[发明专利]高纯钴靶材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体溅射靶材的制备，特别涉及一种半导体用高纯钴靶材的制备方法。

背景技术

溅射靶材是制造半导体芯片所必需的一种极其重要的关键材料，其原理是采用物理气相沉积技术(PVD)，用高压加速气态离子轰击靶材，使靶材的原子被溅射出，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。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。随着半导体行业的迅速发展，对溅射靶材的需求越来越大，溅射靶材已成为半导体行业发展不可或缺的关键材料。

靶材的晶粒尺寸、晶粒取向对集成电路金属薄膜的制备和性能有很大的影响。主要表现在：1.随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率趋于降低；2.在合适的晶粒尺寸范围内，靶材使用时的等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率高和薄膜厚度均匀性好；3.为提高靶材的性能，在控制靶材晶粒尺寸的同时还必须严格控制靶材的晶粒取向。

靶材的晶粒尺寸和晶粒取向主要通过均匀化处理、热机械加工、再结晶退火进行调整和控制。

半导体用高纯钴溅射靶材一般纯度要求在4N(99.99％)以上。而钴坚硬易碎，在塑性变形过程中对工艺控制的要求很高，容易产生裂纹等缺陷，报废率较高。

发明内容

为使制作出均匀性和纯度较好的钴靶材，使得靶材的溅射性能提高，本发明提供一种高纯钴靶材制备方法，包括：

对高纯钴锭进行多次锻造；

对多次锻造后的钴锭进行退火处理；

对经过退火处理后的钴锭进行多次压延形成钴靶坯；

对钴靶坯进行最终再结晶退火处理。

可选的，所述多次锻造中，每次锻造的变形率为50％～70％，总的锻造的变形率为50％～70％。

可选的，所述多次锻造之前进行预热处理，所述预热的温度为700℃～900℃。

可选的，对多次锻造后的钴锭进行退火处理的步骤中，退火处理温度为500℃～700℃，保温时间为2～3小时。

可选的，所述多次压延中，每次压延的变形率为10％～20％，总的压延的变形率为70％～90％。

可选的，进行所述多次压延处理之前进行预热处理，所述预热的温度为350℃～450℃。

可选的，所述最终再结晶退火处理的温度为450℃～600℃，保温时间为1～2小时。

可选的，所述最终再结晶退火处理的保温结束后的30s内进行快速水冷处理。

可选的，最终再结晶退火处理中，退火温度的公差为±3℃。

与现有技术相比，在本发明的加工方式和工艺参数下生产出的高纯钴靶材能够满足半导体溅射所要求的晶粒尺寸要求和晶粒取向要求。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图2为本发明中锻造工艺进行前和进行后的钴锭的示意图。

图3和图4为本发明中压延工艺的示意图。

图5为本发明最后形成的靶材的示意图。

具体实施方式

本发明主要通过控制塑性变形的变形率，热处理的温度、时间，以及多次的特定变形率的塑性变形和特定温度下的热处理相结合的方法来实现制作满足半导体溅射用钴靶材晶粒尺寸要求和晶粒取向要求的钴靶材。

发明人专心的研究和多次的实践改进得到最优的制作钴靶材的方法，其工艺流程如图1所示，其中主要包括以下步骤：

步骤S1：对高纯钴锭进行多次锻造；

步骤S2：对多次锻造后的钴锭进行退火处理；

步骤S3：对经过退火处理后的钴锭进行多次压延形成钴靶坯；

步骤S4：对钴靶坯进行最终再结晶退火处理；

步骤S5：对进行了最终再结晶退火处理后的钴靶坯进行机械加工，然后与背板焊接，形成靶材。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

执行步骤S1：对高纯钴锭进行多次锻造；