本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及靶材技术领域，特别涉及一种niv合金靶材及其成型的方法与用途。
背景技术：
niv合金靶材是一种新型半导体靶材，工程上采用niv合金靶取代原来的镍靶和钒靶，既可一次溅射生成粘附层和阻挡层，同时，向镍中添加一定量的钒后，镍基合金呈现非磁性也利于磁控溅射。工程上所应用的niv合金靶材要求，尤其是大规格的靶材其纯度高、成分均匀、晶粒细、组织均匀，合金为严格的单一相。
随着社会的进步和半导体产业的发展，电子及信息、集成电路、显示器等产业对靶材的需求量越来越大，niv溅射靶材需求量也随之增多。但由于niv合金材料硬度高，靶材成型过程加工困难，传统工艺方式容易造成材料开裂，产品批次稳定性不高，成材率较低。
cn104014767a公开了一种制备niv合金靶材的方法，所述方法通过采用氧化硼作为覆盖剂对合金熔体实施净化以提高合金靶材的纯度，采用循环液态金属冷却的铜模进行浇铸实现合金熔体的快速凝固，从而获得纯度高、晶粒细小、无偏析、相结构单一的niv合金靶材，但该方法聚焦于合金靶材从ni和v的原料到固态合金的制备，并未考虑到niv合金靶材后期加工困难的问题。
cn110468382a公开了一种含微量元素的大管径ni-v旋转靶材及其制备方法，所述ni-v旋转靶材中通过添加微量的元素c、b、ti、mg进行成分优化，降低氧、硫等含量，且能抑制裂纹的萌生，提高靶材的晶界结合力、强度，并细化晶粒，从而提高了成材率，但该方法仅从靶材成分方面改善，其采用的成型技术为冷轧，未考虑加工手段的改进。
cn102154577a公开了一种无磁性织构niv合金基带的制备方法，针对其中的niv合金坯锭进行冷轧形变再进行再结晶热处理，在形变过程中仍然采用的冷轧，未涉及基带轧制的改进。
由此表明，在各技术领域中，针对niv合金加工工艺通常采用冷轧成型的方式，并未意识到加工困难且容易开裂，成品率较低的问题。
因此，需要开发一种针对成型工艺手段改进的niv合金靶材成型的方法，解决现有niv合金靶材成材率低的问题。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种niv合金靶材及其成型的方法与用途，所述方法包括预热-保温和热轧三个步骤，采用热轧代替原有的冷轧工艺，针对硬度高的niv合金具有更佳的成型效果，其开裂情况降低且生产效率提高；所述制得的niv合金靶材具有均匀细小的微观组织，能够较好地应用在半导体领域中。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将niv坯料预热至第一温度；
(2)将步骤(1)预热后的niv坯料在第二温度下保温；
(3)步骤(2)保温后的niv坯料经轧制，得到niv合金靶材。
本发明提供的niv合金靶材成型的方法包括预热-保温和热轧三个步骤，针对niv合金硬度高，靶材成型过程加工困难的问题，通过采用热轧代替冷轧的方式提高了成材率，降低了靶材开裂的情况；而且前期预热后进行保温操作更进一步保障niv合金内外温度的均匀，能够得到均匀细小的微观组织，提高niv合金靶材产品质量和生产效率。
优选地，步骤(1)中所述第一温度为1000～1200℃，例如可以是1000℃、1020℃、1050℃、1080℃、1100℃、1120℃、1150℃、1180℃或1200℃等，优选为1050～1150℃。
本发明中将所述niv坯料预热至1000～1200℃，既能够有效防止晶粒生长又能够避免靶材成型过程中的开裂问题。
本发明对所述预热过程中所述加热的升温速率没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的预热加热速率即可，对此不再赘述。
优选地，所述预热的装置包括加热炉。
本发明对所述加热炉没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于加热的加热炉，例如可以是电阻式加热炉等。
优选地，步骤(2)中所述第二温度为1000～1200℃，例如可以是1000℃、1020℃、1050℃、1080℃、1100℃、1120℃、1150℃、1180℃或1200℃等，优选为1050～1150℃。
本发明所述保温的温度优选为1000～1200℃，同样既能够有效防止晶粒生长又能够避免靶材成型过程中的开裂问题。
本发明所述第一温度既可以与第二温度相同，也可以与第二温度不同，对此不作特殊限定，只要求满足优选在上述温度范围内即可。
优选地，所述第一温度大于第二温度。
优选地，所述保温的装置包括加热炉。
本发明对所述加热炉没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于加热的加热炉，例如可以是电阻式加热炉等。
优选地，所述保温的时间为30～90min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min等，优选为45～75min。
本发明保温的时间为30～90min，既能够保障niv坯料中内层与外层的温度均匀性，避免后续轧制过程中靶材开裂，又能够有效防止晶粒在保温过程中生长变大，导致无法得到均匀细小的微观组织，影响最终niv合金靶材的产品质量。
