專利名稱：大規模集成電路用高純度鈦粉的制備方法
技術領域：
本發明屬于粉末冶金領域，特別涉及到鈦粉的制備方法領域。
背景技術：
鈦粉是指尺寸小于Imm的金屬鈦顆粒。由于鈦粉比金屬鈦塊具有更大的表面積， 因此鈦粉比金屬鈦塊更活潑，更易和其他元素或化合物反應，尤其是更易氧化。鈦粉目前在很多領域得到了廣泛的應用。尤其在航空航天、汽車工業、體育工業等領域有著廣泛的前景。在大規模集成電路領域，目前廣泛使用鎢鈦合金，其含鈦量為10%左右，該合金經濺射后形成集成電路中的隔離層薄膜。大規模集成電路生產過程中所使用的鎢鈦合金的純度要求很高，雜質元素含量要求很低，如Na，K等堿性離子；Fe，Ni, Cr等重金屬元素；U和Th等放射性元素，以及氧、氮等氣體元素，這些元素在大規模集成電路中都屬于有害元素，必須盡可能地去除。譬如，狗元素會影響集成電路的薄膜成型；氧元素會影響薄膜的電阻率；Na和K元素容易在薄膜中產生漂移。因此，必須使用純度達到99. 99%以上的高純度鈦粉，其中，氧含量小于1500ppm，氮含量小于400ppm，氫含量小于300ppm。由于高純度鈦粉需要和高純度鎢粉混合形成鎢鈦合金，所以對于高純度鈦粉的粒度也有要求，一般要求顆粒直徑小于-325目，約45微米。根據大規模集成電路的最新技術要求，在大規模集成電路生產中所用的高純鈦粉必須符合如下技術要求①純度為彡99. 99%;②鈦粉平均直徑在8-10微米，最大顆粒直徑< 20微米；③氧含量；^1500ppm ；④氮含量<400ppm ；⑤氫含量；^300ppm。目前，制備鈦粉最常用的方法為氫化脫氫法(簡稱HDH法)，一般采用海綿鈦或鈦材加工時的屑料或邊角料為原材料，首先對原料進行氫化，然后進行機械造粒或粉碎，最后進行脫氫。采用現有工藝生產得到的鈦粉還不能滿足大規模集成電路生產的要求。中國發明專利(公開號CN 101439409A)公開了一種新型HDH發低氧高純鈦粉生產工藝。其核心技術是在氫化脫氫工序中分別加入降氧劑，利用該發明生產的鈦粉雖然氧含量能達到1500ppm，但粒徑只能達到-60目。該發明專利所公開的工藝不能滿足大規模集成電路的生產要求。同時，加入脫氧劑后會對高純度鈦產生污染，使得鈦粉的純度達不到 99. 99%以上要求。中國發明專利(公開號CN101164723A)公開了一種航空用高純超細鈦粉的制備方法。采用該發明制備的鈦粉雖然粒徑能滿足-325目的要求，但純度只能達到99.5%，氧元素含量在2000ppm，因此，也不能滿足大規模集成電路生產的要求。經檢索在所公開的技術中還找不到能滿足大規模集成電路用的高純鈦粉的制備方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種大規模集成電路用高純度鈦粉的制備方法。所述集成電路用的高純鈦粉的純度為> 99. 99%，鈦粉平均直徑在8-10微米，最大顆粒直徑彡20微米，氧含量彡1500ppm，氮含量彡400ppm，氫含量彡300ppm。為了達到上述目標，本發明所采用的技術方案為第一步，鈦原料準備和處理采用純度大于99. 995%的鈦晶體、鈦棒或鈦靶材作為原料，該原材料必須經過清洗、烘干，確保沒有任何污染和雜質，對鈦原料進行預處理，確保鈦粒的最大尺寸< 20mm ；第二步，鈦的真空氫化將第一步獲得的原材料放入氫化爐內，并抽真空至 3 X10_2Pa，同時加熱到400°C _550°C，沖入純度大于99. 999 %的氫氣進行氫化反應生成氫化鈦；第三步，真空隔氧球磨將氫化鈦進行真空球磨，球磨筒的內側面為純鈦或陶瓷， 球磨使用的滾研球的材質為純鈦或陶瓷，以避免其它金屬雜質污染，球磨筒必須先抽成真空，真空度達到3X 10_2Pa，然后再充入純度大于99. 999 %的惰性氣體進行保護，以避免鈦粉氧化；第四步，真空脫氫將球磨后的氫化鈦粉放入真空度達到3X10_2Pa的氫化爐內， 加熱到350°C -450°C，氫化鈦中的氫氣開始釋放，由真空泵將氫氣排出；第五步，真空隔氧分級包裝脫氫后的鈦粉必須迅速轉移到手套箱內，該手套箱內必須是抽成真空，真空度達到3 X IO-2Pa,然后充入純度大于99. 999 %的惰性氣體保護，后期的鈦粉分級，檢測，包裝均在手套箱內完成。進一步，在第三步中，所用球磨筒為陶瓷，球磨所使用的滾研球也為陶瓷。進一步，在第三步和第五步中所述惰性氣體均為氬氣。進一步，在第二步中加熱溫度為500°C -550 在第四步中加熱溫度為 4000C -415°C。在本發明中真空氫化的溫度只有400°C _550°C，現有技術為600°C 800°C，與現有技術相比本發明的能耗電量更低。由于在鈦氫化后用純鈦球磨機對氫化鈦進行球磨，既能使氫化鈦粉體的粒徑更小更均勻，為確保氫化鈦脫氫后所得高純度鈦粉的平均粒徑達到 8-10微米創造了條件，同時能有效防止在實現鈦粉細化過程中受到其有害雜質元素的污染，為確保鈦粉純度達到99. 99%提供了工藝保障，氫化鈦的粉體粒徑的減小，進一步降低了真空脫氫的溫度，在本發明中僅只需350°C-450°C，而現有技術為600°C 800°C，因此脫氫工序的能耗也大幅下降。采用本發明所得的高純度鈦粉完全符合大規模集成電路的生產要求。
