[发明专利]一种半导体用高纯钨靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种半导体用高纯钨靶材及其制备方法，特点是该钨靶材纯度为99.999％以上，相对密度为99％以上，含杂质氧、碳、氮和硫总量为50ppm及以下，其制备方法包括将纯度达到99.999％以上、粒度为3.2‑4.2μm的钨粉进行均匀混合后，置于真空热处理炉中进行预脱气，然后导入氢气，继续加热进行脱气的步骤；将脱气后的钨粉通过真空热压完成一次烧结的步骤；将一次烧结后的钨板通过热等静压机完成二次烧结的步骤；将二次烧结后的钨板通过机械加工将整个表面进行磨削处理，得到纯度为99.999％及以上且密度为99％及以上的半导体用高纯钨靶材，优点是高纯度、高密度且低电阻。

技术领域

本发明涉及一种钨靶材的制备技术，尤其是涉及一种半导体用高纯钨靶材及其制备方法。

背景技术

半导体电路的小型化和高度集成要求逐年增加，为了实现这一点，需要降低电阻。钨有良好的电导率，由于其优异的性能，如热稳定性，被用作半导体电路中的材料。一般来说，高纯度烧结钨，纯度99.999％以上从低电阻的要求被采用。这主要是对金属成分的纯度进行标准化的，对非金属元素没有特别规定。然而，通过溅射形成的薄膜，通过增加非金属元素，或增加电阻值，基板表面电阻值的变化较大，影响稳定性。因此，针对上述情况，需要一种能同时实现低电阻和稳定性的半导体用高纯钨靶材及其制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高纯度、高密度且低电阻的半导体用高纯钨靶材及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种半导体用高纯钨靶材，该钨靶材纯度为99.999％以上，相对密度为99％以上，含有非金属元素杂质氧、碳、氮和硫总量为50ppm及以下。

所述的钨靶材中含有非金属元素杂质氧、碳、氮和硫总量为30ppm。

所述的钨靶材中氧和碳总量小于20ppm。

上述半导体用高纯钨靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纯度达到99.999％以上、粒度为3.2-4.2μm的钨粉进行均匀混合；

(2)将均匀处理后的钨粉置于真空热处理炉中，在真空5×10^-2Pa的压力下，于1000℃保持2-4小时进行脱气，然后导入氢气，在真空10-1000Pa的压力下继续加热1-5小时，进行脱气；

(3)将脱气后的钨粉通过真空热压，在真空5×10^-2Pa、1600-1900℃且加压力400-600kg/cm²的条件下处理120-480min，完成一次烧结；

(4)将一次烧结后的钨板通过热压加压装置，在1800-2000℃且压力140-200MPa下，保持时间120-480min，完成二次烧结；

(5)将二次烧结后的钨板通过机械加工将整个表面进行磨削处理，得到纯度为99.999％及以上且密度为99％及以上的半导体用高纯钨靶材。

步骤(3)真空热压过程中碳冲孔与钨原料粉末之间保持一定空隙。在冲孔和钨原料粉末之间通过留有的空隙，有利于原料中脱除的气体排出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)在烧结开始前于1000℃、5×10^-2Pa加热，促进非金属成分的脱气，进一步将氢气引入真空中，可以有效地还原和排出非金属元素。

(2)真空热压烧结之前，在氢气气氛中加热烧结，产生约80％的相对密度的临时烧结体，使残余氧小于10ppm，通过随后的真空热压进一步提高非金属成分的脱气效果。最终使钨靶中非金属元素的氧、碳、氮和硫的总量可以降低到30ppm以下。