本發(fā)明屬于貴金屬粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純度鉭釕合金靶材及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，集成電路用濺射靶材也得到了較大的發(fā)展。用于制造半導(dǎo)體芯片的金屬靶材中，建廠的濺射靶材有鉈、鈦、鋁、鉻和銅等有色金屬，但是在隨著集成電弧的高度規(guī)模發(fā)展，鋁、銅等金屬容易互連電遷移導(dǎo)致集成電路失效，因此，對(duì)用于濺射靶材的純度、尺寸和微觀組織結(jié)構(gòu)等方面提出了更高的要求。

釕是鉑族金屬中性質(zhì)非常特殊的元素，具有熔點(diǎn)高、硬度大、不易機(jī)械加工等特點(diǎn)，鉭具有高導(dǎo)電性、高熱穩(wěn)定性以及優(yōu)異的耐腐蝕性能，所以純釕靶材和純鉭靶材在集成電路中已經(jīng)被大量應(yīng)用。但是，隨著靶材尺寸的增大，線寬的減小，基于導(dǎo)體的導(dǎo)電性能和阻隔層的匹配性能方面考慮，釕鉭合金的靶材相較于純釕靶材和純鉭靶材具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)，但是基于釕鉭合金的靶材方面的技術(shù)并不如純釕靶材和純鉭靶材那么成熟。

中國專利CN 104233205B公開的一種鉭釕合金靶材及其制備方法，將純度大于99.95％的鉭粉和純度大于99.95％的釕粉混合后，經(jīng)冷等靜壓壓成塊狀，真空燒結(jié)熔煉，得到高純度鉭釕合金錠，然后高純度鉭釕合金錠經(jīng)徑向熱鍛，退火處理，徑向墩粗，退火處理，熱軋，冷軋，結(jié)晶退火處理，得到高純度鉭釕合金靶材，但是該高純度鉭釕合金靶材選用的釕粉和鉭粉的純度不高，雖然在制備的過程中進(jìn)行的提純工藝，但是勢(shì)必會(huì)影響合金的細(xì)度和均勻度。本發(fā)明的申請(qǐng)人在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，先利用金屬釕和鉭與雜質(zhì)元素的沸點(diǎn)-蒸汽差異以及濃度梯度，使易揮發(fā)的雜質(zhì)元素部分升華或蒸發(fā)，深度去除Ca、Cr、Co、Cu、Cd、Cl、Fe、K、Li、Mg、Na、Ni，從而得到滿足濺射用靶材的高純度金屬釕和金屬鉭粉末，再將兩者進(jìn)行融和鍛造，制備得到性能更好的高純度純度鉭釕合金靶材。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高純度鉭釕合金靶材及其制備方法，將市售的純度為99.9％的釕粉和鉭粉分別經(jīng)真空高溫升華提純至純度大于99.995％的釕粉和鉭粉，經(jīng)球磨混合后，經(jīng)冷等靜壓壓成塊狀，真空燒結(jié)熔煉，得到高純度鉭釕合金錠，然后高純度鉭釕合金錠經(jīng)橫向熱鍛，退火處理，熱軋，冷軋，結(jié)晶退火處理，得到高純度鉭釕合金靶材。本發(fā)明的釕粉和鉭粉的提純工藝簡單，提純純度高，深度去除Ca、Cr、Co、Cu、Cd、Cl、Fe、K、Li、Mg、Na、Ni，制備的靶材成分均勻、純度高、晶粒細(xì)小，氧含量低，面積大，厚度薄。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高純度鉭釕合金靶材，其特征在于，所述高純度鉭釕合金靶材的原料為純度大于99.995％的金屬釕粉和純度大于99.995％的金屬鉭粉，所述純度大于99.995％的金屬釕粉經(jīng)真空高溫升華提純得到，所述純度大于99.995％的金屬鉭粉經(jīng)真空高溫升華提純得到，所述真空高溫升華的真空度為10^-2～10^-4Pa，溫度為1100-1600℃，時(shí)間為12-24h。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述提純的原料為市售的純度為99.9％的金屬釕粉和市售的純度為99.9％的金屬鉭粉。

