[发明专利]一种钽靶材的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体溅射领域，特别涉及一种钽靶材的制造方法。

背景技术

钽，是一种金属元素，其质地坚硬、富有延展性，且热膨胀系数很小，具有极高的抗腐蚀性和韧性。基于上述优点，钽被广泛地应用化工、微电子、电气等工业领域。

如在微电子领域，钽常被用以制备半导体器件的薄膜电极以及互连线。

具体地，钽通过磁控溅射方式应用于半导体器件制备。其原理是采用物理气相沉积技术（PVD），以高压加速气态离子轰击钽靶材，使钽靶材上的钽原子被溅射出，以薄膜的形式沉积到硅片上，形成半导体芯片上互连线结构或是电极。其中，钽靶材的质量直接影响磁控溅射形成的薄膜质量。

传统的钽靶材制备过程包括：先通过高真空电子束熔炼炉获得高纯钽锭，然后对钽锭反复进行塑性变形，从而获得特定尺寸的钽靶材。

然而，受限于钽本身的体心立方金属结构，钽晶粒的密排面为111型晶胞结构，在塑性变形过程中，钽晶粒的111型晶胞结构会使得钽晶粒间优先出现滑移，钽晶粒原始结构难以被重铸，形变率较低，从而使得最终形成的钽靶材内部的晶粒取向仍然以111形态为主。该种结构属于钽金属的“固有”组织带。因而在塑性的轧制过程后，获得的钽靶材沿厚度方向存在着严重的织构分层缺陷。而基于上述缺陷，在磁控溅射过程中，钽靶材的溅射速率偏低，且极不稳定，会随着钽靶材内部织构的变化而变化，从而严重降低了后续获得的钽薄膜的均匀度。

随着半导体器件的迅速发展，对于钽镀膜的要求越发严格。为了解决钽靶材内部分层缺陷，业界人员尝试将钽在再结晶温度以上条件下实现塑性变形，以此降低钽锭的内部变形抗力。但基于钽的再结晶温度达到800℃，上述工艺的对于热轧设备等加工设备要求高，且操作难度大，钽靶材的成品率低。

为此，如何降低钽锭塑性变形时内部的变形抗力，加大其内部材料的变形率，从而消除钽靶材内部分层现象的同时，降低工艺难度和工艺成本，提高钽靶材的成品率，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种钽靶材的制造方法，从而克服现有钽靶材制造过程中，钽锭内部的形变率低，获得的钽靶材内部分层现象严重等缺陷。

本发明提供的一种钽靶材的制造方法，包括：

提供钽锭；

对所述钽锭进行热锻处理，之后对所述钽锭进行一次退火工艺，形成第一钽靶材坯料；

对所述第一钽靶材坯料进行轧制处理，形成第二钽靶材坯料；

对所述第二钽靶材坯料进行二次退火工艺，获得钽靶材。

可选地，所述热锻处理包括：

将所述钽锭加热至800～1100℃，之后对所述钽锭进行锻打处理；

一次所述锻打处理包括至少沿两个方向对所述钽锭进行锻打，且一次所述锻打处理后的钽锭形变量大于等于80%。

可选地，一次热锻处理至少包括3次所述锻打处理。

可选地，所述一次退火处理包括：

调节真空热处理炉温度至1000～1300℃，在真空条件下加热所述钽锭2～4h。

可选地，反复进行所述热锻处理至少3次，每一次热锻处理后均进行一次所述一次退火工艺。

可选地，所述轧制处理为冷轧处理，包括：

冷却所述第一钽靶材坯料；

沿不同方向反复轧制所述第一钽靶材坯料至预定厚度，形成第二钽靶材坯料，所述第一钽靶材坯料的形变量大于90%。

可选地，所述轧制处理包括：

对所述第一钽靶材坯料进行第一阶段轧制，使所述第一钽靶材坯料的形变量为40%～60%；

第一阶段轧制后，对所述第一钽靶材坯料进行第二阶段轧制，至所述第一钽靶材坯料的形变量为70%～80%；

第二阶段轧制后，对所述第一钽靶材坯料进行第三阶段轧制，至所述第一钽靶材坯料的形变量大于等于90%；

第三阶段轧制后，对所述第一钽靶材坯料进行第四阶段轧制，至预定厚度。

可选地，在第一阶段轧制、第二阶段轧制和第三阶段轧制的过程中，均包括多步轧制步骤；

其中，在第一阶段轧制中，每一步轧制后的第一钽靶材坯料的形变量为该步轧制前的10%～25%；

在第二阶段轧制中，每一步轧制后的第一钽靶材坯料的形变量为该步轧制前的10%～20%；

在第三阶段轧制中，每一步轧制后的第一钽靶材坯料的形变量为该步轧制前的8%～13%；

在第四阶段轧制中，每一步轧制后的第一钽靶材坯料的形变量为该步轧制前的3%～7%。