[发明专利]钼合金靶材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种钼合金靶材的制备方法。

背景技术

钼是一种灰色的过渡金属，属于难熔金属，在元素周期表中位于ⅥA副族，序数为42，原子量95.94。钼及其合金具有优良的电导性及热稳定性。以钼合金作为TFT制造中的电极、布线材料或阻挡层材料极具应用前景。用钼合金溅射靶材的优势是改善了器件的比亮度、对比度、颜色和寿命。更重要的是，使用钼溅射靶材比使用铬溅射靶材更加符合环保。因此，钼及其合金目前已经替代了铬应用于液晶显示器等平面显示器件的制造。

磁控溅射钼合金靶材以几何形状一般分为平面式(其中又分为矩形长条式和圆盘式)靶材和圆管旋转式靶材两种。由于其电场、磁场的综合作用，平面式靶材在整个溅射平面的溅射速率极不均匀，而会形成所谓的“跑道区”刻蚀深沟槽，一旦此“跑道区”刻蚀深沟槽贯穿靶材，则靶材作废，因此平面式靶材的材料利用率一般为25％～30％左右；为避免这个缺点，可采用圆管式旋转靶材，由于沿靶材轴向方向材料的溅射速率的基本一致性，它的材料利用率一般可达到70％左右。

钼及其合金靶材是TFT-LCD阵列工艺中制作Mo金属薄膜电极的原材料，其质量好坏直接影响最终TFT阵列产品性能。对钼及其合金靶材的质量要求主要表现在对靶材材料的化学纯度和最大偏析值、密实度、显微组织(晶粒度、晶粒度的)以及其显微结构与各种性能的严格的整体均匀性等方面，对TFT用高纯钼靶材，其纯度不低于99.95％(3N5)；密实度不小于99.8％；晶粒度尺寸不大于100μm；表面粗糙度不低于0.8μm；厚度公差±0.10mm；靶材平面度或圆柱度0.10mm。

为了有很好的溅射成膜性能，要求钼及其靶材晶粒度的大小与晶粒度在靶材整体上的均匀性要好。钼及其合金靶材一般以去应力退火状态交货，不允许显微组织中发生再结晶现象。

钼合金靶材的生产工艺以靶材坯料的制取工艺划分不外乎两种，一种为真空熔炼铸造法，一种为粉末冶金法。熔炼铸造法指将一定成分配比的合金原料熔炼，再将合金溶液浇注于模具中，形成铸锭，最后经机械加工制成靶材。为保证铸锭中杂质元素含量尽可能低，熔炼铸造法在真空中进行熔炼和铸造。但铸造过程中，材料组织内部难免存在一定的孔隙率，这些孔隙率会导致溅射过程中的微粒飞溅，从而影响溅射薄膜的质量。为此，需要后续热加工和热处理工艺降低其孔隙率。与粉末法制备的合金相比，熔炼合金靶材的杂质含量(特别是气体杂质)低，且能高密度化、大型化。常用的熔炼方法有真空感应熔炼、真空电弧熔炼和真空电子轰击熔炼等。但是对于熔点和密度都很大的两种或两种以上金属组成的合金材料，采用普通的熔炼法一般很难获得化学成份和相成份分布均匀的合金靶材。

粉末烧结法主要针对难熔金属溅射靶材的制作问题，具有容易获得均匀细晶结构、节约原材料、生产效率高等优点。利用该方法选择高纯、超细粉末作为原料，选择能实现快速致密化的成形烧结技术，以保证靶材的低孔隙率，并控制晶粒度，并且在制备过程中严格控制杂质元素的引入。粉末烧结法制得靶材成分均匀，但又存在密度低、杂质含量高等问题。

目前TFT用高纯钼靶材的生产一般均采用粉末冶金的方法。经过选粉、混粉、冷等静压成型、烧结、热态变形加工、去应力热处理、制造缺陷无损检测、机加工、手工打磨、与铜背靶钎焊、钎焊质量无损检测、真空包装交货等工序完成钼靶材整个生产工序。而用于触控屏行行业用的钼合金靶材一般采用热等静压的方法，通过选粉、混粉、冷等静压成型、热等静压成型、制造缺陷无损检测、机加工、手工打磨、与铜背靶钎焊、钎焊质量无损检测、真空包装交货等工序完成钼合金靶材整个生产工序。

为得到性能好的靶材，一般认为使用的钼粉应该化学纯度高、粉末颗粒粒度适中且其分布窄、粉末颗粒之间团聚程度(尤其是硬团聚)尽可能地轻、颗粒形状接近球形。

素坯的成型一般采用冷等静压方式。冷等静压保压压力200MPa左右，保压时间15～20分钟。

常用的粉末冶金烧结工艺包括氢气气氛常压烧结、真空或氢气气氛热压和热等静压等。其中热等静压方法由于烧结温度低、烧结体密实度高、烧结体晶粒度细小而受到越来越大的青睐。

中国发明专利201210291768.X提供了一种钼靶材的制备方法，该方法是将钼锭经加热挤压，加热锻造和加热轧制后校平，再根据成品尺寸下料、铣削和表面处理得到钼靶材。通过本发明的制备方法可获得晶粒尺寸、相对密度以及产品尺寸均满足镀膜行业要求的钼靶材，实验显示，通过本发明制备钼靶材晶粒尺寸在120-160μm之间，相对密度大于99％。