一种等离子体辅助化学气相沉积高纯钨溅射靶材的方法与流程

1.本发明涉及靶材溅射领域，尤其是涉及一种高纯钨溅射靶材的制备方法。


背景技术：

2.钨是一种难熔（3410℃）且硬度高的金属，具有优异的导电性能和比较稳定的化学性能。在集成电路(主要是存储芯片和射频芯片)制备等行业中具有广泛的应用前景。目前钨溅射靶材坯料主要采用粉末冶金技术，通过将钨粉末装在专用模具中，然后热等静压或sps放电等离子烧结成型，也可置于真空热压炉中热压成型。需要根据靶材的尺寸设计模具和真空热压或热等静压烧结炉。所以对于大尺寸的高纯度钨靶材的加工受到模具尺寸和热压、热等静压炉使用尺寸和温度的限制。然后还需要开坯、轧制等压延工艺将大尺寸钨靶材坯料进行热轧和冷轧，以达到合格钨靶材所需要的尺寸和物理性能要求。且热轧时钨金属如暴露在大气中的氧化速度快，容易导致高纯钨表面污染。此方法制备的钨靶材工艺流程相对繁琐、能耗大且产品内部存在空隙，纯度相对较低。
3.化学气相沉积（cvd）是一种通过气相化学反应在被加热固体表面生成固相沉积物的工艺方法，具有沉积速率高，工艺稳定、简单等优点，可以沉积出大型、组织致密、形状复杂的异形制品。采用普通cvd方法制备钨时，一般是使用h2还原wf6或wcl6来制备，制备的涂层厚度在40mm以下、与基底之间的热应力大，且对基底的损伤较大。针对上述问题，本发明专利提供一种大厚度的高纯钨靶材的制备方法，以克服现有技术的不足。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种等离子体辅助化学气相沉积高纯钨溅射靶材的方法，以解决现有的钨靶材坯料厚度受限、对基底损伤较大、表面易氧化污染、钨靶材纯度低等问题。
5.申请人通过在化学气相沉积前先在基体上连接一层应力缓释层，可以解决解决钨和铜类基体之间热膨胀系数不匹配的问题。但是仍然存在无法沉积出厚度在40mm以上的涂层，因而无法获得厚度足够的靶材，且制备方法成本较高，同时对基底的损伤较大等技术问题。针对上述技术问题，申请人经研究发现，当在pecvd真空炉中进行化学气相沉积来沉积涂层时，能够获得厚度达50mm甚至更厚的涂层，最终能够获得厚度足够的靶材，且对基体的损伤大大降低。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种等离子体辅助化学气相沉积高纯钨溅射靶材的方法，包括：s1、在基体上形成一层应力缓释层，得到改性基体；s2、将改性基体置于pecvd真空炉中，以六氟化钨和氢气为反应气体，以氩为保护载气，在改性基体表面沉积纯钨，直至获得所需厚度的钨层；s3、将所得钨板坯于氢气气氛中进行退火后，经轧制处理得到高纯钨靶材。
7.步骤s1中，可通过通过热等静压、热扩散焊或钎焊在基体上连接一层应力缓释层。
8.作为优选，步骤s2中，所述沉积的真空度为100-500pa，沉积温度为250-600℃，所述沉积速率为0.2-1mm/h。
9.作为优选，步骤s2中，所述反应气体中，六氟化钨与氢气的摩尔比为1-3:4。
10.作为优选，步骤s3中，所述退火温度为1000-1600℃。
11.作为优选，步骤s2中，待沉积纯钨完成后，停止加热，停止通入六氟化钨，并在冷却过程中通入氢气和氩气。
12.作为优选，六氟化钨、氢气和氩气的纯度≥99.999%。
13.作为优选，所述应力缓释层为钨铜梯度材料、镍或钛；所述应力缓释层的厚度为2-5mm。
14.作为优选，步骤s2中，在将改性基体置于pecvd真空炉前，还包括对改性基体进行预处理的步骤；所述预处理包括：将连接好的基体抛光打磨，用丙酮清洗油污，再用无水乙醇清洗，进行脱水干燥。
