способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней

Формула изобретения

Способ получения высокочистого вольфрама для распыляемых мишеней, включающий очистку раствора паравольфрамата аммония сульфидом аммония за счет перевода примеси молибдена в тиокомплекс [MoS ₄ ^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.

Описание изобретения к патенту

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 FeCl ₂, CoCl₂, NiCl₂, CuCl₂ , СrСl₃, PbCl₂, SnCl₂, MoCl ₅ 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.