一种半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法技术

本发明专利技术提供一种半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将钽粉原料经脱氢处理后，进行氢气还原，得到低氧钽粉；所述低氧钽粉的氧含量≤300ppm；(2)所述低氧钽粉依次进行冷等静压处理、脱气处理和热等静压处理，得到半导体用低氧粉末冶金钽靶。本发明专利技术所述的制备方法操作简单，通过将钽粉原料进行氢气还原，控制钽粉中的氧含量≤300ppm，后续通过冷等静压处理、脱气处理和热等静压处理，解决了粉末冶金钽靶氧含量偏高的问题，具有大范围推广应用前景。具有大范围推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法


[0001]本专利技术涉及靶材制备
，尤其涉及一种半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法。

技术介绍

[0002]在微电子领域，钽靶常用以制备半导体器件薄膜电极、互联线以及阻挡层，对钽靶的纯度以及气体含量要求非常高。根据钽靶的制备工艺，可以分为粉末冶金钽靶和熔炼钽靶。粉末冶金钽靶相对于传统熔炼法制得的钽靶具有组织均匀，晶粒尺寸小，工序简单等优点，溅射镀膜更加均匀致密。但是粉末冶金钽靶原材料钽粉对氧有很大的亲和力，经过破碎等工序制得的钽粉往往含有过高的氧，同时热等静压烧结温度远小于熔炼温度，粉末中的氧不能完全排除，导致粉末冶金钽靶氧含量偏高。当靶材内氧元素较高时，在溅射镀膜过程中容易发生异常放电，由此产生的大颗粒溅射粒子容易造成薄膜缺陷，影响溅射镀膜质量，进而导致半导体芯片成品率降低。所以如何降低钽靶中的氧含量是目前粉末冶金钽靶急需解决的技术问题。
[0003]目前，粉末冶金钽靶的制备方法主要有电火花烧结、热压烧结、热等静压烧结、高温真空烧结法等。然而，由于钽金属对氧有很大的亲和力，上述粉末冶金烧结法的烧结温度远小于熔炼温度，粉末中的氧不能完全排除，导致粉末冶金钽靶往往含有过高的氧。
[0004]CN105177513A公开了一种用粉末冶金法制备高性能钽靶材的方法，包括如下步骤：(1)将要烧结的钽粉末装入模具中；(2)将模具放入电火花烧结炉中对粉末进行放电等离子烧结；(3)烧结结束后，冷却至不超过160℃后出炉，脱模；(4)对得到的钽靶坯机械加工成所需尺寸即可。
[0005]CN102367568A公开了高纯钽靶制备方法，将钽粉混合均匀；将混合好的钽粉装入模具；冷压成型；真空热压烧结，其内部织构分布均匀，溅射性能优良。
[0006]CN103147050A公开了一种高纯钽靶材的生产方法，包括(1)将大小为5～10mm
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5～10mm的钽块置于氢化炉中进行吸氢；(2)将吸氢完毕的钽破碎成～200目的粉末，置于钢包套中，按一定速率和阶段进行升温和抽气，之后将钢包套置于热等静压机中进行烧结，烧结温度为1100～1500℃，气氛压力为50～200MPa，最后机加工，切割成规定形状，即得。
[0007]CN104480439A公开了一种钽靶材的制备工艺，包括以下步骤：A)，将钽粉进行等静压成型，得到钽坯；B)，将所述钽坯进行烧结，将烧结得到的钽坯进行轧制，将轧制得到的钽坯进行热处理，得到钽靶材。
[0008]但上述工艺主要针对粉末冶金钽靶制备问题，对于粉末冶金钽靶氧含量偏高问题并未研究。
[0009]因此，开发一种半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法具有重要意义。

