CN103757592B - 一种制备铌靶材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备铌靶材的方法,包括以下步骤:a)将铌锭进行热处理,将热处理后的铌锭钻孔;b)将步骤a)得到的铌锭的内表面与外表面包覆第一金属材料,将得到的铌锭抽真空;c)将步骤b)得到的铌锭的内表面和外表面包覆第二金属材料;d)将步骤c)得到的铌锭进行热挤压。本申请在制备铌靶材的过程中,通过在铌锭的内表面与外表面依次包覆第一金属材料于第二金属材料,有效地避免了铌靶材在制备过程中的吸氢吸氧,并且易于铌靶材的加工。

Description

_种制备妮朝材的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属材料技术领域,尤其涉及一种制备铌靶材的方法。
背景技术
[0002] 靶材是一种具有高附加值的特种电子材料,用于溅射尖端技术的薄膜材料。按照靶材在镀膜过程中的运动情况,靶材分为平面靶材与旋转靶材;目前国内外都在推广应用旋转空心圆管磁控溅射靶,其优点是靶材可绕固定的条状磁铁组件旋转,因而360°靶面可被均匀刻蚀,利用率高达70%。
[0003] 在半导体集成电路制造和微电子相关产业中,采用的溅射靶材与其他产业相比,集成电路产业对于溅射靶材及溅射薄膜的需求是最高乃至最苛刻的。例如,对于溅射所沉积薄膜的厚度均匀性的要求,通常为3倍的厚度,分布标准偏差应小于5%;另外,随着半导体布线宽度的不断减小,对于镀膜的夹杂物及缺陷的要求也愈来愈高。上述对镀膜质量的严格要求反映到溅射靶材时,即为对溅射靶材材料的微观结构及化学纯度应符合相应工艺要求。一般来说,溅射靶材的晶粒尺寸必须控制在100微米以下,甚至其结晶结构的趋向性也必须受到控制;而在靶材的化学纯度方面,对于0.35微米线宽工艺,要求靶材的化学纯度在99.995%以上,0.25微米线宽工艺,溅射靶材的化学纯度则必须在99.999%,甚至99.9999%以上。
[0004]因此,在对溅射靶材严格要求的基础上,在制备靶材的过程中就需要严格控制加工过程对溅射靶材的影响。铌靶材是靶材中常用的一种靶材,但是其在制备过程中会发生吸氢吸氧,从而影响铌靶材的纯度,目前在制备铌靶材的过程中虽然存在对铌靶材的防护,但是目前的防护方法增加了制备铌靶材的难度,因此本申请提供了一种制备铌靶材的方法。
发明内容
[0005] 本发明解决的技术问题在于提供一种制备铌靶材的方法,该方法易于铌靶材的制备,且制备的铌靶材具有较高的纯度。
[0006] 有鉴于此,本申请提供了一种制备铌靶材的方法,包括以下步骤:
[0007] a)将铌锭进行热处理,将热处理后的铌锭钻孔;
[0008] b)将步骤a)得到的铌锭的内表面与外表面包覆第一金属材料,将得到的铌锭抽真空;
[0009] c)将步骤b)得到的铌锭的内表面和外表面包覆第二金属材料;
[0010] d)将步骤c)得到的铌锭进行热挤压。
[0011] 优选的,步骤b)中所述抽真空之前还包括:
[0012] 将包覆第一金属材料的铌锭的缝隙进行焊接。
[0013] 优选的,步骤C)中还包括:
[0014] 将包覆第二金属材料的铌锭的缝隙进行焊接。
[0015] 优选的,所述第一金属材料为A3钢,所述第一金属材料的厚度为Imm〜2mm。
[0016] 优选的,所述第二金属材料为铜,所述第二金属材料的厚度为Imm〜2mm。
[0017] 优选的,所述热处理的温度为900°C〜1100°C,时间为Ih〜2h。
[0018] 优选的,所述热挤压的加热温度为1000 0C〜1500 V,加热的时间为5min〜3h。
