本發(fā)明涉及靶材技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種靶材的制備方法。

背景技術(shù)：

物理氣相沉積(PVD)是半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)過(guò)程中最關(guān)鍵的工藝之一，其目的是把金屬或金屬的化合物以薄膜的形式沉積到硅片或其他的基板上，并隨后通過(guò)光刻與腐蝕等工藝的配合，最終形成半導(dǎo)體芯片中復(fù)雜的配線結(jié)構(gòu)。物理氣相沉積是通過(guò)濺射機(jī)臺(tái)來(lái)完成的，濺射靶材就是用于上述工藝中的一個(gè)非常重要的關(guān)鍵耗材。常見(jiàn)的濺射靶材有高純度Ta，還有Ti、Al、Co和Cu等有色金屬。

隨著晶圓尺寸從200mm(8英寸)增大到300mm(12英寸)、450mm(18寸)，相應(yīng)濺射靶材尺寸也隨之增大才能滿足PVD鍍膜的基本要求，同時(shí)，線寬從130～180nm減小到90～45nm及28nm以下，基于導(dǎo)體的導(dǎo)電性和阻隔層的匹配性能，則濺射靶材也將從超高純Al/Ti系轉(zhuǎn)化為超高純Cu/Ta系，Ta靶坯在半導(dǎo)體濺射行業(yè)的重要性越來(lái)越大，同時(shí)需求量也越來(lái)越大。

目前，由于晶圓尺寸增大，工藝制程變小，對(duì)鉭靶坯織構(gòu)提出了更嚴(yán)苛的要求。常規(guī)技術(shù)生產(chǎn)的用于300mm晶圓的鉭靶坯，因其織構(gòu)組分不受控、各組分分布不均、關(guān)鍵織構(gòu)組分含量與濺射機(jī)臺(tái)Base line靶材不一致，導(dǎo)致濺射成膜后各項(xiàng)性能不達(dá)標(biāo)，無(wú)法使用，影響鉭靶坯的規(guī)模化應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種靶材的制備方法，本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒墒怪苽涞闹睆綖?00～1000mm，厚度為9～30mm的靶材的{111}、{100}織構(gòu)組分比例控制在20％～40％，織構(gòu)組分分布波動(dòng)控制在10％以內(nèi)。

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N靶材的制備方法，包括以下步驟：

A)，將鍛造后的坯料酸洗后熱處理，所述熱處理的升溫速率為10～50℃/min；

B)，將熱處理后的坯料放置于軋機(jī)的工裝上進(jìn)行軋制；所述工裝與坯料的接觸面與過(guò)上下軋輥軸線的平面的角度為θ，所述工裝與坯料接觸面的最低點(diǎn)所在的平面與下軋輥水平切面的距離為δ，所述θ＝±(55～85°)，所述δ＝±(20～50)mm；

