CN104480446A

CN104480446A - 钼钛合金靶材及其生产方法

Info

Publication number: CN104480446A
Application number: CN201410843186.7A
Authority: CN
Inventors: 宋爱谋; 钟小亮
Original assignee: SHANDONG HAO XUAN ELECTRONIC CERAMIC MATERIALS Co Ltd
Current assignee: SHANDONG HAO XUAN ELECTRONIC CERAMIC MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-04-01

Abstract

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种钼钛合金靶材及其生产方法。钼钛合金靶材的相对密度为99-100％，纯度为99.9-99.999％，氧含量为1-2000ppm，平均粒径为1-100微米。本发明通过多阶段的脱气工艺，靶材的氧含量更低；通过多气孔的设置，靶材内部脱气更加均匀；通过改进的热等静压工艺，靶材的密度更高。

Description

钼钛合金靶材及其生产方法

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种钼钛合金靶材及其生产方法。

背景技术

TFT-LCD即薄膜场效应晶体管液晶显示器。所谓薄膜晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器。由于集成电路制造铜制程工艺中，铜向硅中扩散，为了防止这点产生，有采用TaN、TiN等材料形成反扩散阻挡层，钼钛薄膜具有较为优良的防扩散阻挡能力，在TFT-LCD制造过程中得到广泛应用。钼钛合金的制造一般采用冷等静压配合热等静压的方式，该方法较烧结法生产的合金靶材有致密度高、品质稳定容易获得单相材料的优势，得到了广泛应用。

中国发明专利201310744517.7提供了一种高密度、大尺寸、高均匀性钼钛合金靶材的制备方法，1)向Mo粉与Ti粉内加溶剂和粘结剂磨制成浆料；2)用喷雾机对浆料喷雾造粒，进口温度为250-300℃，喷头转速为8000-12000rpm，得到Mo-Ti复合粉，压制成尺寸规整的坯料；3)将多个坯料装入包套内，向相邻坯料间内填充入50-250μm的Mo-Ti复合粉形成均匀的复合粉层，复合粉层厚度为0.5-1mm，保证任意一侧包套内壁与相邻坯料外壁间的间隙小于或等于0.5mm；4)将包套焊接、脱气后热等静压处理，处理条件为750-900℃、120-160MPa，保温保压时间为4-6h，去除包套即可。该方法制作的靶材可用作溅射沉积技术的阴极材料。

中国发明专利200680038682.9提供了钼钛溅射靶。一方面，所述靶基本上不含Β(TI，MO)合金相。另一方面，所述靶基本上由单相Β(TI，MO)合金组成。在这两种情况下，溅射过程中的微粒排放减少。本发明还提供了制备所述靶的方法，将靶接合起来制造大面积溅射靶的方法，以及由所述靶制造的膜。

中国发明专利201210497167.4一种钼钛合金靶材的制备方法。本发明包括如下步骤：(1)将钼粉、钛粉和成形剂充分混合，得到钼钛合金粉末；(2)将步骤(1)所得钼钛合金粉末冷压得预成形坯；(3)将步骤(2)所得预成形坯进行真空热压成形，冷却并切割后即得钼钛合金靶材。本发明采用粉末冶金方法，成本低，成品率高，有效降低了钼钛合金靶材的成本；本发明的方法无污染、不产生任何废料、废酸等污染物。