[0019] 本申请提供了一种制备铌靶材的方法。本申请在制备铌靶材的过程中,在铌锭的内表面和外表面依次包覆了第一金属材料与第二金属材料;在铌锭的内表面与外表面包覆第一金属材料,其对铌锭具有防护作用,能够防止铌锭在加工过程中吸氢吸氧,并且将包覆第一金属材料的铌锭抽真空有效地去除第一金属材料与铌锭之间的杂质气体,防止铌锭在后续加热过程中氢化氧化;而在抽真空后的铌锭的内表面和外表面包覆第二金属材料,使铌锭的后续加工易于进行。本申请包覆的第二金属材料优选为铜,其具有润滑作用,更有利于铌锭的加工。
具体实施方式
[0020] 为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
[0021] 本发明实施例公开了一种制备铌靶材的方法,包括以下步骤:
[0022] a)将铌锭进行热处理,将热处理后的铌锭钻孔;
[0023] b)将步骤a)得到的铌锭的内表面与外表面包覆第一金属材料,将得到的铌锭抽真空;
[0024] c)将步骤b)得到的铌锭的内表面和外表面包覆第二金属材料;
[0025] d)将步骤c)得到的铌锭进行热挤压。
[0026] 按照本发明,在制备铌靶材的过程中,首先将铌锭进行退火处理,以消除铌锭加工过程中的内应力,同时使退火后的铌锭硬度变软,使钻孔更容易进行。为了便于铌靶材的制孔,并且保证制备的铌靶材具有较好的内部组织,所述铌锭的制备过程具体为:
[0027] 将五氧化二铌通过铝热还原得到氧化铌,将所述氧化铌依次在水平炉与电子束炉熔炼,得到第一铌锭;
[0028] 将所述第一铌锭进行第一次预热,在预热后的铌锭的表面涂抹玻璃粉,然后将所述铌锭进行热锻,将热锻后的铌锭进行酸洗,得到铌锭。
[0029] 在上述制备铌锭的过程中,所述第一次预热消除铌锭熔炼过程中产生的组织缺陷,以保证制备的铌靶材内部组织。本申请优选在第一次预热后的铌锭表面涂覆玻璃粉,能够避免铌锭锻造过程中的吸氢吸氧。为了消除熔炼过程中铌锭内部的粗大晶粒,本申请还对铌锭进行了锻造。在锻造之后为了消除锻造过程中铌锭表面的杂质,本申请对所述锻造后的铌锭进行了酸洗。按照本发明,所述第一次预热的温度优选为200°C〜300°C;所述热锻的温度优选为400°C〜500°C,所述热锻的保温时间优选为3〜4h;所述酸洗的酸液优选为盐酸、氢氟酸与硫酸的混合溶液;其中,所述氢氟酸为市售的氢氟酸,其质量分数为35.35wt%,所述盐酸为市售的盐酸,其浓度为37wt%,所述硫酸为市售的硫酸,所述硫酸的浓度为20wt%。本申请所述铌锭中铌的含量优选多99.95wt%。
[0030] 在铌锭准备工序完成之后,本申请则将所述铌锭进行退火处理,所述退火处理一方面能够去除锻造加工过程中的内应力,同时退火后的铌锭硬度变软,使钻孔加工更容易实现。所述退火处理的温度优选为900°C〜1100°(:,退火处理的时间优选为6011^11〜1201^11。
[0031] 按照本发明,将铌锭进行热处理之后,则将在铌锭的内表面和外表面包覆第一金属材料。在铌锭的内表面和外表面包覆第一金属材料,能够对铌锭起到防护的作用,避免其在加工过程中吸氢吸氧。本申请所述第一金属材料优选为A3钢,其成本较低,并且塑性较好,在铌锭后续加工过程中防止第一包覆层发生变形,从而影响铌锭的纯度。所述第一金属材料的厚度优选为Imm〜2mm,若所述第一金属材料较薄,在后续挤压过程中第一金属材料与铌锭会叠加,或造成第一金属材料的拉裂,从而影响包覆效果;若所述第一金属材料过厚,则也会产生第一金属材料与铌锭的叠加,并会产生挤压薄厚不均匀的现象,同时会增加变形的难度以及增加成本。在铌锭的内表面与外表面包覆第一金属材料的过程中,难免会在铌锭与第一金属材料之间产生气体,因此本申请将包覆第一金属材料后的铌锭抽真空,以去除第一金属材料与铌锭之间的杂质气体,防止铌锭在后续加热过程中氢化氧化。为了保证包覆效果,使包覆层对铌锭具有较高的防护效果,本申请在抽真空之前优选对所述第一金属材料的缝隙进行焊接,以使第一金属材料与铌锭无任何缝隙,形成密闭空间,以避免缝隙的存在而影响防护效果。
