7440-25-7/高純鉭粉的制備方法

近年來， 半導體技術飛躍發展， 用作濺射膜的鉭的需求量逐漸增加。在集成電路中， 鉭作為擴散阻擋層置于在硅和銅導體之間。 鉭濺射靶的生產方法包括錠冶金（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擔 。 例如， I/M法不能生產合金靶， 這是因為鉭和硅的熔點不同， 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體裝置有污染的物質。在濺射膜形成時， 鉭（合金、 化合物）靶中若有雜質存在，則在濺射腔內會引入雜質，導致粗大的粒子附在基片上，使薄膜回路發生短路。同時，雜質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、 氮等雜質更加有害，因為它們會引起異常放電，使形成的膜的均勻性出現問題。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關系，靶中的晶粒越細， 得到的膜越均勻。因此，現有技術中存在對于高品質鉭粉和鉭靶的需要。

因此，為了得到高品質鉭粉和鉭靶，必須首先降低鉭粉中的雜質含量，提高鉭粉的純度。 然而，眾所周知，雖然金屬鉭性能比較穩 定，但是粒徑比較細的金屬鉭粉末比較活潑，在常溫下與氧、氮等反應，使鉭粉中氧、氮等雜質含量提高。雖然一些金屬鉭制品例如一些可商購鉭錠的純度可以達到 99.995%， 甚至更高，但越細， 相應 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%以上一直被認為是相當困難和難以實現的。 甚至認為進一步降低有害雜質氧、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也可為必要的。

很多技術人員進行了廣泛的研究以試圖得到更高純度和較細粒徑的高純鉭粉， 但結果都不夠理想。

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行時， 其過程溫度比較高。 而且， 在脫氫脫氧之前的鉭粉未經過高 溫處理，其活性比較強， 容易導致鎂或氧化鎂顆粒被包裹在鉭顆粒內部， 在后續酸洗過程中不易除去， 導致最終產品鎂含量偏高， 且該發明在酸洗后不再進行熱處理， 其最終鉭粉中由于脫氧后殘余的金屬 鎂、 酸洗帶入的 H、 F等雜質不能被除去。 因此， 該方法很難達到氫 含量小于 20ppm， 鎂含量小于 5ppm的水平。 據報道，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 行粉碎、 分級， 再將分級后的鉭粉依次進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。

該方法的缺點在于， 第一： 由于其采用的設備為高純鉭制成， 因此對設備要求高， 同時成本昂貴。 第二， 由于其 方法中沒有脫氧的步驟， 因而所得產品的氧含量極不穩定， 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， 而且鉭粉的粒徑細化困難。 目前， 冶金級鉭粉的生產工藝一般采用脫氫脫氧同時進行的方 式， 這會造成設計工藝參數的局限性。

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