CN111850495A - 一种半导体钼靶材及其制备方法和用途 - Google Patents

一种半导体钼靶材及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半导体钼靶材及其制备方法和用途，所述制备方法包括依次进行的高纯钼粉筛分和装模、冷等静压、烧结、热轧、退火，进而制备得到半导体钼靶材；其中，所述烧结采取阶段升温烧结法进行，在20‑1500℃的升温阶段，升温速率逐渐减小，在1500‑1900℃的升温阶段，升温速率逐渐增大。本发明所述制备方法减少了预烧结过程，通过采取阶段升温的烧结方式并控制升温速率的变化趋势，使得钼靶坯进一步均匀致密化，进一步减少总杂质含量，进而得到晶粒≤40μm、纯度≥99.97％、内部组织均匀、内部无缺陷的钼靶材，可以用于半导体集成电路。

Description

一种半导体钼靶材及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术领域，尤其涉及一种半导体钼靶材及其制备方法 和用途。
背景技术
近些年，随着太阳能电池、平板显示器、半导体集成电路等领域技术的不 断发展，通过溅射沉积制得的薄膜由于具有致密度高，与基体材料间附着性好， 因此在这些领域得到了广泛的应用。钼金属溅射薄膜由于具有低电阻率、较强 的热稳定性、较好的耐腐蚀性以及良好的环保性能，使得这种薄膜在太阳能电 池、平板显示器、半导体集成电路等领域市场前景广阔。
目前，用于钼金属溅射薄膜的钼靶材的制备方法有多种，如烧结法、电子 束熔炼、热等静压法等，但是对于上述方法都各有优缺点，都不能很好地满足 大面积镀膜实际应用的需求。其中，采用烧结法制备的钼靶材孔洞缺陷较多， 致密度不足，而且制备得到的钼靶材在使用过程中容易发生微粒飞溅等问题； 电子束熔炼方法的成本较高，操作复杂，熔炼后的钼坯金属晶粒粗大，后续加 工困难，很难保证钼靶材要求的细小均匀的晶粒组织；采用热等静压法无法生 产出较大尺寸靶材，据相关资料表明，采用该方法制备的靶材长度未能超过2m， 而且热等静压法具有设备昂贵，生产率低等缺点。因此，研究人员开发出了热塑性变形加工的工艺方法。
目前国内所能提供的钼靶材主要运用于LCD平板显示行业，对材料纯度以 及晶粒要求相对较低，然而，由于应用于半导体行业的半导体钼靶材需要满足 特殊使用条件及工艺要求，现有工艺难以得到晶粒细小、纯度高、质量稳定可 靠的半导体钼靶材。
例如CN101956159A公开了一种高纯钼溅射靶材的制备方法，所述制备方 法以十二钼酸铵为原料，通过两段氢气还原的方法制备出高纯钼粉，然后将高 纯钼粉经冷等静压压制成钼板生坯，再经真空预烧结、在氢气气氛下高温烧结 制成高纯钼板坯；最后将烧结好的高纯钼板坯采用先锻造后轧制的压力加工方 式加工成钼靶坯，经真空退火后，再按照规定规格机加工成成品钼溅射靶材。 所述制备方法在氢气气氛下高温烧结之前还需进行真空预烧结，不仅操作繁琐， 还不利于得到高致密化、晶粒细小的半导体钼靶材。
CN109778126A公开了一种高致密超细晶大尺寸钼靶材的制备方法，所述制 备方法包括冷等静压压型、烧结、热等静压压型、热轧、退火、机加工，其中， 先通过热等静压处理对钼靶材坯料进行了第一次致密化处理，再通过热轧处理 对钼靶材坯料进行了第二次致密化处理，最后经过950-1100℃下保温60-90min 的退火处理及机械加工等工序获得所需性能的钼靶材。所述制备方法在烧结之 后热轧之前进行了热等静压处理，由于热等静压法具有设备昂贵，生产率低等 缺点，使得所述制备方法不仅操作繁琐，还增大了生产成本，不利于大规模推 广。
CN110331368A公开了一种斜面圆钼靶材的生产方法，所述制备方法包括对 高纯钼粉进行粒度分析、松装密度和纯度检测，筛分钼粉，混合钼粉，装填、 紧固模具，冷等静压压制、脱模，烧结，热轧，机加工，清洗包装，所述制备 方法将高纯钼粉筛分成I、II、III三个目数等级的颗粒，然后经过混料机使得粗 颗粒粉末形成骨架结构，较细粉末能够填充到粗颗粒的缝隙中，得到在压制时 有较好流动性的混合钼粉，进而得到不同尺寸和形状的斜面圆钼靶材，但是所 述制备方法的烧结处理仅仅分为了两个升温阶段且整体时间较短，不利于得到 高致密化、晶粒细小的半导体钼靶材。