[0032] 本发明然后将抽真空后的铌锭的内表面与外表面包覆第二金属材料,以使铌锭保护得更加彻底。本申请所述第二金属材料优选为铜,铜材料具有较好的润滑性,在第一金属材料的内表面与外表面包覆铜材料,能够使铌锭在挤压过程中具有较好的润滑性,更有利于银锭的加工成型。所述第二金属材料的厚度优选为Imm〜2_。若所述第二金属材料较薄,在后续挤压过程中第二金属材料与第一金属材料会叠加,或造成第二金属材料的拉裂,从而影响包覆效果;若所述第二金属材料过厚,则也会产生第二金属材料与第一金属材料的叠加,并会产生挤压薄厚不均匀的现象,同时会增加铌锭变形的难度以及增加成本。本申请未对包覆第二金属材料的铌锭抽真空,若对包覆第二金属材料的铌锭抽真空,则会影响第一金属材料与铌锭的密封问题。同样为了保证包覆效果,若第二金属材料在包覆铌锭的过程中存在缝隙,本申请优选对包覆第二金属材料的铌锭的缝隙进行焊接。
[0033] 按照本发明,最后将包覆第二金属材料的铌锭进行热挤压,从而得到工业上需要的铌靶材。所述热挤压是先将铌锭加热至一定温度后,再进行挤压的过程。所述热挤压的加热温度优选为1000 0C〜1500 °C,所述热挤压的时间优选为5min〜3h。对于挤压过程,所述挤压的挤压机吨位彡3000吨,挤压比彡5。
[0034] 本申请提供了一种制备铌靶材的方法。本申请在制备铌靶材的过程中,在铌锭的内表面和外表面依次包覆了第一金属材料与第二金属材料;在铌锭的内表面与外表面包覆第一金属材料,其对铌锭具有防护作用,能够防止铌锭在加工过程中吸氢吸氧,并且将包覆第一金属材料的铌锭抽真空也是去除第一金属材料与铌锭之间的杂质气体,防止铌锭在后续加热过程中氢化氧化;而在抽真空后的铌锭的内表面和外表面包覆第二金属材料,使铌锭的后续加工易于进行。本申请包覆的第二金属材料优选为铜,其具有润滑作用,更有利于铌锭的加工。
[0035] 为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的制备铌靶材的防护方法,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0036] 实施例1
[0037] 根据挤压系统锻造铌锭,获得锻后锭坯,锻后尺寸为:Φ 270mm X 680mm,表面无严重叠加;将锻后锭坯进行再结晶退火,退火温度为1000°c,保温时间为120min;将退火后的锭坯车削掉外表面及两端头锻造缺陷及叠加,车削后尺寸为:Φ 260mmX 650mm;将车削好的锭坯在钻床上钻Φ 120mm中心孔;
[0038] 将钻孔后的铌锭坯内表面与外表面包覆一层I〜2mm的A3钢,要求A3钢表面光滑无孔洞;将包覆好的锭坯对缝隙进行氩弧焊焊接,焊缝无漏气;将焊接好的铌锭坯进行抽真空,真空度不低于1.0 X 10—3Pa;
[0039] 对包覆好A3钢套的铌锭坯抽真空后再次包覆铜套,材质紫铜(T2)厚度I〜2mm;将包覆好铜套的铌锭坯对缝隙进行氩弧焊焊接,保证焊缝处无气孔及裂纹;
[0040] 将包覆双包套的锭坯通过传动轨道运送到中频炉内进行加热,加热温度为1200°C,保温30min;加热完成后,对锭坯进行挤压,挤压机吨位多3000吨,挤压比多5;得到外径为180mm,内径为140mm,长度为2600mm的银革E材。与未进行防护的银革E材相比,采用本实施例制备的铌靶材表面的吸氢量减少了 200〜300ppm,吸氧量减少了 200〜300ppm。
[0041] 实施例2
[0042] 根据挤压系统锻造铌锭,获得锻后锭坯,锻后尺寸为:Φ 300mm X 600mm,表面无严重叠加;将锻后锭坯进行再结晶退火,退火温度为1100°c,保温时间为120min;将退火后的锭坯车削掉外表面及两端头锻造缺陷及叠加,车削后尺寸为:Φ 285_X 570_;将车削好的锭坯在钻床上钻Φ 125mm中心孔;