具體實施例方式下面舉例說明本發明的
具體實施例方式第一步，原料準備采用純度大于99. 995%的鈦晶體、鈦棒或鈦靶材作為原料，該原材料必須經過清洗、烘干，確保沒有任何污染和雜質；第二步，將第一步獲得的原材料放入氫化爐內，并抽真空到3 X IO-2Pa,同時加熱溫度到500°C _550°C，沖入純度大于99. 999%的氫氣進行氫化反應生成氫化鈦；第三步，將氫化鈦進行球磨，確保鈦粉粒度直徑控制在8 10微米，球磨大約需要 8 10小時，球磨機的球磨筒內襯板為純度大于99. 995%純鈦板，球磨機使用的滾研球是純度大于99. 995%的純鈦，以避免其它金屬雜質污染，球磨時球磨筒內腔必須抽成真空，然后再充入氬氣進行保護，以避免鈦粉氧化；第四步，將球磨后的氫化鈦粉放入氫化爐內，加熱到400°C _415°C，氫化鈦中的氫氣開始釋放，同時開啟真空泵，將氫氣排出；第五步，脫氫后的鈦粉必須迅速轉移到手套箱內，該手套箱內必須是抽成真空然后充入氬氣保護，后期的鈦粉分級，檢測，包裝均在手套箱內完成。采用輝光放電質譜分析法(GDMQ對本發明所得高純鈦粉進行痕量金屬雜質元素分析，檢測結果如表1所示，通過計算可知鈦粉的純度為99. 994%。利用LECO法進行氧、氮、氫氣體元素分析，檢測結果如表2所示，其中氧含量小于 1500ppm，氮含量小于400ppm，氫含量小于300ppm，完全符合大規模集成電路的要求。利用激光粒度儀進行分析顆粒度，檢測結果如表3所示，鈦粉的平均粒度小于8微米，完全符合大規模集成電路的生產對高純度鈦粉的要求。表1為采用輝光放電質譜分析法(GDMQ對目標物進行痕量金屬雜質元素分析結果
權利要求
1.一種大規模集成電路用高純度鈦粉的制備方法，其特征是包括如下步驟第一步，鈦原料準備和處理采用純度大于99. 995%的鈦晶體、鈦棒或鈦靶材作為原料，該原材料必須經過清洗、烘干，確保沒有任何污染和雜質，對鈦原料進行預處理，確保鈦粒的最大尺寸彡20mm ；第二步，鈦的真空氫化將第一步獲得的原材料放入氫化爐內，并抽真空至 3X 10-21 ，同時加熱到400°C _550°C，沖入純度大于99. 999%的氫氣進行氫化反應生成氫化鈦；第三步，真空隔氧球磨將氫化鈦進行真空球磨，球磨筒的內側面為純鈦或陶瓷，球磨使用的滾研球的材質為純鈦或陶瓷，以避免其它金屬雜質污染，球磨筒必須先抽成真空，真空度達到3X 10_2Pa，然后再充入純度大于99. 999%的惰性氣體進行保護，以避免鈦粉氧化；第四步，真空脫氫將球磨后的氫化鈦粉放入真空度達到3X10_2!^的氫化爐內，加熱到350°C -450°C，氫化鈦中的氫氣開始釋放，由真空泵將氫氣排出；第五步，真空隔氧分級包裝脫氫后的鈦粉必須迅速轉移到手套箱內，該手套箱內必須是抽成真空，真空度達到3 X IO-2Pa,然后充入純度大于99. 999 %的惰性氣體保護，后期的鈦粉分級，檢測，包裝均在手套箱內完成。
2.根據權利要求1所述大規模集成電路用高純度鈦粉的制備方法，其特征是在第三步中，所用球磨筒為陶瓷，球磨所使用的滾研球也為陶瓷。
3.根據權利要求1所述大規模集成電路用高純度鈦粉的制備方法，其特征是在第三步和第五步中所述惰性氣體均為氬氣。
4.根據權利要求1所述大規模集成電路用高純度鈦粉的制備方法，其特征是在第二步中加熱溫度為500°C _550°C，在第四步中加熱溫度為400°C _415°C。
全文摘要
本發明公開了一種大規模集成電路用高純度鈦粉的制備方法，包括高純度鈦原料準備和處理、在真空條件下加氫生成氫化鈦、真空球磨、真空脫氫、真空分級包裝步驟。所獲得的高純鈦粉的純度為≥99.99％，鈦粉平均直徑在8-10微米，最大顆粒直徑≤20微米，氧含量≤1500ppm，氮含量≤400ppm，氫含量≤300ppm。其中，真空氫化400℃-550℃，真空脫氫的溫度只有350℃-450℃，能耗量低，所得鈦粉純度高，粒徑小，有害雜質元素含低，完全符合大規模集成電路的生產要求。
文檔編號B22F9/16GK102430759SQ20111039671
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月3日 優先權日2011年12月3日
發明者林發祥, 薛丹斌, 郭建平, 郭蔚 申請人:常州六九新材料科技有限公司