[发明专利]一种高纯度的钨钛合金靶材的制备方法

说明书

本发明属于先进金属材料制备研究领域，涉及一种高纯度的钨钛合金靶材的制备方法。该制备方法步骤为：提纯仲钨酸铵；合成钨钛合金粉末；将得到钨钛合金粉末装入模具进行多阶段真空热压烧结，得到靶材坯；对得到的靶材坯进行表面酸洗纯净化，最终获得具有高致密度的高纯度钨钛合金靶材。本发明的方法通过粉体一次纯化、烧结过程二次纯化以及表面纯净化的有针对性、全流程系统高纯化技术。具有制造工艺简单，对设备要求不高，无需后续塑性加工处理，实现了有针对性、全流程的系统提纯，得到的钨钛合金靶材能满足高密度（致密度99.5%）、高纯度（纯度99.999%）的应用需求。

技术领域

本发明属于先进金属材料制备研究领域，涉及一种高纯度的钨钛合金靶材的制备方法。

背景技术

钨钛合金具有低的电阻系数、良好的热稳定性和优异的抗氧化性，一般作为物理气相沉积用溅射靶材，已被成功地应用于制作半导体器件的扩散阻挡层，主要用于 Al、Cu和 Ag 布线技术。随着器件微型化程度的提高，对互连金属及阻挡层薄膜的要求越来越高，对靶材的质量要求就越高。靶材的质量决定了最终电子器件的质量和性能。其中，纯度控制是靶材制造的关键。若靶材纯度不够，将引起电迁移、电泄漏等缺陷，造成器件失效。例如，K，Na，Li等碱金属可扩散至SiO₂绝缘层成为可动离子，使动作控制性能降低；Fe，Ni，Cr等过渡族金属会导致界面能级发生及元件漏电，降低可靠性；而C，O，N等气体元素会损伤膜的稳定性，成为膜电阻增大的原因。

目前通常采用真空热压的方法制备钨钛合金靶材，工艺流程涉及原料粉末制备、混粉、热压等，由于原料粉纯度受限以及在各个制备步骤中容易引入其他杂质元素，现有技术制备的钨钛合金靶材纯度受限于3N或4N。虽然Na、Mg、K等低熔点杂质元素在高温下容易挥发从而得到有效控制，但对于Fe、Ni等金属杂质，一旦经历烧结就无法排出坯体，且在真空无还原气氛的烧结环境下，固溶在基体的O、S等杂质也难以去除。因此，如何有针对性的去除杂质元素、实现全流程杂质控制是高纯靶材制造领域的一大挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在开发一种高纯度的钨钛合金靶材的制备方法，制备得到高纯度、高致密度的钨钛合金靶材。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种钨钛合金靶材的全流程提纯制备方法，所述方法包括如下步骤，

S1）以仲钨酸铵为原料，进行氨溶、过滤除去碱金属杂质，进行阳离子交换除去Fe、Ni等金属杂质，然后蒸发结晶、洗涤、烘干后得到高纯仲钨酸铵；

S2）将高纯仲钨酸铵在氢气气氛下进行还原后得到高纯钨粉；将高纯钨粉与TiH₂粉末按一定质量比在氩气保护气氛下的三维混料机中进行均匀混合，得到高纯钨钛合金粉末；

S3）将上述高纯钨钛合金粉末装入模具进行多阶段真空热压烧结，首先慢速升温至较低温度常压保温，此时坯料形成通孔互连的结构使杂质在这一过程充分排出，实现烧结二次纯化，然后快速升温至较高温度并加压实现致密化；

S4）将烧结后的靶材进行表面酸洗纯净化，最终获得高纯度高致密度的钨钛合金靶材。

在一种具体的实施方式中，S1）中，所述氨溶的氨水浓度为15～30%，所述仲钨酸铵溶于氨水中的浓度为300～400g/L。

在一种具体的实施方式中，S1）中，所述过滤为从氨溶溶液中过滤出不溶残渣物，过滤后调节pH值为7～9。

在一种具体的实施方式中，S1）中，所述阳离子交换树脂包括D001型树脂、D113型树脂、001×7型树脂或C160型树脂中的任意一种或至少两种的组合。

在一种具体的实施方式中，S1）中，所述结晶过程在结晶釜中进行，温度调节为100～105℃。

在一种具体的实施方式中，S1）中，所述洗涤过程为将蒸发结晶所得固体在去离子水或酒精中洗涤，所述烘干过程在温度为50～70℃的干燥箱中进行。