一種高純鈷靶材的製備方法
2023-05-29 02:31:36
一種高純鈷靶材的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高純鈷靶材的製備方法，包括依次進行的如下步驟：將純度為99.999%以上的高純鈷錠進行徑向鍛造和退火處理；將處理後高純鈷錠截成短節，對短節進行縱向墩粗和退火處理；將處理後的高純鈷鍛件進行多次壓延和退火處理得到鈷鈀坯；將鈷鈀坯進行機械加工，然後通過低熔點焊料與銅背板粘接在一起，即得高純鈷靶材。本發明獲得了內部緻密、微觀組織均勻的鈷鍛件，克服了鈷靶材由於質地堅硬易碎，在之後壓延過程中容易產生裂紋而導致報廢率高的問題。壓延和退火處理可以提高鈷靶材的磁透率。
【專利說明】一種高純鈷靶材的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高純鈷靶材的製備方法。
【背景技術】
[0002]鈷是製備磁記錄介質、磁記錄磁頭、光電器件、磁傳感器和集成電路等元器件的重要材料。純度為99.9%~99.99%的鈷已經廣泛應用於磁性材料、超級合金的製造，99.999%甚至更高純度的鈷則用來製造派射祀材，作為製造半導體晶片接觸層CoSi2的材料。
[0003]濺射靶材是製造半導體晶片所必需的一種極其重要的材料，其原理是採用物理氣相沉積技術(PVD)，用高壓加速氣態離子轟擊靶材，使靶材的原子被濺射出，以薄膜的形式沉積到矽片上，最終形成半導體晶片中複雜的配線結構。濺射鍍膜具有膜層均勻性、可控性等諸多優勢，被廣泛應用於半導體領域。隨著半導體行業的迅速發展，對濺射靶材的需求越來越大，濺射靶材已成為半導體行業發展不可或缺的材料。
[0004]靶材的晶粒尺寸、晶粒取向對集成電路金屬薄膜的製備和性能有很大的影響。主要表現在:1.隨著晶粒尺寸的增加，薄膜沉積速率趨於降低；2.在合適的晶粒尺寸範圍內，靶材使用時的等離子體阻抗較低，薄膜沉積速率高和薄膜厚度均勻性好；3.為提高靶材的性能，在控制靶材 晶粒尺寸的同時還必須嚴格控制靶材的晶粒取向。
[0005]靶材的晶粒尺寸和晶粒取向主要通過均勻處理、熱機械加工進行調整和控制。
[0006]半導體用鈷濺射靶材一般純度要求在4N(99.99%)以上。製造方法基本是高純鈷粉先燒結成塊，再通過真空熔煉爐獲得高純鈷錠，然後對鈷錠反覆進行塑性變形和退火，最後在400°C飛00°C進行再結晶退火處理，從而獲得具有均勻晶粒和一定內部織構的鈷靶坯，靶坯通過與背板進行焊接並經機械加工，最終成品。
[0007]在這樣的製造方法中，高純鈷粉需要先燒結成塊，然後再經真空熔煉成錠，再經過反覆的塑形變形和退火，最後經再結晶退火處理才能最終獲得可用於半導體用濺射靶材生產製造用的靶坯。
[0008]整個工藝複雜，成本也高。高純鈷粉需要被熔化,容易混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質。用真空熔煉成鈷錠的純度不是很高。後續工藝中用的退火處理的溫度不合理，這樣形成的鈷祀還得不到高磁透率(Pass Through Flux)。而磁透率低的鈷祀材,?賤射性能差，靶材利用率低，甚至濺射無法持續進行。
【發明內容】
[0009]本發明所要解決的技術問題是提供一種高磁透率的高純鈷靶材的製備方法。
[0010]為解決以上技術問題，本發明採取如下技術方案:
一種高純鈷靶材的製備方法，包括依次進行的如下步驟:
(1)、將純度為99.999%以上的高純鈷錠進行徑向鍛造和退火處理，其中，徑向鍛造鍛比大於等於2 ；
(2)、將經步驟(1)處理後高純鈷錠截成短節，對所述的短節進行縱向墩粗和退火處理，其中，縱向墩粗的高度方向變形量大於60% ；
(3)、將經步驟(2)處理後的高純鈷鍛件進行多次壓延和退火處理得到鈷鈀坯，其中，每次進行所述的壓延前對所述的高純鈷鍛件在300°C ~340°C下進行預熱處理50-70分鐘；壓延的厚度方向總變形量大於等於60%;所述的退火處理為緩慢升溫到30(T40(TC，保溫50~70分鐘，然後自然冷卻到15。。~40。。；