C)，將軋制后的坯料進(jìn)行酸洗，再進(jìn)行熱處理，得到靶材；所述熱處理的升溫速率為10～50℃/min。

優(yōu)選的，所述靶材為鉭靶材或鉭合金靶材。

優(yōu)選的，所述θ＝±(60～80°)，所述δ＝±(20～40)mm。

優(yōu)選的，所述軋制為旋轉(zhuǎn)軋制，所述軋制的各道次的加工率為2％～20％。

優(yōu)選的，步驟C)中，所述熱處理的升溫速率為20～40℃/min。

優(yōu)選的，步驟C)中，所述熱處理的溫度為坯料熔點(diǎn)的25％～45％，保溫時(shí)間為0～240min。

優(yōu)選的，步驟A)中所述熱處理的溫度為坯料熔點(diǎn)的25％～45％。

優(yōu)選的，步驟A)與步驟C)中所述酸洗的混合液均為體積比為5:3:2的HCl、HF和H₂SO₄的混合液。

優(yōu)選的，所述坯料為圓餅坯料，所述坯料的直徑≥100mm，厚度≤50mm。

優(yōu)選的，所述靶材的直徑為400mm～1000mm，厚度為6～30mm。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N靶材的制備方法，該方法首先將鍛造后的坯料酸洗后熱處理，再將熱處理后的坯料放置于軋機(jī)的工裝上進(jìn)行軋制，最后將軋制后的坯料酸洗后再熱處理，得到靶材；本申請(qǐng)通過(guò)在軋制過(guò)程中引入工裝，而引入了剪切應(yīng)變，使得坯料厚度方向表面和中間層軋制織構(gòu)類型有差異，而通過(guò)引入快速升溫?zé)崽幚砉に嚕沟冒信髟诤穸确较蛏蠌谋砻娴街虚g層存在溫度梯度，最終使靶材厚度方向軋制織構(gòu)差異與熱處理溫度梯度形成對(duì)應(yīng)，使得靶材織構(gòu)分布均勻、織構(gòu)類型和比例可控，實(shí)現(xiàn)靶材的{111}、{100}織構(gòu)組分比例控制在20％～40％，織構(gòu)組分分布波動(dòng)控制在10％以內(nèi)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明軋制過(guò)程中工裝與坯料放置的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鉭靶材的織構(gòu)分布統(tǒng)計(jì)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鉭靶材的織構(gòu)分析IPF圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鉭靶材的織構(gòu)分布統(tǒng)計(jì)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鉭靶材的織構(gòu)分析IPF圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制備的鉭靶材的織構(gòu)分布統(tǒng)計(jì)圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3制備的鉭靶材的織構(gòu)分析IPF圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種靶材的制備方法，包括以下步驟：

A)，將鍛造后的坯料酸洗后熱處理，所述熱處理的升溫速率為10～50℃/min；

B)，將熱處理后的坯料放置于軋機(jī)的工裝上進(jìn)行軋制；所述工裝與坯料的接觸面與過(guò)上下軋輥軸線的角度為θ，所述工裝與坯料接觸面的最低點(diǎn)所在的平面與下軋輥水平切面的距離為δ，所述θ＝±(55～85°)，所述δ＝±(20～50)mm；

C)，將軋制后的坯料進(jìn)行酸洗，再進(jìn)行熱處理，得到靶材；所述熱處理的升溫速率為10～50℃/min。

在制備靶材的過(guò)程中，本申請(qǐng)通過(guò)設(shè)計(jì)的軋制工裝與快速升溫?zé)崽幚砉に嚕沟冒胁目棙?gòu)分布均勻、織構(gòu)類型和比例可控，實(shí)現(xiàn)靶材的{111}、{100}織構(gòu)組分比例控制在20％～40％，織構(gòu)組分分布波動(dòng)控制在10％以內(nèi)。

按照本發(fā)明，首先進(jìn)行坯料的預(yù)處理，即將鍛造后的坯料進(jìn)行酸洗后熱處理。所述鍛造為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)手段，此處本申請(qǐng)不進(jìn)行特別的限制。所述酸洗以去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察坯料光澤無(wú)雜斑即可；所述酸洗優(yōu)選采用體積比為5:3:2的混合酸液。本申請(qǐng)所述制備方法適用于本領(lǐng)域技術(shù)人員通常采用的合金，可以為鉭材料，也可以為其他材料，在實(shí)施例中，所述坯料優(yōu)選為鉭坯，可以為純鉭坯，也可以為鉭合金坯。所述熱處理的溫度優(yōu)選為坯料熔點(diǎn)的25％～45％，保溫時(shí)間為0～240min；所述坯料以鉭坯為例，所述熱處理的溫度優(yōu)選為鉭坯的25％～45％，在實(shí)施例中，所述鉭坯的熱處理溫度為1000℃～1300℃。為了得到直徑為400～1000mm，厚度為6～30mm的靶材，本申請(qǐng)所鍛造的坯料的尺寸具體為：直徑≥100mm，厚度≤50mm。上述熱處理的過(guò)程中，本申請(qǐng)對(duì)所述熱處理溫度的升溫速率沒(méi)有特別的限制，可以直接升溫至熱處理的溫度，也可以以本領(lǐng)域熟知的升溫速率升溫至熱處理溫度。

按照本發(fā)明，然后將熱處理后的坯料進(jìn)行軋制，本申請(qǐng)所述軋制放置于軋機(jī)的工裝上進(jìn)行軋制，即在軋制的過(guò)程中，工裝與坯料接觸，具體的，所述工裝與坯料的接觸面與過(guò)上下軋輥軸線的平面的角度為θ，所述工裝與坯料接觸面的最低點(diǎn)所在的平面與下軋輥水平切面的距離為δ，所述θ＝±(55～85°)，所述δ＝±(20～50)mm；具體示意圖如圖1所示。本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)的軋制工裝，使得軋制時(shí)板材外觀坐標(biāo)下晶體的宏觀應(yīng)變張量為如下式所示；