综上所述，目前亟需开发出一种优化后的半导体钼靶材的制备方法，从而 制备得到满足半导体行业使用要求的半导体钼靶材。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出一种半导体钼靶材及其制备方法 和用途，所述制备方法包括依次进行的高纯钼粉筛分和装模、冷等静压、烧结、 热轧、退火，减少了预烧结过程，通过采取阶段升温的烧结方式并控制升温速 率的变化趋势，使得钼靶坯进一步均匀致密化，进一步减少总杂质含量，进而 得到晶粒≤40μm、纯度≥99.97％、内部组织均匀、内部无缺陷的钼靶材，可以用 于半导体集成电路。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种半导体钼靶材的制备方法，所述制备方法 包括依次进行的高纯钼粉筛分和装模、冷等静压、烧结、热轧、退火，进而制 备得到半导体钼靶材；
其中，所述烧结采取阶段升温烧结法进行，在20-1500℃的升温阶段，升温 速率逐渐减小，在1500-1900℃的升温阶段，升温速率逐渐增大。
本发明所述制备方法减少了预烧结过程，采取阶段升温的烧结方式并控制 升温速率的变化趋势为先逐渐减小再逐渐增大，使得钼靶坯进一步均匀致密化， 进一步减少总杂质含量，进而得到晶粒≤40μm、纯度≥99.97％、内部组织均匀、 内部无缺陷的钼靶材，可以用于半导体集成电路，而且，晶粒可以控制在20-30μm 的范围内。
作为本发明优选的技术方案，所述烧结在20-1500℃的升温阶段包括4-6个 升温阶段，升温速率由2.56℃/min逐渐减小至0.33℃/min。
优选地，所述烧结在1500-1900℃的升温阶段包括2-3个升温阶段，升温速 率由0.33℃/min逐渐增大至1.11℃/min。
作为本发明优选的技术方案，所述烧结在20-1500℃的升温阶段的时间跨度 为35-40h，例如35h、36h、37h、38h、39h或40h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。
优选地，所述烧结在1500-1900℃的升温阶段的时间跨度为20-25h，例如20h、21h、22h、23h、24h或25h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。
优选地，所述烧结的总时间跨度为55-65h，例如55h、56h、57h、58h、59h、 60h、61h、62h、63h、64h或65h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。
本发明所述烧结采取阶段升温烧结法，所述时间跨度为温度范围内的升温 时间和保温时间之和。
优选地，所述烧结在氢气气氛下进行。
优选地，所述烧结在氢气保护烧结炉中进行。
本发明所述烧结在氢气气氛中利用电磁感应产生的涡流热作为热源，即将 电能转换成了热能，从而对热等静压处理后的钼靶坯进行中频烧结，得到致密 度较好的靶坯。
优选地，在所述烧结结束后，当温度降低到60℃以下时，将烧结后的钼靶 坯取出。
优选地，所述烧结后的钼靶坯的密度为9.98-10.1g/cm3。
本发明所述烧结虽然减少了预烧结过程，但是采取阶段升温的烧结方式并 控制升温速率的变化趋势为先逐渐减小再逐渐增大，并将升温和保温的总时间 延长至了55-65h，不仅有助于将钼靶坯进一步致密化，将钼靶坯的密度提高至 9.98-10.1g/cm3，还可以通过长时间的氢气气氛下的烧结处理，进一步减少总杂 质含量。
作为本发明优选的技术方案，所述高纯钼粉的纯度≥99.5％。
优选地，所述高纯钼粉筛分为采用振筛机进行筛分。
优选地，所述高纯钼粉筛分后的粒度为180-200目。
优选地，所述高纯钼粉装模包括先将所述高纯钼粉装入胶套并封口，然后 将封口后的胶套装入钢套。
本发明所述胶套的规格尺寸和钼靶坯相对应，本领域技术人员可以根据实 际情况进行合理选择。
优选地，所述胶套通过橡胶带捆绑进行封口，在后续冷等静压过程中可以 有效防止液压油进入胶套内部并污染高纯钼粉。
优选地，将所述钢套通过料架置于冷等静压缸体内进行所述冷等静压。
作为本发明优选的技术方案，所述冷等静压包括阶段增加和阶段泄压。
冷等静压是一种在室温条件下，利用胶套作为模具，以液压油作为压力传 递介质，在各项均等压力下对金属粉末进行压制固结的技术。
优选地，所述阶段增压包括如下步骤：
(a1)以0.5MPa/s的增压速率，将压力升高至13-17MPa，保压时间为5-10s；
(a2)以1.4MPa/s的增压速率，将压力升高至83-87MPa，保压时间为 280-320s；
(a3)以1.2MPa/s的增压速率，将压力升高至150-170MPa，保压时间为 580-620s；
(a4)以0.4MPa/s的增压速率，将压力升高至180-200MPa，保压时间为880-920s。
优选地，所述阶段泄压包括如下步骤：
(b1)以0.7MPa/s的泄压速率，将压力降低至140-160MPa，保压时间为 50-90s；
