一种离心成型制备NiPt合金靶材的方法技术

本发明专利技术公开了一种离心成型制备NiPt合金靶材的方法，涉及使用离心成型浇铸工艺制备薄板件NiPt合金靶材，以避免对铸锭实施应力加工所带来的破坏性影响，简化生产工序，保证产品材料纯度，大大提高产品成品率。当NiPt合金成分配比进入40‑90wt.％Pt的区间时，体系会发生有序转变，所形成的有序结构会大大弱化合金的应力加工性能。通过使用旋转加热平台及特别设计的模具进行浇铸，使铸锭形状几近产品形状，后续经过简单的机加工即可达到最终尺寸，制成合格产品，成功的解决了使用传统应力加工方法对该成分区间产品进行加工时极高报废率的问题。

A method for preparing NiPt alloy target by centrifugal casting

The invention discloses a method for preparing NiPt alloy target material by centrifugal forming, which relates to the preparation of thin sheet NiPt alloy target material by centrifugal forming casting process, in order to avoid the destructive effect on stress processing of ingot, simplify the production process, ensure the purity of product material, and greatly improve the product yield. When the composition ratio of NiPt alloy enters the range of 40 90wt.% Pt, the ordered transformation occurs in the system, and the ordered structure formed will greatly weaken the stress processing properties of the alloy. By using a rotating heating platform and a specially designed mold for casting, the ingot shape is close to the product shape, and the final dimension can be obtained after simple machining. The problem of high scrap rate in the processing of the product with the traditional stress processing method is successfully solved.