本發(fā)明還提供一種高純度鉭釕合金靶材的制備方法，包括以下步驟：

(1)將純度為99.9％的金屬釕粉加入鉭容器中，在真空條件下高溫升華，取出得到純度大于99.995％的金屬釕粉；

(2)將純度為99.9％的金屬鉭粉加入鉭容器中，在真空條件下高溫升華，取出得到純度大于99.995％的金屬鉭粉；

(3)將步驟(1)制備的金屬釕粉與步驟(2)制備的金屬鉭粉混合，在真空球磨罐中混合均勻后，進(jìn)行冷等靜壓壓成塊狀，真空燒結(jié)熔煉，得到高純度鉭釕合金錠；

(4)將步驟(3)制備的高純度鉭釕合金錠經(jīng)橫向熱鍛，退火處理，熱軋，冷軋，結(jié)晶退火處理，得到高純度鉭釕合金靶材。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，金屬釕粉中氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，金屬鉭粉中氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)或者步驟(2)中，真空條件的真空度為10^-2～10^-4Pa，高溫升華的溫度為1100-1600℃，高溫升華的時(shí)間為12-24h。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，金屬釕粉與金屬鉭粉的原子數(shù)百分比為30-65at％：35-70at％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，真空燒結(jié)熔煉中真空度為0.3-4Pa，溫度為3000℃，時(shí)間為3-4h。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，熱軋的溫度為800-1000℃，冷軋的溫度為10-30℃，結(jié)晶退火處理的溫度為800-900℃。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，高純度鉭釕合金靶材為圓餅狀，高純度鉭釕合金靶材的直徑不小于100mm，厚度為9-10mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的高純度鉭釕合金靶材的原料為純度大于99.995％的金屬釕粉和純度大于99.995％的金屬鉭粉，純度大于99.995％的金屬釕粉和純度大于99.995％的金屬鉭粉采用真空高溫升華方法提純，利用金屬釕和鉭與雜質(zhì)元素的沸點(diǎn)-蒸汽差異以及濃度梯度，使易揮發(fā)的雜質(zhì)元素部分升華或蒸發(fā)，深度去除Ca、Cr、Co、Cu、Cd、Cl、Fe、K、Li、Mg、Na、Ni，從而得到滿足濺射用靶材的金屬釕和金屬鉭粉末，為之后制備高純度鉭釕合金靶材打下良好基礎(chǔ)。

(2)本發(fā)明制備的高純度鉭釕合金靶材的原料為純度大于99.995％的金屬釕粉和純度大于99.995％的金屬鉭粉采用真空高溫升華方法提純，優(yōu)選真空度為10^-2～10^-4Pa，溫度為1100-1600℃，時(shí)間為12-24h，研究發(fā)現(xiàn)溫度低于1100℃，提純效果不明顯，溫度超過1600℃，熱處理后的粉末會(huì)出現(xiàn)板結(jié)，再次破碎后會(huì)帶來新的污染，時(shí)間低于12h，提純效果達(dá)不到預(yù)期效果，溫度高于24h，雜質(zhì)元素升華速率區(qū)域穩(wěn)定，降低提純效率，會(huì)增加提純成本。

(3)本發(fā)明制備的高純度鉭釕合金靶材采用球磨機(jī)將高純度的金屬釕粉和金屬鉭粉混合均勻，再將金屬釕粉和金屬鉭粉生成鉭釕合金錠進(jìn)一步提高純度，降低含氧量，再通過橫向熱鍛，退火處理，熱軋，冷軋，結(jié)晶退火處理，使高純度鉭釕合金靶材中的晶粒更小，密度更高，而且本發(fā)明制備的高純度鉭釕合金靶材的面積大，厚度薄。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

(1)將純度為99.9％的金屬釕粉加入鉭容器中，在10^-2Pa真空條件下，以1100℃高溫升華12h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為2μm的金屬釕粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(2)將純度為99.9％的金屬鉭粉加入鉭容器中，在10^-2Pa真空條件下，以1100℃高溫升華12h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為2μm的金屬鉭粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(3)按照金屬釕粉與金屬鉭粉的原子數(shù)百分比為30at％：70at％，將金屬釕粉與的金屬鉭粉混合，以轉(zhuǎn)速為200rpm，在真空球磨罐中混合2h至均勻，進(jìn)行冷等靜壓壓成塊狀，在0.3Pa和3000℃下真空燒結(jié)熔煉3h，得到高純度鉭釕合金錠。

