阅读说明：本技术 一种钨硅靶材的制备方法 (Preparation method of tungsten-silicon target material ) 是由 李保强 祁美贵 刘文迪 李斌玲 郑艾龙 黄志民 于 2019-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种钨硅靶材的制备方法,以纯度≥6N的多晶硅粒代替硅粉为原料进行钨硅靶材的制备,克服了硅粉纯度偏低、高纯度硅粉成本高的问题；并且,基于多晶硅粒的纯度更容易得到保证的情况,原料更易获取,不仅能够保证制备的钨硅靶材的纯度,还能够降低生产成本。由于硅材料相对于钨材料更容易破碎,本发明以多晶硅粒为原料直接和钨粉进行混合破碎,在对多晶硅粒进行破碎的同时,可与钨粉进行充分混合,进而通过一个步骤即可得到钨硅混合料,提高生产效率。由于多晶硅粒的破碎与钨硅粉体的制备在一台设备(球磨机)上连续进行,避免了因工艺流程过长而对材料造成的污染,有助于保证材料的纯度；同时降低了生产成本。(The invention relates to a preparation method of a tungsten-silicon target, which is used for preparing the tungsten-silicon target by using polycrystalline silicon particles with the purity of more than or equal to 6N to replace silicon powder as a raw material, and solves the problems of low purity of the silicon powder and high cost of the high-purity silicon powder; and moreover, on the basis of the condition that the purity of polycrystalline silicon particles is easier to ensure, raw materials are easier to obtain, the purity of the prepared tungsten silicon target material can be ensured, and the production cost can be reduced. Because the silicon material is easier to crush than the tungsten material, the invention takes the polysilicon grains as the raw material to be directly mixed and crushed with the tungsten powder, and the polysilicon grains can be fully mixed with the tungsten powder while being crushed, so that the tungsten-silicon mixture can be obtained through one step, and the production efficiency is improved. Because the crushing of the polysilicon grains and the preparation of the tungsten-silicon powder are continuously carried out on one device (a ball mill), the pollution to the material caused by overlong process flow is avoided, and the purity of the material is favorably ensured; and meanwhile, the production cost is reduced.)

一种钨硅靶材的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体溅射靶材技术领域，更具体地说，涉及一种钨硅靶材的制备方法。

背景技术

溅射镀膜属于物理镀膜技术，它是半导体膜层制造的重要方法，属于半导体制造中不可或缺的重要一环。溅射镀膜是利用离子源产生的离子，在真空中经过电场的加速形成高能离子束流，进而轰击固体表面；高速离子和固体表面的原子发生动能交换，使固体表面的原子挣脱束缚而离开固体表面；溅射出的原子沉积在基底表面，从而达到溅射镀膜的目的。

溅射镀膜时被轰击的固体就是靶材，钨硅靶材是半导体膜层制造过程中常用的一种靶材。钨硅靶材经溅射形成的膜层是一种优良的导体，被广泛应用于电子栅门材料及电子薄膜领域。为了使薄膜具有更好的性能，要求钨硅靶材具有较高的纯度和致密性，并且对靶材的微观组织均匀性和晶粒大小具有较高的要求。

现有技术，如美国专利US6352628B2公开了一种难熔金属硅化物靶材的制备方法，即以纯度不低于5N、粒度小于30μm的硅粉以及纯度不低于5N、粒度小于15μm的钨粉为原料，通过混料、合金化、破碎、高温脱氧、热压烧结等多个步骤进行钨硅靶材的制备。

而上述专利的技术方案存在工艺流程长，步骤繁琐等不足；并且，基于上述专利的技术方案制备纯度5N的硅粉，存在成本高的问题。

加之目前国内硅粉的纯度偏低，以上述专利的技术方案进行制备，难以保证钨硅靶材的纯度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于制备高纯度、高致密性的钨硅靶材，而且成本更低的钨硅靶材的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种钨硅靶材的制备方法，步骤如下：

1)按多晶硅粒质量分数23.41-37.93wt.％的比例称取钨粉和多晶硅粒；钨粉的费氏平均粒度为1-10μm、纯度≥5N，多晶硅粒的粒度为1-10mm、纯度≥6N；

2)将步骤1)的钨粉和多晶硅粒置于球磨罐中，以50-70rpm的转速、24-48h的球磨时间，对多晶硅粒进行破碎，同时使两种物料混合均匀；

3)转速提高至200-300rpm，以30-100h的球磨时间进行球磨，得到钨硅粉体；

4)将步骤3)得到的钨硅粉体经冷压、真空热压烧结、机械加工，得到钨硅靶材。

作为优选，步骤4)得到的钨硅靶材的纯度≥4N5，相对密度≥99％。

作为优选，步骤1)中，按多晶硅粒质量分数28.43-29.96wt.％的比例称取钨粉和多晶硅粒。

作为优选，球磨时所用的磨球与钨粉或多晶硅粒为相同材质，或者，为其它硬质合金球。

作为优选，球磨时的球料比为10:1-40:1。

作为优选，步骤2)、步骤3)中，球磨罐中填充高纯惰性气体。

作为优选，所述的高纯惰性气体为高纯氩气或高纯氦气。

作为优选，步骤4)中，真空热压烧结的温度为1200-1400℃，真空度为10^-1-1Pa，真空热压压力为20-50MPa。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的钨硅靶材的制备方法，以纯度≥6N的多晶硅粒代替硅粉为原料进行钨硅靶材的制备，克服了硅粉纯度偏低、高纯度硅粉成本高的问题；并且，基于多晶硅粒的纯度更容易得到保证的情况，原料更易获取，不仅能够保证制备的钨硅靶材的纯度，还能够降低生产成本。

