一种银铜合金靶材及其制备方法与流程

本发明属于溅射靶材
技术领域：
，具体涉及一种银铜合金靶材及其制备方法。
背景技术：
：近年来，随着溅射靶材与技术的日益发展，溅射靶材的重要性在溅射技术中越发显现出来，靶材的质量会直接影响镀膜的质量。在溅射过程中，靶材表面的原子以离子的形式溅射出来，落在基体的表面形成一层薄膜。材料通过镀膜可以提高材料的表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性，满足材料不同的使用需求，真空磁控溅射镀膜其关键之处在于使用的靶材。高纯铜和铜合金因其高电迁移抗力和低电阻，被用作互连线材料。随着金属互连线的特征尺寸向纳米级方向发展，金属互连线的宽度不断减小，金属互连线的层数不断增加，原本的纯cu靶材工艺由于存在电迁移、氧化等问题，已经无法满足当前的需要，所以对于铜合金靶材的需求越来越大。银铜合金由于具有良好的导热导电性和物理性能，被广泛应用。银铜合金靶材的组织和成分的均匀性可以保证镀膜的质量，靶材的性能主要由晶粒尺寸、取向分布、微观结构等决定。靶材的晶粒越小、成分越均匀，则溅射速度越快，成膜质量越好。中国专利cn107937878公开了一种银铜合金靶材及其制备方法，该方法采用真空感应熔炼技术制备银铜合金铸锭，将银铜合金铸锭在高温下进行镦粗拔长的塑性变形。经过多轮次的镦粗拔长变形后，将靶材坯料冷却，对冷却后的银铜合金靶材坯料进行压延变形制备成银铜合金靶坯，然后对靶坯进行热处理，得到银铜合金靶材。然而该法制备的靶材存在晶粒大小不均匀的缺点。技术实现要素：鉴于此，本发明提供了一种银铜合金靶材及其制备方法。本发明制得的银铜合金靶材晶体尺寸小，晶粒分布均匀。为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供了一种银铜合金靶材的制备方法，包括以下步骤：将铜和银在保护气氛下进行熔炼，得到液态合金；将所述液态合金进行喷射沉积处理，得到银铜合金铸锭；将所述银铜合金铸锭依次进行均匀化退火、ecap挤压、低温退火、镦粗变形和轧制处理，得到银铜合金粗锭；将所述银铜合金粗锭进行再结晶退火处理，得到银铜合金靶材。优选地，所述喷射沉积处理的方法包括以下步骤：在保护气氛下，将所述液态合金依次进行喷射和冷却沉积，得到银铜合金铸锭。优选地，所述喷射为气体喷射；所述喷射的气压为0.7mpa～0.9mpa，流量为28～30l/s。优选地，所述均匀化退火的温度为650℃～750℃，保温时间为2～3h。优选地，所述ecap挤压的道次为4～6次，速度为1～5mm/s。优选地，所述低温退火的温度为300℃～400℃，保温时间为1～3h。优选地，所述镦粗变形的压缩比≥45％，次数不少于3个轮次。优选地，所述轧制处理的道次为10～20次，道次变形量为15～30％，总变形量≥65％。优选地，所述再结晶退火的温度为300℃～400℃，保温时间为1～3小时。本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的银铜合金靶材，所述银铜合金靶材晶体的粒径为15～25μm。本发明提供了一种银铜合金靶材的制备方法，包括以下步骤：将铜和银在保护气氛下进行熔炼，得到液态合金；将所述液态合金进行喷射沉积处理，得到银铜合金铸锭；将所述银铜合金铸锭依次进行均匀化退火、ecap挤压、低温退火、镦粗变形和轧制处理，得到银铜合金粗锭；将所述银铜合金粗锭进行再结晶退火处理，得到银铜合金靶材。本发明通过采用喷射沉积处理有效提高了银铜合金靶材组织的致密性和均匀性；通过采用均匀化退火工艺使合金铸锭成分均匀化、消除成分偏析和组织不均匀性；通过采用ecap挤压工艺使合金铸锭晶粒尺寸均匀；通过采用镦粗变形使靶材的变形均匀；通过采用轧制与再结晶退火结合使得靶材成分均匀、晶粒分布均匀、晶粒细化。本发明制得的银铜合金靶材具有晶粒尺寸细小、晶粒分布均匀、成分均匀和致密性高的特点。实施例结果表明，银铜合金靶材晶粒尺寸均匀，为15～25μm，晶粒分布均匀、成分均匀和致密性高，强度为380～410mpa，伸长率为19～25％。且本发明制得的银铜合金靶材溅射时镀膜的厚度均匀、溅射速率快，完全符合溅射需求。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1为本发明制备银铜合金靶材的工艺流程；图2为实施例1制得的银铜合金靶材的金相组织图；图3为实施例2制得的银铜合金靶材的金相组织图；图4为实施例3制得的银铜合金靶材的金相组织图。