(4)將高純度鉭釕合金錠先預(yù)熱至900℃，對(duì)高純度鉭釕合金進(jìn)行橫向擊打熱鍛，是鉭釕合金錠的高度減小，橫截面積增大，緩慢升溫至1000℃，保溫2h，自然降溫至室溫進(jìn)行退火處理，在升溫至800℃進(jìn)行熱軋，再在10℃下冷軋，再在800℃下結(jié)晶退火處理1h，自然冷卻至室溫，得到高純度鉭釕合金靶材，高純度鉭釕合金靶材為圓餅狀，高純度鉭釕合金靶材的直徑不小于100mm，厚度為9mm。

實(shí)施例2：

(1)將純度為99.9％的金屬釕粉加入鉭容器中，在10^-3Pa真空條件下，以1300℃高溫升華16h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為1μm的金屬釕粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(2)將純度為99.9％的金屬鉭粉加入鉭容器中，在10^-3Pa真空條件下，以1300℃高溫升華16h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為1μm的金屬鉭粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(3)按照金屬釕粉與金屬鉭粉的原子數(shù)百分比為65at％：35at％，將金屬釕粉與的金屬鉭粉混合，以轉(zhuǎn)速為500rpm，在真空球磨罐中混合3h至均勻，進(jìn)行冷等靜壓壓成塊狀，在4Pa和3000℃下真空燒結(jié)熔煉4h，得到高純度鉭釕合金錠。

(4)將高純度鉭釕合金錠先預(yù)熱至900℃，對(duì)高純度鉭釕合金進(jìn)行橫向擊打熱鍛，是鉭釕合金錠的高度減小，橫截面積增大，緩慢升溫至1300℃，保溫2h，自然降溫至室溫進(jìn)行退火處理，在升溫至1000℃進(jìn)行熱軋，再在30℃下冷軋，再在900℃下結(jié)晶退火處理1h，自然冷卻至室溫，得到高純度鉭釕合金靶材，高純度鉭釕合金靶材為圓餅狀，高純度鉭釕合金靶材的直徑不小于100mm，厚度為10mm。

實(shí)施例3：

(1)將純度為99.9％的金屬釕粉加入鉭容器中，在10^-4Pa真空條件下，以1600℃高溫升華24h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為0.5μm的金屬釕粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(2)將純度為99.9％的金屬鉭粉加入鉭容器中，在10^-4Pa真空條件下，以1600℃高溫升華24h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為0.5μm的金屬鉭粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(3)按照金屬釕粉與金屬鉭粉的原子數(shù)百分比為40at％：60at％，將金屬釕粉與的金屬鉭粉混合，以轉(zhuǎn)速為300rpm，在真空球磨罐中混合2.5h至均勻，進(jìn)行冷等靜壓壓成塊狀，在0.8Pa和3000℃下真空燒結(jié)熔煉3.5h，得到高純度鉭釕合金錠。

(4)將高純度鉭釕合金錠先預(yù)熱至900℃，對(duì)高純度鉭釕合金進(jìn)行橫向擊打熱鍛，是鉭釕合金錠的高度減小，橫截面積增大，緩慢升溫至1200℃，保溫2h，自然降溫至室溫進(jìn)行退火處理，在升溫至900℃進(jìn)行熱軋，再在20℃下冷軋，再在850℃下結(jié)晶退火處理1h，自然冷卻至室溫，得到高純度鉭釕合金靶材，高純度鉭釕合金靶材為圓餅狀，高純度鉭釕合金靶材的直徑不小于100mm，厚度為9.5mm。

實(shí)施例4：

(1)將純度為99.9％的金屬釕粉加入鉭容器中，在2×10^-3Pa真空條件下，以1500℃高溫升華14h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為0.8μm的金屬釕粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(2)將純度為99.9％的金屬鉭粉加入鉭容器中，在5×10^-3Pa真空條件下，以1200℃高溫升華18h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為1.2μm的金屬鉭粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(3)按照金屬釕粉與金屬鉭粉的原子數(shù)百分比為35at％：65at％，將金屬釕粉與的金屬鉭粉混合，以轉(zhuǎn)速為450rpm，在真空球磨罐中混合2h至均勻，進(jìn)行冷等靜壓壓成塊狀，在1.2Pa和3000℃下真空燒結(jié)熔煉3h，得到高純度鉭釕合金錠。

