130mm ；然后采用HCl:HF =H2SO4體積比為5:3:2的混合酸對上述第二次鍛造后的一次鍛造坯料進行酸洗，直到去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑為止，隨后在1200°C條件下進行第一次熱處理，處理90min后得到二次鍛造坯料；
[0065]再將上述二次鍛造坯料，在1100°C的條件下進行第三次鍛造(三向墩粗拔長鍛造)，三向鐓拔2次，每次鐓粗到H = 200，后拔長打方到□ = 130mm ;然后采用HCl:HF =H2SO4體積比為5:3:2的混合酸對上述第三次鍛造后的二次鍛造坯料進行酸洗，直到去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑為止，隨后在1200°C條件下進行第二次熱處理，處理90min后得到三次鍛造坯料；
[0066]再將上述三次鍛造坯料，在1100°C的條件下進行第四次鍛造(墩粗鍛造)，鐓粗到H = 200 ;然后采用HCl:HF =H2SO4體積比為5:3:2的混合酸對上述第四次鍛造后的三次鍛造坯料進行酸洗，直到去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑為止，隨后在1050°C條件下進行第三次熱處理，處理90min后得到四次鍛造坯料；
[0067]然后將上述四次鍛造坯料在900°C進行熱軋(十字交叉軋制)，道次加工率為20%，熱軋后直徑為580mm，厚度為18mm，再采用HCl:HF =H2SO4體積比為5:3:2的混合酸對上述熱軋后的四次鍛造坯料進行酸洗，直到去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑為止，隨后在1050°C條件下進行第四次熱處理，處理90min后得到鉭靶材；
[0068]最后將上述步驟得到的鉭靶材進行校平、下料、取樣以及車削加工后，得到成品鉭靶材。
[0069]對上述步驟得到的鉭靶材進行檢測實驗，實驗結果表明，本實施例制備的鉭靶材外觀規(guī)格，直徑為600mm，厚度為18mm ;鉭靶材的晶粒尺寸為28 μ m，參見圖1，圖1為本實施例I制備的鉭靶材的金相照片，由圖1可知，鉭靶材的內(nèi)部晶粒組織細小均勻。參見圖2，圖2為本實施例1制備的鉭靶材的織構掃描圖，【紅色代表(100)藍色代表(111)】由圖2可知，在靶材厚度方向獲得了以{111}、{100}為主的織構組分，且具有較好的織構分布均勻性。
[0070]實施例2
[0071]選取化學成分為Ta彡99.99%，Φ = 300mm的鉭鑄錠。
[0072]首先將鉭鑄錠在1100°C的條件下進行第一次熱鍛(旋轉(zhuǎn)鍛造)后，將鉭鑄錠軸向拔長，徑向打圓到直徑Φ = 145mm，得到一次鍛造坯料。
[0073]再將上述一次鍛造坯料鋸料為L = 340mm,在1100°C的條件下進行第二次鍛造(軸向墩粗拔長鍛造)，軸向鐓拔3次，每次鐓粗到H = 200，后拔長打方到邊長口 = 130mm ；然后采用HCl:HF =H2SO4體積比為5:3:2的混合酸對上述第二次鍛造后的一次鍛造坯料進行酸洗，直到去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑為止，隨后在1200°C條件下進行第一次熱處理，處理90min后得到二次鍛造坯料。
[0074]再將上述二次鍛造坯料，在1100°C的條件下進行第三次鍛造(三向墩粗拔長鍛造)，三向鐓拔I次，每次鐓粗到H = 200，后拔長打方到□ = 130mm ;然后采用HCl:HF =H2SO4體積比為5:3:2的混合酸對上述第三次鍛造后的二次鍛造坯料進行酸洗，直到去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑為止，隨后在1200°C條件下進行第二次熱處理，處理90min后得到三次鍛造坯料。
[0075]再將上述三次鍛造坯料，在900°C的條件下進行第四次鍛造(墩粗鍛造)，鐓粗到H = 200 ;然后采用HCl:HF =H2SO4體積比為5:3:2的混合酸對上述第四次鍛造后的三次鍛造坯料進行酸洗，直到去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑為止，隨后在1050°C條件下進行第三次熱處理，處理90min后得到四次鍛造坯料。