(b2)以0.9MPa/s的泄压速率，将压力降低至80-100MPa，保压时间为40-60s；
(b3)以1.2MPa/s的泄压速率，将压力降低至40-60MPa，保压时间为30-50s；
(b4)以1.4MPa/s的泄压速率，将压力降低至6-10MPa，保压时间为15-30s， 然后泄压至常压。
本发明所述冷等静压通过设置四级增压和四级泄压，并进一步设置压力值、 速率和保压时间，可以缓慢、均匀地对高纯钼粉进行第一次致密化处理，使得 高纯钼粉能够受力均匀、充分收缩，防止了速度过快导致的收缩不均或者发生 断裂等问题，同时有效地保证了尺寸均匀性和致密化程度。
作为本发明优选的技术方案，所述热轧在氢气气氛下对烧结后的钼靶坯进 行三个火次的加热。
优选地，所述热轧的三个火次包括如下内容：
(i)所述热轧的第一个火次的开坯温度为1150-1200℃，终轧温度为 1050-1100℃，加热时间为55-60min，变形率为25-30％；
(ii)所述热轧的第二个火次的开坯温度为1100-1120℃，终轧温度为 980-1000℃，加热时间为14-16min，变形率为30-35％；
(iii)所述热轧的第三个火次的开坯温度为1050-1080℃，终轧温度为 950-980℃，加热时间为5-8min，变形率为25-30％。
优选地，所述热轧采用一火二道次轧制法。
优选地，所述热轧后的钼靶坯的密度为10.1-10.2g/cm3。
本发明所述热轧优选为在氢气气氛下的三个火次的热轧处理，而且第一个 火次的开坯温度最高，后续两个火次的开坯温度逐渐降低，此操作可以有效地 防止钼靶坯在每个火次的热轧变形过程中，因为持续高温所导致的晶粒异常长 大的不良问题；所述热轧处理为钼靶坯的第三次致密化处理，不仅可以将钼靶 坯的密度提高至10.1-10.2g/cm3，还可以在氢气气氛下进一步减少总杂质含量， 使得钼靶坯的纯度达到99.97％以上。
作为本发明优选的技术方案，所述退火在氢气气氛下进行。
优选地，所述退火在氢气保护烧结炉中进行。
优选地，所述退火的温度为1050-1150℃，例如1050℃、1070℃、1090℃、 1100℃、1120℃、1140℃或1150℃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。
优选地，所述退火的保温时间为80-100min，例如80min、85min、90min、 95min或100min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。
本发明所述退火处理可以有效地防止晶粒异常长大，并得到组织均匀、晶 粒大小在20-30μm范围内的钼靶材，而且，退火得到的钼靶材的金相组织呈现 均匀的等轴晶粒，满足半导体集成电路的质量要求。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)高纯钼粉筛分和装模：将纯度≥99.5％的高纯钼粉采用振筛机进行筛分， 得到粒度为180-200目的高纯钼粉，先将所述高纯钼粉装入胶套并通过橡胶带捆 绑进行封口，然后将封口后的胶套装入钢套，再通过料架将所述钢套置于冷等 静压缸体内进行所述冷等静压；
(2)冷等静压：所述冷等静压的四级增压包括如下步骤：
(a1)以0.5MPa/s的增压速率，将压力升高至13-17MPa，保压时间为5-10s；
(a2)以1.4MPa/s的增压速率，将压力升高至83-87MPa，保压时间为 280-320s；
(a3)以1.2MPa/s的增压速率，将压力升高至150-170MPa，保压时间为 580-620s；
(a4)以0.4MPa/s的增压速率，将压力升高至180-200MPa，保压时间为 880-920s；
所述冷等静压的四级泄压包括如下步骤：
(b1)以0.7MPa/s的泄压速率，将压力降低至140-160MPa，保压时间为 50-90s；
(b2)以0.9MPa/s的泄压速率，将压力降低至80-100MPa，保压时间为40-60s；
(b3)以1.2MPa/s的泄压速率，将压力降低至40-60MPa，保压时间为30-50s；
(b4)以1.4MPa/s的泄压速率，将压力降低至6-10MPa，保压时间为15-30s， 然后泄压至常压；
(3)烧结：将冷等静压压制后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气 氛下采取阶段升温烧结法进行烧结；在20-1500℃的升温阶段包括4-6个升温阶 段，升温速率由2.56℃/min逐渐减小至0.33℃/min，时间跨度为35-40h；在 1500-1900℃的升温阶段包括2-3个升温阶段，升温速率由0.33℃/min逐渐增大 至1.11℃/min，时间跨度为20-25h；所述烧结的总时间跨度为55-65h；在所述 烧结结束后，当温度降低到60℃以下时，将烧结后的钼靶坯取出，所述烧结后 的钼靶坯的密度为9.98-10.1g/cm3；