15.作为优选，所述基体为紫铜基体，所述基体的直径为100-500mm。
16.作为优选，所得高纯钨靶材的纯度≥6n，密度为19.1-19.2g/cm3。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明通过现在基体上沉积一层应力缓释层，然后通过在pecvd真空炉中，以氢气和六氟化钨作为原料，以氩气作为载流气体，进行等离子辅助化学气相沉积，能够得到不同厚度、不同形状的高纯钨靶材，满足对于钨靶材的不同需求，得到的钨靶材还具有纯度高、密度高、表面洁净、缺陷少等优点，更容易使材料性能达到应用于集成电路的要求，且对于基体的损伤小。
18.2、本发明通过优化工艺参数，得到了高密度（19.10-19.2g/cm3）和厚度高达50mm的钨靶材。
19.3、本发明的制备方法具有工艺简单，不会对靶材产生污染、沉积速率高、沉积温度低、生产效率高等优点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
22.为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
23.实施例1：一种等离子体辅助化学气相沉积高纯钨溅射靶材的方法，其工艺流程图如图1所示，包括：在直径400mm，厚10mm的平板紫铜基体上通过热扩散焊、钎焊一层2mm的镍。将连接
好的基体抛光打磨，用丙酮清洗油污，再用无水乙醇清洗，进行脱水干燥。将基体置于pecvd真空炉中。以高纯度六氟化钨、高纯氢气（纯度≥99.999%）为反应气体，以高纯氩（纯度≥99.999%）为保护载气，在真空度200pa，沉积温度350℃下在紫铜基体上沉积。反应气体摩尔比例wf6：h2=1:2.5，反应完成后，停止加热，然后关闭wf6，继续通入h2和ar冷却至室温。得到直径400mm、厚度25mm，纯度≥6n，密度在19.16g/cm3的钨板坯。对钨板坯在1400℃下在氢气氛围内进行退火，然后再经过轧制处理可得到高纯钨靶材。
24.实施例2：在直径400mm，厚10mm的平板紫铜基体上通过热扩散焊、钎焊一层2mm的镍。将连接好的基体抛光打磨，用丙酮清洗油污，再用无水乙醇清洗，进行脱水干燥。将基体置于pecvd真空炉中。以高纯度六氟化钨、高纯氢气（纯度≥99.999%）为反应气体，以高纯氩（纯度≥99.999%）为保护载气，在真空度200pa，沉积温度450℃下在紫铜基体上沉积。反应气体摩尔比例wf6：h2=1:2.5，反应完成后，停止加热，然后关闭wf6，继续通入h2和ar冷却至室温，得到直径400mm、厚度40mm，纯度≥6n，密度在19.18g/cm3的钨板坯。对钨板坯在1400℃下在氢气氛围内进行退火，然后再经过轧制处理可得到高纯钨靶材。
25.实施例3：在直径400mm，厚10mm的平板紫铜基体上通过热扩散焊、钎焊一层2mm的钨铜梯度材料。钨铜梯度材料材料采用熔渗-焊接法来制备。钨铜梯度材料中钨含量为50wt.%。将连接好的基体抛光打磨，用丙酮清洗油污，再用无水乙醇清洗，进行脱水干燥。将基体置于pecvd真空炉中。以高纯度六氟化钨、高纯氢气（纯度≥99.999%）为反应气体，以高纯氩为保护载气，在真空度200pa，沉积温度450℃下在紫铜基体上沉积。反应气体摩尔比例wf6：h2=1:2.5，反应完成后，停止加热，然后关闭wf6，继续通入h2和ar冷却至室温。得到直径400mm、厚50mm，纯度≥6n，密度在19.2g/cm3的钨板坯。对钨板坯在1400℃下在氢气氛围内进行退火，然后再经过轧制处理可得到高纯钨靶材。
26.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。