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1、(10)申请公布号 CN 103691953 A (43)申请公布日 2014.04.02 CN 103691953 A (21)申请号 201210374822.7 (22)申请日 2012.09.27 B22F 3/16(2006.01) C22C 27/04(2006.01) C22C 1/04(2006.01) C23C 14/34(2006.01) C23C 14/14(2006.01) (71)申请人 宁波江丰电子材料有限公司 地址 315400 浙江省宁波市余姚市经济开发 区名邦科技工业园区安山路 198 号 (72)发明人 姚力军 相原俊夫 大岩一彦 潘杰 王学泽 宋佳 (74。
2、)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 骆苏华 (54) 发明名称 钨钛靶材的制造方法和钨钛靶材组合的制造 方法 (57) 摘要 本发明公开了钨钛靶材的制造方法和钨钛靶 材组合的制造方法。 其中， 所述钨钛靶材的制造方 法包括 ： 在模具中装入钨粉和钛粉的混合粉末 ； 对所述混合粉末进行冷压成型处理， 形成钨钛靶 材坯料 ； 将所述钨钛靶材坯料进行真空热压烧结 处理， 形成钨钛靶材。 本发明所公开的钨钛靶材的 制造方法通过冷压成型处理和真空热压烧结及相 关工艺参数的设定， 制得的靶材致密度大于或者 等于 99% 的钨钛靶材， 并且所获得的钨钛靶材微 观结构均匀， 具。
3、有优异的溅射使用性能。同时， 本 发明的制造方法工艺步骤少， 生产速度快。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103691953 A CN 103691953 A 1/1 页 2 1. 一种钨钛靶材的制造方法， 其特征在于， 包括 ： 在模具中装入钨粉和钛粉的混合粉末 ； 对所述混合粉末进行冷压成型处理， 形成钨钛靶材坯料 ； 将所述钨钛靶材坯料进行真空热压烧结处理， 形成钨钛靶材 ； 所述真空热压烧结处理包括 ： 将装有所述钨钛靶。
4、材坯料的所述模具放置在真空热压炉内 ； 将所述真空热压炉抽真空至绝对压强 100Pa 以下， 以 5 /min10 /min 的升温速度 升温至 900 1100， 保温 60min90min ； 经 上 述 保 温 处 理 后，充 入 惰 性 气 体 至 所 述 真 空 热 压 炉 的 相 对 气 压 为 -0.08MPa-0.06MPa ； 利用真空热压炉的压柱对所述模具内的所述钨钛靶材坯料进行 加压， 所述加压以 0.1MPa/min0.4MPa/min 的加压速度加压至最大压强， 所述最大压强在 20MPa30MPa 之间 ； 以 5 /min10 /min 的升温速度升温至最高温度，。
5、 所述最高温度在 1100 1250之间， 在所述最大压强和所述最高温度条件下保温保压 30min60min。 2. 如权利要求 1 所述的钨钛靶材的制造方法， 其特征在于， 所述冷压成型处理包括将 装有所述混合粉末的所述模具放入静压机进行冷压， 所加压强在 1MPa 2MPa 之间。 3.如权利要求1或2所述的钨钛靶材的制造方法， 其特征在于， 在所述真空热压烧结工 艺后， 关炉冷却 ； 当所述真空热压炉内温度冷却到 200以下后， 将所述钨钛靶材从模具中 取出。 4. 如权利要求 3 所述的钨钛靶材的制造方法， 其特征在于， 将所述钨钛靶材进行机械 加工， 去除其表面的氧化皮、 杂质及余量。