(4)热轧：将所述烧结后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气氛下 采用一火二道次轧制法进行三个火次的加热，包括如下内容：
(i)所述热轧的第一个火次的开坯温度为1150-1200℃，终轧温度为 1050-1100℃，加热时间为55-60min，变形率为25-30％；
(ii)所述热轧的第二个火次的开坯温度为1100-1120℃，终轧温度为 980-1000℃，加热时间为14-16min，变形率为30-35％；
(iii)所述热轧的第三个火次的开坯温度为1050-1080℃，终轧温度为 950-980℃，加热时间为5-8min，变形率为25-30％；
其中，所述热轧后的钼靶坯的密度为10.1-10.2g/cm3；
(5)退火：将所述热轧后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气氛下 进行退火，所述退火的温度为1050-1150℃，保温时间为80-100min，进而制备 得到半导体钼靶材。
本发明的目的之二在于提供一种半导体钼靶材，利用目的之一所述的制备 方法制备。
本发明的目的之三在于提供一种半导体钼靶材的用途，将目的之二所述半 导体钼靶材用于半导体集成电路。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明所述制备方法减少了预烧结过程，采取阶段升温的烧结方式并 控制升温速率的变化趋势为先逐渐减小再逐渐增大，使得钼靶坯进一步均匀致 密化，致密度≥99.9％，进一步减少总杂质含量，纯度≥99.97％；
(2)采用本发明所述制备方法制备得到的半导体钼靶材不仅内部组织均匀、 内部无缺陷，还可以控制晶粒大小≤40μm，并进一步控制晶粒大小在20-30μm 的范围内，满足半导体集成电路的质量要求。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了， 所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下：
实施例1
本实施例提供了一种半导体钼靶材的制备方法，所述制备方法包括如下步 骤：
(1)高纯钼粉筛分和装模：将纯度≥99.5％的高纯钼粉采用振筛机进行筛分， 得到粒度为180-200目的高纯钼粉，先将所述高纯钼粉装入胶套并通过橡胶带捆 绑进行封口，然后将封口后的胶套装入钢套，再通过料架将所述钢套置于冷等 静压缸体内进行所述冷等静压；
(2)冷等静压：所述冷等静压的四级增压包括如下步骤：
(a1)以0.5MPa/s的增压速率，将压力升高至15MPa，保压时间为5s；
(a2)以1.4MPa/s的增压速率，将压力升高至85MPa，保压时间为300s；
(a3)以1.2MPa/s的增压速率，将压力升高至160MPa，保压时间为600s；
(a4)以0.4MPa/s的增压速率，将压力升高至190MPa，保压时间为900s；
所述冷等静压的四级泄压包括如下步骤：
(b1)以0.7MPa/s的泄压速率，将压力降低至150MPa，保压时间为60s；
(b2)以0.9MPa/s的泄压速率，将压力降低至90MPa，保压时间为50s；
(b3)以1.2MPa/s的泄压速率，将压力降低至50MPa，保压时间为40s；
(b4)以1.4MPa/s的泄压速率，将压力降低至6MPa，保压时间为20s，然 后泄压至常压；
(3)烧结：将冷等静压压制后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气 氛下采取阶段升温烧结法进行烧结；
在20-1500℃的升温阶段包括5个升温阶段，升温速率由2.56℃/min逐渐减 小至0.33℃/min，具体包括如下内容：
(c1)20-250℃，升温速率2.56℃/min，保温时间4h；
(c2)250-800℃，升温速率2.29℃/min，保温时间4h；
(c3)800-1200℃，升温速率1.67℃/min，保温时间5h；
(c4)1200-1400℃，升温速率1.67℃/min，保温时间7h；
(c5)1400-1500℃，升温速率0.33℃/min，即20-1500℃的时间跨度为36.5h， 在1500℃的保温时间为7h；
在1500-1900℃的升温阶段包括2个升温阶段，升温速率由0.33℃/min逐渐 增大至1.11℃/min，具体包括如下内容：
