[发明专利]一种钽铝合金溅射靶材的制备方法

说明书

本发明涉及一种钽铝合金溅射靶材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将钽粉和铝粉按照质量比例混合均匀，得到钽铝混合粉；(2)将所述钽铝混合粉装入模具并封口；(3)在1050～1150℃下进行热压烧结处理，得到钽铝合金溅射靶材粗品；(4)将所述钽铝合金溅射靶材粗品进行机加工，得到钽铝合金溅射靶材。本发明所述制备方法采用热压烧结工艺，不仅可以制备得到致密度＞99％、晶粒尺寸细小、内部结构均匀的钽铝合金溅射靶材，还可以降低能耗和成本，适合大规模推广。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及合金靶材的粉末冶金材料加工技术领域，尤其涉及一种钽铝合金溅射靶材的制备方法。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)指的是，在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使材料源蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，然后通过电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上形成某种特殊功能的薄膜。PVD技术是半导体芯片制造业、太阳能行业、LCD制造业等多种行业的核心技术，主要方法有真空蒸镀、电弧等离子体镀、离子镀膜、分子束外延和溅射镀膜等。

溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材。

溅射靶材可通过熔炼-铸造-塑性变形加工工艺或者粉末冶金烧结成型工艺获得，而粉末冶金工艺制备的溅射靶材具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。粉末冶金烧结成型工艺分为热压烧结和热等静压两种方法，虽然利用热等静压方法制得的溅射靶材可以实现较高的致密化且内部组织结构较为均匀，但是热等静压具有能耗高、成本大的缺点。相比之下，热压烧结将粉末或压坯在高温下的单轴向压制，产生激活扩散和蠕变现象，广泛应用于固体材料的烧结以及异种金属间的大面积焊接等领域。热压烧结的主要原理是在高温下晶格与晶界扩散以及塑性流动，而且热压烧结后的材料的晶粒尺寸、晶粒分布等显微组织一般也比较理想，更具有能耗低、成本小的优势。

在薄膜集成电路中，钽基薄膜材料占有十分重要的地位，而且不断发展起来的材料掺杂与复合技术，使钽基薄膜材性能不断完善。钽铝合金薄膜不仅具有较低的温度系数，而且有较宽的方阻范围，再加上钽铝合金薄膜容易通过阳极氧化在膜表面生成一层致密的氧化物钝化膜，形成对膜的保护，在热老化或功率老化中具有很好的长期稳定性，使得钽铝合金薄膜可以用于制造高精度、高稳定的功率电阻或功率型集成电阻网络，可以满足现代集成电路大功率、小体积、高可靠性特点的需求。因此，钽铝合金溅射靶材在集成电路中具有较高的地位。

钽铝合金溅射靶材是一种新型的溅射靶材，主要用于真空磁控溅射镀膜和真空多弧离子镀膜，要求溅射靶材具有较高的致密度和优异的机加工性能，其中，致密度的定义式实际密度与理论密度的比值。目前，现有技术仅公开了铝钽旋转靶材和铝合金溅射靶材的制备方法。例如CN104831244A公开了一种铝钽旋转靶材及可控气氛冷喷涂制备铝钽旋转靶材的方法，所述制备方法包括：对不锈钢基体进行超声清洗、喷砂处理，使基体达到合适的粗糙度；在惰性气体保护氛围中，使用等离子喷涂方法喷涂合金过渡涂层；以纯度不低于99.99％铝钽粉末为原料，将粉末球磨处理3～8h，过筛得到铝钽喷涂粉末；冷喷涂铝钽粉，喷涂腔体内先抽真空再通入循环惰性气体，气体流量为200～1500SCCH，基体以60～150r/min的速度围绕中心轴旋转，喷枪的移动速度为500～1500mm/min。利用所述制备方法得到的铝钽旋转靶材纯度高、密度大、成分均匀，长度可达到4000mm，厚度为3～15mm，但是所述制备方法仅适合制备厚度较薄的铝钽旋转靶材，适用范围相当有限。