本发明属于物理测试，具体涉及一种集成电路用高纯金属镧溅射靶材的低温金相腐蚀方法。
背景技术：
1、金属镧具有高介电常数、低功函、优异的压电性能及磁性能等功能性质，随着集成电路先进逻辑、先进存储、先进封装以及其他新器件技术的发展，高纯金属镧溅射靶材作为高阶制程集成电路用栅介质薄膜，受到广泛关注。集成电路用高纯金属镧溅射靶材除了关注纯度、密度、焊接结合率、尺寸精度、表面质量等指标外，对靶材的微观组织(分层、疏松、夹杂和气孔等)尤其晶粒尺寸更是有一套严格的标准。金属镧的内部微观组织会直接影响产品的使役性能，对高纯镧靶材而言，晶粒尺寸越细小，镧靶材溅射速率越快，薄膜性能相应越好，且晶粒尺寸相差越小，沉积薄膜的厚度分布也更均匀，溅射后薄膜的性能越好，利用率也越高。因而，在高纯镧靶材制造过程中，可通过研究其显微组织，优化靶材生产工艺参数，提升产品质量。
2、高纯镧靶材为银白色金属，质软，且相较于铽、镝、镥、钇等重稀土金属，轻稀土金属镧性质更为活泼，在空气中易氧化，新鲜的表面遇空气迅速变暗，并能与冷水直接反应。这些特有的理化性质，为其显微样品的制备带来了重重挑战：在磨抛过程中，由于化学性质活泼、质地软，金属镧易与水、研磨粒子、空气等反应产生氧化层，且容易嵌入磨料、抛光剂等颗粒物而产生形变干扰层；在腐蚀过程中，因性质活泼而反应较为剧烈，容易过腐蚀，难以获得清晰、真实的显微组织。金相试样的制备是开展高纯镧微观组织形貌观测及研究的基础，所制备试样的质量直接影响观测材料组织的代表性与准确性。常规金相试样制备包括“取样→镶嵌→磨制→抛光→腐蚀”等多步操作、流程复杂，且试样腐蚀时，常用含hcn、hf等强腐蚀性和毒性的危险试剂，存在腐蚀速度太快、过程不易控制、成功率低、危害实验人员健康等缺点。
3、为满足集成电路用高纯金属镧溅射靶材的微观组织研究需求，在显微制样技术方面需要进一步探索。迄今为止，国内外现有的材料显微组织研究技术尚未涉及高纯稀土金属镧的金相制样及组织显示方面。采用现有技术中公开的其他金属材料的金相样品制备方法所制备出的试样，无法避免地出现形变干扰层，且材料表面氧化、腐蚀严重，无法获得真实的组织。高纯稀土金属是研发高新技术材料的关键原材料，开展高纯稀土金属镧的微观组织研究符合高端稀土材料发展方向，所涉及到的显微制样方法是确保稀土金属镧材料产品质量的关键技术，需要进行新的研究和探索。
技术实现思路
1、针对以上问题，本发明的目的在于提供一种行之有效的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法。本发明采用镧靶材作为实验样品，经取样、磨制、低温化学抛光/腐蚀步骤后，即可获得晶粒明显、晶界清晰的微观组织观测用金相试样。
2、一种集成电路用高纯金属镧溅射靶材的低温金相腐蚀方法，主要包括以下步骤：
3、1)取样：采用带冷却装置的线切割机，截取镧靶材试样；
4、2)磨制：将试样依次置于目数由低至高的碳化硅水砂纸上，由粗到细依次磨制，每换一次砂纸，样品转动45-135°，直至将上一级划痕完全去除，磨完后吹干样品，获得表面划痕均匀细小排布的镧靶材试样；
5、3)配制低温冷却液：采用塑料烧杯，将液氮与乙醇按一定比例混合均匀，配制成液氮/乙醇低温冷却浴，置于保温泡沫箱中；
6、4)配制化学抛光/腐蚀液：采用塑料烧杯，按比例配制浓硫酸+乙酸+磷酸+乙二醇单乙醚+硝酸的化学抛光/腐蚀液；
7、5)低温预处理：将镧靶材试样、盛有化学抛光/腐蚀液的烧杯依次放入液氮/乙醇浴中，盖上保温泡沫箱盖，进行低温冷冻预处理；
8、6)低温抛光/腐蚀：用镊子将冷冻好的镧靶材试样，转移到化学抛光/腐蚀液中，低温化学抛光/腐蚀一段时间，至试样表面磨痕基本去除、呈现浅紫色的光晕后，立即将试样转移到液氮/乙醇浴中，涮洗掉试样表面残留的腐蚀液后，取出试样，并冲洗、吹干试样表面；