(d1)1500-1700℃，升温速率0.83℃/min，保温时间3h；
(d2)1700-1900℃，升温速率1.11℃/min，保温时间8h，即1500-1900℃ 的时间跨度为25h(包括在1500℃的保温时间)；
所述烧结的总时间跨度为61.5h；
在所述烧结结束后，当温度降低到60℃以下时，将烧结后的钼靶坯取出， 所述烧结后的钼靶坯的密度为9.98-10.1g/cm3；
(4)热轧：将所述烧结后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气氛下 采用一火二道次轧制法进行三个火次的加热，包括如下内容：
(i)所述热轧的第一个火次的开坯温度为1200℃，终轧温度为1100℃，加 热时间为60min，变形率为25-30％；
(ii)所述热轧的第二个火次的开坯温度为1120℃，终轧温度为1000℃， 加热时间为14min，变形率为30-35％；
(iii)所述热轧的第三个火次的开坯温度为1080℃，终轧温度为950℃，加 热时间为8min，变形率为25-30％；
其中，所述热轧后的钼靶坯的密度为10.1-10.2g/cm3；
(5)退火：将所述热轧后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气氛下 进行退火，所述退火的温度为1100℃，保温时间为90min，进而制备得到半导 体钼靶材。
实施例2
本实施例提供了一种半导体钼靶材的制备方法，除了将步骤(2)所述冷等 静压的四级增压的增压速率统一为1.0MPa/s，四级泄压的泄压速率统一为 1.0MPa/s，其他条件和实施例1完全相同。
实施例3
本实施例提供了一种半导体钼靶材的制备方法，除了将步骤(3)所述烧结 进行修改，其他条件和实施例1完全相同，具体内容如下：
(3)烧结：将冷等静压压制后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气 氛下采取阶段升温烧结法进行烧结；
在20-1500℃的升温阶段包括3个升温阶段，升温速率由2.56℃/min逐渐减 小至0.33℃/min，具体包括如下内容：
(c1)20-710℃，升温速率2.56℃/min，保温时间2h；
(c2)710-1250℃，升温速率1.67℃/min，保温时间3h；
(c3)1250-1500℃，升温速率0.33℃/min，即20-1500℃的时间跨度为27.5h， 在1500℃的保温时间为5h；
在1500-1900℃的升温阶段包括2个升温阶段，升温速率由0.33℃/min逐渐 增大至1.11℃/min，具体包括如下内容：
(d1)1500-1700℃，升温速率0.83℃/min，保温时间3h；
(d2)1700-1900℃，升温速率1.11℃/min，保温时间8h，即1500-1900℃ 的时间跨度为25h(包括在1500℃的保温时间)；
所述烧结的总时间跨度为52.5h；
在所述烧结结束后，当温度降低到60℃以下时，将烧结后的钼靶坯取出。
实施例4
本实施例提供了一种半导体钼靶材的制备方法，除了将步骤(4)所述热轧 的三个火次的保持一致，其他条件和实施例1完全相同，具体内容如下：
(4)热轧：将所述烧结后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气氛下 采用一火二道次轧制法进行三个火次的加热，包括如下内容：
(i)所述热轧的第一个火次的开坯温度为1200℃，终轧温度为1100℃，加 热时间为60min，变形率为25-30％；
(ii)所述热轧的第二个火次的开坯温度为1200℃，终轧温度为1100℃， 加热时间为60min，变形率为25-30％；
(iii)所述热轧的第三个火次的开坯温度为1200℃，终轧温度为1100℃， 加热时间为60min，变形率为25-30％。
对比例1
按照CN109778126A实施例1提供的制备方法制备钼靶材。
对比例2
按照CN110331368A实施例1提供的制备方法制备钼靶材。
将上述实施例和对比例所得钼靶材进行如下性能测试：
致密度：按照国标GB/T 3850-2015《致密烧结金属材料与硬质合金密度测 量方法》中公开的吊篓方法进行测定；
晶粒尺寸：按照国标GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》中公开 的截面法进行测定；
靶材内部结构均匀性：首先以目视标样为准，然后经精密加工后，表面清 洁，色泽均一，不出现束状或者点状花斑，则表明内部结构均匀未出现偏析现 象；