6、， 使得所述钨钛靶材达到所需的尺寸。 5. 如权利要求 1 所述的钨钛靶材的制造方法， 其特征在于， 所述模具为石墨模具， 在所 述模具中包括有多层所述混合粉末时， 相邻两层所述混合粉末之间以隔板隔开。 6. 如权利要求 5 所述的钨钛靶材的制造方法， 其特征在于， 所述石墨模具包括外模、 内 模及上、 下压头， 所述上压头包括能够伸入所述内模的垫片， 所述内模限定了模具腔体 ； 真 空热压烧结处理后， 所述上压头的所述垫片仍凸出于所述模具腔体。 7. 如权利要求 1 所述的钨钛靶材的制造方法， 其特征在于， 所述混合粉末中所述钨粉 和所述钛粉的质量比为 9:1。 8. 一种钨钛靶材组合的制造。
7、方法， 其特征在于， 包括 ： 将由如权利要求1至7任意一项所述的钨钛靶材的制造方法制得的钨钛靶材进行表面 处理， 增大其表面粗糙度 ； 将所述钨钛靶材放到镀镍槽内进行镀镍 ； 将镀镍后的所述钨钛靶材与背板焊接在一起， 形成钨钛靶材组合。 权 利 要 求 书 CN 103691953 A 2 1/5 页 3 钨钛靶材的制造方法和钨钛靶材组合的制造方法 技术领域 0001 本发明属于溅射靶材技术领域， 特别涉及一种钨钛靶材的制造方法和一种钨钛靶 材组合的制造方法。 背景技术 0002 物理气相沉积 （PVD， Physical Vapor Deposition） 被广泛地应用在光学、 电子、 信。
8、 息等高端产业中， 例如 ： 集成电路、 液晶显示器 （LCD， Liquid Crystal Display） 、 工业玻璃、 照相机镜头、 信息存储、 船舶、 化工等。PVD 中使用的合金靶材则是集成电路、 液晶显示器等 制造过程中最重要的原材料之一。 0003 随着 PVD 技术的不断发展， 对合金靶材需求量及质量要求日益提高， 合金靶材的 晶粒越细， 成分组织越均匀， 其表面粗糙度越小， 通过 PVD 在硅片上形成的薄膜就越均匀。 此外， 形成的薄膜的纯度与合金靶材的纯度也密切相关， 故 PVD 后薄膜质量的好坏主要取 决于合金靶材的纯度、 密度、 晶粒度、 微观结构等因素。 0004。
9、 钨钛靶材是一种比较典型的合金靶材， 大规模半导体集成电路、 太阳能电池等都 会使用钨钛靶材进行 PVD 镀膜， 形成阻挡层。就目前而言， 对于溅射用的钨钛靶材的要求通 常为钨钛靶材纯度 99.9， 相对致密度 99%， 微观结构均匀， 无裂纹缺陷。 0005 现有技术中， 通常采用粉末冶金工艺生产钨钛靶材， 但是通过现有的粉末冶金工 艺的工艺参数获得的钨钛靶材的硬度值偏高， 易出现裂纹， 进而使得最终获得的钨钛靶材 达不到半导体集成电路及太阳能电池等使用的钨钛靶材的要求。因此， 如何可以制造出符 合半导体溅射用的钨钛靶材成为目前亟待解决的问题之一。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供符。
10、合半导体溅射用的钨钛靶材， 有鉴于此， 本发明提供一 种钨钛靶材的制造方法， 包括 ： 0007 在模具中装入钨粉和钛粉的混合粉末 ； 0008 对所述混合粉末进行冷压成型处理， 形成钨钛靶材坯料 ； 0009 将所述钨钛靶材坯料进行真空热压烧结处理， 形成钨钛靶材 ； 0010 所述真空热压烧结处理包括 ： 0011 将装有所述钨钛靶材坯料的所述模具放置在真空热压炉内 ； 0012 将所述真空热压炉抽真空至绝对压强 100Pa 以下， 以 5 /min10 /min 的升温 速度升温至 900 1100， 保温 60min90min ； 0013 经 上 述 保 温 处 理 后， 充 入 惰。