(4)、將所述的鈷鈀坯進行機械加工，然後通過低熔點焊料與銅背板粘接在一起，即得所述的高純鈷靶材。
[0011]優選地，所述的高純鈷錠的製備方法為:採用電解法製備得到高純鈷；將所述的高純鈷熔煉成所述的高純鈷錠。
[0012]優選地，採用潔淨的電解液進行所述的電解，所述的高純鈷的純度為99.999%以上。
[0013]優選地，在真空度為0.3^4Pa下，採用真空電子束進行所述的熔煉。
[0014]優選地，步驟(3)中，進行所述的徑向鍛造前對所述的高純鈷錠進行預熱處理，所述的預熱處理的溫度為700°C、00°C，保溫時間為50-70分鐘。
[0015]優選地，步驟(3)中，採用空氣錘對所述的高純鈷錠進行所述的徑向鍛造。
[0016]在一個【具體實施方式】中，利用空氣錘對高純鈷錠進行圓周方向的擊打，使得高純鈷錠的橫截面積減小，高度增大，徑向鍛造比即為徑向鍛造前的橫截面積與徑向鍛造後的橫截面積的比值。
[0017]具體地，所述的高純鈷錠的直徑為25(T350mm ;步驟(1)處理後的高純鈷錠的直徑為12(Tl75mm ;步驟(2)中所述的短節的高度為45~55mm ;縱向墩粗後的高度為l(Tl8mm ;步驟(3)中鈷鈀坯的厚度為5.5飛.6mm ;所述的高純鈷靶材的厚度為4.5^5.5_。
[0018]步驟(3)中，由於在徑向鍛造之前進行預熱處理的溫度大於鈷金屬的再結晶溫度，所以，本步驟中進行的鍛造為熱鍛，熱鍛的優點是改變金屬錠的鑄態結構，在熱鍛過程中經過再結晶，粗大的鑄態組織變成細小晶粒的新組織，並減少鑄態結構的缺陷，提高金屬的塑性。
[0019]優選地，步驟(3)中，所述的退火處理為緩慢升溫到500°C ~700°C，保溫2~3小時，然後自然冷卻到15°C~40°C。
[0020]優選地，步驟(4)中，進行所述的縱向墩粗前對所述的高純鈷錠進行預熱處理，所述的預熱處理的溫度為700°C、00°C，保溫時間為50-70分鐘。
[0021]優選地，步驟(4)中，採用液壓鍛機對所述的高純鈷錠進行所述的縱向墩粗。
[0022]具體地為，利用液壓鍛機對高純鈷錠進行墩粗，使得鈷錠的橫截面積增大，高度減小。
[0023]優選地，步驟(4)中，所述的退火處理為緩慢升溫到500°C ^700oC，保溫2~3小時，然後自然冷卻到15°C~40°C。
[0024]步驟(5)中的壓延可以改變織構方向，使很多具有hep結構的晶粒的Z軸接近垂直於鈷祀還表面。
[0025]優選地，步驟(6)中，所述的低熔點焊料為銦、錫、銦錫合金。
[0026]由於以上技術方案的實施，本發明與現有技術相比具有如下優點:
本發明通過真空電子束熔煉技術獲得純度更高的鈷錠，且通過徑向鍛造和退火處理、縱向墩粗和退火處理，獲得了內部緻密、微觀組織均勻的鈷鍛件，克服了鈷靶材由於質地堅硬易碎，在之後壓延過程中容易產生裂紋而導致報廢率高的問題。壓延和退火處理是為了使製造的鈷靶材中有儘可能多的密排六方結構(hep)晶粒，鈷的hep晶格中的Z軸是容易磁化的方向。該方向垂直於或接近垂直於靶材表面，可以提高鈷靶材的磁透率。隨著變形量的增加，會有越來越多的hep晶粒，其Z軸方向垂直於或接近垂直於靶材表面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]附圖1為本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的說明，但本發明並不限於以下實施例。實施例中採用的實施條件可以根據具體使用的不同要求做進一步調整，未註明的實施條件為本行業中的常規條件。
[0029]實施例1
高純鈷靶材的製備方法如下:
(I)、採用潔淨的電解液通過電解法電解出高純鈷，高純鈷的純度99.999%。
[0030](2)、採用真空度為0.3Pa的真空電子束熔煉爐將高純鈷熔煉成高純鈷錠，高純鈷錠的直徑為300mm，純度99.999%。
