一种高纯银靶及其制备方法和用途与流程

1.本发明涉及溅射靶材技术领域，尤其涉及一种高纯银靶及其制备方法和用途。


背景技术：

2.溅射靶材是制造半导体芯片所必须的一种极其重要的关键材料，利用其制作器件的原理是采用物理气相沉积技术，用高压加速气态离子轰击靶材，使靶材的原子被溅射出来，以薄膜的形式沉积到硅片上，最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。
3.溅射靶材具有金属镀膜的均匀性、可控性等诸多优势，被广泛应用于半导体领域。由于银具有低电阻及高反射率等优良性能，而被大量用于生产电极或反射层的薄层，诸如太阳能电池、液晶显示器等领域。随着半导体技术的飞速发展，太阳能电池、液晶显示器对应的技术要求越来越高，使得银靶材必须满足内部无缺陷、组织均匀、晶粒细小及纯度高的要求，所以针对高纯银靶的制备工艺有了更大的挑战。
4.cn103667768a公开了一种银靶材制造方法，选用纯度4n以上银原料，利用大气熔炼或真空熔炼方法将银原料熔融，并将熔汤浇铸，再冷却形成铸锭坯料，将步铸锭坯料立即进行保温热处理，在400～900℃温度范围进行保温均化，保温时间0.5h以上，然后进行热轧延或者空气锤锻打，形成银坯，对银坯进行冷轧延，形成冷轧坯，将冷轧坯做退火热处理，退火热处理温度为350～700℃，时间为0.5小时～3小时，获得银靶坯，最终通过机床加工即可获得大尺寸银靶材。
5.cn105039920a公开了一种高密度高纯度溅射旋转银靶材的制备方法。首先将不锈钢按照客户要求加工好，然后用棕刚玉进行喷砂和用cu-al丝进行打底,打底层厚度为0.5毫米。再用碳化钨合金制作的拉瓦尔喷管对银粉进行喷涂，碳化钨设计的喷管结构如图1，银粉为球形粉末，粒度为5～45微米，氮气气压为3～5mpa，氮气加热温度为400～500℃，送粉转速为6rpm。通过拉瓦尔喷管对粒子进行2次加速，将粒子速度提高到600～800m/s。采用冷喷涂制备银靶材，具有工艺简单和组织致密的优点，靶材相对密度可以达到99.8％以上，靶材内部晶粒组织均匀细小，无缺陷组织。而且沉积效率高，降低生产成本。
6.但上述方法制备得到的银靶靶坯晶粒较粗大且分布不均匀，采用物理气相沉积技术镀膜时容易导致溅射速率不可控，膜厚不均匀，进而导致电阻率不均匀使得液晶显示器报废。
7.因此，开发一种晶粒细小且分布均匀的高纯银靶的制备方法具有重要意义。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明提供一种高纯银靶及其制备方法和用途，通过在现有的银靶制备方法中增加静压变形处理和又一次再结晶退火的步骤，使得银靶内部晶粒变得细小且均匀分布；所述制备方法工艺简单，成本低，适合工业化推广。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
10.第一方面，本发明提供一种高纯银靶，所述高纯银靶的纯度为4n5～5n，所述高纯
银靶的微观组织为细小均匀晶粒，平均晶粒尺寸≤30μm。
11.本发明所述高纯银靶的纯度高，且内部晶粒细小、均匀，平均晶粒尺寸≤30μm，用于液晶显示器pvd镀膜后膜层厚度均匀，液晶显示器良品率由原来的90％大幅提升至98％以上。
12.第二方面，本发明还提供一种如第一方面所述的高纯银靶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
13.(1)银锭经热锻后，进行第一再结晶退火，得到第一坯料；所述热锻的保温时间为30～60min；所述第一再结晶退火的温度为200～300℃；
14.(2)所述第一坯料经静压变形处理后，进行轧制，得到第二坯料；
15.(3)所述第二坯料经第二再结晶退火，得到所述高纯银靶。
16.本发明所述高纯银靶的制备方法中热锻的保温时间为30～60min，当热锻保温时间较短，会导致铸锭加热不均匀，不仅导致最终晶粒不均匀还可能导致锻打时铸锭开裂；当热锻保温时间较长时，会导致铸锭晶粒进一步长大粗化；第一再结晶退火的温度为200～300℃，当第一再结晶退火温度较低时，会导致晶粒再结晶不充分，进而导致晶粒大小不均匀；当第一再结晶退火温度较高时，会导致晶粒再结晶完成后晶粒进一步长大并粗化。本发明所述高纯银靶的制备方法相较于现有的仅依次采用高温锻造，轧制变形和再结晶退火的方法而言，进行了两次再结晶退火，可以使银靶内部的晶粒分布更加均匀；新增了静压变形的步骤，可以使银靶内部的晶粒更加细小，最终得到晶粒分布均匀且平均晶粒尺寸≤30μm的高纯银靶。
17.本发明所述热锻的保温时间为30～60min，例如可以是30min、32min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。
18.本发明所述第一再结晶退火的温度为200～300℃，例如可以是200℃、210℃、220℃、230℃、250℃、260℃、280℃或300℃。
19.优选地，步骤(1)所述银锭的纯度为4n5～5n，例如可以是4n5、4n6、4n7、4n8、4n9或5n。
20.优选地，所述热锻的温度为300～350℃，例如可以是300℃、302℃、305℃、308℃、310℃、315℃、320℃、330℃或350℃。
