[发明专利]大规模集成电路用高纯度钛粉的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于粉末冶金领域，特别涉及到钛粉的制备方法领域。

背景技术：

钛粉是指尺寸小于1mm的金属钛颗粒。由于钛粉比金属钛块具有更大的表面积，因此钛粉比金属钛块更活泼，更易和其他元素或化合物反应，尤其是更易氧化。

钛粉目前在很多领域得到了广泛的应用。尤其在航空航天、汽车工业、体育工业等领域有着广泛的前景。在大规模集成电路领域，目前广泛使用钨钛合金，其含钛量为10％左右，该合金经溅射后形成集成电路中的隔离层薄膜。大规模集成电路生产过程中所使用的钨钛合金的纯度要求很高，杂质元素含量要求很低，如Na，K等碱性离子；Fe，Ni，Cr等重金属元素；U和Th等放射性元素，以及氧、氮等气体元素，这些元素在大规模集成电路中都属于有害元素，必须尽可能地去除。譬如，Fe元素会影响集成电路的薄膜成型；氧元素会影响薄膜的电阻率；Na和K元素容易在薄膜中产生漂移。因此，必须使用纯度达到99.99％以上的高纯度钛粉，其中，氧含量小于1500ppm，氮含量小于400ppm，氢含量小于300ppm。由于高纯度钛粉需要和高纯度钨粉混合形成钨钛合金，所以对于高纯度钛粉的粒度也有要求，一般要求颗粒直径小于-325目，约45微米。

根据大规模集成电路的最新技术要求，在大规模集成电路生产中所用的高纯钛粉必须符合如下技术要求：

①纯度为≥99.99％；

②钛粉平均直径在8-10微米，最大颗粒直径≤20微米；

③氧含量≤1500ppm；

④氮含量≤400ppm；

⑤氢含量≤300ppm。

目前，制备钛粉最常用的方法为氢化脱氢法(简称HDH法)，一般采用海绵钛或钛材加工时的屑料或边角料为原材料，首先对原料进行氢化，然后进行机械造粒或粉碎，最后进行脱氢。采用现有工艺生产得到的钛粉还不能满足大规模集成电路生产的要求。

中国发明专利(公开号CN 101439409A)公开了一种新型HDH发低氧高纯钛粉生产工艺。其核心技术是在氢化脱氢工序中分别加入降氧剂，利用该发明生产的钛粉虽然氧含量能达到1500ppm，但粒径只能达到-60目。该发明专利所公开的工艺不能满足大规模集成电路的生产要求。同时，加入脱氧剂后会对高纯度钛产生污染，使得钛粉的纯度达不到99.99％以上要求。

中国发明专利(公开号CN101164723A)公开了一种航空用高纯超细钛粉的制备方法。采用该发明制备的钛粉虽然粒径能满足-325目的要求，但纯度只能达到99.5％，氧元素含量在2000ppm，因此，也不能满足大规模集成电路生产的要求。

经检索在所公开的技术中还找不到能满足大规模集成电路用的高纯钛粉的制备方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种大规模集成电路用高纯度钛粉的制备方法。

所述集成电路用的高纯钛粉的纯度为≥99.99％，钛粉平均直径在8-10微米，最大颗粒直径≤20微米，氧含量≤1500ppm，氮含量≤400ppm，氢含量≤300ppm。

为了达到上述目标，本发明所采用的技术方案为：

第一步，钛原料准备和处理：采用纯度大于99.995％的钛晶体、钛棒或钛靶材作为原料，该原材料必须经过清洗、烘干，确保没有任何污染和杂质，对钛原料进行预处理，确保钛粒的最大尺寸≤20mm；

第二步，钛的真空氢化：将第一步获得的原材料放入氢化炉内，并抽真空至3×10^-2Pa，同时加热到400℃-550℃，冲入纯度大于99.999％的氢气进行氢化反应生成氢化钛；

第三步，真空隔氧球磨：将氢化钛进行真空球磨，球磨筒的内侧面为纯钛或陶瓷，球磨使用的滚研球的材质为纯钛或陶瓷，以避免其它金属杂质污染，球磨筒必须先抽成真空，真空度达到3×10^-2Pa，然后再充入纯度大于99.999％的惰性气体进行保护，以避免钛粉氧化；

第四步，真空脱氢：将球磨后的氢化钛粉放入真空度达到3×10^-2Pa的氢化炉内，加热到350℃-450℃，氢化钛中的氢气开始释放，由真空泵将氢气排出；

第五步，真空隔氧分级包装：脱氢后的钛粉必须迅速转移到手套箱内，该手套箱内必须是抽成真空，真空度达到3×10^-2Pa，然后充入纯度大于99.999％的惰性气体保护，后期的钛粉分级，检测，包装均在手套箱内完成。

进一步，在第三步中，所用球磨筒为陶瓷，球磨所使用的滚研球也为陶瓷。