优选地，步骤(3)中所述轧制为至少两道次轧制，例如可以是两道次、四道次、五道次、六道次、八道次、十道次、十二道次、十五道次或二十道次等，优选至少八道次轧制。
优选地，所述轧制中每道次的变形率≤10％，例如可以是10％、9.5％、9％、8.5％、8％、7.5％、7％、6.5％、6％、5.5％、5％、4.5％或4％等。
本发明中优选采用至少两道次轧制，并严格控制每道次的变形率≤10％，大大提高最终niv合金靶材的产品质量，靶材内部颗粒均匀且不开裂。
优选地，步骤(3)所述轧制过程中niv坯料的温度控制在第三温度范围。
优选地，所述第三温度范围为1000～1200℃，例如可以是1000℃、1020℃、1050℃、1080℃、1100℃、1120℃、1150℃、1180℃或1200℃等，优选为1050～1150℃。
本发明优选在轧制过程中仍然保持控制niv合金靶材的温度在1000～1200℃范围内，确保最终能够得到不开裂的、具有均匀细小的微观组织的niv合金靶材。
优选地，所述第三温度小于第二温度。
优选地，步骤(3)中所述轧制中niv坯料的温度小于第三温度范围最小值时，将所述niv坯料加热至第三温度范围内。
优选地，所述轧制中niv坯料的温度大于第三温度范围最大值时，将所述niv坯料冷却至第三温度范围内。
优选地，所述niv坯料中ni的质量百分含量为92wt％～95wt％，例如可以是92wt％、92.2wt％、92.5wt％、92.8wt％、93wt％、93.5wt％、94wt％、94.2wt％、94.5wt％、94.8wt％或95wt％等。
优选地，所述niv坯料中v的质量百分含量为5wt％～8wt％，例如可以是5wt％、5.2wt％、5.5wt％、5.8wt％、6wt％、6.2wt％、6.5wt％、6.8wt％、7wt％、7.2wt％、7.5wt％、7.8wt％或8wt％等。
本发明中所述niv坯料的v含量一般为5wt％～8wt％，整体合金硬度高，加工困难，产品批次的稳定性低且成材率低。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)将niv坯料预热至1000～1200℃；
(2)将步骤(1)预热后的niv坯料在1000～1200℃下保温30～90min；
(3)步骤(2)保温后的niv坯料经至少八道次轧制，所述轧制中每道次的变形率≤10％，得到niv合金靶材，其中，所述轧制过程中niv坯料的温度控制在1000～1200℃。
本发明综合预热、保温和轧制的温度，并选择至少两道次轧制且严格控制轧制的变形率，才能得到具有均匀细小微观组织的niv合金靶材，而且靶材成材率高，批次稳定不开裂。
第二方面，本发明提供一种niv合金靶材，所述niv合金靶材由第一方面所述的niv合金靶材成型的方法制得。
本发明第二方面提供的niv合金靶材具有均匀细小微观组织，其中所述微观晶粒的尺寸在60～70μm，产品质量高。
第三方面，本发明提供第二方面所述的niv合金靶材在半导体、电子信息、集成电路或显示器中的用途。
本发明提供的niv合金靶材是新型半导体靶材，批次稳定，产品质量良好，能够较好地应用在半导体、电子信息、集成电路或显示器中。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的niv合金靶材成型的方法通过采用热轧的方式代替传统冷轧的方式，解决了niv合金靶材加工困难易开裂的问题，减少了靶材的开裂的情况，提高了成材率；
(2)本发明提供的niv合金靶材成型的方法综合控制预热、保温和热轧过程中的温度，并严格控制热轧中每道次的变形率，能够得到均匀细小的微观组织，微观组织的粒度≤70μm，提高了产品质量；
(3)本发明提供的niv合金靶材具有均匀细小的微观组织，产品质量高，能够较好地应用在半导体、电子信息等技术领域中。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将niv坯料预热至1100℃，所述niv坯料中ni的质量百分含量为93wt％，v的质量百分含量为7wt％；
(2)将步骤(1)预热后的niv坯料在1100℃下保温60min；
(3)步骤(2)保温后的niv坯料经十道次轧制，控制所述轧制中每道次的变形率为8％，得到niv合金靶材，其中，所述轧制过程中niv坯料的温度控制在1050～1100℃，即当所述轧制中niv坯料的温度＜1050℃时，将所述niv坯料加热至1050～1100℃，所述轧制中niv坯料的温度＞1100℃时，将所述niv坯料冷却至1050～1100℃。
实施例2
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将niv坯料预热至1020℃，所述niv坯料中ni的质量百分含量为92wt％，v的质量百分含量为8wt％；
(2)将步骤(1)预热后的niv坯料在1050℃下保温90min；
(3)步骤(2)保温后的niv坯料经八道次轧制，所述轧制中每道次的变形率为10％，得到niv合金靶材，其中，所述轧制过程中niv坯料的温度控制在1000～1050℃，所述轧制中niv坯料的温度＜1000℃时，将所述niv坯料加热至1000～1050℃，所述轧制中niv坯料的温度＞1050℃时，将所述niv坯料冷却至1000～1050℃。
实施例3