本申請(qǐng)軋制過(guò)程中設(shè)置的軋制工裝使得軋制變形區(qū)相對(duì)坯料中間層變形不對(duì)稱，造成不對(duì)稱軋制，形成“搓軋區(qū)”；其中，上式中ε、-ε為板材沿R向和N向的主應(yīng)變，Δ為N面上平行于R向的剪切應(yīng)變；與常規(guī)軋制(金屬變形可視為簡(jiǎn)單壓縮，即Δ為0)相比，本軋制方式下，在“搓軋區(qū)”金屬除了有簡(jiǎn)單壓縮下的主應(yīng)變?chǔ)磐猓€有作用于N面、平行于R向的切應(yīng)變?chǔ)ぃ傋冃螢閴嚎s和剪切應(yīng)變的疊加；因剪切應(yīng)變的引入，使得軋制形變織構(gòu)的類型和比例與常規(guī)同步軋制不同，最終影響鉭靶材的織構(gòu)類型和分布；可通過(guò)對(duì)剪切應(yīng)變?chǔ)ひ肓康恼{(diào)整來(lái)影響最終靶材織構(gòu)類型和比例；而對(duì)本工裝θ、δ參數(shù)的改變，均可對(duì)剪切應(yīng)變?chǔ)ひ肓窟M(jìn)行調(diào)整。本申請(qǐng)中工裝的參數(shù)θ、δ會(huì)影響剪切應(yīng)變?chǔ)ひ肓浚罱K影響靶材的織構(gòu)類型、組分及分布均勻性。在某些實(shí)施例中，所述θ＝±(60～80°)，所述δ＝±(20～40)mm。在實(shí)施例中，所述軋制為旋轉(zhuǎn)軋圓，所述軋制的各道次加工率優(yōu)選為2％～20％；在某些實(shí)施例中，所述軋制的次數(shù)優(yōu)選為8～12次，所述軋制的各道次的加工率優(yōu)選為7％～15％。

本申請(qǐng)然后將軋制后的坯料進(jìn)行酸洗，以去除表面雜質(zhì)。所述酸洗的酸液優(yōu)選采用體積比為5:3:2的混合酸液。最后將酸洗后的坯料進(jìn)行熱處理，得到靶材。所述熱處理的升溫速率為10～50℃/min，在實(shí)施例中，所述升溫速率為20～40℃/min。所述熱處理的溫度為坯料熔點(diǎn)的25％～45％，保溫的時(shí)間為0～240min；所述坯料以鉭坯為例，在某些實(shí)施例中，所述熱處理的溫度優(yōu)選為1100～1300℃，所述保溫的時(shí)間優(yōu)選為5～60min。上述過(guò)程中引入了快速升溫?zé)崽幚砉に嚕摽焖偕郎厮俾适沟冒信骱穸确较驈谋砻娴街虚g層存在溫度梯度，使靶坯厚度方向軋制織構(gòu)差異與熱處理溫度梯度形成對(duì)應(yīng)，最終使整個(gè)靶坯織構(gòu)分布均勻、織構(gòu)類型和比例可控。本申請(qǐng)中所述升溫速率的大小均會(huì)影響靶坯內(nèi)外部的溫度梯度，進(jìn)而影響靶坯織構(gòu)分布均勻性、類型與組分。

本申請(qǐng)?jiān)谥苽浒胁牡倪^(guò)程中，通過(guò)自行設(shè)計(jì)的軋制工裝速升溫?zé)崽幚砉に嚕越鉀Q鉭靶坯織構(gòu)組分比例不受控、不符合濺射機(jī)臺(tái)Base line靶材要求以及沿厚度方向織構(gòu)分布梯度鋒銳的問(wèn)題，得到了符合半導(dǎo)體使用要求的鉭靶坯，主要特點(diǎn)有兩點(diǎn)：第一，鉭靶坯規(guī)格為直徑在400～1000mm，厚度在6～30mm；第二，{111}、{100}織構(gòu)組分比例控制在20～40％，織構(gòu)組份分布波動(dòng)控制在10％以內(nèi)。

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的靶材的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。

實(shí)施例1

1、完成鍛造的圓餅純鉭坯料，坯料的直徑≥100mm，厚度≤50mm；

2、將酸洗后的圓餅坯料酸洗，以去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見(jiàn)鉭金屬光澤無(wú)雜斑即可：酸洗的混合溶液為HCl：HF：H₂SO₄＝5：3：2(體積比)；

3、將酸洗后的坯料熱處理：熱處理的溫度為純鉭材料熔點(diǎn)的25％～45％，保溫時(shí)間為0～240min；

4、安裝軋制工裝：將設(shè)計(jì)好的傾斜軋制工裝裝在軋機(jī)上，θ＝±(55～85°)，δ＝±(20～50mm)，如圖1所示；軋制：旋轉(zhuǎn)軋圓，各道次加工率控制在2％～20％；