11、 性 气 体 至 所 述 真 空 热 压 炉 的 相 对 气 压 为 -0.08MPa-0.06MPa ； 利用真空热压炉的压柱对所述模具内的所述钨钛靶材坯料进行 加压， 所述加压以 0.1MPa/min0.4MPa/min 的加压速度加压至最大压强， 所述最大压强在 20MPa30MPa 之间 ； 以 5 /min10 /min 的升温速度升温至最高温度， 所述最高温度在 1100 1250之间， 在所述最大压强和所述最高温度条件下保温保压 30min60min。 说 明 书 CN 103691953 A 3 2/5 页 4 0014 可选的， 所述冷压成型处理包括将装有所述混合粉末 2 的。
12、所述模具放入静压机进 行冷压， 所加压强在 1MPa 2MPa 之间。 0015 可选的， 在所述真空热压烧结工艺后， 关炉冷却 ； 当所述真空热压炉内温度冷却到 200以下后， 将所述钨钛靶材从模具中取出。 0016 可选的， 将所述钨钛靶材进行机械加工， 去除其表面的氧化皮、 杂质及余量， 使得 所述钨钛靶材达到所需的尺寸。 0017 可选的， 所述模具为石墨模具， 在所述模具中包括有多层所述混合粉末时， 相邻两 层所述混合粉末之间以隔板隔开。 0018 可选的， 所述石墨模具包括外模、 内模及上、 下压头， 所述上压头包括能够伸入所 述内模的垫片， 所述内模限定了模具腔体 ； 真空热压烧。
13、结处理后， 所述上压头的所述垫片仍 凸出于所述模具腔体。 0019 可选的， 所述混合粉末中所述钨粉和所述钛粉的质量比为 9:1。 0020 本发明还公开了一种钨钛靶材组合的制造方法， 包括 ： 0021 将由如上所述的钨钛靶材的制造方法制得的钨钛靶材进行表面处理， 增大其表面 粗糙度 ； 0022 将所述钨钛靶材放到镀镍槽内进行镀镍 ； 0023 将镀镍后的所述钨钛靶材与背板焊接在一起， 形成钨钛靶材组合。 0024 与现有技术相比， 本发明具有以下优点 ： 0025 本发明所公开的钨钛靶材的制造方法通过冷压成型处理和真空热压烧结及相关 工艺参数的设定， 制得的靶材致密度大于或者等于 99%。
14、 的钨钛靶材， 并且所获得的钨钛靶 材微观结构均匀， 具有优异的溅射性能。 同时， 本发明的制造方法工艺步骤少， 生产速度快。 0026 本发明所公开的钨钛靶材的制造方法， 于加压升温阶段在所述真空热压炉内通入 惰性气体， 该通入气体作为传热介质可以起到对流传热的目的， 从而使得所述真空热压炉 内部的温度更加均匀， 从而使得制得的所述钨钛靶材的性能更好。 0027 本发明所公开的钨钛靶材的制造方法， 在装模时， 可以在一个模具内装入多层所 述混合粉末， 从而可以一次成型多个钨钛靶材， 提高了生产效率。 附图说明 0028 图 1 为本发明实施例装有混合粉末的石墨模具的示意图。 具体实施方式 0。
15、029 本发明公开了一种钨钛靶材的制造方法， 通过在模具中装入钨粉和钛粉的混合粉 末， 然后对所述混合粉末进行冷压成型处理， 形成钨钛靶材坯料， 再将所述钨钛靶材坯料进 行真空热压烧结处理， 形成钨钛靶材。其中， 所述真空热压烧结处理包括 ： 将真空热压炉抽 真空至绝对压强100Pa以下， 以5/min10/min的升温速度升温至9001100， 保温 60min90min。 然后充入惰性气体至所述真空热压炉的相对气压为-0.08MPa-0.06MPa。 最 后以 0.1MPa/min0.4MPa/min 的加压速度加压至最大压强， 以 5 /min10 /min 的升温 速度升温至最高温度，。