内部缺陷：利用超声波C扫描成像探伤仪进行检测；
纯度：按照系列国标GB/T 4325《钼化学分析方法》中公开的测量方法，采 用GDMS和ICP-OES对钼靶材样品进行杂质含量检测；
有关上述实施例和对比例所得钼靶材的相关测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002601173790000141
Figure BDA0002601173790000151
本发明所述制备方法减少了预烧结过程，采取阶段升温的烧结方式并控制 升温速率的变化趋势为先逐渐减小再逐渐增大，使得钼靶坯进一步均匀致密化， 致密度≥99.9％，进一步减少总杂质含量，纯度≥99.97％，进而得到晶粒≤40μm、 纯度≥99.97％、内部组织均匀、内部无缺陷的钼靶材，可以用于半导体集成电路， 而且，晶粒可以控制在20-30μm的范围内。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺 流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明 必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应 该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的 添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体钼靶材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括依次进行的高纯钼粉筛分和装模、冷等静压、烧结、热轧、退火，进而制备得到所述半导体钼靶材；
其中，所述烧结采取阶段升温烧结法进行，在20-1500℃的升温阶段，升温速率逐渐减小，在1500-1900℃的升温阶段，升温速率逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结在20-1500℃的升温阶段包括4-6个升温阶段，升温速率由2.56℃/min逐渐减小至0.33℃/min；
优选地，所述烧结在1500-1900℃的升温阶段包括2-3个升温阶段，升温速率由0.33℃/min逐渐增大至1.11℃/min。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结在20-1500℃的升温阶段的时间跨度为35-40h；
优选地，所述烧结在1500-1900℃的升温阶段的时间跨度为20-25h；
优选地，所述烧结的总时间跨度为55-65h；
优选地，所述烧结在氢气气氛下进行；
优选地，所述烧结在氢气保护烧结炉中进行；
优选地，在所述烧结结束后，当温度降低到60℃以下时，将烧结后的钼靶坯取出；
优选地，所述烧结后的钼靶坯的密度为9.98-10.1g/cm3。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高纯钼粉的纯度≥99.5％；
优选地，所述高纯钼粉筛分为采用振筛机进行筛分；
优选地，所述高纯钼粉筛分后的粒度为180-200目；
优选地，所述高纯钼粉装模包括先将所述高纯钼粉装入胶套并封口，然后将封口后的胶套装入钢套；
优选地，所述胶套通过橡胶带捆绑进行封口；
优选地，将所述钢套通过料架置于冷等静压缸体内进行所述冷等静压。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述冷等静压包括阶段增加和阶段泄压；
优选地，所述阶段增压包括如下步骤：
(a1)以0.5MPa/s的增压速率，将压力升高至13-17MPa，保压时间为5-10s；
(a2)以1.4MPa/s的增压速率，将压力升高至83-87MPa，保压时间为280-320s；
(a3)以1.2MPa/s的增压速率，将压力升高至150-170MPa，保压时间为580-620s；
(a4)以0.4MPa/s的增压速率，将压力升高至180-200MPa，保压时间为880-920s；
优选地，所述阶段泄压包括如下步骤：
(b1)以0.7MPa/s的泄压速率，将压力降低至140-160MPa，保压时间为50-90s；
(b2)以0.9MPa/s的泄压速率，将压力降低至80-100MPa，保压时间为40-60s；
(b3)以1.2MPa/s的泄压速率，将压力降低至40-60MPa，保压时间为30-50s；
(b4)以1.4MPa/s的泄压速率，将压力降低至6-10MPa，保压时间为15-30s，然后泄压至常压。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热轧在氢气气氛下对烧结后的钼靶坯进行三个火次的加热；
