[发明专利]一种超高纯钼靶坯及其制备方法

说明书

本发明属于超纯金属靶坯制备技术领域，具体涉及一种超高纯钼靶坯及其制备方法。所述制备方法包括：采用低压化学气相沉积的方法沉积钼，反应气体为MoF₆和氢气，所述MoF₆和氢气的体积比为1:2.5~1:20，沉积温度为700~1200℃，压力为1‑50kPa。本发明采用低压化学气相沉积，在远低于钼熔点的温度条件下获得高致密度且纯度6N以上的超高纯钼靶坯，可避免常压生长钼致密度低问题，并且设备简单，自动化程度高，从而大幅度降低生产成本，同时可近终型制备管状、圆盘状及方形等等不同形状靶材坯料。

技术领域

本发明属于超纯金属靶坯制备技术领域，具体涉及一种超高纯钼靶坯及其制备方法。

背景技术

钼熔点高达2610℃，密度为10.2g/cm³，具有较高的导电性和导热性、低的热膨胀系数和比阻抗、优良的耐腐蚀性能，良好的加工性能和化学稳定性，在太阳能光伏、平板显示等高科技领域有广泛的应用。特别是金属钼在小线宽条件下的均匀填充性以及特殊的电性能在集成电路领域显示出突出的优势，随着集成电路制程达到10nm以下，高纯钼将很快得到应用。此外，在基于压电陶瓷材料的滤波器及MEMS电子产品中，钼也被应用为新型电极材料，改善该产品的性能。在上述电子工业的应用中钼均被用做真空溅射的靶材材料，通过物理气相沉积工艺，通过真空溅射制作为导电薄膜、互连导线及电极。在这些应用中，均对钼的纯度提出极高的要求，一般希望达到5N以上纯度。

目前，钼溅射靶材的制备方法主要有二种，第一种为粉末冶金方法.选取高纯钼粉作为原料，经过冷等静压成型后在中频感应炉或真空烧结炉中进行烧结，后经过轧制和机加工，得到成品靶材。专利CN202010724477.X“一种半导体钼靶材及其制备方法和用途”公开了一种半导体用钼靶材及其制备方法和用途，所述制备方法包括依次进行的高纯钼粉筛分和装模、冷等静压、烧结、热轧、退火，最终得到钼靶材纯度≥99.97％、晶粒尺寸≤40μm，并且内部组织均匀、无缺陷。钼溅射靶材的另一种制备方法是高温熔炼法，该方法是在电子束或者电弧熔炼炉中将钼板坯或钼棒坯进行高温熔炼后形成钼锭，再经过锻造、挤压或拉拔的成型工艺进行加工，热处理后得到钼溅射靶材.该方法制备的靶材纯度高、致密性好，但与粉末冶金法相比，该法设备要求高，工艺复杂，晶粒也比较粗大。

化学气相沉积（CVD）技术，获得的材料具有高纯度、高致密度、结晶择优取向以及制备的材料形状大小不受限制（尤其是可以制备管状旋转靶材，可提高靶材的利用率）的特点。并且原材料可采用纯度较低的各种形状、各种尺寸材料，从而大幅度降低成本。

发明内容

现有技术制备钼靶材纯度通常为4N5，最高5N。本发明的发明人基于对本领域的研究，并经过大量的实验摸索，提供了一种通过低压化学气相沉积制备超高纯钼靶坯的方法，在远低于钼熔点的温度条件下获得高致密度且纯度6N以上的超高纯钼靶坯，设备简单，自动化程度高，从而大幅度降低生产成本。

具体而言，本发明首先提供了一种超高纯钼靶坯的制备方法，包括：

采用低压化学气相沉积的方法沉积超高纯钼，反应气体为MoF₆气体和氢气，所述MoF₆和氢气的体积比为1:2.5~1:20，其中，沉积超高纯钼时的温度为700~1200℃，压力为1~50kPa（绝对压强）。

本领域公知，化学气相沉积CVD制备超纯金属钼，主要选用的前驱体为钼的卤化物MoX_y，X为Cl和F。其中，利用MoCl₅做为前驱体，由H₂还原制备金属钼已有较多报道。然而该方法的反应产物HCl会严重腐蚀沉积设备；此外，由于MoCl₅室温下是固体，熔点（194.3℃）和沸点（268.4℃）比较高，在沉积时，需要采用专门的加热管道将其引入反应室。与MoCl₅相比，以MoF₆作为前驱体具有明显优势：一是反应产物HF对设备的腐蚀较小；二是MoF₆熔点（17.5℃）和沸点（35℃）都比较低，对CVD过程更为有利。