具体实施方式本发明提供了一种银铜合金靶材的制备方法，包括以下步骤：将铜和银在保护气氛下进行熔炼，得到液态合金；将所述液态合金进行喷射沉积处理，得到银铜合金铸锭；将所述银铜合金铸锭依次进行均匀化退火、ecap挤压、低温退火、镦粗变形和轧制处理，得到银铜合金粗锭；将所述银铜合金粗锭进行再结晶退火处理，得到银铜合金靶材。本发明将铜和银在保护气氛下进行熔炼，得到液态合金。本发明优选将铜和银加入熔炼和喷射一体化设备中，银装入料斗内，待熔炼和喷射一体化设备的真空度为0.2pa～0.8pa时开始通电升温，待温度为1165℃～1190℃时，再加入银。本发明在铜中加入银元素得到的合金靶材其力学性能和抗电迁移能力与纯铜靶材相比明显提高，并且银铜合金具有良好的耐蚀能力。在本发明中，所述铜和银的质量比优选为99.0～99.95：0.05～1.0，所述铜的纯度优选>99.999％，所述银的纯度优选>99.99％。本发明对所述铜和银的具体来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品即可。得到液态合金后，本发明将所述液态合金进行喷射沉积处理，得到银铜合金铸锭。在本发明中，所述喷射沉积处理的方法优选包括以下步骤：在保护气氛下，将所述液态合金依次进行喷射和冷却沉积，得到银铜合金铸锭。本发明优选将所述液态合金喷射形成雾化液滴。在本发明中，所述喷射优选为气体喷射，所述气体优选为氩气，所述喷射的气压优选为0.7mpa～0.9mpa，进一步优选为0.8mpa，所述喷射的气体流量优选为28～30l/s，进一步优选为29l/s。得到雾化液滴后，本发明优选将所述雾化液滴进行冷却沉积，得到银铜合金铸锭。在本发明中，所述冷却沉积优选为凝固沉积。本发明通过采用喷射沉积处理得到细小的凝固组织，有效提高了银铜合金靶材组织的致密性和均匀性，且方法简单、沉积效率高，可实现大规模的工业化生产。得到银铜合金铸锭后，本发明将所述银铜合金铸锭依次进行均匀化退火、ecap挤压、低温退火、镦粗变形和轧制处理，得到银铜合金粗锭。在本发明中，所述均匀化退火的温度优选为650℃～750℃，进一步优选为700℃，保温时间优选为2～3h，进一步优选为2.5h。本发明对所述均匀化退火的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常规均匀化退火的方式即可。本发明通过采用均匀化退火工艺使合金铸锭成分均匀化、消除成分偏析和组织不均匀性。在本发明中，所述ecap挤压的道次优选为4～6次，进一步优选为5次，所述ecap挤压的速度优选为1～5mm/s，进一步优选为3～4mm/s。本发明对所述ecap挤压的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常规ecap挤压的方式即可。本发明通过采用ecap挤压工艺使合金铸锭晶粒细晶化，并且可以提升银铜合金靶材的强度和塑性。在本发明中，所述低温退火的温度优选为300℃～400℃，进一步优选为350℃，所述低温退火的保温时间优选为1～3h。本发明对所述低温退火的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常规低温退火的方式即可。本发明通过采用低温退火工艺有效地消除或降低合金铸锭中的内应力。在本发明中，所述镦粗变形的压缩比优选≥45％，进一步优选为50％～55％，次数优选不少于3个轮次，进一步优选为4～6次。本发明对所述镦粗变形的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常规镦粗变形的方式即可。本发明通过采用镦粗变形使靶材的变形均匀。在本发明中，所述轧制处理的道次优选为10～20次，进一步优选为10～12次，所述轧制优选为往复轧制，所述轧制优选在二辊轧机中进行，所述轧制处理的道次变形量优选为15～30％，进一步优选为20～25％，总变形量优选≥65％，进一步优选为70～80％。本发明对所述轧制处理的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常规轧制处理的方式即可。在本发明中，所述再结晶退火的温度优选为300℃～400℃，进一步优选为350℃，所述再结晶退火的保温时间优选为1～3小时。本发明对所述再结晶退火的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常规再结晶退火的方式即可。