[发明专利]一种钽溅射靶材、制备方法和磁控溅射方法

说明书

本发明公开了一种钽溅射靶材、制备方法和磁控溅射方法，所述钽溅射靶材的平均晶粒直径大于等于20mm，按质量百分比计，纯度大于等于99.995%。本发明实施例的钽溅射靶材具有较大尺寸的晶粒，降低了杂质含量，提高了钽溅射靶材的纯度。而且，大尺寸的晶粒使在制备钽溅射靶材时可减少锻造、轧制、热处理等压延加工工序，减少了工艺步骤，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及溅射用靶材，特别涉及一种钽溅射靶材、制备方法和磁控溅射方法。

背景技术

铜电阻小，作为集成电路布线材料非常有效，但由于铜本身是活泼金属，因此存在扩散至层间绝缘膜而导致污染和失效的问题，需要在铜布线与层间绝缘膜之间形成Ta膜、TaN膜等扩散阻挡层。

一般而言，Ta膜、TaN膜通过金属钽靶磁控溅射来成膜。目前，已知钽靶中含有的各种杂质、气体成分、密度、晶粒尺寸、晶体面取向等对溅射时Ta膜、TaN膜成膜速度、膜厚的均匀性、颗粒产生等成膜性能会造成影响。 传统钽溅射靶材往往通过真空熔炼、锻造、退火、轧制、热处理等复杂工艺进行制备，这种制备工艺复杂、工序长，导致加工过程带入污染物，因而目前钽靶材至少存在纯度低、生产成本高、稳定性差的缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种钽溅射靶材、制备方法和磁控溅射方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种钽溅射靶材，所述钽溅射靶材的平均晶粒直径大于等于20mm，按质量百分比计，纯度大于等于99.995%。进一步地，所述钽溅射靶材的平均晶粒直径为20~150mm；

或/和所述钽溅射靶材的纯度大于等于99.9995%。

进一步地，所述钽溅射靶材中：每种高熔点金属杂质含量小于等于1ppm质量，每种间隙杂质小于等于0.02ppm质量,每种放射性杂质含量小于等于0.0005ppm质量，按质量百分比计，气体杂质总含量小于0.005%。

进一步地，所述高熔点金属杂质包括W、Mo、Zr中的至少一种，所述间隙杂质包括Fe、Ni、K、Na、S、P中的至少一种；所述放射性杂质包括U或/和Th，所述气体杂质包括O、N、C中的至少一种。

进一步地，所述钽溅射靶材的平均晶粒尺寸大于所述钽溅射靶材的厚度。

本发明实施例还提供了一种钽溅射靶材的制备方法，所述钽溅射靶材为上述的钽溅射靶材；所述制备方法包括步骤：

S10、利用熔炼方法生产钽坯料，所述钽坯料的平均晶粒大于等于20mm；

S20、对所述钽坯料进行切割加工，形成板坯；

S30、对所述板坯进行热处理，得靶材毛坯；

S40、对所述靶材毛坯进行精加工，得所述钽溅射靶材。

进一步地，步骤S10中，所述钽坯料的总杂质含量小于等于10ppm。

进一步地，步骤S20中，所述切割加工为锯切加工或线切割加工，所述板坯的厚度为5~15mm。

进一步地，步骤S30中，所述热处理的温度为1200~1400℃。

进一步地，步骤S30还包括：将所述热处理后的板坯和铜或铜合金背板经扩散焊接或热等静压焊接绑定成所述靶材毛坯。

本发明实施例还提供了一种磁控溅射方法，使用上述的钽溅射靶材形成溅射膜。

本发明实施例的钽溅射靶材具有较大尺寸的晶粒，降低了杂质含量，提高了钽溅射靶材的纯度。而且，大尺寸的晶粒使在制备钽溅射靶材时可减少锻造、轧制、热处理等压延加工工序，减少了工艺步骤，降低了生产成本。减少了质量波动，保证了钽溅射靶材的质量稳定性。