Способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней

Способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней

Реферат

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано при изготовлении распыляемых магнетронных мишеней, используемых в технологии производства кремниевых интегральных схем в микроэлектронике.

Известен способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней, который включает очистку раствора паравольфрамата аммония от примесей сульфидом аммония и ионным обменом на анионите АМ-n. Затем проводят термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама и очистку трехокиси вольфрама зонной сублимацией при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода. После сублимации проводят гетерогенное восстановление водородом трехокиси вольфрама при температуре 700-750°С до образования порошка вольфрама и прессование порошка вольфрама до получения прутка. Затем проводят электронную вакуумную зонную перекристаллизацию до получения кристалла высокочистого вольфрама и электронную вакуумную плавку нужного количества кристаллов в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз [Патент РФ №2375480]. Этот способ принят нами за прототип. В принципе, известный способ позволяет получать мишени из высокочистого вольфрама, которые удовлетворяют основным требованиям к чистоте получаемых пленок. Тем не менее наличие в таких мишенях довольно высоких концентраций тяжелых металлов (медь, железо, кобальт, никель, свинец, ванадий, молибден и т.д.) стимулировало поиски методов дополнительной тонкой очистки вольфрама.

Техническая задача - повышение чистоты вольфрама для распыляемых мишеней, используемых для тонкопленочной металлизации, и, как следствие, улучшение электрофизических параметров наносимых тонких слоев.

Это достигается тем, что в известном способе получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней, включающем очистку раствора паравольфрамата аммония сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [МоS₄ ^2-], очистку раствора ионным обменом на анионите АМ-n, термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама, очистку трехокиси вольфрама зонной сублимацией при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода, гетерогенное восстановление водородом трехокиси вольфрама при температуре 700-750°С до образования порошка вольфрама, прессование порошка вольфрама до получения прутка вольфрама, электронную вакуумную зонную перекристаллизацию прутка вольфрама до получения кристалла вольфрама и электронную вакуумную плавку кристаллов вольфрама в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз, причем пруток вольфрама перед зонной перекристаллизацией обрабатывают хлором при скорости подачи хлора 100 мл/мин и температуре 300°С в течение 1 часа.

Способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней осуществляется следующим образом. Раствор паравольфрамата аммония очищают сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [MoS₄ ^2-]. Затем производят очистку от других примесей с помощью ионного обмена на анионите АМ-n и термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама. Очистку трехокиси вольфрама с помощью зонной сублимации проводят при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода. Гетерогенное восстановление трехокиси вольфрама водородом при температуре 700-750°С ведут до образования порошка вольфрама, который затем прессуют до получения прутка вольфрама. Затем пруток вольфрама обрабатывают хлором при скорости подачи хлора 100 мл/мин при температуре 300°С в течение 1 часа. Электронную вакуумную зонную перекристаллизацию прутка вольфрама проводят до получения кристалла вольфрама. Электронную вакуумную плавку нужного количества кристаллов вольфрама производят в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка вольфрама с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз. Основной особенностью дополнительного этапа очистки вольфрама является то, что происходит хлорирование поверхности прутка вольфрама с образованием хлорида вольфрама WCl₂. При последующей электронной вакуумной зонной перекристаллизации прутка вольфрама при прохождении расплавленной зоны, в дополнение к кристаллизационным процессам очистки, происходит взаимодействие между примесями металлов и хлоридом вольфрама с образованием летучих хлоридов примесей (таких как FeCl₂, CoCl₂, NiCl₂, CuCl₂, СrСl₃, PbCl₂, SnCl₂, MoCl₅ и др.), которые удаляются из вольфрама испарением.

Пример реализации способа.

В качестве исходных материалов использовали раствор паравольфрамата аммония, который очищали сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [MoS₄ ^2-] и от других примесей ионным обменом на анионите АМ-n. Затем паравольфрамат аммония подвергали термическому разложению при температуре 600-800°С и получали трехокись вольфрама, которую подвергали зонной сублимации на специальной установке с кварцевым реактором и зонным нагревателем, в результате чего получали очищенную трехокись вольфрама. Скорость потока кислорода 50-60 мл/мин, скорость перемещения зоны 20 мм/ч, температура 900-950°С. Было сделано десять проходов паровой зоны. Трехокись вольфрама подвергали гетерогенному восстановлению водородом на стандартной установке при температуре 700-750°С. Продолжительность процесса восстановления составляла 3-5 часов при загрузке 0,5-1 кг. Полученный мелкодисперсный порошок вольфрама прессовали в пруток вольфрама, который помещали в кварцевый реактор и обрабатывали в потоке осушенного от влаги хлора со скоростью подачи хлора 100 мл/мин при температуре 300°С с выдержкой в печи в течение 1 часа, в результате чего происходило насыщение поверхности прутка вольфрама хлором. Обработанный в хлоре пруток вольфрама подвергали вакуумной зонной перекристаллизации по стандартной технологии в установке электронно-лучевой зонной плавки, в результате чего получали кристаллы вольфрама, которые переплавляли в плоском кристаллизаторе в вакууме в установке электронно-лучевой плавки. Плоский слиток вольфрама проплавляли с помощью аксиальной электронной пушки с каждый стороны на всю глубину не менее двух раз. По данным масс-спектрального анализа содержание примесей в вольфраме было следующим (ppm): Сu<0,01; Рb<0,01; Fe<0,05; Ni<0,01; Со<0,05; Cr<0,01; Nb<0,05; V<0,05; Mo<0,1.

Таким образом, введение дополнительного этапа очистки при получении вольфрама для распыляемых мишеней, при некотором осложнении технологического процесса, позволяет существенно снизить содержание примесей тяжелых металлов.

Способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней, включающий очистку раствора паравольфрамата аммония сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [MoS₄ ^2-], очистку ионным обменом на анионите АМ-n, термическое разложение паравольфрамата аммония при температуре 600-800°С до получения трехокиси вольфрама, очистку трехокиси вольфрама зонной сублимацией при температуре 900-950°С в постоянном потоке кислорода, гетерогенное восстановление водородом трехокиси вольфрама при температуре 700-750°С до образования порошка вольфрама, прессование порошка вольфрама до получения прутка вольфрама, электронную вакуумную зонную перекристаллизацию прутка вольфрама до получения кристалла вольфрама и электронную вакуумную плавку кристаллов вольфрама в плоском кристаллизаторе с проплавлением плоского слитка вольфрама с каждой стороны на всю глубину не менее двух раз, отличающийся тем, что пруток вольфрама перед зонной перекристаллизацией обрабатывают хлором при скорости подачи хлора 100 мл/мин и температуре 300°С в течение 1 ч.