本發(fā)明涉及銅材加工的，尤其涉及一種高純銅濺射靶材及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高純銅濺射靶材是一種關(guān)鍵的電子材料，廣泛應用于集成電路、信息存儲、液晶顯示屏、激光存儲器、電子控制器件等領(lǐng)域，尤其是在集成電路制造中，高純銅濺射靶材在金屬化工藝中扮演著重要角色，其質(zhì)量和性能對于集成電路制造和其他高技術(shù)產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，對高純銅濺射靶材的純度和微觀組織控制提出了更高的要求。除了在半導體領(lǐng)域的應用，高純銅濺射靶材還應用于玻璃鍍膜領(lǐng)域和耐磨材料、高溫耐蝕、高檔裝飾用品等行業(yè)。隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大，對高純金屬及合金濺射靶材的需求也在持續(xù)增加。

2、在集成電路制造業(yè)中，高純銅濺射靶材主要用于制作互連線、阻擋層、通孔、接觸層、金屬柵以及潤濕層、黏結(jié)層、抗氧化層等薄膜。這些材料的應用對于集成電路的性能和可靠性起著至關(guān)重要的作用。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，對高純銅濺射靶材的純度、微觀結(jié)構(gòu)和性能的要求也在不斷提高。然而，現(xiàn)有技術(shù)在制備高純銅濺射靶材的過程中，存在著晶粒尺寸過大、組織分布不均，雜質(zhì)含量過高、氧含量過高以及硬度無法穩(wěn)定控制等問題，嚴重影響了高純銅濺射靶材后續(xù)的使用性能。

3、因此，亟需開發(fā)出一種高純銅濺射靶材及其制備方法，以解決現(xiàn)有基礎(chǔ)中存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種高純銅濺射靶材及其制備方法，以制備一種晶粒組織均勻細小、純度高且硬度均勻的高成品率的高純銅濺射靶材。

2、一方面，本發(fā)明提供一種高純銅濺射靶材，所述靶材，按質(zhì)量含量計，包括以下組成成分：fe?1～4ppm，p?1～2ppm，o?1～5ppm，余量為cu和不可避免的雜質(zhì)元素；所述靶材的厚度為10～30mm，維氏硬度為90～100hv，水浸式超聲下檢測靶材內(nèi)部無平均直徑為0.3mm以上的氣孔缺陷存在。

3、通過采用上述技術(shù)方案，首先，鐵、磷、氧三者作為濺射靶材中的主要雜質(zhì)元素，當鐵、磷、氧的含量過高時，不僅會導致薄膜純度下降，影響靶材的電學、光學和機械性能等，還會出現(xiàn)濺射鍍膜的電阻率增加、透光率降低等問題，從而導致薄膜表面的缺陷和粗糙度增加，影響集成電路最終產(chǎn)品的性能和質(zhì)量；反之，當鐵、磷、氧含量過低時，則會增加靶材的制備成本，同時也會影響靶材的機械性能和濺射性能；因此，將靶材中各組分含量控制在本技術(shù)的范圍內(nèi)，不僅能夠確保濺射鍍膜過程中的穩(wěn)定性，還能提高薄膜的質(zhì)量和性能，降低生產(chǎn)成本。

4、其次，本技術(shù)將濺射靶材的厚度控制在10～30mm之間，可以使靶材在濺射過程中更加穩(wěn)定，有助于保持均勻的濺射速率，進而有效控制沉積薄膜的厚度，且本技術(shù)靶材的厚度在相同時間內(nèi)能夠提供更長的濺射時間，減少更換靶材的頻率，以降低成本并提高生產(chǎn)效率，從而有效避免了靶材過厚給生產(chǎn)設備增加的負擔和能耗。

5、再者，本技術(shù)將濺射靶材的維氏硬度控制在90～100hv之間，不僅能夠使靶材在濺射過程中始終保持良好的穩(wěn)定性和耐用性，還能夠抵抗濺射過程中的沖蝕和磨損，保持靶面的平整度和均勻性，從而提高濺射薄膜的質(zhì)量和均勻性，為集成電路的優(yōu)良性能和可靠性奠定了基礎(chǔ)。

6、最后，本技術(shù)水浸式超聲下檢測靶材內(nèi)部無平均直徑為0.3mm以上的氣孔缺陷存在，這意味著材料的致密度更高，結(jié)構(gòu)更加均勻，有助于提高濺射靶材的整體質(zhì)量。

7、進一步的，所述靶材的平均晶粒尺寸為20～40μm。

8、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，更進一步的，所述靶材的平均晶粒尺寸的標準差不超過4μm，且呈正態(tài)分布。

9、通過采用上述技術(shù)方案，可以顯著提升靶材的濺射速率和薄膜質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本；同時有助于減少靶材表面的磨損，從而延長靶材的使用壽命。