技术实现思路

[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法，
通过将钽粉氢气还原，使钽粉的氧含量≤300ppm，对低氧钽粉进行冷等静压处理后，进行脱气处理、热等静压处理，最后得到半导体用低氧粉末冶金钽靶。
[0011]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]本专利技术提供一种半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0013](1)将钽粉原料经脱氢处理后，进行氢气还原，得到低氧钽粉；所述低氧钽粉的氧含量≤300ppm；
[0014](2)所述低氧钽粉依次进行冷等静压处理、脱气处理和热等静压处理，得到半导体用低氧粉末冶金钽靶。
[0015]本专利技术所述的半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法通过将钽粉原料经脱氢处理是因为钽粉中有大量残留的氢元素，对制备钽靶是不利的；之后进行氢气还原，降低钽粉中的氧含量，后续通过冷等静压处理、脱气处理和热等静压处理，解决了粉末冶金钽靶氧含量偏高的问题。其中脱气处理实现脱氢，保证半导体用低氧粉末冶金钽靶满足溅射使用需求。
[0016]优选地，所述低氧钽粉的氧含量≤300ppm，例如可以是300ppm、290ppm、260ppm、230ppm、220ppm、200ppm或100ppm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]优选地，步骤(1)所述钽粉原料是氢化后的钽锭经破碎处理得到的，可以进一步降低钽粉中的氧含量。
[0018]优选地，所述钽锭的纯度>99.99％，例如可以是99.991％、99.993％、99.994％、99.995％、99.997％或99.998％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，所述钽锭置于氢化炉里抽真空后，充入氢气升温至600～700℃，例如可以是600℃、610℃、620℃、640℃、650℃、670℃或700℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；待炉内压力不再下降后，停止加热，得到氢化后的钽锭。
[0020]优选地，所述破碎处理中先使用对辊机对氢化后的钽锭进行破碎，后使用气流粉碎机粉碎后进行分级。
[0021]优选地，所述破碎处理得到180～325目的钽粉原料，例如可以是180目、190目、200目、230目、250目、300目或325目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，步骤(1)所述脱氢处理在氢化炉中进行。
[0023]优选地，所述脱氢处理的温度为750～850℃，例如可以是750℃、760℃、770℃、780℃、800℃、830℃或850℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，步骤(1)所述氢气还原过程中氢气流量为300～600sccm，例如可以是300sccm、320sccm、350sccm、400sccm、450sccm、500sccm或600sccm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]本专利技术优选所述氢气还原过程中氢气流量为300～600sccm，用这个氢气流量主要
是鉴于设备可以设置的安全氢气流量为主。相同质量的粉末，里面的氧含量相同，为了把粉末里的氧含量反应完，一般流量越大，通氢气的时间可以减少；流量越小，同氢气的时间要相应延长；所以流量大小要结合时间。
[0026]优选地，所述氢气还原的温度600～800℃，例如可以是600℃、620℃、650℃、670℃、700℃、750℃或800℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0027]本专利技术优选所述氢气还原的温度600～800℃，钽粉中的氧元素与氢气反应的温度为大于600℃，若低于600℃，氧元素与氢元素反应不彻底，不能完全去除氧；若太高，能量损耗没有必要。
[0028]保温时间为1～2h，例如可以是1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.8h或2h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体用低氧粉末冶金钽靶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将钽粉原料经脱氢处理后，进行氢气还原，得到低氧钽粉；所述低氧钽粉的氧含量≤300ppm；(2)所述低氧钽粉依次进行冷等静压处理、脱气处理和热等静压处理，得到半导体用低氧粉末冶金钽靶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钽粉原料是氢化后的钽锭经破碎处理得到的；优选地，所述钽锭的纯度>99.99％；优选地，所述钽锭置于氢化炉里抽真空后，充入氢气升温至600～700℃，待炉内压力不再下降后，停止加热，得到氢化后的钽锭；优选地，所述破碎处理中先使用对辊机对氢化后的钽锭进行破碎，后使用气流粉碎机粉碎后进行分级；优选地，所述破碎处理得到180～325目的钽粉原料。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述脱氢处理在氢化炉中进行；优选地，所述脱氢处理的温度为750～850℃。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氢气还原过程中氢气流量为300～600sccm；优选地，所述氢气还原的温度600～800℃，保温时间为1～2h。5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氢气还原后在氢气氛围中进行降温处理，得到低氧钽粉；优选地，所述降温处理至温度<100℃。6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述冷等静压处理的压力为190～250MPa；优选地，所述冷等静压处理的温度为20～30℃。7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述脱气处理的温度为400～600℃；优选地，所述脱气处理的时间为6～9h；优选地，所述脱气处理中低氧钽粉置于不锈钢包套中，不锈钢包套内真空度为1.0
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【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，潘杰，黄洁文，廖培君，吴东青，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：