本发明通过采用轧制与再结晶退火结合使得靶材成分均匀、晶粒分布均匀、晶粒细化。图1为本发明制备银铜合金靶材的工艺流程。在本发明中，将制得的合金铸锭依次进行均匀化退火、ecap挤压、低温退火、镦粗变形、轧制处理和再结晶退火处理，得到银铜合金靶材。下面结合实施例对本发明提供的银铜合金靶材的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例1(1)选取纯度为99.999％的铜和纯度为99.99％的银，按照铜质量百分比为99.0％和银质量百分比为1.0％的比例，将两者加入熔炼和喷射一体化设备，银先装入料斗内，待真空度在0.8pa时开始通电升温，等温度升至1190℃时，再加入银，熔炼成液态合金；(2)在惰性气氛中，液态合金经导流管流出，在喷嘴出口被高速氩气击碎，雾化成弥散的液态小颗粒，并直接喷到基底上，凝固形成铸锭。此时惰性气体气压设为0.8mpa，气体流量为29l/s；(3)对铸锭进行高温均匀化退火，温度控制在700℃，保温2小时；对块体铸锭进行5道次ecap挤压处理，挤压速度为3mm/s；(4)对上述的粗锭进行中间低温退火处理，退火温度为300℃，保温时间3小时；(5)在室温下，对铸锭进行镦粗变形处理，压缩比为45％，镦粗4个轮次。在二辊轧机进行12道次往复轧制，道次变形量在12％，总变形量为80％；(6)最后进行再结晶退火，温度控制为300℃，保温时间3小时，得到银铜合金靶材，银铜合金靶材的晶粒平均粒径为15μm。图2为实施例1制得的银铜合金靶材的金相组织图，从图2中可以看出，晶粒分布均匀、成分均匀，且致密性高。实施例2(1)选取纯度为99.999％的铜和纯度为99.99％的银，按照铜质量百分比为99.5％和银质量百分比为0.5％的比例，将两者加入熔炼和喷射一体化设备，银先装入料斗内，待真空度在0.6pa时开始通电升温，等温度升至1180℃时，再加入银，熔炼成液态合金；(2)在惰性气氛中，液态合金经导流管流出，在喷嘴出口被高速氩气击碎，雾化成弥散的液态小颗粒，并直接喷到基底上，凝固形成铸锭。此时惰性气体气压设为0.9mpa，气体流量为29l/s；(3)对铸锭进行高温均匀化退火，温度控制在650℃，保温2.5小时；对块体铸锭进行4道次ecap挤压处理，挤压速度为5mm/s；(4)对上述的粗锭进行低温退火处理，退火温度为350℃，保温时间3小时；(5)在室温下，对铸锭进行镦粗变形处理，压缩比为50％，镦粗5个轮次。在二辊轧机进行8道次往复轧制，道次变形量在20％，总变形量为85％；(6)最后进行再结晶退火，温度控制为350℃，保温时间3小时，得到银铜合金靶材，银铜合金靶材的晶粒平均粒径为22μm。图3为实施例2制得的银铜合金靶材的金相组织图，从图3中可以看出，晶粒分布均匀、成分均匀，且致密性高。实施例3(1)选取纯度为99.999％的铜和纯度为99.99％的银，按照铜质量百分比为99.95％和银质量百分比为0.05％的比例，将两者加入熔炼和喷射一体化设备，银先装入料斗内，待真空度在0.6pa时开始通电升温，等温度升至1190℃时，再加入银，熔炼成液态合金；(2)在惰性气氛中，液态合金经导流管流出，在喷嘴出口被高速氩气击碎，雾化成弥散的液态小颗粒，并直接喷到基底上，凝固形成铸锭。此时惰性气体气压设为0.8mpa，气体流量为30l/s；(3)对铸锭进行高温均匀化退火，温度控制在750℃，保温2小时；对块体铸锭进行5道次ecap挤压处理，挤压速度为4mm/s。(4)对上述的粗锭进行中间低温退火处理，退火温度为350℃，保温时间1小时；(5)在室温下，对铸锭进行镦粗变形处理，压缩比为55％，镦粗6个轮次。在二辊轧机进行16道次往复轧制，道次变形量在10％，总变形量为80％；(6)最后进行再结晶退火，温度控制为350℃，保温时间1小时，得到银铜合金靶材，银铜合金靶材的晶粒平均粒径为25μm。图4为实施例3制得的银铜合金靶材的金相组织图，从图4中可以看出，晶粒分布均匀、成分均匀，且致密性高。对实施例1～3制得的银铜合金靶材性能进行测试，测试方法为本领域常规拉伸测试方法，结果如表1所示。表1实施例1～3制得的银铜合金靶材性能测试结果强度(mpa)测试方法塑性测试方法实施例1410拉伸试验19％拉伸试验实施例2380拉伸试验25％拉伸试验实施例3390拉伸试验21％拉伸试验从上述实验数据中可以看出，本发明制得的银铜合金靶材强度为380～410mpa，伸长率为19～25％。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12