发明内容

本发明的目的是提供一种钼钛合金靶材，具有高纯度、高致密、成分分布均匀的特点；本发明同时提供了钼钛合金靶材的生产方法，科学合理、简单易行。

本发明所述的钼钛合金靶材的相对密度为99-100％，纯度为99.9-99.999％，氧含量为1-2000ppm，平均粒径为1-100微米。

本发明所述的钼钛合金靶材的生产方法，步骤如下：

(1)选择钼和钛作为粉体原料，将粉体原料通过V型混料机初步混合，然后再将混合后的粉体置于高能球磨机中球磨；

(2)将球磨好的原料粉体装入胶皮套中进行冷等静压处理；

(3)将压制好的粉体装入钢包套中，钢包套预留气孔；

(4)将钢包套进行一阶段脱气、二阶段氢还原与三阶段脱气处理，然后将所有气孔封死；

(5)将制造好的包套置于热等静压机内进行热等静压烧结；

(6)将包套去除，将合金锭切成指定靶材形状；

(7)测量靶材的密度、纯度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控溅射成薄膜进行耐湿性测试。

步骤(1)中所述的原料的最大粒径为1-100微米，纯度为99.9％-99.999％，氧含量为1-2000ppm。

步骤(1)中所述的钼的原子百分比为5-95％，余量为钛。

步骤(1)中所述的混合时间为10-30分钟。

步骤(1)中所述的球磨过程中选用的球为高致密氧化锆球，保证环境压力为1-50atm，球磨时间为1-24小时，保护气氛为纯度为99.999％的氩气。

步骤(2)中所述的冷等静压处理压力为20-200MPa，压制时间为10-60分钟。

步骤(3)中所述的气孔的个数为1-50个。

步骤(4)中所述的一阶段脱气温度为100-300℃，脱气时间为2-12小时，包套内的压力为1.0×10^-2-5.0×10^-2Pa；二阶段氢还原温度为500-1000℃，氢还原时间为4-48小时，包套内的氢气压力为1.0×10⁴-1.0×10⁵Pa；三阶段脱气温度为600-1000℃，脱气时间为4-48小时，包套内的压力为1.0×10^-2-5.0×10^-2Pa。

步骤(5)中所述的热等静压烧结温度为900-1400度，烧结时间为1-12小时，烧结压力为100-170Mpa。

所述的密度测量方法为排水法固体密度测量仪。

所述的纯度测量方法为ICP-MS。

所述的氧含量测量方法为氮氧分析仪。

所述的金相与晶粒尺寸的测量方法为金相显微镜。

所述的耐湿性测量方法为将薄膜置于温度为60度，10％的氯化钠盐水中120小时。

本发明采用氢化脱氢脱气配合热等静压的方式生产。

本发明主要的改进在于原料的筛选区间更加集中，并且通过高能球磨的方式进行机械合金化处理。并且对粉体也进行了氢化脱氢的脱气处理，热等静压工艺也进行了精细化处理。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)通过多阶段的脱气工艺，靶材的氧含量更低；

(2)通过多气孔的设置，靶材内部脱气更加均匀；

(3)通过改进的热等静压工艺，靶材的密度更高。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

(1)选择原料，对钼粉与钛粉通过V型混料机初步混合，钼粉的纯度为99.98％，平均粒径为12微米，钛粉的纯度为99.99％，平均粒径为18微米，原子比为Mo:Ti＝90:10，然后再将混合后的粉体置于高能球磨机中球磨；

(2)将球磨好的原料粉体装入胶皮套中进行冷等静压处理，冷等静压处理压力为80MPa，压制时间为30分钟；

(3)将压制好的粉体装入钢包套中，钢包套预留28个气孔；

(4)将钢包套进行一阶段脱气温度为200℃，脱气时间为12小时，包套内的压力为1.0×10^-2Pa；二阶段氢还原温度为700℃，氢还原时间为48小时，包套内的氢气压力为1.0×10⁴Pa；三阶段脱气温度为600℃，脱气时间为48小时，包套内的压力为1.0×10^-2Pa，然后将所有气孔封死；

(5)将制造好的包套置于热等静压机内进行热等静压烧结热等静压烧结参数为，温度1200度，烧结压力为170MPa，温度均匀化时间为1小时，烧结时间为4小时；

(6)将包套去除，将合金锭切成指定靶材形状；

(7)测量靶材的密度、纯度、氧含量、金相、晶粒尺寸、并磁控溅射成薄膜进行耐湿性测试。检测结果见表1。

实施例2

(1)选择原料，对钼粉与钛粉通过V型混料机初步混合，钼粉的纯度为99.97％，平均粒径为10微米，钛粉的纯度为99.95％，平均粒径为25微米，原子比为Mo:Ti＝80:20，然后再将混合后的粉体置于高能球磨机中球磨；

(2)将球磨好的原料粉体装入胶皮套中进行冷等静压处理，冷等静压处理压力为100MPa，压制时间为20分钟；

(3)将压制好的粉体装入钢包套中，钢包套预留24个气孔；

(4)将钢包套进行一阶段脱气温度为300℃，脱气时间为8小时，包套内的压力为5.0×10^-2Pa；二阶段氢还原温度为650℃，氢还原时间为24小时，包套内的氢气压力为5.0×10⁴Pa；三阶段脱气温度为700℃，脱气时间为24小时，包套内的压力为5.0×10^-2Pa，然后将所有气孔封死；

(5)将制造好的包套置于热等静压机内进行热等静压烧结热等静压烧结参数为，温度1250度，烧结压力为150MPa，温度均匀化时间为2小时，烧结时间为3小时；

(6)将包套去除，将合金锭切成指定靶材形状；

实施例3

(1)选择原料，对钼粉与钛粉通过V型混料机初步混合，钼粉的纯度为99.98％，平均粒径为15微米，钛粉的纯度为99.95％，平均粒径为21微米，原子比为Mo:Ti＝5:95，然后再将混合后的粉体置于高能球磨机中球磨；

