本發明涉及一種濺射靶材的制備工藝，尤其涉及一種具有擇優取向的高純鉭靶材的制備方法。

背景技術：

集成電路技術是電子信息技術產業中的一項關鍵技術，隨著集成電路特征尺寸，布線寬度朝著精細化的方向發展，銅布線逐漸開始取代鋁布線，但銅布線因為其較活躍的性質，它在使用過程中容易受到外界因素的影響受到損傷，所以在集成電路金屬互連線上鍍上一層惰性抗腐蝕薄膜尤為重要。物理氣相沉積技術是消耗靶材在材料表面鍍上靶材元素薄膜的技術，目前銅連線所用的濺射靶材為高純金屬Ta。靶材的晶粒尺寸、晶粒取向對集成電路金屬薄膜的制備和性能有很大的影響。從多項研究對濺射薄膜均勻性，沉積率進行考察發現，(1)隨著晶粒尺寸的增加,薄膜沉積速率趨于降低；(2)在合適的晶粒尺寸范圍內,靶材使用時的等離子體阻抗較低,薄膜沉積速率高和薄膜厚度均勻性好；(3)在合適的晶粒尺寸范圍內,晶粒取向越均勻越好；(4)當靶材晶粒尺寸超過合適的晶粒尺寸范圍時,為提高靶材的性能,必須嚴格控制靶材的晶粒取向。本發明研究出一種晶粒尺寸適中，并具有(110)晶面取向的鉭織構靶材，用于濺射時靶材利用率高，濺射薄膜均勻，沉積率高。本發明對鉭織構靶材制備過程中晶粒尺寸和擇優取向的控制有很高的參考價值。

技術實現要素：

本發明旨在解決對鉭靶材晶粒尺寸與晶粒取向的控制問題，提供一種具有擇優取向的高純鉭靶材的制備方法。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

所述具有擇優取向的高純鉭靶材的制備方法：

(1)將鉭錠在鍛錘下開坯；具體是采用軸向鍛造開坯的方式來破碎初始鉭錠中粗大的柱狀晶；開坯變形量控制為25％到40％，鍛造壓力控制在在1000N到1800N；本發明采用的鉭原材料為粉末冶金法制備的鉭條，再經電子束熔煉提純形成圓柱形鉭錠，直徑為90mm到100mm，厚度在40mm到50mm，優選直徑約為100mm，優選厚度約為50mm；

(2)對開坯后的鉭錠酸洗；酸洗溶液配方采用鹽酸與氫氟酸的混合溶液，鹽酸的濃度為27wt％到40wt％,氫氟酸的濃度為30wt％到50wt％，常溫下在酸洗溶液中浸泡10min到20min；

(3)酸洗后的鉭錠放在真空退火爐中退火處理；真空度控制在10^-2-10^-4Pa，最高溫度控制在900℃到1300℃，最高溫度保溫時間控制在120min到240min；

(4)對退火處理過的鉭材進行第一次軋制；軋制時壓下量控制在10％到15％；

(5)第二次軋制，第二次軋制方向與第一次軋制方向垂直；軋制時壓下量控制在10％到15％；

(6)酸洗同步驟(2)；

(7)真空熱處理爐中真空退火處理；真空度控制在10^-2-10^-4Pa，退火溫度控制在700℃到1000℃，保溫時間控制在120min到240min；

(8)第三次軋制，第三次軋制方向與第一次軋制方向相同；軋制時壓下量控制在20％到25％；

(9)第四次軋制，第四次軋制方向與第三次軋制方向相同；軋制時壓下量控制在20％到25％；

(10)酸洗；酸洗液配方為鹽酸與氫氟酸的混合溶液，鹽酸的濃度為17wt％到30wt％,氫氟酸的濃度為10wt％到30wt％，常溫下在酸洗溶液中浸泡5min到10min；

(11)真空熱處理爐中退火處理；真空度控制在10^-2-10^-4Pa，退火溫度700℃到900℃，保溫時間100min到150min。

其中，步驟(3)、(7)和(11)中所述的真空度優選控制為10^-3Pa。

下面對本發明作進一步說明：

第一步采用鍛造開坯的方式來破碎初始鉭錠中粗大的柱狀晶。為使鉭錠中粗大的柱狀晶破碎均勻、充分，開坯方式采用軸向開坯，開坯變形量控制為25％到40％。鍛造壓力控制在在1000N到1800N.

第二步對鉭錠的酸洗，酸洗溶液配方采用鹽酸與氫氟酸的混合溶液，鹽酸的濃度為27wt％到40％,氫氟酸的濃度為30wt％到50％，常溫下在酸洗溶液中浸泡10min到20min。

第三步真空退火熱處理，真空度控制在10^-3Pa，最高溫度控制在900℃到1300℃，最高溫度保溫時間控制在120min到240min。經過第一次退火熱處理的鉭靶，易于后續軋制工藝進行軋制變形，且控制退火溫度可防止晶粒又重新長成大晶粒。

第四步與第五步的軋制采用交叉軋制的方法，即第一次軋制的方向與第二次軋制的方向垂直。每一次軋制的壓下量控制在10％到15％之間，交叉軋制可以進一步減少晶粒尺寸大小，且可以減少鉭材不利取向面的織構，有利于形成所需要的{110}面上的織構。