21.优选地，所述热锻包括三向锻造，每个方向的变形量≥55％，例如可以是55％、56％、58％、60％、65％、68％或70％。
22.本发明所述三向锻造是指x、y和z三个方向分别进行锻造。
23.优选地，所述第一再结晶退火的保温时间为60～90min，例如可以是60min、65min、70min、80min、85min、88min或90min。
24.优选地，步骤(2)所述静压变形处理的压力方向与银锭的长度方向平行，变形量≥65％，例如可以是65％、66％、68％、70％、75％或80％。
25.优选地，所述静压变形处理的温度为20～30℃，例如可以是20℃、21℃、23℃、25℃、28℃或30℃。
26.优选地，步骤(2)所述轧制的下压量为1～2mm/道次，例如可以是1mm/道次、1.1mm/道次、1.2mm/道次、1.4mm/道次、1.5mm/道次、1.8mm/道次或2mm/道次。
27.优选地，所述轧制的温度为20～30℃，例如可以是20℃、21℃、23℃、25℃、28℃或
30℃。
28.本发明对轧制后得到的第二坯料的厚度不进行限定，达到实际需要的银靶的厚度即可。
29.优选地，步骤(3)所述第二再结晶退火的温度为200～300℃，例如可以是200℃、210℃、220℃、230℃、250℃、260℃、280℃或300℃。
30.优选地，所述第二再结晶退火的保温时间为60～90min，例如可以是60min、65min、70min、80min、85min、88min或90min。
31.优选地，步骤(1)所述热锻完成后、所述第一再结晶完成后和步骤(3)所述第二再结晶完成后均进行水冷处理。
32.优选地，步骤(3)所述第二再结晶退火后还进行车削处理。
33.本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
34.作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
35.(1)纯度为4n5～5n的银锭经温度为300～350℃、保温时间为30～60min的热锻后，进行温度为200～300℃、保温时间为60～90min的第一再结晶退火，得到第一坯料；所述热锻包括三向锻造，每个方向的变形量≥55％；
36.(2)所述第一坯料经温度为20～30℃的静压变形处理后，进行温度为20～30℃的、下压量为1～2mm/道次的轧制，得到第二坯料；所述静压变形处理的压力方向与银锭的长度方向平行，变形量≥65％；
37.(3)所述第二坯料经温度为200～300℃、保温时间为60～90min的第二再结晶退火，经车削处理后得到所述高纯银靶；
38.步骤(1)所述热锻完成后、所述第一再结晶完成后和步骤(3)所述第二再结晶完成后均进行水冷处理。
39.第三方面，本发明还提供第一方面所述的高纯银靶在液晶显示器中溅射成膜的用途。
40.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
41.本发明提供的高纯银靶的制备方法工艺简单，可制备得到晶粒细小且均匀分布的高纯银靶；所述高纯银靶在液晶显示器pvd镀膜后膜层厚度均匀，液晶显示器良品率由之前的90％大幅提升至98％以上。
具体实施方式
42.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
43.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
44.实施例1
45.本实施例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
46.(1)纯度为4n8的银锭经温度为330℃、保温时间为40min的热锻后，进行温度为270
℃、保温时间为80min的第一再结晶退火，得到第一坯料；所述热锻包括三向锻造，每个方向的变形量≥55％；
47.(2)所述第一坯料经温度为26℃的静压变形处理后，进行温度为25℃的、下压量为1.2mm/道次的轧制，得到第二坯料；所述静压变形处理的压力方向与银锭的长度方向平行，变形量为68％；
48.(3)所述第二坯料经温度为230℃、保温时间为70min的第二再结晶退火，经车削处理后得到所述高纯银靶；
49.步骤(1)所述热锻完成后、所述第一再结晶完成后和步骤(3)所述第二再结晶完成后均进行水冷处理。
50.实施例2
51.本实施例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
52.(1)纯度为4n5的银锭经温度为350℃、保温时间为60min的热锻后，进行温度为300℃、保温时间为60min的第一再结晶退火，得到第一坯料；所述热锻包括三向锻造，每个方向的变形量≥55％；
53.(2)所述第一坯料经温度为30℃的静压变形处理后，进行温度为30℃的、下压量为1mm/道次的轧制，得到第二坯料；所述静压变形处理的压力方向与银锭的长度方向平行，变形量为65％；
54.(3)所述第二坯料经温度为200℃、保温时间为60min的第二再结晶退火，经车削处理后得到所述高纯银靶；