5、將軋制后的坯料酸洗，以去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見(jiàn)鉭金屬光澤無(wú)雜斑即可；酸洗的酸液具體為HCl：HF：H₂SO₄＝5∶3：2(體積比)；

6、將酸洗后的坯料快速升溫?zé)崽幚恚玫姐g靶材；熱處理溫度為鉭材料熔點(diǎn)的25％～45％，保溫時(shí)間為0～240min，升溫速率10～50℃/min；

7、將制備得到的鉭靶材進(jìn)行織構(gòu)分析：分析厚度方向{111}、{100}織構(gòu)比例。

實(shí)施例2

采用規(guī)格為Φ250mm×δ45mm且已完成鍛造的純鉭圓餅坯料，采用如實(shí)施例1的方法制備鉭靶材，得到Φ500mm×δ11mm鉭靶坯，并進(jìn)行取樣織構(gòu)分析；制備的工藝參數(shù)具體見(jiàn)表1，織構(gòu)分析結(jié)果如圖2、圖3所示；

表1實(shí)施例2制備鉭靶材的工藝參數(shù)

由圖2與圖3可知，(100)均值6.4，標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.1，(111)均值48.4，標(biāo)準(zhǔn)偏差為11.1，(111)占優(yōu)，織構(gòu)比例分布波動(dòng)小；從IPF圖可看出，形成以(111)織構(gòu)為主的通厚度織構(gòu)分布較均勻的鉭靶坯。

實(shí)施例3

采用規(guī)格為Φ250mm×δ45mm且已完成鍛造的純鉭圓餅坯料，采用本申請(qǐng)實(shí)施例1的方法制備鉭靶材，得到Φ500mm×δ11mm的鉭靶坯，并進(jìn)行取樣織構(gòu)分析，制備的工藝參數(shù)具體見(jiàn)表2；織構(gòu)分析如圖4、圖5所示；

表2實(shí)施例3制備鉭靶材的工藝參數(shù)

由圖4與圖5可知，(100)均值22.0，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.2，(111)均值23.5，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5，(100)、(111)共同占優(yōu)，織構(gòu)比例分布波動(dòng)小于10％；從IPF圖可看出，形成以(100)、(111)織構(gòu)為主的通厚度織構(gòu)分布均勻的鉭靶坯，達(dá)到了“獲得{111}、{100}織構(gòu)組分比例控制在20～40％，織構(gòu)組分分布波動(dòng)控制在10％以內(nèi)”的目標(biāo)與實(shí)施2相比，因引入更多工序的快速升溫?zé)崽幚砑笆褂密堉乒ぱb后軋制道次的調(diào)整，促使鉭靶坯織構(gòu)組份比例及均勻性的變化，使得(100)比例增加、(111)比例下降。

實(shí)施例4

采用規(guī)格為Φ310×δ45且已完成鍛造的鉭鎢合金圓餅坯料，采用實(shí)施例1的方法制備鉭靶材，得到Φ500mm×δ17mm的鉭靶坯，并進(jìn)行取樣織構(gòu)分析，制備的工藝參數(shù)見(jiàn)表3；織構(gòu)分析如圖6、圖7所示；

表3實(shí)施例4制備鉭靶材的工藝參數(shù)

由圖6與圖7可知，(100)均值29.1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.8，(111)均值33.7，標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.1，(100)、(111)共同占優(yōu)且占比增加，織構(gòu)比例分布波動(dòng)較小；從IPF圖可看出，形成以(100)、(111)織構(gòu)為主的通厚度織構(gòu)分布均勻的鉭靶坯，達(dá)到了{(lán)111}、{100}織構(gòu)組分比例控制在20～40％的目標(biāo)；與實(shí)施例3相比，對(duì)快速升溫?zé)崽幚韰?shù)的調(diào)整，也引起了織構(gòu)組份比例的變化。

通過(guò)上述實(shí)施例2、3、4可看出，采用本發(fā)明特殊的軋制工裝和快速升溫?zé)崽幚砉に嚕约巴ㄟ^(guò)調(diào)整與軋制工裝相結(jié)合的軋制道次加工率，可是鉭靶坯織構(gòu)組份比例、均勻性發(fā)生變化；采用本發(fā)明可獲得{111}、{100}織構(gòu)組分比例控制在20～40％的鉭靶坯。

以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。