[发明专利]一种钽硅合金溅射靶材的制备方法

说明书

本发明提供了一种钽硅合金溅射靶材的制备方法，将钽粉和硅粉按照质量比例混合均匀，将得到的钽硅粉末装入模具，经压实处理保证平面度＜0.5mm并封口，一次热压烧结得到钽硅合金坯料粗品，后进行磨加工保证平面度＜0.05mm，将得到钽硅合金坯料再次放入模具并封口，经二次热压烧结得到钽硅合金溅射靶材。本发明所述制备方法包括两次热压烧结，先确保模具内钽硅粉末的平面度＜0.5mm，经一次热压烧结使得产品的致密度＞97％，后取出进行磨加工保证平面度＜0.05mm，再进行二次热压烧结得到致密度＞99％的钽硅合金溅射靶材，大大降低了靶材开裂的风险，实现了同时提高钽硅合金溅射靶材致密度与成材率的双重效果。

技术领域

本发明涉及靶材制备领域，具体涉及一种钽硅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。

溅射靶材一般通过粉末冶金烧结成型工艺获得，因为该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。

钽硅合金溅射靶材是一种新型的溅射靶材，作为一种真空溅镀的良好导体，可以用于电子栅门材料以及电子薄膜领域。为了使钽硅合金溅射靶材在进行真空溅镀时发挥良好的性能，要求钽硅合金溅射靶材具有较高的致密度，且内部组织结构较为均匀。但是，一方面，钽硅合金溅射靶材中的硅相为脆相，在烧结加压过程中极易发生应力集中导致靶材开裂，为了提高产品的成材率，烧结过程中温度不宜太高，所以国内生产的钽硅合金溅射靶材致密度较低，无法满足高端电子行业对于溅射靶材质量的要求，仅仅适用于低端产品，另一方面，目前世界上只有日本、美国等少数发达国家和地区能生产高纯度高致密度的钽硅合金溅射靶材，且生产技术被国外垄断，使得微电子行业的成本居高不下。

目前，现有技术已经公开了采用热等静压制备钽硅合金溅射靶材的制备方法，例如CN110952064A公开了一种钽硅合金溅射靶材及其制备方法，所述制备方法包括混粉、装模、冷等静压、脱气处理、在1050～1350℃下进行的热等静压和机加工，进而可以得到致密度99％以上的钽硅合金溅射靶材，但是所述制备方法不仅流程较长、操作繁琐，还具有能耗高、成本大的缺点，仍未有效地降低微电子行业的成本，不适合大规模推广。