[发明专利]一种高纯铝或铝合金靶材及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种高纯铝或铝合金靶材及其制备方法和用途，所述制备方法包括以下步骤：将铝或铝合金靶材坯料依次进行锻伸、一次热处理、锻造、二次热处理以及轧制，得到高纯铝或铝合金靶材；所述一次热处理的温度为345～355℃；所述二次热处理的温度为290～310℃；所述制备方法通过优化热处理工艺，显著细化了晶粒尺寸，解决了大尺寸靶材的晶粒均匀性和使用性能问题，工艺流程简单，成本低，有利于规模化生产，具有较好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于靶材制备技术领域，具体涉及一种高纯铝或铝合金靶材及其制备方法和用途。

背景技术

物理气相沉积(PVD)是半导体芯片和TFT-LCD生产过程中最关键的工艺之一，PVD用溅射金属靶材是半导体芯片生产及TFT-LCD制备加工过程中最重要的原材料之一，溅射金属靶材中用量最大的是高纯铝和高纯净铝合金靶材。根据溅射工艺原理，靶材的晶粒越细，成分组织越均匀，靶材的表面粗糙度越小，通过物理气相沉积方法在硅片上形成的薄膜质量越好，因此细化靶材晶粒的大小尤为重要。通常高纯铝靶材晶粒尺寸要小于200μm。但是，由纯金属的凝固特性可知，纯度越高、洁净度越高的金属，凝固过程中异质形核的几率越小，凝固形成的晶粒越容易长大，且易于沿优先生长面以胞状晶生长，仅靠控制凝固过程细化得到的高纯铝晶粒尺寸最小仅能达到2mm直径。因此，寻求一种新的工艺方法来细化晶粒尺寸成为当前迫切需要解决的问题。

CN103834924A公开了一种制备超高纯铝及超高纯铝合金溅射靶材的方法，该方法包括以下步骤：将材料在200℃～500℃条件下，保温24～48小时，空冷至室温；将铸锭放入椭圆形模具中，沿X方向进行锻压，变形量达到20％～40％；将铸锭放入圆形模具中，沿Y方向进行锻压，变形量达到20％～40％；将铸锭从模具中取出，沿Z方向进行锻压，变形量达到70％；将锻压后的铸锭在200～400℃条件下进行退火处理；将锻压成板材的铝板或纯铝合金板在室温下进行8～20道次轧制，每道次扎下量不低于25％，X方向与Y方向交替轧制；在200～400℃条件下进行退火处理，该方法流程较为繁琐，且热处理的时间较长，效率较低。

综上所述，如何提供一种工艺简单，成本较低的细化高纯铝和高纯净铝合金靶材晶粒尺寸的方法，提高靶材的晶粒均匀性，成为当前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高纯铝或铝合金靶材及其制备方法和用途，所述制备方法通过优化热处理工艺，显著细化了晶粒尺寸，提高了晶粒的均匀性；所述制备方法工艺流程简单，成本低，有利于规模化生产，具有较好的工业应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种高纯铝或铝合金靶材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将铝或铝合金靶材坯料依次进行锻伸、一次热处理、锻造以及二次热处理、轧制，得到高纯铝或铝合金靶材；

所述一次热处理的温度为345～355℃，例如345℃、347℃、349℃、351℃、353℃或355℃等；

所述二次热处理的温度为290～310℃，例如290℃、293℃、295℃、300℃、302℃、305℃或310℃等，上述温度的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述制备方法通过控制一次热处理的温度，获得晶粒均匀的等轴晶组织，具体为：当温度为300℃时，晶粒形状开始发生变化，开始发生再结晶；当温度到达360℃后，原始态的晶粒完全消失，晶粒充分细化；当温度高于360℃时，组织态开始发生变化，晶粒开始变得不均匀，晶粒有明显长大的现象，说明此时再结晶已经开始完成。与常规的热处理方法相比，本发明所述方法提高了靶材的均匀性，同时可提高溅射速率，提升生产效率，获得稳定成膜性能，并且降低了生产成本，提高靶材利用率，具有较好的工业应用前景。