[发明专利]一种有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于靶材技术领域，具体涉及一种有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材及其加工方法。

背景技术

溅射靶材是半导体集成电路制备过程中重要额原材料之一，靶材的材质主要包括铜、铝、镁、钛、镍、铂等，主要用于集成电路中接触、通孔、互连线、阻挡层、封装等物理气相沉积薄膜的制备。

提高靶材的寿命是降低集成电路的成本的方法之一，目前，主要的研究热点是将靶材的晶体超细化，因为超细晶材料具有明显不同于传统材料的光学、电学、磁学等性能和优越的力学性能。

目前制备超细晶材料的制备方法有等槽角挤压法、气相沉积法、搅拌摩擦焊加工方法，虽然等槽角挤压法是目前国际主流的加工超细晶靶材的方法，但是对制备的设备有较高的要求，难以普遍推广使用。搅拌摩擦焊接加工方法是利用轴肩和搅拌针组成的搅拌头高速旋转，使搅拌针挤入待加工工件至轴肩与工作表面接触，轴肩与工作表面摩擦使材料软化，搅拌针带动加工区材料产生剧烈塑性流变，从而使加工区组织细化、致密化和均匀化。中国专利CN 103131981B公开的一种实现材料表面超细晶/纳米化的超声辅助半固态搅拌摩擦加工方法，将板材水平放置，搅拌针扎入板材表面，搅拌工具的固定轴肩不旋转，超声波通过搅拌共聚的固定轴肩传递放大，当搅拌工具达到设定的下扎深度时，搅拌针停止下扎且继续旋转，对材料进行预热，然后搅拌工具沿板材纵向方向从左至右往返题词向前，知道整个板材表面加工完毕，得到材料晶粒尺寸达到亚微米级或纳米级的细晶粒。中国专利CN 105039670A公开了一种双面搅拌摩擦加工超细晶板材设备及方法，该方法通过合理的设计双面搅拌摩擦加工设备及方法，能够有效消除相邻搅拌区之间的热机影响，有效提高超细晶板材的力学性能。中国专利CN 102212817B公开的具有超细晶组织的铝基复合材料及其制备方法，以变形铝合金或者铝镁合金作为基体材料，在基体材料上开设曹或者孔，填入与基体材料具有较好相容性的非晶态合金作为细化因子，细化因子为铝镍铈铝基非晶态合金、铁基非晶态合金或者镍基非晶态合金，然后对上述填加有细化因子的槽或者孔进行搅拌摩擦加工得到具有超细晶组织的铝基复合材料。但是目前针对超细晶铜锰基合金靶材在搅拌摩擦焊加工方法方面的应用并不多见。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材及其加工方法，将铜粉、锰粉、镍粉和钴粉经冷等静压压成块状，真空烧结熔炼，得到铜锰基合金铸锭；将铜锰基合金铸锭经热锻开坯，冷轧变形，再结晶热处理，退火处理，得到原始坯料，再对原始坯料使用搅拌摩擦焊加工进行晶粒细化处理，得到有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材。本发明制备的有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材中平均晶粒尺寸小于5μm，寿命不低于3000kwh，且制备方法简单，成本低廉，适合大规模工业化生产。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材，所述有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材的成分为铜、锰、镍和钴，所述有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材的各成分按照原子分数为锰0.5-2％，镍3-5％，钴1.5-3％，其余为铜，总量为100％，所述有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材经搅拌摩擦焊加工的方法制得，所述有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材中平均晶粒尺寸小于5μm，所述有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材的寿命不低于3000kwh。

作为上述技术方案的优选，所述有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材的原料为铜粉、锰粉、镍粉和钴粉，所述原料经冷等静压压成块状，真空烧结熔炼，得到合金铸锭。

本发明还提供一种有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材的加工方法，包括以下步骤：

(1)将铜粉、锰粉、镍粉和钴粉以转速为400rpm，在真空球磨罐中混合3h至均匀，经冷等静压压成块状，真空烧结熔炼，得到铜锰基合金铸锭；

(2)将步骤(1)制备的铜锰基合金铸锭热锻开坯，进行60-90％冷轧变形，再在大气或者真空条件下经过400-600℃再结晶热处理，保温2-3h，退火处理，得到原始坯料；

(3)对原始坯料使用搅拌摩擦焊加工进行晶粒细化，得到平均晶粒尺寸小于5μm，寿命不低于3000kwh的有超细晶组织的长寿命铜锰基合金靶材。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，铜粉的纯度不低于99.99％，锰粉的纯度不低于99.99％，镍粉的纯度不低于99.99％，钴粉的纯度不低于99.99％。