第六步在第二次真空熱處理之前對軋制后的鉭材進行酸洗，酸洗溶液配方采用鹽酸與氫氟酸的混合溶液，鹽酸的濃度為27wt％到40％,氫氟酸的濃度為30wt％到50％，常溫下在酸洗溶液中浸泡10min到20min。

第七步對鉭靶進行第二次真空熱處理退火，研究表明，交叉軋制造成的變形對鉭材的退火溫度產生一定影響，其退火溫度相對開坯后的退火溫度更低，真空度控制在10^-3Pa，退火溫度控制在700℃到1000℃。保溫時間控制在120min到240min。此次退火過程目的是為下一道軋制做準備。且使鉭靶里面的晶粒取向變得均勻，充分消除柱狀晶遺留下來的不利取向的織構。

第八步與第九步的軋制采用相同方向的軋制，每次軋制的壓下量控制在20％到25％之間，這兩次軋制的變形量大于第一二次軋制的變形量，且其軋制方式也是選擇同一方向的單向軋制，其主要目的就是為了來產生{110}面的擇優取向織構。

第十步進行最后一次的酸洗，酸洗液配方為鹽酸與氫氟酸的混合溶液，鹽酸的濃度為17wt％到30wt％,氫氟酸的濃度為10wt％到30wt％，常溫下在酸洗溶液中浸泡5min到10min。

第十一步是最后一步熱處理退火工序，其主要目的在于消除靶材內的內應力，因此其退火工藝參數選擇為，真空度10^-3Pa，退火溫度700℃到900℃，保溫時間100min到150min。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明制備出了晶粒大小適中，晶粒尺寸較為均勻的，且具有{110}晶面擇優取向織構的高純濺射鉭靶材。作為體心立方金屬，{110}面正是鉭的最密排面，以此面為擇優取向的鉭靶材在濺射沉積時，靶材利用率高，濺射薄膜均勻，沉積率高。

附圖說明

圖1為實施例制備的鉭靶材晶粒尺寸規格圖；

圖2為實施例制備的鉭靶材厚度方向的織構掃描圖；

圖3為為圖2對應的極圖結果。

具體實施方式

本發明實施例公開了一種具有擇優取向的高純鉭靶材的制備方法,包括以下步驟：開坯→酸洗→真空退火熱處理→第一次軋制→第二次軋制(交叉)→酸洗→真空退火熱處理→第三次軋制→第四次軋制(單向)→酸洗→真空熱處理。本發明選擇的材料來源為，經粉末冶金方法制取的鉭條，其特點為碳、氧等雜質含量較高，致密度較低，隨后在電子束熔煉爐中提純熔煉，形成純度達到＞99.99％的高純鉭錠。開坯采用軸向開坯的方式，開坯變形量控制為25％到40％。鍛造壓力控制在在1000N到1800N.對開坯后的鉭錠酸洗，酸洗溶液配方采用鹽酸與氫氟酸的混合溶液，鹽酸的濃度為27wt％到40％,氫氟酸的濃度為30wt％到50％，常溫下在酸洗溶液中浸泡10min到20min。第一次真空退火熱處理，真空度控制在10^-3Pa，最高溫度控制在900℃到1300℃，最高溫度保溫時間控制在120min到240min。第一二次的軋制采用交叉軋制的方法，即第一次軋制的方向與第二次軋制的方向垂直。每一次軋制的壓下量控制在10％到15％之間，交叉軋制可以進一步減少晶粒尺寸大小，且可以減少鉭材不利取向面的織構，有利于形成所需要的{110}面上的織構。第二次酸洗，酸洗溶液配方采用鹽酸與氫氟酸的混合溶液，鹽酸的濃度為27wt％到40％,氫氟酸的濃度為30wt％到50％，常溫下在酸洗溶液中浸泡10min到20min。鉭靶的第二次真空熱處理退火所用真空度控制在10^-3Pa，退火溫度控制在700℃到1000℃。保溫時間控制在120min到240min。此次退火過程目的是為下一道軋制做準備。且使鉭靶里面的晶粒取向變得均勻，充分消除柱狀晶遺留下來的不利取向的織構。第三四次軋制，每次軋制的壓下量控制在20％到25％之間，這兩次軋制的變形量大于第一二次軋制的變形量，且其軋制方式也是選擇同一方向的單向軋制，其主要目的就是為了來產生{110}面的擇優取向織構。最后一次酸洗，酸洗液配方為鹽酸與氫氟酸的混合溶液，鹽酸的濃度為17wt％到30wt％,氫氟酸的濃度為10wt％到30wt％，常溫下在酸洗溶液中浸泡5min到10min。最后一次熱處理退火工序，其主要目的在于消除靶材內的內應力，因此其退火工藝參數選擇為，真空度10^-3Pa，退火溫度700℃到900℃，保溫時間100min到150min。

對上述步驟得到的鉭靶材進行檢測實驗，實驗結果表明，本實施例制備的鉭靶材晶粒尺寸為30-80μm，參見圖1，圖2為本實施例制備的鉭靶材厚度方向的織構掃描圖，圖3為圖2對應的極圖結果。由圖2、3可知，在靶材厚度方向獲得了以{110}<112>為主的織構組分，且具有較好的織構分布均勻性。