一种大规模集成电路用超高纯钼粉及其制备方法技术

一种大规模集成电路用超高纯钼粉制备方法，包括以下步骤：采用结晶法制备的仲钼酸铵为原材料，化学分子式为(NH4)6Mo7O

【技术实现步骤摘要】
一种大规模集成电路用超高纯钼粉及其制备方法


[0001]本专利技术属于超高纯金属材料制造
，具体涉及一种大规模集成电路用超高纯钼粉及其制备方法。

技术介绍

[0002]钼是一种熔点为2625℃的难熔金属，由于钼在高温下具有很强的抗张强度和抗蠕变强度，良好的导热、导电性能，以及良好的抗腐蚀性能等特征。因此，钼被广泛地应用于化学化工、冶金及航空航天工业等领域。随着高新技术的飞速发展，钼材料在许多方面得到了新的应用。譬如超高纯钼在微电子工业中的应用，目前，平面显示领域大量使用高纯钼作为配线材料。而在大规模集成电路领域，由于钼形成的薄膜应力小、高温稳定性好，导电性能良好，因此也有使用超高纯钼作为配线材料的趋势。
[0003]大规模集成电路对于材料的纯度有很高的要求，特别是对于碱性金属元素，如Na、K等；重金属元素，如Fe、Ni、Cr等；放射性元素，如U和Th等以及气体元素，如氧等元素都要求越低越好。这些元素在集成电路中都属于有害元素，必须尽可能地去除。譬如，Fe、Ni等元素影响集成电路的薄膜成型；氧元素影响薄膜的电阻率；Na和K容易在薄膜中产生漂移。
[0004]一般而言，在大规模集成电路领域，钼薄膜采用物理气相沉积方法进行制备。将超高纯钼制备成溅射靶材后采用溅射(即物理气相沉积)的方法将钼原子沉积在硅片上形成薄膜。而制备超高纯的钼溅射靶材首先需要制备超高纯的钼粉。
[0005]因此，超高纯钼粉的制备是首要环节。目前，普通工业用钼粉的制备已经比较成熟，钼粉的生产方法主要有还原法、羟基热分解法和氯化钼蒸汽法，其中工业化生产常用的方法为还原法。工业化生产高纯钼粉一般采用提纯仲钼酸铵，将仲钼酸铵煅烧获得氧化钼，最后将氧化钼还原的方法。
[0006]随着大规模集成电路的发展，集成度不断提高，电极布线向微细化不断发展，目前已达到3纳米的水平。钼作为一种应力小，耐高温的材料一直是具有潜力的金属电极布线材料。但是在线宽仅数纳米的限制下，对材料的纯度要求非常苛刻，特别是对于碱性金属元素，如Na、K等；重金属元素，如Fe、Ni、 Cr等；放射性元素，如U和Th等以及气体元素，如氧等元素都要求越低越好。因此目前迫切需要一种能满足大规模集成电路3纳米及以下制程使用要求的高纯钼粉原材料和制备方法，使其能同时满足如下要求：
[0007]材料纯度达到5N级，即金属杂质的总和低于10ppm；
[0008]Fe元素含量低于5ppm；
[0009]Ni元素含量低于2ppm；
[0010]Cr元素含量低于3ppm；
[0011]Na和K元素含量均低于0.5ppm；
[0012]U和Th元素含量均低于0.001ppm。
[0013]中国国家知识产权局公布的专利申请号202210232753.X公布了一种溅射靶材用高纯钼粉及其制备方法；但是其生产的高纯钼粉达不到5N级，其关键元素也没有达到大规
模集成电路的使用要求，仅能用于平面显示等领域；
[0014]专利申请号201410051664.0公布了一种高纯钼粉及其制备方法；，其特征在于所述的高纯钼粉的氧含量为1
‑
1000ppm，纯度为99.99
‑
99.999％，费氏粒度为 0.5
‑
10微米。因此其制备的钼粉也达不到5N的纯度，也没有达到大规模集成电路的使用要求。

