專利名稱：超大規(guī)模集成電路用高純鎢材的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬鎢粉末冶金領域，涉及一種超大規(guī)模集成電路用高純鎢材的制備方法。
背景技術：
在微電子行業(yè)，隨著超大規(guī)模集成電路向輕、薄、短、小、高性能方向發(fā)展，芯片向高集成度、高頻率、超多I/O端子數(shù)方向發(fā)展，迫切需要提高封裝密度。為滿足這些要求，大規(guī)模集成電路的三維立體布線技術應運而生。而鎢具有良好的導電性、逸出功近于硅的頻帶隙及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性(與硅結合性良好)，成為首選材料，現(xiàn)廣泛應用于集成電路的柵極材料和布線材料。目前，在我國制備高純鎢材主要有兩種方法一是以鎢條為原料，采用電弧熔煉、 電子束熔煉和區(qū)域熔煉技術提純鎢金屬，產品以小批量和特定的軍事用途為目標，鎢材為鑄造態(tài)，雖然產品純度較高，但是對裝備依賴度高、批量小、成品率低、成本高，難以形成規(guī)?；a。二是采用普通鎢粉末冶金方法生產，在壓制成型過程中要添加含碳有機物的粘結劑(成型劑)，雖然在后續(xù)的燒結過程中通過高溫處理，可以去除絕大部門粘結劑。但此過程增加了碳含量的污染，且生產過程中的除雜效果一般，鐵0 )、氧(0)、碳(C)等雜質含量高，難以滿足超大規(guī)模集成電路用鎢材的品質要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是針對背景技術存在的缺陷，提供一種可滿足超大規(guī)模集成電路用高純鎢材的制備方法，該制備方法能有效降低鎢材中鐵、氧、碳等雜質含量，同時提高鎢含量，且鎢材密度高、產品使用性能穩(wěn)定。本發(fā)明的超大規(guī)模集成電路用高純鎢材的制備方法，包括以下步驟
A、預還原，選用符合GB/T10116—2007中APT—0牌號的仲鎢酸銨，采用常規(guī)技術通過四帶溫區(qū)還原爐，氫氣還原生成含氧量為19 20%的藍色氧化鎢；
B、氫氣還原，將藍色氧化鎢用常規(guī)還原工藝通過五帶溫區(qū)還原爐，在還原溫度為 600 950°C，氫氣流量為4. 0 6. 0m3/h，氫氣露點< _60°C，推速為20 25min的工藝條件下調整裝舟量，裝舟量分別為280士5g、330士5g、380士5g、430士5g、480士5g時，制得費氏粒度為 2. 0士0. 2μπι、2. 5士0. 2μπι、3. 0士0. 2μπι、3. 5士0. 2μπι、4. 0士0. 2μπι 的鎢粉；
C、酸洗除雜，將以上各粒度鎢粉分別用電阻率>1.OX IO5 Ω · cm的去離子水攪拌洗滌 30 35min，停攪拌澄清后，抽去上清液，加入濃度4 5%的鹽酸，攪拌洗滌45 50min，停攪拌澄清，抽去上清液，再用電阻率>1.0 X IO5 Ω .cm去離子水清洗至PH值>3為止，鎢粉經真空過濾，置于70 90°C的真空烘干箱內干燥M 30h，并經160 200目篩篩分；
D、配粉，將酸洗除雜后的各粒度鎢粉，按從小到大的順序，比例為8 1018 20 36 40 18 20 8 10，配合成費氏粒度為2. 9 3. 2 μ m的鎢粉，在混料機中混合25 30min ；
E、成形，將上工序得到的粉料，用常規(guī)技術在15 25MPa壓力下模壓成形，獲得的純鎢坯條尺寸為15 16 X 15 16 X 600mm ；
F、預燒結，純鎢坯條置于鉬舟內，在氫氣露點彡-70°C，溫度1200 1400°C下燒結 30 50min ；
G、高溫燒結，預燒結后純鎢坯條置于垂熔罩內，在露點<-70°C的氫氣保護下高溫燒結，燒結制度為二段升溫、二段保溫，電流/時間參數(shù)為升溫(0-3200A)/15min、保溫 3200A/15min、升溫(3200-4150A)/2min、保溫4150A/20min，產出密度彡 17. 80g/cm3，尺寸為 12 13 X 12 13 X 510_的純鎢條；
