高純鎢是一種制造集成電路的基本材料。材料形狀可以是箔膜，薄片，靶材，細(xì)絲，絕緣線，直棒，圓管，粉末，單晶體等。廣泛用作半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路的門電路電極材料、布線材料和屏蔽金屬材料。

簡(jiǎn)介

微電子技術(shù)中大規(guī)模集成電路集成度的提高對(duì)材料提出了更高要求，傳統(tǒng)的Si基器件已不再適用。高純鎢或超純鎢(5N或6N)由于具有高電子遷移抗力、高溫穩(wěn)定性以及非常高的電子發(fā)射系數(shù)，廣泛用作半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路的門電路電極材料、布線材料和屏蔽金屬材料。高純金屬鎢靶是制造集成電路的基本材料之一，其市場(chǎng)前景與集成電路發(fā)展密切相關(guān)；若鎢靶純度不高，將造成大規(guī)模集成電路的作業(yè)可靠性降低，甚至產(chǎn)生泄電現(xiàn)象。采用高純鎢，可減少甚至消除有害雜質(zhì)的影響，提高終端產(chǎn)品的性能。

性質(zhì)

高純鎢的純度達(dá)到99.99%記為5N和6N的純鎢。它的各種雜質(zhì)元素含量應(yīng)在(0.1～1000)×10-12之間，對(duì)于某些雜質(zhì)元素的含量，如堿金屬元素、重金屬元素和氣體元素等還分別有特殊的要求。

制備

高純鎢的制備方法可分為粉末冶金法、熔煉法和化學(xué)氣相沉積法。

粉末冶金法

粉末冶金法是指鎢粉經(jīng)過(guò)成形后，加熱到其熔點(diǎn)下的某個(gè)溫度，通過(guò)物質(zhì)遷移完成致密化的過(guò)程，最終可得到鎢坯或某些形狀簡(jiǎn)單的鎢制品。

熔煉法

熔煉法是指將鎢原料加熱到其熔點(diǎn)以上形成液相，去除雜質(zhì)后再冷卻凝固實(shí)現(xiàn)致密化的過(guò)程，根據(jù)所采用的手段不同，具體方法有真空自耗電弧熔煉法、電子束熔煉法和等離子束熔煉法等。

化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積是指以鎢化合物氣體（一般為WF6）為鎢源，在一定溫度下被H2還原，將生成的鎢沉積在特定的基底上，沉積完成后去除基底材料獲得致密鎢坯（或者制品）的過(guò)程。

用途

高純鎢及其硅化物用于超大規(guī)模集成電路作為電阻層、擴(kuò)散阻擋層等以及在金屬氧化物半導(dǎo)體型晶體管中作為門材料及連接材料等 。

高純鎢中痕量雜質(zhì)的檢測(cè)

高純鎢中痕量元素的測(cè)定是評(píng)價(jià)高純鎢性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，降低痕量元素的測(cè)定下限和增加痕量元素的測(cè)定數(shù)目，提高測(cè)量的精確度和靈敏度是高純鎢檢測(cè)工藝的主要攻關(guān)方向。高純金屬中痕量元素的檢測(cè)常用手段有光譜分析、質(zhì)譜分析、中子分析等。隨著材料純度的提高，傳統(tǒng)的光譜分析以及中子分析所測(cè)元素的量及分析靈敏度均不能滿足6N 鎢粉的分析要求，而質(zhì)譜分析在高純鎢中痕量雜質(zhì)的檢測(cè)方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

電感耦合等離子質(zhì)譜法( ICP-MS) 測(cè)定方法是新一代痕量分析技術(shù)，具有檢測(cè)限低、能進(jìn)行多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在基體效應(yīng)的干擾問(wèn)題。

北京有色金屬研究院采取預(yù)分離富集技術(shù)，借助離子色譜分離基體，降低基體對(duì)雜質(zhì)檢測(cè)的干擾，利用膜去溶裝置吹掃溶劑有效地降低了ICP-MS檢測(cè)過(guò)程中氧化物的產(chǎn)率，精確地測(cè)定了6N 鎢粉中的雜質(zhì)。

與ICP-MS 法相比，輝光放電質(zhì)譜法(GDMS)具有可對(duì)固體樣品直接測(cè)量、樣品制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了ICP-MS法溶樣過(guò)程中難溶元素的損失和污染的引入，可更有效地應(yīng)用于6N及以上高純鎢的全面分析檢測(cè)。隨著儀器靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性等的進(jìn)一步提高，GD-MS作為對(duì)超純樣品直接分析的質(zhì)譜方法將得到更廣泛的應(yīng)用 。

研究與展望

隨微電子工業(yè)和光電技術(shù)的發(fā)展，高純鎢的用途日益增加，其中5N及以上高純鎢年消耗量為500t，預(yù)計(jì)到2020年其消耗量將增加到1200t，需求量日益增加，同時(shí)對(duì)W的純度也將提出更高要求。由于W產(chǎn)品高純度化和新功能化的發(fā)展跟不上電子元器件的需要，高純鎢及其相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量較國(guó)外同類產(chǎn)品仍有一定的差距，許多相關(guān)技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)能力。許多公司仍是采用傳統(tǒng)加工工藝生產(chǎn)，依靠?jī)r(jià)格取勝的代加工型企業(yè)。高純鎢的制備工藝繁冗，同時(shí)各種提純方法在脫除不同雜質(zhì)的效果上存在很大差異；國(guó)內(nèi)在高純鎢的精煉工藝方面，仍只是采用簡(jiǎn)單的真空脫氣處理除去間隙雜質(zhì)，產(chǎn)品純度受到一定的限制。而熔煉法由于溫度高，無(wú)污染，提純效果好等特點(diǎn)，在提純難熔金屬方面具有極大的優(yōu)勢(shì)；但其原料純度要求較高，成本高，工藝費(fèi)時(shí)。因此，如何將各個(gè)工藝有機(jī)結(jié)合成功制備出高純鎢成為研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。我國(guó)是W資源大國(guó)，應(yīng)充分發(fā)揮其產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。微電子和核技術(shù)的發(fā)展勢(shì)不可擋，高純鎢是其應(yīng)用的重要原料；如何改進(jìn)提純工藝，制備出性能更加優(yōu)異的高純鎢及其相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化是今后的發(fā)展方向。