55.步骤(1)所述热锻完成后、所述第一再结晶完成后和步骤(3)所述第二再结晶完成后均进行水冷处理。
56.实施例3
57.本实施例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
58.(1)纯度为5n的银锭经温度为300℃、保温时间为30min的热锻后，进行温度为200℃、保温时间为90min的第一再结晶退火，得到第一坯料；所述热锻包括三向锻造，每个方向的变形量≥55％；
59.(2)所述第一坯料经温度为20℃的静压变形处理后，进行温度为20～30℃的、下压量为2mm/道次的轧制，得到第二坯料；所述静压变形处理的压力方向与银锭的长度方向平行，变形量≥65％；
60.(3)所述第二坯料经温度为300℃、保温时间为90min的第二再结晶退火，经车削处理后得到所述高纯银靶；
61.步骤(1)所述热锻完成后、所述第一再结晶完成后和步骤(3)所述第二再结晶完成后均进行水冷处理。
62.对比例1
63.本对比例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法除了将步骤(1)中热锻的保温时间为40min替换为20min外，其余均与实施例1相同。
64.对比例2
65.本对比例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法除了将步骤(1)中热锻的保温时间为40min替换为80min外，其余均与实施例1相同。
66.对比例3
67.本对比例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法除了将步骤(1)中第一再结晶退火的温度为270℃替换为180℃外，其余均与实施例1相同。
68.对比例4
69.本对比例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法除了将步骤(1)中第一再结晶退火的温度为270℃替换为330℃外，其余均与实施例1相同。
70.对比例5
71.本对比例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法除了删掉步骤(1)中的第一再结晶退火外，其余均与实施例1相同。
72.对比例6
73.本对比例提供一种高纯银靶的制备方法，所述制备方法除了删掉步骤(2)中的静压变形处理外，其余均与实施例1相同。
74.以上实施例和对比例制备得到的高纯银靶的平均晶粒尺寸及晶粒分布情况如表1所示。
75.表1
[0076][0077][0078]
从表1可以看出：
[0079]
(1)综合实施例1～3可以看出，本发明提供的高纯银靶的制备方法得到的高纯银靶的平均晶粒尺寸≤30μm，且晶粒分布均匀一致；
[0080]
(2)综合实施例1与对比例1～2可以看出，实施例1步骤(1)中热锻的保温时间为40min，相较于对比例1和对比例2步骤(1)中热锻的保温时间分别为20min和80min而言，实施例1得到的高纯银靶的平均晶粒尺寸为23μm，且晶粒分布均匀一致，而对比例1由于热锻的保温时间较短，得到的高纯银靶的平均晶粒尺寸为32μm，但晶粒分布不均匀，在使用中进行锻打处理，有时会发生开裂；对比例2由于热锻的保温时间较长，会导致铸锭晶粒进一步
长大粗化，得到的高纯银靶的晶粒分布均匀，但平均晶粒尺寸较大，为52μm；由此表明，本发明限定热锻的保温时间为30～60min，可以得到晶粒细小均匀符合液晶显示器使用要求的高纯银靶；
[0081]
(3)综合实施例1与对比例3～4可以看出，实施例1步骤(1)中第一再结晶退火的温度为270℃，相较于对比例3和4步骤(1)中第一再结晶退火的温度分别为180℃和330℃而言，实施例1得到的高纯银靶的平均晶粒尺寸为23μm，且晶粒分布均匀一致，而对比例3由于第一再结晶退火温度较低，导致晶粒再结晶不充分，进而导致晶粒大小不均匀；对比例4由于第一再结晶退火温度较高，导致晶粒再结晶完成后晶粒进一步长大并粗化，平均晶粒尺寸较大，为56μm；由此表明，本发明限定第一再结晶退火的温度为200～300℃，可以得到晶粒细小均匀符合液晶显示器使用要求的高纯银靶；
[0082]
(4)综合实施例1与对比例5～6可以看出，实施例1步骤(1)中银锭经热锻后进行第一再结晶退火，步骤(2)中进行静压变形处理，相较于对比例5删掉了步骤(1)中的第一再结晶退火，对比例6删掉了步骤(2)中的静压变形处理而言，实施例1制备得到的高纯银靶晶粒细小且晶粒分布均匀一致，对比例5和对比例6由于省略了必要的处理工序，得到的高纯银靶平均晶粒尺寸分别为65μm和71μm，远远大于实施例1，且晶粒分布不均匀；由此表明，本发明所述所述高纯银靶的制备方法通过对银锭依次进行热锻、第一再结晶退火、静压变形处理和第二再结晶退火，才能得到晶粒细小均匀符合液晶显示器使用要求的高纯银靶。
[0083]
综上所述，本发明提供的高纯银靶的制备方法工艺简单，可制备得到晶粒细小且均匀分布的高纯银靶，适合液晶显示器使用。
[0084]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。