H、切斷脫氣處理，將高溫燒結所得純鎢條切斷成20 50mm，裝入鉬舟，置于溫度為 1600士50°C剛玉管電氣爐中，在氫氣露點彡-70°C，保溫時間為3 證下脫氣處理，即獲得超大規(guī)模集成電路用高純鎢材，鎢材中W術99. 99%、Fe<0. 0008%、0<0. 001%、C<0. 0005%。本發(fā)明的用于制作超大規(guī)模集成電路用高純鎢材制備方法，還原階段采取鎢粉制備的多組工藝，制得不同粒度的鎢粉，經配合的鎢粉粒度呈良好的正態(tài)分布，鎢粉間結合力得以提高，壓坯成形過程無須添加粘結劑；還原后鎢粉采用稀酸洗滌，有效降低可溶于酸和水的狗及其它金屬雜質，F(xiàn)e降至0. 0008%以下；壓坯過程不添加含碳有機物的粘結劑，避免了碳的污染，確保碳含量<0. 0005% ；垂熔高溫燒結階段，依照不同雜質元素熔點的不同， 設定了進一步提純金屬鎢為目的的垂熔燒結制度；鎢條經切斷后在氫氣氣氛中脫氣處理， 降低了金屬間隙氣體雜質含量，其氧含量可降至0. 0010%以下；從而實現(xiàn)了制備高純鎢材的效果，所獲得的高純鎢材其化學純度高，雜質含量低。本發(fā)明采用了鎢粉末冶金的常規(guī)設備和簡單易行的制備工藝，成形過程不添加任何粘結劑，所得產品純度高、消耗低，適合于規(guī)模化生產。
具體實施例方式實施例1
本實施例以生產尺寸為12. 2X12. 2X50mm的高純鎢材為例。A、預還原，選用符合GB/T10116—2007中APT—0牌號的仲鎢酸銨裝舟推入四帶溫區(qū)的還原爐中，在300 450°C溫度的氫氣氣氛下中，制得藍色氧化鎢氧含量為19. 2% ；
B、氫氣還原，將藍色氧化鎢裝舟推入五溫區(qū)的還原爐中，在氫氣流量5.5m3/h、氫氣露點為 _68°C、溫度 600 900°C、推速 20min，裝舟量分別為 280g、330g、380g、430g、480g 時， 所制得鎢粉的費氏粒度為 2. 10μπι、2· 55μπι、3· 10μπι、3· 65μπι、4· 05 μ m ；
C、酸洗除雜，將B工序所得鎢粉分別進行酸洗，先用電阻率為1.3Χ105Ω去離子水洗30min，澄清后抽去上清液用濃度為4. 5 %鹽酸洗50min，澄清后抽去上清液，再用電阻率為1. 3X IO5 Ω · cm去離子水清洗至PH值> 3為止，吸濾后置于溫度80°C的烘箱內真空干燥M小時；
D、配粉，將C工序所得的5種粒度鎢粉，分別按重量比10%、20%、40%、20%、10%的要求均勻混合，制得配合粉的費氏粒度為3. 10 μ m ；
E、成形，將D所得配合鎢粉采用油壓機在16MI^壓力下模壓成形，制得15X15X600mm 鎢坯條；
F、預燒結，將鎢坯條放在舟皿中送入預燒爐，溫度1320°C，燒結40min；
G、高溫燒結，預燒后坯條置于氫氣保護下的垂熔罩內，燒結電流制度(電流/時間)按(0-3200A)/15min+3200A/15min+ (3200-4150A) /2min+4150A/20min 進行；獲得密度為 17. 9g/cm3 尺寸為 12. 2X12. 2X510mm 的純鎢條；
H、切斷脫氣處理，將鎢條切成50mm的短棒，放在舟皿中送入剛玉管電氣爐，在氫氣露點為_72°C、溫度1580°C、保溫脫氣證，獲得鎢含量為術99. 99%、鐵含量為0. 0007%，氧含量為0. 0010%，碳含量為0. 0003%的高純鎢材。實施例2:
本實施例以生產尺寸為12. 3X12. 3X20mm的高純鎢材為例。A、預還原，選用GB/T10116—2007中APT—0牌號仲鎢酸銨裝舟推入四帶溫區(qū)的還原爐中，在300 450°C溫度的氫氣氣氛下中，制得藍色氧化鎢氧含量為19. 4% ；
B、氫氣還原，將藍色氧化鎢裝舟推入五溫區(qū)的還原爐中，在氫氣流量5.0m3/h、氫氣露點為 _70°C、溫度 600 900°C、推速 20min，裝舟量分別為 285g、335g、385g、435g、485g 時， 所制得鎢粉的費氏粒度為 2. 15μπι、2· 58μπι、3· 16μπι、3· 70μπι、4· 06 μ m ；
C、酸洗除雜，將B工序所得鎢粉分別進行酸洗，先用電阻率為1.5Χ105Ω去離子水洗30min，澄清后抽去上清液用濃度為4. 3 %鹽酸洗50min，澄清后抽去上清液，再用電阻率為1.5 X IO5 Ω · cm去離子水清洗至PH值> 3為止，吸濾后置于溫度85°C的烘箱內真空干燥28小時；