16、 所述最高温度在 1100 1250之间， 所述最大压强在 20MPa30MPa 之间， 在所述最大压强和所述最高温度条件下保温保压 30min60min。 说 明 书 CN 103691953 A 4 3/5 页 5 0030 以下将结合具体实施例对本发明的具体实施过程作详细描述。 0031 首先选取纯度适宜的钨粉和钛粉作为原材料。优选的， 所选钨粉纯度大于或等于 3N（钨质量含量不低于 99.9%） ， 所述钛粉纯度大于或等于 3N（钛质量含量不低于 99.9%） 。 在选择高纯钨粉和所述高纯钛粉的质量比时， 通常根据所要制得的靶材的成分来决定相应 地质量比。作为一种具体的实施方式， 本实。
17、施例中所述高纯钨粉和所述高纯钛粉按的质量 比 9:1， 并用混粉机将其进行机械混合。混合均匀后， 可以暂时真空包装待用。 0032 请参考图 1， 图 1 为本发明实施例装有混合粉末 2 的石墨模具 1 的示意图。本实施 例中， 石墨模具1具有最底部的托盘15， 托盘15上设置有下压头14， 从图1中的剖示图可以 看出， 石墨模具 1 的左右两侧为侧壁 12， 侧壁 12 包括内模 121 和外模 122。需要说明的是， 内模 121 的内径通常略大于要形成的钨钛靶材的直径， 这样使得拆模后的钨钛靶材具有一 定余量供后续机械加工去除。石墨模具 1 还包括上压头 11。其中上压头 11 包括顶盖。
18、 111 和垫片 112， 垫片 112 为可伸入石墨模具 1 的内模 121 所形成的腔体内， 并且垫片 112 凸出 于内模 121 所限定出的腔体外一段高度， 此高度为图 1 中所示的 H。本实施例中， 将混合粉 末 2 装入事先预备的石墨模具 1 中。如果所述混合粉末 2 包括有多层， 则将相邻的两层混 合粉末 2 之间用隔板隔开， 如现在图 1 所述， 在两层混合粉末 2 之间有隔板 13 隔开。如果 有多层的混合粉末2(如图1中所显示的有五层混合粉末2)， 根据要制得的钨钛靶材的尺寸 要求， 各层混合粉末 2 的高度可以相等， 也可以不相等。 0033 在将所述混合粉末 2 装入后。
19、， 保证所述混合粉末 2 的平面度在 2mm 以下 （即在装入 的时候注意摊平混合粉末 2 使其在所述石墨模具 1 内尽量平整铺实） 。本实施例中， 石墨模 具 1 的尺寸根据最终形成钨钛靶材的尺寸来选择。石墨模具 1 起到成型和保护所述混合粉 末 2 的作用。 0034 在将混合粉末 2 装入石墨模具 1 之后， 将石墨模具 1 放入静压机内， 所述静压机 内设有压柱， 当压柱向下移动时即可压实放入石墨模具 1 内的混合粉末 2， 形成钨钛靶材坯 料。 0035 对所述混合粉末2进行冷压处理是为了向石墨模具1填充更多的所述混合粉末2， 使得每个模具多装所述混合粉末2， 为后续形成致密的钨钛靶。
20、材提供足够的钨钛原料。 静压 机对所述混合粉末 2 的压力作用 ( 压力的作用以压强表示 ) 为 1MPa2MPa 之间， 在压力作 用下所述混合粉末 2 开始产生塑性形变， 并且使得压实后的所述混合粉末 2 的位错密度大 幅度增加， 有的混合粉末 2 颗粒间以点接触， 有的混合粉末 2 颗粒相互分开， 混合粉末 2 中 钨颗粒与钛颗粒之间保留着较多的空隙。 0036 随着冷压时间的延长， 开始产生钨颗粒和钛颗粒间的键连和重排过程， 这时钨颗 粒和钛颗粒因重排而相互靠拢， 晶粒长大， 钨颗粒和钛颗粒之间的空隙逐渐消失， 即钨颗粒 和钛颗粒之间的空隙的总体积迅速减少， 钨颗粒和钛颗粒之间的晶界面。