[0043] 将钻孔后的铌锭坯内外表面包覆一层I〜2mm的A3钢,要求A3钢表面光滑无孔洞;将包覆好的锭坯对缝隙进行氩弧焊焊接,焊缝无漏气;将焊接好的铌锭坯进行抽真空,真空度不低于I.0 X 10—3Pa;对包覆好A3钢套的铌锭坯抽真空后再次包覆铜套,材质紫铜(T2)厚度I〜2_;将包覆好铜套的铌锭坯对缝隙进行氩弧焊焊接,保证焊缝处无气孔及裂纹;
[0044] 将包覆双包套的锭还通过传动轨道运送到中频炉/箱式炉内进行加热,加热温度为1400°C,保温I小时;加热完成后,对锭坯进行挤压,挤压机吨位彡3000吨,挤压比彡5;得到外径为160mm,内径为120mm,长度为3200mm的银革E材。与未进行防护的银革E材相比,采用本实施例制备的铌靶材表面的吸氢量减少了 200〜300ppm,吸氧量减少了 200〜300ppm。
[0045] 实施例3
[0046] 根据挤压系统锻造铌锭,获得锻后锭坯,锻后尺寸为:Φ 350mm X 600mm,表面无严重叠加;将锻后锭坯进行再结晶退火,退火温度为1200°C,保温时间为120min;将退火后的锭坯车削掉外表面及两端头锻造缺陷及叠加,车削后尺寸为:Φ335_Χ570_;将车削好的锭坯在钻床上钻Φ 130mm中心孔;
[0047] 将钻孔后的铌锭坯内外表面包覆一层I〜2mm的A3钢,要求A3钢表面光滑无孔洞;将包覆好的锭坯对缝隙进行氩弧焊焊接,焊缝无漏气;将焊接好的铌锭坯进行抽真空,真空度不低于1.0 X 10—3Pa;
[0048] 对包覆好A3钢套的铌锭坯抽真空后再次包覆铜套,材质紫铜(T2)厚度I〜2mm;将包覆好铜套的铌锭坯对缝隙进行氩弧焊焊接,保证焊缝处无气孔及裂纹;将包覆双包套的锭坯通过传动轨道运送到中频炉/箱式炉内进行加热,加热温度1300 °C,保温2h ;加热完成后,对锭坯进行热挤压,挤压机吨位彡3000吨,挤压比彡5,得到外径为180mm,内径为125mm,长度为3200mm的铌靶材。与未进行防护的铌靶材相比,采用本实施例制备的铌靶材表面的吸氢量减少了 200〜300ppm,吸氧量减少了 200〜300ppm。
[0049] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0050] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种制备铌靶材的方法,包括以下步骤: a)将铌锭进行热处理,将热处理后的铌锭钻孔; b)将步骤a)得到的铌锭的内表面与外表面包覆第一金属材料,将得到的铌锭抽真空;所述第一金属材料为A3钢,所述第一金属材料的厚度为Imm〜2mm; c)将步骤b)得到的铌锭的内表面和外表面包覆第二金属材料;所述第二金属材料为铜,所述第二金属材料的厚度为Imm〜2mm; d)将步骤c)得到的铌锭进行热挤压。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b)中所述抽真空之前还包括: 将包覆第一金属材料的铌锭的缝隙进行焊接。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤c)中还包括: 将包覆第二金属材料的铌锭的缝隙进行焊接。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热处理的温度为900°C〜1100°C,时间为Ih〜2h。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热挤压的加热温度为1000 0C〜1500°C,加热的时间为5min〜3h。
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