【技术实现步骤摘要】
一种离心成型制备NiPt合金靶材的方法
本专利技术是针对40-90wt.％Pt成分区间NiPt合金靶材所提出的特殊制备方法，以避免使用应力加工所带来的极高的废品率，简化生产工艺，保证纯度，提高靶材的质量和成品率。
技术介绍
目前，半导体集成电路(IC)工业进入65nm以及45nm技术节点以后，由于线宽效应的限制，钛硅化物、钴硅化物(90nm及以上)已被镍及镍合金靶材制备的NiPt-硅化物触头所取代，成为最常用的硅化物；使用NiPt合金作为靶材的溅射工艺制备的镍硅化物具有无线宽效益和桥连现象，薄膜电阻和漏电流小、低温退火可使更少的硅原子发生迁移，薄膜中残余应力小等优点，被应用于肖特基二极管(SBD)、互补金属氧化物半导体器件(CMOS)、场效应晶体管(FET)和集成电路等领域。在形成NiSi的过程中添加Pt可以减少或消除侵占缺陷，Ni-5at.％Pt已成功地应用于65nm技术，Ni-10at.％Pt应用于45nm技术，随着半导体器件线宽的进一步减少，则需要更高Pt含量的NiPt来制备Ni(Pt)Si接触薄膜；同时，Pt作为非磁性元素，靶材中Pt含量的提高有利于其磁透率(PTF)的提高，增加溅射效率。文献[1-7]中已公开了NiPt靶材的大量制备方法，其所涉及的Ni、Pt元素配比已涵盖整个1-99wt.％范围，关于其加工方法也都为传统的冷热塑性变形如轧制及锻造。然而本专利技术人在实际NiPt合金靶材的生产研制工作过程中发现，当Pt的含量处于某一特定范围内(40-90wt.％)时，合金的加工性会突然变差甚至完全消失，只要施加很小的应变就会使整个锭坯布满裂纹甚至整体崩塌，在这个成分范围外则未遇到类似情况；这种现象有别于硬脆性基体的断裂，因为在对锭坯进行显微硬度测试时发现其在局部小范围内具有很好的塑性及非常低的硬度(这与镍铂的基本性质吻合)。深入研究表明，二元合金热力学平衡相图显示，当Pt的含量位于～40-90wt.％范围内时，在中低温下体系发生成分分离，产生Ni3Pt和NiPt两种有序结构；实际情况中我们发现，这些有序相会惯习性地在晶界处萌生并以细小颗粒的形态沿晶界分布，这种状态剧烈地弱化了晶界与晶界之间的结合；当锭坯受到来自某一个方向的较小应力时，基体的塑性变形甚至来不及开动(或未达到屈服应力)，晶界处就会很快滑开并产生裂纹，裂纹沿弱化的晶界快速扩展迅速贯穿整个锭坯。镍合金很容易被氧化，而当体系发生氧化时，晶界处亦是优先氧化的地方，这时氧化物沿晶界分布进一步弱化了晶界之间的结合，这也解释了实际工作中对锭坯进行大气下退火使得其加工性进一步恶化的原因。现今所使用的NiPt靶材产品均为薄板形状件，厚度根据不同需求在约2-8mm不等，而宽度尺寸最大达到约600mm，这样的形状常规铸造方法是无法实现的，而在实际生产工作中，运用上述文献中提及的常规的轧制或锻造等加工手段对位于(40-90wt.％Pt)成分范围内的合金产品锭坯进行加工时，其废品率高达95％以上；同时，由于晶界处容易产生裂纹，而新鲜裂纹处也是首先被氧化和受气体杂质玷污的位置，导致靶材产品的内部缺陷激增，纯度大大降低。针对上述成分范围内的NiPt靶材产品中存在的问题，本专利技术设计了一种特殊的薄板件熔铸方法，力求尽量减少应力加工过程，降低产品废品率，避免容易带来氧化的热处理工序，提高纯度。
技术实现思路
本专利技术针对(40-90wt.％Pt)成分范围内(有序结构转变区)的NiPt合金无应力加工性的特点，目的在于提供一种特殊的熔铸方法，主要涉及浇铸模具和浇铸方法的设计，使铸锭更接近最终产品形状，减少应力加工过程，避免热处理带来再次氧化，提高镍铂靶材产品成品率。本专利技术所涉及的镍铂合金靶材的典型成分为～40-90wt.％Pt，在此区间中，合金体系将出现有序化转变，所形成的有序结构会大幅度弱化合金的应力加工性能，所以通过对熔铸过程进行控制，巧妙设计浇铸模具和离心成型浇铸方法，使得铸件形状接近产品形状，尽量减少应力加工工序以及为其所匹配的热处理退火工序，简化生产工艺，大大提高了产品成品率和纯度，具体过程如下所述：使用镍和铂原料，按照产品需求进行配料，成分范围40-90wt.％Pt；使用真空中频感应熔炉，先将炉腔抽至高真空，然后回充氩气，再抽至高真空，执行多次氩气洗炉后在氩气保护下进行熔炼。基于该成分范围内合金的特性，从二元合金热力学平衡状态图中看到，虽然处于有序转变区间，但在此范围内合金具有非常窄的结晶温度范围，即其液相线与固相线之间的温度差很小，特别是在～55wt％Pt处两条线重合成为最低共熔点，这个特点赋予了合金在液相状态下优异的流动性能，成为本专利技术所实施的薄板件铸造工艺实现的理论基础。本专利技术所设计的浇铸方法为离心成型工艺，包括可加热的旋转平台和特殊的石墨浇铸模具，包括浇道和保温冒口的设计。加热旋转平台为圆形，直径大小可根据需求进行调整，材质为不易发生热变形的金属(耐热不锈钢但不限)或石墨(不限)等，可在真空及保护气氛环境中使用温度至800℃，要求表面平整，厚度以保证刚性和传热效率综合考虑制定；平台下部设置加热器，可使用电炉丝或加热棒(不限)等形式，加热功率根据需求进行调整，可使用单组或多组形式以不妨碍平台旋转为旨，加热电源设置于炉体外部，可根据需要设置或不设置测温装置；电机及调速机构设置于炉体外部，炉壳与动力臂之间采用真空轴承进行密封，平台转速为0-300r/min可调。浇铸模具采用三高石墨(高纯、高强、高密度)制作，为上下分型模具。下模为圆形盘状，厚度以兼顾传热效率和保温性考虑设定，底部平整紧贴旋转平台，直径根据要求设定，边缘有盘壁，壁高壁厚为10-15mm(不限)，内测留有1-2mm(不限)倒角，圆心处挖圆弧形的保持坑，直径30-50mm，深度5-10mm，增加模具的保温及充型能力；上模同下模形状一致，设计为两半模以方便开模，合起为整体可装配于下模内侧，装配间隙以无晃动和不漏液为旨，高度以产品厚度需求进行调整，内表面平整，圆心处挖倒锥形(上小下大)浇口，正对下模保持坑，小口直径35-45mm(不限)，大口直径大于小口，上口(小口)处留有凸台以便和浇道进行装配，上模包括侧壁制作直径0.3-0.5mm的通气孔(通孔)，通气孔沿中心呈扇形分布，孔与孔之间的距离为不大于10mm，遍布整个上模；浇道及冒口为三高石墨整体制作，设计为两半模以方便开模，浇道可与上模凸台进行装配，内径与上模小口相同，浇道长度30-40mm(不限)，上端直接连接冒口，冒口为锥形，小口既是浇道内径，大口直径为小口直径的两倍(不限)，锥高为30mm(不限)，大口上端连接直壁，高度30-40mm(不限)，浇道及冒口壁厚为10-15mm(不限)，使用特定夹具从外部紧固。模具包括浇道和冒口内表面根据方便脱模的原则进行抛光或喷涂脱模剂处理，按设计装配好后使用特殊夹具将模具固定于旋转平台上，冒口及浇道处需在使用时在外部包裹保温材料(如氧化锆棉但不限)。在合金熔炼的过程中同时对模具进行加热，使其达到所需温度，浇铸时，使模具旋转，设定至所需转速，将合金液流以一定的速率稳定地浇入浇道，最后确保将冒口浇满，完成熔铸。本专利技术的有益效果为：针对实际生产中特定成分区间内NiPt合金靶材所存在的无法进行应力加工的问题，根据该合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备NiPt合金靶材的方法，所涉及的成分区间为40‑90wt.％Pt，其特征在于：采用浇铸模具及浇铸工艺，使得铸件形状为产品形状。

