[发明专利]高钪含量铝钪合金靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高钪含量铝钪合金靶材及其制备方法。其中方法包括：选取金属铝和金属钪，并配料；将金属钪熔化，然后将金属铝分多次逐步加入到金属钪中熔炼，多次熔炼后冷却得到铝钪合金；将所述铝钪合金进行球磨，真空干燥得到合金粉，然后经预压制和真空烧结得到铝钪合金靶坯；将得到的铝钪合金靶坯进行热变形加工，得到铝钪合金靶材，所述热变形加工包括热锻、热轧、以及精加工。采用本发明使得铝钪合金靶材组织和化学成分更均匀，相对密度更高，达到99.0％以上，晶粒尺寸更细小，延展性更高；采用本发明还减少了缩孔、疏松缺陷；节省了原料成本；解决了合金脆性大，不能加工靶材的难题；可满足大规模集成电路用配线材料的需求。

技术领域

本发明涉及铝合金靶材加工制备技术领域，特别是涉及一种高钪含量铝钪合金靶材及其制备方法。

背景技术

薄膜材料是电子器件制造的关键支撑，其中铝薄膜由于具有电阻率较低、易沉积、易刻蚀、工艺成熟等优点，成为集成电路、分立器件、液晶显示等领域的关键材料。随着电子信息技术向高性能、多功能、大容量、微型化方向发展，半导体芯片集成度越来越高，集成电路金属互联线宽度不断减小，高纯铝金属互联线在使用过程中电迁移和应力迁移问题突出，已无法满足电极布线微细化的不断发展。为了解决纯铝互联线在使用过程中出现的电迁移和应力迁移问题，高技术用铝靶材逐渐向合金化、多元化发展。金属钪在铝合金中具有细化晶粒、抑制合金再结晶、改善抗蚀性等作用，可显著提高合金的强度、塑性、高温性能、抗蚀性能及焊接性能等，有研究发现铝钪合金靶材沉积而成的铝钪薄膜不仅能保持与高纯铝相当的电导率，而且能提高耐腐蚀性，特别是可以显著抑制电迁移和应力迁移。因此，铝钪合金靶材被认为是新一代极大规模集成电路用配线材料。

现有技术中公开的采用铝热还原法或电解法制备铝钪合金的方法，都仅限于低钪含量的铝钪中间合金的制备，且制备过程中存在杂质引入，局限性大的问题。

现有技术中公开了采用粉末烧结法制备铝钪合金的方法。例如：中国专利CN107841639A(公开日2018.03.27)公开了一种铝钪合金靶坯制备方法及其制备方法及应用，并具体公开了采用粉末烧结法制得含钪0.1％～15％的铝钪合金靶坯。中国专利CN108441827A(公开日2018.08.24)公开了一种铝钪合金靶材制备方法，并具体公开了采用粉末烧结法制得含钪2％～50％的铝钪合金靶坯。中国专利CN106086567(公开日2016.11.09)公开了一种高钪含量铝钪合金及其制备方法，并具体公开了采用粉末烧结法制得含钪55％～70％的铝钪合金；其中该方法将99.5％以上铝粉和钪粉在室温下进行预压紧，放入真空热压机中烧结制备成含钪2％～50％的靶材。然而，上述现有技术公开的制备方法均需以价格昂贵的金属粉末为原料，成本较高，且金属钪粉和铝粉易氧化，含氧量较高，影响制品的纯度。而且粉末冶金法虽然可以制备高钪含量的铝钪合金，但粉末烧结的合金中有许多的孔隙，尽管材料整体十分致密，但这些孔隙仍会对靶材溅射过程及成膜质量产生许多不利的影响。

现有技术中的中国专利CN104805406A(公开日2015.07.29)公开了一种铝钪旋转靶材及其制备方法，并具体公开了采用电弧喷涂方法喷涂合金底层，在含有合金打底层的不锈钢基体上使用可控气氛冷喷涂方法喷涂铝钪粉末制备旋转靶材；通过以上方法制备的铝钪旋转靶材厚度只有3～15mm，致密度97％，其使用范围也受到了限制，即应用具有局限性。

因此，寻找一种高纯度、低偏析、高性能、低成本且环保的铝钪合金靶材的制备方法显得尤为重要，特别是钪含量越高的铝钪靶材的加工性能越差，所以高钪含量的铝钪合金靶材的制备方法成为人们研究的重点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高钪含量铝钪合金靶材及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明一个方面，本发明提供一种高钪含量铝钪合金靶材的制备方法，包括：

选取金属铝和金属钪，并进行配料；将金属钪熔化，然后将金属铝分多次逐步加入到金属钪中进行熔炼，多次熔炼并冷却，得到铝钪合金；