[0076]然后將上述四次鍛造坯料在900°C進行熱軋(十字交叉軋制)，道次加工率為20%，熱軋后直徑為580mm，厚度為17mm，再采用HCl:HF =H2SO4體積比為5:3:2的混合酸對上述熱軋后的四次鍛造坯料進行酸洗，直到去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見鉭金屬光澤無雜斑為止，隨后在1050°C條件下進行第四次熱處理，處理90min后得到鉭靶材。
[0077]最后將上述步驟得到的鉭靶材進行校平、下料、取樣以及車削加工后，得到成品鉭靶材。
[0078]對上述步驟得到的鉭靶材進行檢測實驗，實驗結果表明，本實施例制備的鉭靶材外觀規(guī)格，直徑為580mm，厚度為17mm ;鉭靶材的晶粒尺寸為28 μ m，參見圖3，圖3為本實施例2制備的鉭靶材的金相照片，由圖3可知，鉭靶材的內(nèi)部晶粒組織細小均勻。參見圖4，圖4為本實施例2制備的鉭靶材的織構掃描圖，【紅色代表(100)藍色代表(111)】由圖4可知，在靶材厚度方向獲得了以{111}、{100}為主的織構組分，且具有較好的織構分布均勻性。
[0079]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。
[0080]對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種鉭靶材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A)將鉭錠經(jīng)過第一次鍛造后，得到一次鍛造坯料； B)將上述步驟得到的一次鍛造坯料經(jīng)過第二次鍛造和第一次熱處理后，得到二次鍛造坯料； C)將上述步驟得到的二次鍛造坯料經(jīng)過第三次鍛造和第二次熱處理后，得到三次鍛造坯料； D)將上述步驟得到的三次鍛造坯料經(jīng)過第四次鍛造和第三次熱處理后，得到四次鍛造坯料； E)將上述步驟得到的四次鍛造坯料經(jīng)過軋制和第四次熱處理后，得到鉭靶材； 所述第一次鍛造為旋轉(zhuǎn)鍛造；所述第一次鍛造的溫度為800?1400°C。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)鍛造的次數(shù)為I?6次； 所述第二次鍛造為軸向墩粗拔長鍛造，所述軸向墩粗拔長鍛造的次數(shù)為I?6次； 所述第三次鍛造為三向墩粗拔長鍛造，所述三向墩粗拔長鍛造的次數(shù)為I?6次； 所述第四次鍛造為墩粗鍛造，所述墩粗鍛造的次數(shù)為I?6次。
3.根據(jù)權利要求1或2任意一項所述的制備方法，其特征在于，所述第一次鍛造的鍛造比為2?7; 所述第二次鍛造的鍛造比為4.5?15 ; 所述第三次鍛造的鍛造比為4.5?15 ; 所述第四次鍛造的鍛造比為4.5?15。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第二次鍛造、第三次鍛造和第四次鍛造的溫度各自獨立的選取為800?1400°C。
5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一次熱處理、第二次熱處理、第三次熱處理和第四次熱處理的溫度各自獨立的選取為900?1100°C。
6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一次熱處理、第二次熱處理、第三次熱處理和第四次熱處理的時間各自獨立的選取為90?240min。
7.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述軋制為十字交叉軋制；所述軋制的溫度為800?1400°C。
8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述軋制的道次為5?12個，所述軋制的總加工率為50%?75%。
9.一種用于半導體鍍膜的鉭靶材，其特征在于，由權利要求1?8任意一項制備得到； 所述鉭靶材的直徑大于等于550mm ;所述鉭靶材的厚度大于等于8mm。
10.根據(jù)權利要求9所述的鉭靶材，其特征在于，所述鉭靶材的晶粒尺小于等于30μ m。
【文檔編號】C23C14/34GK104451567SQ201410833093
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權日:2014年12月29日
【發(fā)明者】李兆博, 汪凱, 李桂鵬, 宿康寧, 李小平, 馬小文, 趙玉林 申請人:寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司