9、7)微观组织分析：将腐蚀好的试样，置于金相光学显微镜(om)或扫描电镜(sem)下观察，分析其显微组织。
10、进一步地，步骤1)中，所述镧靶材试样的受检面面积小于400mm2，高度为15mm～20mm。本发明中，集成电路用高纯金属镧溅射靶材的纯度≥99.99wt％。
11、进一步地，步骤2)中，所述磨制过程中，将试样依次置于240#、500#、1000#、2400#和5000#不同目数的碳化硅水砂纸上，由粗到细依次磨制；镧靶材活性高、质地软，磨制过程中，采用无水乙醇等不与试样反应的有机溶剂作为冷却及润滑液，并确保试样表面氧化层及切割产生的形变层完全去除。
12、进一步地，步骤3)中，所述低温冷却液中，液氮与乙醇的体积比为1:1，所述乙醇为无水乙醇。
13、所述低温冷却液的配制方式为：在塑料烧杯中，先加入无水乙醇，再边搅拌边缓慢加入液氮，并充分混合均匀。例如，在500ml塑料烧杯中，先加入100ml无水乙醇，再边搅拌边缓慢加入100ml液氮，并充分混合均匀，得到液氮/乙醇浴；所用塑料烧杯为耐低温的赛默飞低型pfa(可熔性聚四氟乙烯)塑料烧杯。
14、进一步地，步骤4)中，所述的化学抛光/腐蚀液中，各原料的体积份数为：浓硫酸1-2份，乙酸15-25份，磷酸8-15份，乙二醇单乙醚8-15份，硝酸25-30份；即浓硫酸、乙酸、磷酸、乙二醇单乙醚与硝酸之间的体积比为(1-2)：(15-25):(8-15):(8-15):(25-30)，其中，浓硫酸的浓度≥99.8wt％，乙酸的浓度≥99.5wt％，磷酸的浓度≥85.0wt％，乙二醇单乙醚的浓度≥90.0wt％，硝酸的浓度为40.0wt％～60.0wt％。配制化学抛光/腐蚀液所用烧杯为耐低温的赛默飞低型pfa塑料烧杯。
15、所述化学抛光/腐蚀液的配制步骤为：依次量取乙酸(≥99.5wt％)、磷酸(≥85.0wt％)、乙二醇单乙醚(≥90.0wt％)、硝酸(40.0wt％～60.0wt％)于塑料烧杯中，混合均匀后，将浓硫酸(≥98.0wt％)沿烧杯壁缓慢倒入塑料烧杯中，并不断用玻璃棒搅拌散热。例如，所述化学抛光/腐蚀液的配制步骤为：依次量取15-25ml乙酸(≥99.5wt％)、8-15ml磷酸(≥85.0wt％)、8-15ml乙二醇单乙醚(≥90.0wt％)、25-30ml硝酸(40.0wt％～60.0wt％)于100ml塑料烧杯中，混合均匀后，将1-2ml浓硫酸(≥98.0wt％)沿烧杯壁缓慢倒入塑料烧杯中，并不断用玻璃棒搅拌散热。
16、所述化学抛光/腐蚀液中，浓硫酸、硝酸能协同作用于磨制完5000#碳化硅砂纸的镧靶材表面，快速溶解、去除样品表面平行排布的细小划痕，起到平整、光亮试样表面的作用；同时，在金相腐蚀过程中，硝酸、乙酸能够优先腐蚀镧靶材的晶界，显现其晶粒组织形貌，磷酸、乙二醇单乙醚主要起缓蚀剂的作用，减缓金相腐蚀速率。
17、步骤5)中，所述低温冷冻预处理的时间为5-10min。镧靶材本身具有较强的化学活性，低温冷冻预处理能有效降低试样及腐蚀液温度，使金相腐蚀过程中，体系温度能保持在极低温下进行，抑制镧靶材化学活性并控制金相腐蚀速率，避免试样表面出现氧化及过腐蚀等问题。
18、进一步地，步骤6)中，所述低温化学抛光/腐蚀时间为20-60s。在液氮/乙醇浴(温度为-110℃左右)的低温氛围中，对预先冷冻后的镧靶材试样进行腐蚀，可有效控制腐蚀速率，避免常温下，因镧靶材性质活泼而导致的表面氧化及过腐蚀等问题，而掩盖其真实的微观组织。
19、实验过程中所戴手套为耐低温防冻手套，所用塑料烧杯均为耐低温的赛默飞低型pfa塑料烧杯，所用镊子为耐酸耐低温的塑料夹子。