D、配粉，將C工序所得的5種粒度鎢粉，分別按重量比8%、22%、40%、22%、8%的要求均勻混合，制得配合粉的費氏粒度為3. 12 μ m ；
E、成形，將D所得配合鎢粉采用油壓機在ISMPa壓力下模壓成形，制得 15. 3 X 15. 3 X 600mm 鎢坯條；
F、預燒結，將鎢坯條放在舟皿中送入預燒爐，溫度1330°C，燒結42min；
G、高溫燒結，預燒后坯條置于氫氣保護下的垂熔罩內，燒結電流制度(電流/時間) 按(0-3200A)/16min+3200A/15min+ (3200-4150A) /3min+4150A/18min 進行；獲得密度為 17. 85g/cm3 尺寸為 12. 3X12. 3X 510mm 的純鎢條；
H、切斷脫氣處理，將鎢條切成20mm的短棒，放在舟皿中送入剛玉管電氣爐，在氫氣露點為_70°C、溫度1620°C、保溫脫氣池，獲得鎢含量為術99. 99%、鐵含量為0. 0006%，氧含量為0. 0009%，碳含量為0. 0003%的高純鎢材。
權利要求
1. 一種超大規(guī)模集成電路用高純鎢材的制備方法，其特征在于它包括以下步驟A、預還原，選用符合GB/T10116—2007中APT—0牌號的仲鎢酸銨，采用常規(guī)技術通過四帶溫區(qū)還原爐，氫氣還原生成含氧量為19 20%的藍色氧化鎢；B、氫氣還原，將藍色氧化鎢用常規(guī)還原工藝通過五帶溫區(qū)還原爐，在還原溫度為 600 950°C，氫氣流量為4. 0 6. 0m3/h，氫氣露點< _60°C，推速為20 25min的工藝條件下調整裝舟量，裝舟量分別為280士5g、330士5g、380士5g、430士5g、480士5g時，制得費氏粒度為 2. 0士0. 2μπι、2. 5士0. 2μπι、3. 0士0. 2μπι、3. 5士0. 2μπι、4. 0士0. 2μπι 的鎢粉；C、酸洗除雜，將以上各粒度鎢粉分別用電阻率>1.OX IO5 Ω · cm的去離子水攪拌洗滌 30 35min，停攪拌澄清后，抽去上清液，加入濃度4 5%的鹽酸，攪拌洗滌45 50min，停攪拌澄清，抽去上清液，再用電阻率>1.0 X IO5 Ω .cm去離子水清洗至PH值>3為止，鎢粉經真空過濾，置于70 90°C的真空烘干箱內干燥M 30h，并經160 200目篩篩分；D、配粉，將酸洗除雜后的各粒度鎢粉，按從小到大的順序，比例為8 1018 20 36 40 18 20 8 10，配合成費氏粒度為2. 9 3. 2 μ m的鎢粉，在混料機中混合25 30min ；E、成形，將上工序得到的粉料，用常規(guī)技術在15 25MI^壓力下模壓成形；F、預燒結，純鎢坯條置于鉬舟內，在氫氣露點彡-70°C，溫度1200 1400°C下燒結 30 50min ；G、高溫燒結，預燒結后純鎢坯條置于垂熔罩內，在露點<-70°C的氫氣保護下高溫燒結，燒結制度為二段升溫、二段保溫，電流/時間參數(shù)為升溫(0-3200A)/15min、保溫 3200A/15min、升溫(3200-4150A)/2min、保溫 4150A/20min ；H、切斷脫氣處理，將高溫燒結所得純鎢條切斷成20 50mm，裝入鉬舟，置于溫度為 1600士50°C剛玉管電氣爐中，在氫氣露點彡-70°C，保溫時間為3 證下脫氣處理，即得。
全文摘要
一種超大規(guī)模集成電路用高純鎢材的制備方法，包括預還原、氫氣還原、酸洗除雜、配粉、成形、預燒結、高溫燒結、切斷脫氣處理等步驟。本發(fā)明的還原階段采取鎢粉制備的多組工藝，制得不同粒度的鎢粉，經配合的鎢粉粒度呈良好的正態(tài)分布，鎢粉間結合力得以提高，壓坯成形過程無須添加粘結劑，避免了碳的污染；還原后鎢粉采用稀酸洗滌，有效降低可溶于酸和水的Fe及其它金屬雜質；鎢條經切斷后在氫氣氣氛中脫氣處理，降低了金屬間隙氣體雜質含量；從而實現(xiàn)了制備高純鎢材的效果，所獲得的高純鎢材其化學純度高，雜質含量低，適合于規(guī)?；a。
文檔編號B22F3/16GK102161101SQ20111014314
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權日2011年5月31日
發(fā)明者劉少霖, 劉希星, 曾巧華, 柴朝暉, 王竹青, 胡元鈞, 閔邦平 申請人:贛州虹飛鎢鉬材料有限公司