【技术特征摘要】
1.一种制备NiPt合金靶材的方法，所涉及的成分区间为40-90wt.％Pt，其特征在于：采用浇铸模具及浇铸工艺，使得铸件形状为产品形状。2.根据权利要求1所述制备NiPt合金靶材的方法，其特征在于：所涉及的浇铸工艺为离心成型工艺。3.根据权利要求2所述制备NiPt合金靶材的方法，其特征是：所述离心成型工艺采用可加热的旋转平台作为放置模具的底座，加热温度可调，最高不低于600℃，转速可调，最高不低于300r/min。4.根据权利要求2所述制备NiPt合金靶材的方法，其特征是：所述离心成型工艺采用三高石墨制作圆盘状模具以及浇道和冒口，模具为上下两半对扣，下模大，圆心处设置保持坑；铸件厚度由上模控制，上模采用对开模，整个上模包括侧壁打直径0.3-0.5mm通气孔，孔间距为不大于10mm；浇道及冒口采用对开模。5.根据权利要求3所述制备NiPt合金靶材的方法，其特征是：模具内表面可包括但不限进行抛光或喷涂脱模剂处理以利于铸锭脱模，浇铸前先将模具加热，采用包括但不限保温棉等对浇道及冒口进行包裹，根据铸件大小设定旋转速度，最终以稳定不断流状态进行浇铸，将冒口浇满，保持模具加热及旋转10分钟以上。6.根据权利要求4所述制备NiPt合金靶材的方法，其特征是：铸件厚度设定比...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕珺，闻明，沈月，宋修庆，熊庆丰，
申请(专利权)人：贵研铂业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53