一种高纯钴靶材的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高纯钴靶材的制备方法，包括依次进行的如下步骤：将纯度为99.999%以上的高纯钴锭进行径向锻造和退火处理；将处理后高纯钴锭截成短节，对短节进行纵向墩粗和退火处理；将处理后的高纯钴锻件进行多次压延和退火处理得到钴钯坯；将钴钯坯进行机械加工，然后通过低熔点焊料与铜背板粘接在一起，即得高纯钴靶材。本发明获得了内部致密、微观组织均匀的钴锻件，克服了钴靶材由于质地坚硬易碎，在之后压延过程中容易产生裂纹而导致报废率高的问题。压延和退火处理可以提高钴靶材的磁透率。
【专利说明】一种高纯钴靶材的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高纯钴靶材的制备方法。
【背景技术】
[0002]钴是制备磁记录介质、磁记录磁头、光电器件、磁传感器和集成电路等元器件的重要材料。纯度为99.9%~99.99%的钴已经广泛应用于磁性材料、超级合金的制造，99.999%甚至更高纯度的钴则用来制造派射祀材，作为制造半导体芯片接触层CoSi2的材料。
[0003]溅射靶材是制造半导体芯片所必需的一种极其重要的材料，其原理是采用物理气相沉积技术(PVD)，用高压加速气态离子轰击靶材，使靶材的原子被溅射出，以薄膜的形式沉积到硅片上，最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。溅射镀膜具有膜层均匀性、可控性等诸多优势，被广泛应用于半导体领域。随着半导体行业的迅速发展，对溅射靶材的需求越来越大，溅射靶材已成为半导体行业发展不可或缺的材料。
[0004]靶材的晶粒尺寸、晶粒取向对集成电路金属薄膜的制备和性能有很大的影响。主要表现在:1.随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率趋于降低；2.在合适的晶粒尺寸范围内，靶材使用时的等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率高和薄膜厚度均匀性好；3.为提高靶材的性能，在控制靶材 晶粒尺寸的同时还必须严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过均匀处理、热机械加工进行调整和控制。
[0006]半导体用钴溅射靶材一般纯度要求在4N(99.99%)以上。制造方法基本是高纯钴粉先烧结成块，再通过真空熔炼炉获得高纯钴锭，然后对钴锭反复进行塑性变形和退火，最后在400°C飞00°C进行再结晶退火处理，从而获得具有均匀晶粒和一定内部织构的钴靶坯，靶坯通过与背板进行焊接并经机械加工，最终成品。
[0007]在这样的制造方法中，高纯钴粉需要先烧结成块，然后再经真空熔炼成锭，再经过反复的塑形变形和退火，最后经再结晶退火处理才能最终获得可用于半导体用溅射靶材生产制造用的靶坯。
[0008]整个工艺复杂，成本也高。高纯钴粉需要被熔化,容易混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质。用真空熔炼成钴锭的纯度不是很高。后续工艺中用的退火处理的温度不合理，这样形成的钴祀还得不到高磁透率(Pass Through Flux)。而磁透率低的钴祀材,?贱射性能差，靶材利用率低，甚至溅射无法持续进行。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是提供一种高磁透率的高纯钴靶材的制备方法。
[0010]为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案:
一种高纯钴靶材的制备方法，包括依次进行的如下步骤:
(1)、将纯度为99.999%以上的高纯钴锭进行径向锻造和退火处理，其中，径向锻造锻比大于等于2 ；
(2)、将经步骤(1)处理后高纯钴锭截成短节，对所述的短节进行纵向墩粗和退火处理，其中，纵向墩粗的高度方向变形量大于60% ；
(3)、将经步骤(2)处理后的高纯钴锻件进行多次压延和退火处理得到钴钯坯，其中，每次进行所述的压延前对所述的高纯钴锻件在300°C ~340°C下进行预热处理50-70分钟；压延的厚度方向总变形量大于等于60%;所述的退火处理为缓慢升温到30(T40(TC，保温50~70分钟，然后自然冷却到15。。~40。。；
(4)、将所述的钴钯坯进行机械加工，然后通过低熔点焊料与铜背板粘接在一起，即得所述的高纯钴靶材。
[0011]优选地，所述的高纯钴锭的制备方法为:采用电解法制备得到高纯钴；将所述的高纯钴熔炼成所述的高纯钴锭。
[0012]优选地，采用洁净的电解液进行所述的电解，所述的高纯钴的纯度为99.999%以上。
[0013]优选地，在真空度为0.3^4Pa下，采用真空电子束进行所述的熔炼。
[0014]优选地，步骤(3)中，进行所述的径向锻造前对所述的高纯钴锭进行预热处理，所述的预热处理的温度为700°C、00°C，保温时间为50-70分钟。
[0015]优选地，步骤(3)中，采用空气锤对所述的高纯钴锭进行所述的径向锻造。