21、积逐渐增加， 但是 这时颗粒间仍以点接触为主， 颗粒之间的空隙仍然连通。 在这个过程中， 钨原子和钛原子发 生迁移。钨原子和钛原子的迁移是在表面张力作用下实现的， 钨原子和钛原子的迁移可能 通过钨原子和钛原子之间的错位滑移、 攀移、 扩散、 扩散蠕变等多种机制完成。 其中， 扩散机 制起主要作用， 钨原子和钛原子的扩散使钨颗粒和钛颗粒之间的连通的空隙成为孤立的闭 孔， 钨颗粒和钛颗粒之间形成的晶界面积较大， 所述闭孔大部分位于晶界相交处， 少数存在 于钨颗粒和钛颗粒的内部。 本实施例中， 经过上述冷压工艺形成钨钛靶材坯料， 制得的所述 说 明 书 CN 103691953 A 5 4/5 页 。
22、6 钨钛靶材坯料结构稳定， 具有一定的致密度。因而该静压机的压力作用可将所述混合粉末 2 预压成型。预压成型是为了将所述混合粉末 2 压实， 调整人工装模造成的表面不平整， 以 及进一步压实可以多装粉末。 0037 将经过上述冷压工艺后， 装有钨钛靶材坯料的石墨模具 1 放入真空热压炉中。为 了石墨模具1固定在真空热压炉， 可以通过将托盘15放在真空热压炉的平面内使下压头14 固定， 再将真空热压炉的压柱固定在上压头 11 上面， 使得上压头 11 的位置固定。然后抽真 空至所述真空热压炉内的绝对压强在 100Pa 以下。然后以 5 /min20 /min 的速率将炉 温升至 900 1100。
23、， 并保温 60min90min。 0038 在上述加热过程中， 所述钨钛靶材坯料在加热到约 1000时会发生膨胀。膨胀的 原因一方面是因为物体的热胀冷缩性质， 但是更重要的是因为， 到达一定的温度后， 预压成 型的所述钨钛靶材坯料内部的原子重排。 0039 本发明利用上述原子重排机制， 在发生相应膨胀的时候使所述钨钛靶材坯料充分 地保温， 并使得整个所述钨钛靶材坯料的体积保持不变 ( 即阻止钨钛靶材坯料膨胀 )， 这 样， 一方面使得原子发生相应重排， 以产生晶形转变， 从而使所述钨钛靶材坯料生成相溶性 更好的固溶体， 另一方面又防止钨钛靶材坯料体积扩大而破坏整齐的微观结构。本实施例 通过将。
24、真空热压炉的压柱固定在与石墨模具 1 刚好相接触的位置， 从而防止所述钨钛靶材 坯料发生膨胀， 即当所述钨钛靶材坯料要发生膨胀时， 被所述压柱抵住而无法膨胀， 所述能 够使得所述钨钛靶材坯料保持体积不变。在该阶段升温速度可以比较大一些， 例如选择在 10 /min。 0040 在上述加热升温阶段和保温过后， 本实施例开始进行下一阶段的加压和升温。 0041 本实施例为保证该加压和升温阶段温度能够分布均匀， 采取在真空热压炉内充入 惰性气体作为传热介质的方法， 来使得真空热压炉内的温度较为均匀， 从而使得所述钨钛 靶材坯料的各部分能够被均匀烧结， 形成性能良好的钨钛靶材。本实施例通过在所述真空 。
25、热压炉内通入氩气， 使炉内的相对压强达到 -0.08MPa-0.06MPa 之间， 该部分氩气在炉内 进行对流传热， 使得炉内温度更均匀。 0042 在通入所述氩气之后缓慢加压， 同时进行升温。需要说明的是， 在 1000以下时， 真空热压炉采用热电偶来侦测温度。但是温度一旦高于 1000， 热电偶就容易烧坏。因而 当温度高于 1000时， 就需要换成红外感应器来测定温度。而由于红外感应器测量温度是 利用从炉体传出的红外线来测定的， 因而要保证测定到的温度准确和均匀， 就需要适当降 低升温速度。因而， 在此阶段的升温过程中， 优选的， 升温速度可以在 5 /min10 /min 之间。本实施例。