优选地，所述热轧的三个火次包括如下内容：
(i)所述热轧的第一个火次的开坯温度为1150-1200℃，终轧温度为1050-1100℃，加热时间为55-60min，变形率为25-30％；
(ii)所述热轧的第二个火次的开坯温度为1100-1120℃，终轧温度为980-1000℃，加热时间为14-16min，变形率为30-35％；
(iii)所述热轧的第三个火次的开坯温度为1050-1080℃，终轧温度为950-980℃，加热时间为5-8min，变形率为25-30％；
优选地，所述热轧采用一火二道次轧制法；
优选地，所述热轧后的钼靶坯的密度为10.1-10.2g/cm3。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述退火在氢气气氛下进行；
优选地，所述退火在氢气保护烧结炉中进行；
优选地，所述退火的温度为1050-1150℃；
优选地，所述退火的保温时间为80-100min。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)高纯钼粉筛分和装模：将纯度≥99.5％的高纯钼粉采用振筛机进行筛分，得到粒度为180-200目的高纯钼粉，先将所述高纯钼粉装入胶套并通过橡胶带捆绑进行封口，然后将封口后的胶套装入钢套，再通过料架将所述钢套置于冷等静压缸体内进行所述冷等静压；
(2)冷等静压：所述冷等静压的四级增压包括如下步骤：
(a1)以0.5MPa/s的增压速率，将压力升高至13-17MPa，保压时间为5-10s；
(a2)以1.4MPa/s的增压速率，将压力升高至83-87MPa，保压时间为280-320s；
(a3)以1.2MPa/s的增压速率，将压力升高至150-170MPa，保压时间为580-620s；
(a4)以0.4MPa/s的增压速率，将压力升高至180-200MPa，保压时间为880-920s；
所述冷等静压的四级泄压包括如下步骤：
(b1)以0.7MPa/s的泄压速率，将压力降低至140-160MPa，保压时间为50-90s；
(b2)以0.9MPa/s的泄压速率，将压力降低至80-100MPa，保压时间为40-60s；
(b3)以1.2MPa/s的泄压速率，将压力降低至40-60MPa，保压时间为30-50s；
(b4)以1.4MPa/s的泄压速率，将压力降低至6-10MPa，保压时间为15-30s，然后泄压至常压；
(3)烧结：将冷等静压压制后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气氛下采取阶段升温烧结法进行烧结；在20-1500℃的升温阶段包括4-6个升温阶段，升温速率由2.56℃/min逐渐减小至0.33℃/min，时间跨度为35-40h；在1500-1900℃的升温阶段包括2-3个升温阶段，升温速率由0.33℃/min逐渐增大至1.11℃/min，时间跨度为20-25h；所述烧结的总时间跨度为55-65h；在所述烧结结束后，当温度降低到60℃以下时，将烧结后的钼靶坯取出，所述烧结后的钼靶坯的密度为9.98-10.1g/cm3；
(4)热轧：将所述烧结后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气氛下采用一火二道次轧制法进行三个火次的加热，包括如下内容：
(i)所述热轧的第一个火次的开坯温度为1150-1200℃，终轧温度为1050-1100℃，加热时间为55-60min，变形率为25-30％；
(ii)所述热轧的第二个火次的开坯温度为1100-1120℃，终轧温度为980-1000℃，加热时间为14-16min，变形率为30-35％；
(iii)所述热轧的第三个火次的开坯温度为1050-1080℃，终轧温度为950-980℃，加热时间为5-8min，变形率为25-30％；
其中，所述热轧后的钼靶坯的密度为10.1-10.2g/cm3；
(5)退火：将所述热轧后的钼靶坯放入氢气保护烧结炉中，在氢气气氛下进行退火，所述退火的温度为1050-1150℃，保温时间为80-100min，进而制备得到半导体钼靶材。
9.一种半导体钼靶材，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备。
10.一种半导体钼靶材的用途，其特征在于，将权利要求9所述半导体钼靶材用于半导体集成电路。
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