[0016]在一个【具体实施方式】中，利用空气锤对高纯钴锭进行圆周方向的击打，使得高纯钴锭的横截面积减小，高度增大，径向锻造比即为径向锻造前的横截面积与径向锻造后的横截面积的比值。
[0017]具体地，所述的高纯钴锭的直径为25(T350mm ;步骤(1)处理后的高纯钴锭的直径为12(Tl75mm ;步骤(2)中所述的短节的高度为45~55mm ;纵向墩粗后的高度为l(Tl8mm ;步骤(3)中钴钯坯的厚度为5.5飞.6mm ;所述的高纯钴靶材的厚度为4.5^5.5_。
[0018]步骤(3)中，由于在径向锻造之前进行预热处理的温度大于钴金属的再结晶温度，所以，本步骤中进行的锻造为热锻，热锻的优点是改变金属锭的铸态结构，在热锻过程中经过再结晶，粗大的铸态组织变成细小晶粒的新组织，并减少铸态结构的缺陷，提高金属的塑性。
[0019]优选地，步骤(3)中，所述的退火处理为缓慢升温到500°C ~700°C，保温2~3小时，然后自然冷却到15°C~40°C。
[0020]优选地，步骤(4)中，进行所述的纵向墩粗前对所述的高纯钴锭进行预热处理，所述的预热处理的温度为700°C、00°C，保温时间为50-70分钟。
[0021]优选地，步骤(4)中，采用液压锻机对所述的高纯钴锭进行所述的纵向墩粗。
[0022]具体地为，利用液压锻机对高纯钴锭进行墩粗，使得钴锭的横截面积增大，高度减小。
[0023]优选地，步骤(4)中，所述的退火处理为缓慢升温到500°C ^700oC，保温2~3小时，然后自然冷却到15°C~40°C。
[0024]步骤(5)中的压延可以改变织构方向，使很多具有hep结构的晶粒的Z轴接近垂直于钴祀还表面。
[0025]优选地，步骤(6)中，所述的低熔点焊料为铟、锡、铟锡合金。
[0026]由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点:
本发明通过真空电子束熔炼技术获得纯度更高的钴锭，且通过径向锻造和退火处理、纵向墩粗和退火处理，获得了内部致密、微观组织均匀的钴锻件，克服了钴靶材由于质地坚硬易碎，在之后压延过程中容易产生裂纹而导致报废率高的问题。压延和退火处理是为了使制造的钴靶材中有尽可能多的密排六方结构(hep)晶粒，钴的hep晶格中的Z轴是容易磁化的方向。该方向垂直于或接近垂直于靶材表面，可以提高钴靶材的磁透率。随着变形量的增加，会有越来越多的hep晶粒，其Z轴方向垂直于或接近垂直于靶材表面。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]附图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。
[0029]实施例1
高纯钴靶材的制备方法如下:
(I)、采用洁净的电解液通过电解法电解出高纯钴，高纯钴的纯度99.999%。
[0030](2)、采用真空度为0.3Pa的真空电子束熔炼炉将高纯钴熔炼成高纯钴锭，高纯钴锭的直径为300mm，纯度99.999%。
[0031](3)、径向锻造之前需要对高纯钴锭进行预热处理，预热的方式为将高纯钴锭加热到700°C，保温I小时；然后利用空气锤对高纯钴锭进行径向锻造(即圆周方向的击打)，使得钴锭的横截面积减小，高度增大，锻造出的锭子直径约为150_;径向锻造后缓慢升温到500 0C，保温2小时，然后自然冷却到室温。
[0032](4)、将径向锻造后，即拔长的锻件截成高度约为50mm的短节，然后进行预热处理，预热处理方式为升温到700°C，保温I小时；然后利用液压锻机对高纯钴锭进行墩粗，使得钴锭的横截面积增大，高度减少，墩粗后的锻件高度约为15mm，墩粗后高度方向的变形率约为70% ;纵向墩粗后缓慢升温到500°C，保温2小时，然后自然冷却到室温。
[0033](5)、对纵向墩粗后的锻件进行预热处理，预热处理方式为升温到300°C，保温I小时；然后在压延机的两个辊筒之间，由辊筒挤压原本高度为15mm的钴件的上下表面，经过多次的压延，最后延展成厚度约为6mm的圆块钴祀还,压延的厚度方向的变形率约为60%;压延后缓慢升温到300°C，保温I小时，然后自然冷却到室温。
[0034](6)、最后对钴靶坯进行车磨加工成厚度为5mm的钴靶材，然后用铟作为焊料将其与铜背板粘接在一起。用超声波c扫描(c-scan)检测粘接率>95%。用ASTM标准测得磁透率PTF (Pass Through Flux) 86%。
[0035]实施例2
高纯钴靶材的制备方法如下:
(I)、采用洁净的电解液通过电解法电解出高纯钴，高纯钴的纯度99.999%。
[0036](2)、采用真空度为0.3Pa的真空电子束熔炼炉将高纯钴熔炼成高纯钴锭，高纯钴锭的直径为300mm，纯度为99.999%。
[0037](3)、径向锻造之前需要对高纯钴锭进行预热处理，预热的方式为将高纯钴锭加热到800°C，保温1小时；然后利用空气锤对高纯钴锭进行径向锻造(即圆周方向的击打)，使得钴锭的横截面积减小，高度增大，锻造出的锭子直径约为150_ ;径向锻造后缓慢升温到600 0C，保温2小时，然后自然冷却到室温。