[0031](3)、徑向鍛造之前需要對高純鈷錠進行預熱處理，預熱的方式為將高純鈷錠加熱到700°C，保溫I小時；然後利用空氣錘對高純鈷錠進行徑向鍛造(即圓周方向的擊打)，使得鈷錠的橫截面積減小，高度增大，鍛造出的錠子直徑約為150_;徑向鍛造後緩慢升溫到500 0C，保溫2小時，然後自然冷卻到室溫。
[0032](4)、將徑向鍛造後，即拔長的鍛件截成高度約為50mm的短節，然後進行預熱處理，預熱處理方式為升溫到700°C，保溫I小時；然後利用液壓鍛機對高純鈷錠進行墩粗，使得鈷錠的橫截面積增大，高度減少，墩粗後的鍛件高度約為15mm，墩粗後高度方向的變形率約為70% ;縱向墩粗後緩慢升溫到500°C，保溫2小時，然後自然冷卻到室溫。
[0033](5)、對縱向墩粗後的鍛件進行預熱處理，預熱處理方式為升溫到300°C，保溫I小時；然後在壓延機的兩個輥筒之間，由輥筒擠壓原本高度為15mm的鈷件的上下表面，經過多次的壓延，最後延展成厚度約為6mm的圓塊鈷祀還,壓延的厚度方向的變形率約為60%;壓延後緩慢升溫到300°C，保溫I小時，然後自然冷卻到室溫。
[0034](6)、最後對鈷靶坯進行車磨加工成厚度為5mm的鈷靶材，然後用銦作為焊料將其與銅背板粘接在一起。用超聲波c掃描(c-scan)檢測粘接率>95%。用ASTM標準測得磁透率PTF (Pass Through Flux) 86%。
[0035]實施例2
高純鈷靶材的製備方法如下:
(I)、採用潔淨的電解液通過電解法電解出高純鈷，高純鈷的純度99.999%。
[0036](2)、採用真空度為0.3Pa的真空電子束熔煉爐將高純鈷熔煉成高純鈷錠，高純鈷錠的直徑為300mm，純度為99.999%。
[0037](3)、徑向鍛造之前需要對高純鈷錠進行預熱處理，預熱的方式為將高純鈷錠加熱到800°C，保溫1小時；然後利用空氣錘對高純鈷錠進行徑向鍛造(即圓周方向的擊打)，使得鈷錠的橫截面積減小，高度增大，鍛造出的錠子直徑約為150_ ;徑向鍛造後緩慢升溫到600 0C，保溫2小時，然後自然冷卻到室溫。
[0038](4)、將徑向鍛造後，即拔長的鍛件截成高度約為50mm的短節，然後進行預熱處理，預熱處理方式為升溫到800°C，保溫I小時；然後利用液壓鍛機對高純鈷錠進行墩粗，使得鈷錠的橫截面積增大，高度減少，墩粗後的鍛件高度約為15mm，墩粗後高度方向的變形率約為70% ;縱向墩粗後緩慢升溫到600°C，保溫2小時，然後自然冷卻到室溫。
[0039](5)、對縱向墩粗後的鍛件進行預熱處理，預熱處理方式為升溫到350°C，保溫I小時；然後在壓延機的兩個輥筒之間，由輥筒擠壓原本高度為15mm的鈷件的上下表面，經過多次的壓延，最後延展成厚度約為6mm的圓塊鈷祀還,壓延的厚度方向的變形率約為60% ；壓延後緩慢升溫到350°C，保溫I小時，然後自然冷卻到室溫。
[0040](6)、最後對鈷靶坯進行車磨加工成厚度為5mm的鈷靶材，然後用銦作為焊料將其與銅背板粘接在一起。用超聲波c掃描(c-scan)檢測粘接率>95%。用ASTM標準測得磁透率PTF (Pass Through Flux) 82%。
[0041]對比例I
(1)、對純度為99.99%的高純鈷錠進行預熱處理，預熱的方式為將鈷錠加熱到700°C，保溫I小時；利用空氣錘對鈷錠沿著圓周方向進行打擊和對鈷錠的上表面進行打擊兩種方式交替進行，每次鍛造的變形率為50% ；
(2)對鍛造後的鈷錠緩慢升溫到500°C，保溫2小時，然後自然冷卻到室溫。
[0042](3)在進行壓延前對鈷錠進行預熱處理，預熱處理方式為升溫到420°C，保溫I小時；然後在壓延機的兩個輥筒之間，由輥筒擠壓鈷件的上下表面，經過多次的壓延，最後延展成圓塊鈷靶坯，壓延的厚度方向的變形率約為70% ;壓延後緩慢升溫到450°C，保溫I小時。