由于硅材料相对于钨材料更容易破碎，本发明以多晶硅粒为原料直接和钨粉进行混合破碎，在对多晶硅粒进行破碎的同时，可与钨粉进行充分混合，进而通过一个步骤即可得到钨硅混合料，提高生产效率。

由于多晶硅粒的破碎与钨硅粉体的制备在一台设备(球磨机)上连续进行，避免了因工艺流程过长而对材料造成的污染，有助于保证材料的纯度；同时降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例1所制备的钨硅靶材的显微结构图；

图2是本发明实施例2所制备的钨硅靶材的显微结构图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

一种钨硅靶材的制备方法，步骤如下：

1)按多晶硅粒质量分数23.41-37.93wt.％(优选的，为28.43-29.96wt.％)的比例称取钨粉和多晶硅粒；钨粉的费氏平均粒度为1-10μm、纯度≥5N，多晶硅粒的粒度为1-10mm、纯度≥6N；

2)将步骤1)的钨粉和多晶硅粒置于球磨罐中，以50-70rpm的转速、24-48h的球磨时间，对多晶硅粒进行破碎，同时使两种物料混合均匀；优选的，球磨时所用的磨球与钨粉或多晶硅粒为相同材质，或者，为其它硬质合金球；球磨时的球料比为10:1-40:1；

3)转速提高至200-300rpm，以30-100h的球磨时间进行球磨，得到钨硅粉体；

4)将步骤3)得到的钨硅粉体经冷压、真空热压烧结(优选的，真空热压烧结的温度为1200-1400℃，真空度为10^-1-1Pa，真空热压压力为20-50MPa)、机械加工，得到钨硅靶材。

本发明所述的方法制备得到的钨硅靶材的纯度≥4N5，相对密度≥99％。

步骤2)、步骤3)中，球磨罐中填充高纯惰性气体，用于对钨粉和多晶硅粒进行保护；其中，所述的高纯惰性气体为高纯氩气或高纯氦气。

本领域普通技术人员可知，本发明的组分和技术参数在上述范围内变化时，仍能够得到与下述实施例相同或相近的技术效果，均属于本发明的保护范围。

实施例1

1)按多晶硅粒质量分数26.42wt.％的比例称取钨粉和多晶硅粒，置于球磨罐中；钨粉的费氏平均粒度为2.96μm，纯度为5N；多晶硅粒的粒度为1-2mm，纯度为6N；

2)多晶硅粒破碎、混料：磨球为钨球，球料比20:1，球磨罐中充满纯度为5N的高纯氩气，置于行星式球磨机中；其中，球磨机转速为50rpm，球磨时间为40h；

3)步骤2)完成后，提高球磨机转速至240rpm，继续在高能球磨机上球磨60h，得到钨硅粉体；

4)将步骤3)得到的钨硅粉体置于真空热压烧结模具中，用油压机冷压得到预成形坯；

5)对预成形坯进行真空热压烧结，得到烧结坯；其中，真空度为10^-1Pa，烧结温度为1350℃，最高温保温时间为4h，施加压力为26MPa；

6)将步骤5)得到的烧结坯进行机械加工至成品尺寸，即得到显微结构如图1所示的钨硅靶材。

通过本实施例制备得到的钨硅靶材的纯度为4N8，相对密度为99.5％。

实施例2

1)按多晶硅粒质量分数29.96wt.％的比例称取钨粉和多晶硅粒，置于球磨罐中；钨粉的费氏平均粒度为6.52μm，纯度为5N；多晶硅粒的粒度为5-8mm，纯度为6N；

2)多晶硅粒破碎、混料：磨球为碳化钨球，球料比30:1，球磨罐中充满纯度为5N的高纯氦气，置于行星式球磨机中；其中，球磨机转速为60rpm，球磨时间为45h；

3)步骤2)完成后，提高球磨机转速至260rpm，继续在高能球磨机上球磨80h，得到钨硅粉体；

4)将步骤3)得到的钨硅粉体置于真空热压烧结模具中，用油压机冷压得到预成形坯；

5)对预成形坯进行真空热压烧结，得到烧结坯；其中，真空度为10^-1Pa，烧结温度为1400℃，最高温保温时间为2.5h，施加压力为30MPa；

6)将步骤5)得到的烧结坯进行机械加工至成品尺寸，即得到显微结构如图2所示的钨硅靶材。

通过本实施例制备得到的钨硅靶材的纯度为4N6，相对密度为99.2％。

上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。