(4)將高純度鉭釕合金錠先預(yù)熱至900℃，對(duì)高純度鉭釕合金進(jìn)行橫向擊打熱鍛，是鉭釕合金錠的高度減小，橫截面積增大，緩慢升溫至1100℃，保溫2h，自然降溫至室溫進(jìn)行退火處理，在升溫至950℃進(jìn)行熱軋，再在25℃下冷軋，再在800℃下結(jié)晶退火處理1h，自然冷卻至室溫，得到高純度鉭釕合金靶材，高純度鉭釕合金靶材為圓餅狀，高純度鉭釕合金靶材的直徑不小于100mm，厚度為9.2mm。

實(shí)施例5：

(1)將純度為99.9％的金屬釕粉加入鉭容器中，在10^-4Pa真空條件下，以1300℃高溫升華20h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為0.6μm的金屬釕粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(2)將純度為99.9％的金屬鉭粉加入鉭容器中，在5×10^-3Pa真空條件下，以1500℃高溫升華20h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為0.9μm的金屬鉭粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(3)按照金屬釕粉與金屬鉭粉的原子數(shù)百分比為45at％：55at％，將金屬釕粉與的金屬鉭粉混合，以轉(zhuǎn)速為400rpm，在真空球磨罐中混合3h至均勻，進(jìn)行冷等靜壓壓成塊狀，在1.5Pa和3000℃下真空燒結(jié)熔煉4h，得到高純度鉭釕合金錠。

(4)將高純度鉭釕合金錠先預(yù)熱至900℃，對(duì)高純度鉭釕合金進(jìn)行橫向擊打熱鍛，是鉭釕合金錠的高度減小，橫截面積增大，緩慢升溫至1100℃，保溫2h，自然降溫至室溫進(jìn)行退火處理，在升溫至950℃進(jìn)行熱軋，再在15℃下冷軋，再在800℃下結(jié)晶退火處理1h，自然冷卻至室溫，得到高純度鉭釕合金靶材，高純度鉭釕合金靶材為圓餅狀，高純度鉭釕合金靶材的直徑不小于100mm，厚度為9.7mm。

實(shí)施例6：

(1)將純度為99.9％的金屬釕粉加入鉭容器中，在10^-2Pa真空條件下，以1600℃高溫升華24h，取出得到純度大于99.995％的粒徑0.7μm的金屬釕粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(2)將純度為99.9％的金屬鉭粉加入鉭容器中，在10^-4Pa真空條件下，以1100℃高溫升華12h，取出得到純度大于99.995％的粒徑為1.5μm的金屬鉭粉，氣體元素C含量不大于60ppm，O含量不大于50ppm。

(3)按照金屬釕粉與金屬鉭粉的原子數(shù)百分比為65at％：35at％，將金屬釕粉與的金屬鉭粉混合，以轉(zhuǎn)速為200rpm，在真空球磨罐中混合3h至均勻，進(jìn)行冷等靜壓壓成塊狀，在0.3Pa和3000℃下真空燒結(jié)熔煉4h，得到高純度鉭釕合金錠。

(4)將高純度鉭釕合金錠先預(yù)熱至900℃，對(duì)高純度鉭釕合金進(jìn)行橫向擊打熱鍛，是鉭釕合金錠的高度減小，橫截面積增大，緩慢升溫至1300℃，保溫2h，自然降溫至室溫進(jìn)行退火處理，在升溫至800℃進(jìn)行熱軋，再在30℃下冷軋，再在800℃下結(jié)晶退火處理1h，自然冷卻至室溫，得到高純度鉭釕合金靶材，高純度鉭釕合金靶材為圓餅狀，高純度鉭釕合金靶材的直徑不小于100mm，厚度為9.2mm。

經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例1-6制備的高純度鉭釕合金靶材中各雜質(zhì)元素的含量的結(jié)果如下所示：

由上表可見，本發(fā)明制備的高純度鉭釕合金靶材雜質(zhì)的含量都非常小，鉭釕合金的純度高，且經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)鉭釕合金中晶粒尺寸小于100μm。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。