[0043](4)、最後對鈷靶坯進行車磨加工成鈷靶材，然後與背板粘接在一起。用超聲波c掃描(c-scan)檢測粘接率>95%。用ASTM標準測得磁透率PTF (Pass Through Flux)68%。
[0044]以上對本發明做了詳盡的描述，其目的在於讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本發明的內容並加以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍，凡根據本發明的精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:包括依次進行的如下步驟: (1)、將純度為99.999%以上的高純鈷錠進行徑向鍛造和退火處理，其中，徑向鍛造鍛比大於等於2 ； (2)、將經步驟(1)處理後高純鈷錠截成短節，對所述的短節進行縱向墩粗和退火處理，其中，縱向墩粗的高度方向變形量大於60% ； (3)、將經步驟(2)處理後的高純鈷錠進行多次壓延和退火處理得到鈷鈀坯，其中，每次進行所述的壓延前對所述的高純鈷錠在300°C ~340°C下進行預熱處理50-70分鐘；壓延的厚度方向變形量大於等於60% ;所述的退火處理為緩慢升溫到30(T400°C，保溫50-70分鐘，然後自然冷卻到15。。~40。。； (4)、將所述的鈷鈀坯進行機械加工，然後通過低熔點焊料與銅背板粘接在一起，即得所述的高純鈷靶材。
2.根據權利要求1所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:所述的高純鈷錠的製備方法為:採用電解法製備得到高純鈷；將所述的高純鈷熔煉澆鑄成所述的高純鈷錠。
3.根據權利要求2所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:在真空度為0.3^4Pa下，採用真空電子束進行所述的熔煉。
4.根據權利要求1所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:步驟(3)中，進行所述的徑向鍛造前對所述的高純鈷錠進行預熱處理，所述的預熱處理的溫度為700°C、00°C，保溫時間為50-70分鐘。
5.根據權利要求1所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:步驟(3)中，採用空氣錘對所述的高純鈷錠進行所述的徑向鍛造。
6.根據權利要求1所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:步驟(3)中，所述的退火處理為緩慢升溫到500°C~700°C，保溫2~3小時，然後自然冷卻到15°C~40°C。
7.根據權利要求1所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:步驟(4)中，進行所述的縱向墩粗前對所述的高純鈷錠進行預熱處理，所述的預熱處理的溫度為700°C、00°C，保溫時間為50-70分鐘。
8.根據權利要求1所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:步驟(4)中，採用液壓鍛機對所述的高純鈷錠進行所述的縱向墩粗。
9.根據權利要求1所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:步驟(4)中，所述的退火處理為緩慢升溫到500°C~700°C，保溫2~3小時，然後自然冷卻到15°C~40°C。
10.根據權利要求1所述的高純鈷靶材的製備方法，其特徵在於:步驟(6)中，所述的低熔點焊料為銦、錫、銦錫合金。
【文檔編號】C22F1/10GK103898459SQ201410152954
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】邵玲, 王廣欣, 趙學義 申請人:崑山海普電子材料有限公司