(2)将球磨好的原料粉体装入胶皮套中进行冷等静压处理，冷等静压处理压力为110MPa，压制时间为30分钟；

(3)将压制好的粉体装入钢包套中，钢包套预留50个气孔；

(4)将钢包套进行一阶段脱气温度为300℃，脱气时间为12小时，包套内的压力为1.0×10^-2Pa；二阶段氢还原温度为700℃，氢还原时间为48小时，包套内的氢气压力为1.0×10⁴Pa；三阶段脱气温度为800℃，脱气时间为48小时，包套内的压力为1.0×10^-2Pa，然后将所有气孔封死；

(5)将制造好的包套置于热等静压机内进行热等静压烧结热等静压烧结参数为，温度1150度，烧结压力为170MPa，温度均匀化时间为1小时，烧结时间为5小时；

(6)将包套去除，将合金锭切成指定靶材形状；

实施例4

(1)选择原料，对钼粉与钛粉通过V型混料机初步混合，钼粉的纯度为99.97％，平均粒径为11微米，钛粉的纯度为99.95％，平均粒径为20微米，原子比为Mo:Ti＝95:5，然后再将混合后的粉体置于高能球磨机中球磨；

(3)将压制好的粉体装入钢包套中，钢包套预留30个气孔；

(4)将钢包套进行一阶段脱气温度为100℃，脱气时间为12小时，包套内的压力为1.0×10^-2Pa；二阶段氢还原温度为700℃，氢还原时间为12小时，包套内的氢气压力为5.0×10⁴Pa；三阶段脱气温度为650℃，脱气时间为24小时，包套内的压力为5.0×10^-2Pa，然后将所有气孔封死；

(5)将制造好的包套置于热等静压机内进行热等静压烧结热等静压烧结参数为，温度1250度，烧结压力为170MPa，温度均匀化时间为1小时，烧结时间为3小时；

(6)将包套去除，将合金锭切成指定靶材形状；

表1 实施例1-4检测结果

实施例	纯度	相对密度	氧含量	平均粒径	耐湿性
						实施例1	99.96％	99.9％	301ppm	13微米	较好
实施例2	99.95％	99.7％	309ppm	12微米	较好
						实施例3	99.95％	99.7％	312ppm	21微米	较差
实施例4	99.96％	99.7％	388ppm	12微米	良好

Claims

1.一种钼钛合金靶材，其特征在于所述的钼钛合金靶材的相对密度为99-100％，纯度为99.9-99.999％，氧含量为1-2000ppm，平均粒径为1-100微米。

2.一种权利要求1所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤如下：

(2)将球磨好的原料粉体装入胶皮套中进行冷等静压处理；

(3)将压制好的粉体装入钢包套中，钢包套预留气孔；

(5)将制造好的包套置于热等静压机内进行热等静压烧结；

(6)将包套去除，将合金锭切成指定靶材形状；

3.根据权利要求2所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤(1)中所述的原料的最大粒径为1-100微米，纯度为99.9％-99.999％，氧含量为1-2000ppm。

4.根据权利要求2所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤(1)中所述的钼的原子百分比为5-95％，余量为钛。

5.根据权利要求2所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤(1)中所述的混合时间为10-30分钟。

6.根据权利要求2所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤(1)中所述的球磨过程中选用的球为高致密氧化锆球，保证环境压力为1-50atm，球磨时间为1-24小时，保护气氛为纯度为99.999％的氩气。

7.根据权利要求2所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤(2)中所述的冷等静压处理压力为20-200MPa，压制时间为10-60分钟。

8.根据权利要求2所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤(3)中所述的气孔的个数为1-50个。

9.根据权利要求2所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤(4)中所述的一阶段脱气温度为100-300℃，脱气时间为2-12小时，包套内的压力为1.0×10^-2-5.0×10^-2Pa；二阶段氢还原温度为500-1000℃，氢还原时间为4-48小时，包套内的氢气压力为1.0×10⁴-1.0×10⁵Pa；三阶段脱气温度为600-1000℃，脱气时间为4-48小时，包套内的压力为1.0×10^-2-5.0×10^-2Pa。

10.根据权利要求2所述的钼钛合金靶材的生产方法，其特征在于步骤(5)中所述的热等静压烧结温度为900-1400度，烧结时间为1-12小时，烧结压力为100-170Mpa。