7440-25-7/高純鉭粉的制備方法

近年來， 半導(dǎo)體技術(shù)飛躍發(fā)展， 用作濺射膜的鉭的需求量逐漸增加。在集成電路中， 鉭作為擴(kuò)散阻擋層置于在硅和銅導(dǎo)體之間。 鉭濺射靶的生產(chǎn)方法包括錠冶金（I/M )法和粉末冶金（P/M )法。 較低要求的鉭靶一般選用鉭錠制成。 但在某些較高要求的情況下 I/M法不能使用， 只能用粉末冶金法生產(chǎn)擔(dān) 。 例如， I/M法不能生產(chǎn)合金靶， 這是因?yàn)殂g和硅的熔點(diǎn)不同， 及硅化合物的韌性低等原因。

靶的性能直接影響到濺射膜的性能。 在膜的形成中不能存在對半導(dǎo)體裝置有污染的物質(zhì)。在濺射膜形成時， 鉭（合金、 化合物）靶中若有雜質(zhì)存在，則在濺射腔內(nèi)會引入雜質(zhì)，導(dǎo)致粗大的粒子附在基片上，使薄膜回路發(fā)生短路。同時，雜質(zhì)也會成為薄膜中突起物粒子增多的原因。特別地， 靶中存在的氣體氧、 碳、 氫、 氮等雜質(zhì)更加有害，因?yàn)樗鼈儠甬惓７烹姡剐纬傻哪さ木鶆蛐猿霈F(xiàn)問題。另外，對于粉末冶金方法，沉積膜的均勻性與靶中的晶粒尺寸成函數(shù)關(guān)系，靶中的晶粒越細(xì)， 得到的膜越均勻。因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在對于高品質(zhì)鉭粉和鉭靶的需要。

因此，為了得到高品質(zhì)鉭粉和鉭靶，必須首先降低鉭粉中的雜質(zhì)含量，提高鉭粉的純度。 然而，眾所周知，雖然金屬鉭性能比較穩(wěn) 定，但是粒徑比較細(xì)的金屬鉭粉末比較活潑，在常溫下與氧、氮等反應(yīng)，使鉭粉中氧、氮等雜質(zhì)含量提高。雖然一些金屬鉭制品例如一些可商購鉭錠的純度可以達(dá)到 99.995%， 甚至更高，但越細(xì)， 相應(yīng) 的活性越高，吸附氧、 氮、 氫、 碳的能力也隨之增加， 因而將鉭粉純 度提高到 99.99%以上一直被認(rèn)為是相當(dāng)困難和難以實(shí)現(xiàn)的。 甚至認(rèn)為進(jìn)一步降低有害雜質(zhì)氧、碳、氫、氮中的一種的含量都是困難的，同時降低這四種有害雜質(zhì)的 H I困難。

其次， 降低鉭粉的粒徑對于提高鉭粉和鉭靶的品質(zhì)也可為必要的。

很多技術(shù)人員進(jìn)行了廣泛的研究以試圖得到更高純度和較細(xì)粒徑的高純鉭粉， 但結(jié)果都不夠理想。

例如， 中國專利 CN101182602A公開了一種粉末冶金用及其制備方法， 其特征在于鉭粉的氧含量低于1500ppm， 氮含量低于200ppm。 但該粉末的金屬雜質(zhì)含量、 氫含量較高， 且顆粒較粗， 其粒度D50均在 70μπι左右。

中國專利 CN102909365公開了一種醫(yī)用 S ， 所述的氧<1000ppm, 95%以上的粒度為 1-50.0μπι。 但其采用脫氫脫氧同時進(jìn)行 的方式， 由于低溫不能有效脫除中的氫含量， 因此脫氫脫氧同時進(jìn)行時， 其過程溫度比較高。 而且， 在脫氫脫氧之前的鉭粉未經(jīng)過高 溫處理，其活性比較強(qiáng)， 容易導(dǎo)致鎂或氧化鎂顆粒被包裹在鉭顆粒內(nèi)部， 在后續(xù)酸洗過程中不易除去， 導(dǎo)致最終產(chǎn)品鎂含量偏高， 且該發(fā)明在酸洗后不再進(jìn)行熱處理， 其最終鉭粉中由于脫氧后殘余的金屬 鎂、 酸洗帶入的 H、 F等雜質(zhì)不能被除去。 因此， 該方法很難達(dá)到氫 含量小于 20ppm， 鎂含量小于 5ppm的水平。 據(jù)報(bào)道，該方法獲得的最高純度可為 99.9%。

中國專利 CN103447544A公開了一種粒度分布集中可控的高純鉭粉的制備方法， 其特征在于包括： 將高純鉭錠氫化成鉭碎屑， 依次進(jìn) 行粉碎、 分級， 再將分級后的鉭粉依次進(jìn)行低溫真空干燥和脫氫處 理： 其中至少在粉碎、 分級過程中， 與鉭粉接觸的器具均采用純度在 99.99%以上的鉭制成。

該方法的缺點(diǎn)在于， 第一： 由于其采用的設(shè)備為高純鉭制成， 因此對設(shè)備要求高， 同時成本昂貴。 第二， 由于其 方法中沒有脫氧的步驟， 因而所得產(chǎn)品的氧含量極不穩(wěn)定， 差別很 大， 很難完全都小于 1000ppm。 第三， 由于其采用分級處理， 物料的可利用率大大降低， 而且鉭粉的粒徑細(xì)化困難。 目前， 冶金級鉭粉的生產(chǎn)工藝一般采用脫氫脫氧同時進(jìn)行的方 式， 這會造成設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的局限性。

具體地， 如果溫度設(shè)定過低， 會造成脫氫不徹底， 并導(dǎo)致最終產(chǎn)品氫含量偏高。 同時， 鉭在吸氫后 發(fā)生的性質(zhì) （如晶格常數(shù)、 電阻、 硬度等）變化不能完全消除。 如果 溫度設(shè)定過高， 氫氣可以充分幹放， 但會造成鉭顆粒的燒結(jié)長大， 同 時生成鎂或氧化鎂顆粒被包裹在鉭顆粒內(nèi)部， 在后續(xù)酸洗過程中很 難被除去， 從而導(dǎo)致粒徑可控性差， 很難達(dá)到氧含量低于 l000ppm的 同時確保其平均粒徑 ?50<25μπι的要求。 更遺憾的是，還會導(dǎo)致鎂含 量過高。 另外， 目前的工藝在脫氫脫氧后鉭粉經(jīng)過酸洗、 烘干、 過篩 后即為最終產(chǎn)品， 而未進(jìn)行后續(xù)的熱處理， 這會導(dǎo)致脫氧后殘余的金 屬鎂、 酸洗帶入的 H、 F等雜質(zhì)不能被除去， 使最終產(chǎn)品的鎂、 氫等含量過高。