[0038](4)、将径向锻造后，即拔长的锻件截成高度约为50mm的短节，然后进行预热处理，预热处理方式为升温到800°C，保温I小时；然后利用液压锻机对高纯钴锭进行墩粗，使得钴锭的横截面积增大，高度减少，墩粗后的锻件高度约为15mm，墩粗后高度方向的变形率约为70% ;纵向墩粗后缓慢升温到600°C，保温2小时，然后自然冷却到室温。
[0039](5)、对纵向墩粗后的锻件进行预热处理，预热处理方式为升温到350°C，保温I小时；然后在压延机的两个辊筒之间，由辊筒挤压原本高度为15mm的钴件的上下表面，经过多次的压延，最后延展成厚度约为6mm的圆块钴祀还,压延的厚度方向的变形率约为60% ；压延后缓慢升温到350°C，保温I小时，然后自然冷却到室温。
[0040](6)、最后对钴靶坯进行车磨加工成厚度为5mm的钴靶材，然后用铟作为焊料将其与铜背板粘接在一起。用超声波c扫描(c-scan)检测粘接率>95%。用ASTM标准测得磁透率PTF (Pass Through Flux) 82%。
[0041]对比例I
(1)、对纯度为99.99%的高纯钴锭进行预热处理，预热的方式为将钴锭加热到700°C，保温I小时；利用空气锤对钴锭沿着圆周方向进行打击和对钴锭的上表面进行打击两种方式交替进行，每次锻造的变形率为50% ；
(2)对锻造后的钴锭缓慢升温到500°C，保温2小时，然后自然冷却到室温。
[0042](3)在进行压延前对钴锭进行预热处理，预热处理方式为升温到420°C，保温I小时；然后在压延机的两个辊筒之间，由辊筒挤压钴件的上下表面，经过多次的压延，最后延展成圆块钴靶坯，压延的厚度方向的变形率约为70% ;压延后缓慢升温到450°C，保温I小时。
[0043](4)、最后对钴靶坯进行车磨加工成钴靶材，然后与背板粘接在一起。用超声波c扫描(c-scan)检测粘接率>95%。用ASTM标准测得磁透率PTF (Pass Through Flux)68%。
[0044]以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:包括依次进行的如下步骤: (1)、将纯度为99.999%以上的高纯钴锭进行径向锻造和退火处理，其中，径向锻造锻比大于等于2 ； (2)、将经步骤(1)处理后高纯钴锭截成短节，对所述的短节进行纵向墩粗和退火处理，其中，纵向墩粗的高度方向变形量大于60% ； (3)、将经步骤(2)处理后的高纯钴锭进行多次压延和退火处理得到钴钯坯，其中，每次进行所述的压延前对所述的高纯钴锭在300°C ~340°C下进行预热处理50-70分钟；压延的厚度方向变形量大于等于60% ;所述的退火处理为缓慢升温到30(T400°C，保温50-70分钟，然后自然冷却到15。。~40。。； (4)、将所述的钴钯坯进行机械加工，然后通过低熔点焊料与铜背板粘接在一起，即得所述的高纯钴靶材。
2.根据权利要求1所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:所述的高纯钴锭的制备方法为:采用电解法制备得到高纯钴；将所述的高纯钴熔炼浇铸成所述的高纯钴锭。
3.根据权利要求2所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:在真空度为0.3^4Pa下，采用真空电子束进行所述的熔炼。
4.根据权利要求1所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:步骤(3)中，进行所述的径向锻造前对所述的高纯钴锭进行预热处理，所述的预热处理的温度为700°C、00°C，保温时间为50-70分钟。
5.根据权利要求1所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:步骤(3)中，采用空气锤对所述的高纯钴锭进行所述的径向锻造。
6.根据权利要求1所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:步骤(3)中，所述的退火处理为缓慢升温到500°C~700°C，保温2~3小时，然后自然冷却到15°C~40°C。
7.根据权利要求1所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:步骤(4)中，进行所述的纵向墩粗前对所述的高纯钴锭进行预热处理，所述的预热处理的温度为700°C、00°C，保温时间为50-70分钟。
8.根据权利要求1所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:步骤(4)中，采用液压锻机对所述的高纯钴锭进行所述的纵向墩粗。
9.根据权利要求1所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:步骤(4)中，所述的退火处理为缓慢升温到500°C~700°C，保温2~3小时，然后自然冷却到15°C~40°C。
10.根据权利要求1所述的高纯钴靶材的制备方法，其特征在于:步骤(6)中，所述的低熔点焊料为铟、锡、铟锡合金。
【文档编号】C22F1/10GK103898459SQ201410152954
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】邵玲, 王广欣, 赵学义 申请人:昆山海普电子材料有限公司