10、另一方面，本技術(shù)還涉及制備上述高純銅濺射靶材的方法，包括以下步驟：

11、s1、預熱電解銅原材料后，冷卻，得到電解銅坯料；

12、s2、采用木炭覆蓋s1的電解銅坯料，加熱至熔化，保溫，制得銅液；

13、s3、將s2的銅液進行半連續(xù)鑄造，得到半連續(xù)鑄錠；

14、s4、加熱s3的半連續(xù)鑄錠后，依次進行熱軋、淬火、冷軋?zhí)幚恚玫礁呒冦~濺射靶材。

15、通過采用上述技術(shù)方案，在s1的預熱和s2的熔煉、保溫工藝的協(xié)同配合下，將氧含量控制在5ppm以下，確保了濺射靶材的純度。在s3的半連續(xù)鑄造過程中，通過協(xié)同控制鑄造溫度、鑄造速度和冷卻水量，獲得了內(nèi)部疏松、縮孔少的鑄坯。在有效調(diào)控s4的加熱溫度、軋制道次以及關(guān)鍵道次的變形量下，獲得了組織細小、均勻且硬度適中的濺射靶材，從而滿足了集成電路、信息存儲、液晶顯示屏、激光存儲器、電子控制器件等領(lǐng)域的需要。

16、進一步的，s1中，所述預熱溫度為300～400℃，所述溫度冷卻至90～100℃，所述電解銅坯料的純度不低于99.99％。

17、通過采用上述技術(shù)方案，不僅能夠去除銅材表面的污染物(包含污泥、油污及水漬)，減少內(nèi)部應力，還能提高濺射效率和耐用性。此外，高純度的銅靶材不僅有助于提高薄膜的質(zhì)量和物理性能，還能延長靶材的使用壽命并滿足高端領(lǐng)域的應用需求。

18、進一步的，s2中，所述木炭覆蓋厚度為150～250mm，所述保溫溫度為1200～1230℃。

19、通過采用上述技術(shù)方案，可以在一定程度上隔絕空氣，減少電解銅坯料表面的氧化，從而保持銅材的純凈度和性能。

20、進一步的，s3中，所述半連續(xù)鑄造的溫度為1160～1180℃，速度為60～70mm/min，鑄造大面冷卻水量為630～700l/min，鑄造小面冷卻水量為420～440l/min。

21、進一步的，s4中，所述加熱溫度為800～830℃，加熱時間為260～280min；所述鑄錠經(jīng)淬火處理后溫度為40～50℃。

22、進一步的，s4中，所述熱軋道次為11～12道次，所述冷軋道次為1～2道次。

23、通過采用上述技術(shù)方案，不僅可以優(yōu)化靶材的微觀組織，提高靶材的性能，還能提升靶材的加工精度以及成品率，有助于制備出高質(zhì)量、高性能的濺射靶材，以滿足各種應用場合的需求。

24、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，更進一步的，在所述熱軋道次中，第8道次的變形量為28～35％，第9道次的變形量為30～36％。

25、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，更進一步的，所述冷軋道次的總變形量為5～9％。通過采用上述技術(shù)方案，設定熱軋過程中關(guān)鍵道次的變形量以及冷軋過程中道次的總變形量，能夠確保靶材在軋制過程中保持穩(wěn)定的變形性能，從而進一步提高靶材的加工精度和成品率。

26、在本發(fā)明中，先對鑄錠進行熱軋后冷軋，通過熱軋開坯可以較好的焊合鑄錠的細小的缺陷，從而得到更致密的組織，并且熱軋也可以消除鑄錠的粗大組織，為獲得細小的組織奠定基礎(chǔ)。同時通過淬火可以進一步控制組織大小，接著進行冷軋整型，不僅可以控制加工精度(如平整度、光潔度等)，還能通過冷軋變形以調(diào)控最終產(chǎn)品的硬度。若只進行熱軋?zhí)幚?，則無法控制后續(xù)的晶粒尺寸、加工精度、平整度等。若只進行冷軋?zhí)幚?，會使工藝過程變得復雜，增加能耗，也不利于消除鑄造組織和焊合細小的缺陷等。此外，淬火的目的就是控制組織大小、去掉熱軋過程中的氧化皮、便于后續(xù)冷軋因氧化皮被壓入導致表面缺陷的產(chǎn)生，從而導致銑面量加大、缺陷增加，同時還降低帶材的成品率。

27、本發(fā)明提供的高純銅濺射靶材相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

28、本發(fā)明通過控制純銅濺射板材中的fe、p、o等含量在特定范圍內(nèi)，并選擇電解銅的純度、烘烤、熔煉和保溫工藝的優(yōu)化等協(xié)同配合，將氧含量控制在5ppm以下，確保了濺射靶材的純度。通過協(xié)同控制鑄造溫度、鑄造速度和冷卻水量，獲得了內(nèi)部疏松、縮孔少的鑄坯。通過控制加熱溫度和軋制道次和關(guān)鍵道次的變形，獲得了組織細小、均勻且硬度適中的濺射靶材，從而滿足集成電路、信息存儲、液晶顯示屏、激光存儲器、電子控制器件等領(lǐng)域的需要。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有靶材硬度穩(wěn)定、組織均勻細小和雜質(zhì)含量少等特點。