26、进一步优选的， 升温速度选择为 5 /min。当升温至到最高温度后停止升 温， 最高温度优选为 1100 1250之间。此阶段的加压是通过真空热压炉内的压柱下压 来实现的。 具体的， 通过压柱下压石墨模具1的上压头11， 以对模具内的所述钨钛靶材坯料 产生压力， 加压速度可以在 0.1MPa/min0.4MPa/min 之间。本实施例优选的， 加压速度选择 为 0.2MPa/min。当加压至最大压强后停止加压， 最大压强优选为 20MPa30MPa 之间。当温 度和压强都达到最大值时， 保温保压 30min60min， 然后关炉冷却。 0043 需要说明的是， 上面已经说到内模121限定了石墨。
27、模具1的模具腔体， 在真空热压 烧结处理后， 上压头11的垫片112(前面已经提到， 垫片112为上压头11中可伸入内模121 形成的腔体内)未伸入内模121形成的腔体的高度大于后续所述钨钛靶材坯料因烧结而引 说 明 书 CN 103691953 A 6 5/5 页 7 起的收缩， 即在真空热压烧结之后， 图 1 中显示的高度 H 的值仍然大于零。这样， 一方面能 够保证在热压烧结过程中， 上压头 11 能够持续提供压力， 另一方面保证在热压烧结之后上 压头 11 容易从内模 121 上取下来 ( 亦即容易进行拆模 )。 0044 本制造方法用时 390min450min， 可批量化生产， 提。
28、高效率。 0045 关炉冷却之后， 当炉内温度冷却到温度低于 200时， 可开炉取出模具， 将钨钛靶 材从模具中取出。 之后可对所述钨钛靶材进行机械加工， 例如将钨钛靶材进行磨削、 车削或 者线切割等方法， 去除表面氧化皮及杂质， 在所述机械加工过程中， 所述钨钛靶材的单面磨 削量大于 1mm， 从而制得最终尺寸需要的钨钛靶材成品。机械加工后需对成品进行清洗、 干 燥处理等。 0046 本发明的制造方法工艺步骤少， 生产速度快。采用本发明的制造方法能够获得了 致密度大于或者等于 99% 的钨钛靶材， 并且所获得的钨钛靶材微观结构均匀， 具有优异的 溅射使用性能。 0047 本发明还提供了一种钨。
29、钛靶材组合的制造方法。 钨钛靶材组合通常是指将钨钛靶 材与背板焊接在一起形成的整体。本发明钨钛靶材组合的制造方法的实施例中， 采用以上 所述的钨钛靶材的制造方法制得的钨钛靶材为原料， 将所述钨钛靶材进行表面处理， 可以 采用 46# 白刚玉， 用 2kg4kg 的压力对所述钨钛靶材表面进行处理， 以增大其表面粗糙度。 然后将表面处理后的所述钨钛靶材放到镀镍槽内进行镀镍。 所述钨钛靶材表面粗糙度的增 大， 有利于提高镀镍效率， 增加镀镍层厚度。之后将镀镍后的所述钨钛靶材与背板进行焊 接， 制得钨钛靶材组合。 0048 本说明书中各个部分采用递进的方式描述， 每个部分重点说明的都是与其他部分 的不同之处， 各个部分之间相同相似部分互相参见即可。 0049 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的 最宽的范围。 说 明 书 CN 103691953 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103691953 A 8 。