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将niv坯料预热至1200℃，所述niv坯料中ni的质量百分含量为95wt％，v的质量百分含量为5wt％；
(2)将步骤(1)预热后的niv坯料在1200℃下保温30min；
(3)步骤(2)保温后的niv坯料经十五道次轧制，所述轧制中每道次的变形率为5％，得到niv合金靶材，其中，所述轧制过程中niv坯料的温度控制在1000～1200℃，所述轧制中niv坯料的温度＜1000℃时，将所述niv坯料加热至第三温度，所述轧制中niv坯料的温度＞1200℃时，将所述niv坯料冷却至第三温度。
实施例4
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法除将步骤(1)和步骤(2)中“1100℃”均替换为“950℃”外，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法除将步骤(1)和步骤(2)中“1100℃”均替换为“1300℃”外，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法除将步骤(2)中“1100℃”替换为“950℃”外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法除将步骤(2)中“保温60min”替换为“保温15min”外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法除将步骤(3)中“经十道次轧制，控制所述轧制中每道次的变形率为8％”替换为“经六道次轧制，并不控制变形率”外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法除将步骤(3)中“经十道次轧制，控制所述轧制中每道次的变形率为8％”替换为“经五道次轧制，控制所述轧制中每道次的变形率为13％”外，其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法除将步骤(3)中“轧制过程中niv坯料的温度控制在1050～1100℃”替换为“轧制过程中niv坯料的温度控制在800～950℃”外，其余均与实施例1相同。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种niv合金靶材成型的方法，所述方法不进行步骤(1)和步骤(2)，直接将niv坯料经十道次轧制，并不控制轧制温度，其余均与实施例1相同。
所述方法具体步骤包括：
将niv坯料经十道次轧制，所述轧制中每道次的变形率为8％，得到niv合金靶材，其中，不控制轧制过程中niv坯料的温度；所述niv坯料中ni的质量百分含量为93wt％，v的质量百分含量为7wt％。
三、测试及结果
采用上述实施例和对比例中提供的成型方法将niv坯料制备成niv合金靶材，并多次测试考察上述实施例和对比例中niv合金靶材的成材率和微观组织的粒度大小。
以上实施例和对比例的结果如表1所示。
表1
表1中“/”表示未检测。
从表1可以看出以下几点：
(1)综合实施例1～3可以看出，本发明提供niv合金靶材成型的方法通过综合控制工艺的温度、热轧的道次数、每次轧制的变形率以及保温时间，能够使靶材的成材率控制在100％，外圈不会开裂，且微观组织的粒度≤70μm，产品质量得到提升；
(2)综合实施例1和实施例4～6可以看出，当加热温度或保温温度不在1050～1150℃范围内时，实施例4和实施例6中外圈易开裂，成材率相对较低，而实施例5中虽然成材率高，但微观组织的粒度高达95μm，产品质量低，由此表明，本发明通过严格控制加热温度或保温温度，提高了成材率和产品质量；
(3)综合实施例1和实施例7可以看出，实施例1中保温时间为60min，相较于实施例7中保温时间仅为15min而言，实施例1中靶材成材率高达100％，而实施例7中靶材外圈易开裂，由此表明，本发明通过控制保温时间，促进了坯料内外温度的均匀性，提高了成材率；
(4)综合实施例1和实施例8～9可以看出，实施例8和实施例9中并未将变形率控制在10％以内，相较于实施例1而言，外圈易出现开裂现象，成材率低；
(5)综合实施例1和实施例10可以看出，实施例10中轧制温度低于1000℃导致成型过程中靶材外圈易出现开裂现象，表明本发明通过控制轧制过程中的温度，提高了靶材成材率并降低了微观组织的粒度；
(6)综合实施例1和对比例1可以看出，实施例1中热轧相较于对比例1中的冷轧而言，实施例1中成材率高达100％且微观组织粒度为66μm，而对比例1中极易出现靶材外圈开裂现象，靶材几乎无法成型，由此表明，本发明通过采用热轧针对niv合金靶材大大提高了成材率。
综上所述，本发明提供的niv合金靶材及其成型的方法通过采用预热和保温的方式实现niv合金靶材的热轧成型，相较于原有冷轧成型方式减少了niv加工过程中开裂事故，提高了生产效率，成材率高达100％，且能够得到均匀细小的微观组织，微观组织的粒度≤70μm，制得的niv合金靶材能够较好地满足现有半导体领域常规niv合金靶材的使用需求。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。