技术实现思路

[0015]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0016]一种大规模集成电路用超高纯钼粉制备方法，包括以下步骤：
[0017]采用结晶法制备的仲钼酸铵为原材料，化学分子式为(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O；该仲钼酸铵的纯度为99.95％以上；
[0018]步骤一：将仲钼酸铵放置在石英管内，放入管状炉内加热：
[0019]该加热炉分为三个温区，仲钼酸铵依次经过三个温区：
[0020]第一个温区，设定温度范围为：220
‑
226℃；优选223℃；在该温区仲钼酸铵失去结晶水；
[0021]第二个温区，设定温度范围为：235
‑
245℃；优选240℃；在该温区氨气和水产生；
[0022]第三个温区，设定温度范围为：315
‑
325℃；优选320℃；在该温区氨根离子完全分解，形成三氧化钼；
[0023]经过步骤1，仲钼酸铵完全分解为氧化钼MoO3；
[0024]仲钼酸铵的升温速度在8
‑
12℃/分钟，优选10℃/分钟；
[0025]步骤二：将步骤1得到的MoO3加入氨水进行浸取，形成钼酸铵溶液；
[0026]反应罐为玻璃钢；
[0027]多余的氨气排放至氨废气处理系统；
[0028]步骤三：将所得钼酸铵溶液进行两级过滤以去除杂质，过滤罐选择用聚丙烯材质；
[0029]第一级过滤所用滤材为聚丙烯纤维；精度为10微米；
[0030]第二级过滤所用滤材为聚丙烯纤维，精度为1微米；
[0031]过滤所用压力差为2
‑
4bar,优选3bar；控制液体流速在10
‑
40L/min；优选20 L/min；
[0032]步骤四：将步骤三得到的溶液进行蒸发结晶，控制浓缩比例为40％～80％，蒸发结晶所选用的容器为玻璃钢材质，优选地，反应罐内层为HALAR材料，以防止污染；
[0033]蒸发的温度控制在80
‑
110℃；
[0034]步骤五：将步骤四结晶获得的颗粒放入干燥炉进行缓慢干燥；
[0035]干燥炉的特性为：
[0036]1)控制加热温度为60
‑
150℃；优选110℃；
[0037]2)炉内空气须经过HEPA过滤网过滤；从炉子一侧进入，另外一侧排出；
[0038]3)所用的托盘为99.95％以上纯度的钼；
[0039]干燥后获得一次提纯的仲钼酸铵；
[0040]步骤六：将上述步骤一至步骤五重复一遍，获得二次提纯的仲钼酸铵；
[0041]步骤七：重复步骤一，将二次提纯的仲钼酸铵分解为氧化钼；
[0042]步骤八：将步骤七获得的氧化钼放入纯度大于99.95％的钼舟中，用5N级的氢气进
行还原；氢气须经过分子筛干燥器，保证其露点达到
‑
50℃以下；
[0043]采用两段还原法，第一段反应温度为400
‑
600℃；第二段反应温度为800
‑
1400
°ꢀ
C；反应完成后即可获得超高纯钼粉。
[0044]根据权利要求1所述的一种大规模集成电路用超高纯钼粉制备方法，其特征是：步骤一中，该加热炉炉体选用不锈钢304或316；该加热炉加热丝选用钼带或者镍铬(80/20wt％)合金。
[0045]根据权利要求2所述的一种大规模集成电路用超高纯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模集成电路用超高纯钼粉制备方法，其特征是，包括以下步骤：采用结晶法制备的仲钼酸铵为原材料，化学分子式为(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O；该仲钼酸铵的纯度为99.95%以上；步骤一：将仲钼酸铵放置在石英管内，放入管状炉内加热：该加热炉分为三个温区，仲钼酸铵依次经过三个温区：第一个温区，设定温度范围为：220
‑
226
º
C；优选223
º
C；在该温区仲钼酸铵失去结晶水；第二个温区，设定温度范围为：235
‑
245
º
C；优选240
º
C；在该温区氨气和水产生；第三个温区，设定温度范围为：315
‑
325
º
C；优选320
º
C；在该温区氨根离子完全分解，形成三氧化钼；经过步骤1，仲钼酸铵完全分解为氧化钼MoO3；仲钼酸铵的升温速度在8
‑
12
ꢀº
C/分钟，优选10
ꢀº
C/分钟；步骤二：将步骤1得到的MoO3加入氨水进行浸取，形成钼酸铵溶液；反应罐为玻璃钢；多余的氨气排放至氨废气处理系统；步骤三：将所得钼酸铵溶液进行两级过滤以去除杂质，过滤罐选择用聚丙烯材质；第一级过滤所用滤材为聚丙烯纤维；精度为10微米；第二级过滤所用滤材为聚丙烯纤维，精度为1微米；过滤所用压力差为2
‑
4 bar, 优选3 bar; 控制液体流速在10
‑
40L/min;优选20 L/min；步骤四：将步骤三得到的溶液进行蒸发结晶，控制浓缩比例为40％～80％，蒸发结晶所选用的容器为玻璃钢材质，优选地，反应罐内层为HALAR材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭蔚，刘洋，
申请(专利权)人：鑫沣电子科技常州有限公司，
类型：发明
国别省市：