20、本发明采用不镶嵌直接研磨的方式，有效避免了冷镶耗时长及热镶热程中的热力耦合作用导致镧靶材试样表面氧化及开裂问题；试样研磨后不抛光，直接低温腐蚀，利用浓硫酸+乙酸+磷酸+乙二醇单乙醚+硝酸混合溶液的化学抛光及腐蚀作用，获得微观组织显示清晰、晶粒轮廓明显的镧靶材微观组织观测用样品。
21、本发明的优点如下：
22、(1)本发明采用液氮/乙醇浴的低温氛围对试样进行化学抛光/腐蚀，通过低温抑制镧靶材活性及反应速率，有效解决了镧靶材化学活性高、金相抛光/腐蚀过程中表面的氧化严重及过腐蚀等问题；
23、(2)本发明制备的镧靶材金相样品，微观组织显示清晰、晶粒轮廓明显，便于开展镧靶材的微观组织均匀性分析、晶粒度评定以及孔洞、微裂纹等缺陷检测工作，有效解决了集成电路用镧靶材的微观组织表征技术难题。
24、(3)本发明利用浓硫酸+乙酸+磷酸+乙二醇单乙醚+硝酸混合溶液，对镧靶材试样进行化学抛光及腐蚀，可显示出镧靶材的真实组织，腐蚀剂配方均为实验室常见试剂，腐蚀方法简便高效、复现性好、经济实用。
1.一种集成电路用高纯金属镧溅射靶材的低温金相腐蚀方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求书1所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：所述高纯金属镧溅射靶材试样的纯度≥99.99wt％，受检面面积小于400mm2，高度为15mm～20mm。
3.根据权利要求书1所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：所述磨制过程中，将试样依次置于240#、500#、1000#、2400#、5000#不同目数的碳化硅水砂纸上，由粗到细依次磨制，磨制时采用不与试样反应的有机溶剂作为冷却及润滑液，并确保将试样表面氧化层及切割产生的形变层完全去除。
4.根据权利要求书1所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：所述低温冷却液中，液氮与乙醇的体积比为1:1，所述乙醇为无水乙醇。
5.根据权利要求书4所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：所述低温冷却液的配制方式为：在塑料烧杯中，先加入无水乙醇，再边搅拌边缓慢加入液氮，并充分混合均匀。
6.根据权利要求书1所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：所述的化学抛光/腐蚀液中，各原料的体积份数为：浓硫酸1-2份，乙酸15-25份，磷酸8-15份，乙二醇单乙醚8-15份，硝酸25-30份。
7.根据权利要求书6所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：所述化学抛光/腐蚀液的配制步骤为：依次量取浓度≥99.5wt％的乙酸、浓度≥85.0wt％的磷酸、浓度≥90.0wt％的乙二醇单乙醚、浓度为40.0wt％～60.0wt％的硝酸于塑料烧杯中，混合均匀后，将浓度≥98.0wt％的浓硫酸沿烧杯壁缓慢倒入塑料烧杯中，并不断用玻璃棒搅拌散热。
8.根据权利要求书1所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：所述低温冷冻预处理的时间为5-10min。
9.根据权利要求书1所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：所述低温化学抛光/腐蚀时间为20-60s。
10.根据权利要求书1所述的集成电路用镧靶材的微观组织显示方法，其特征在于：实验过程中所戴手套为耐低温防冻手套，采用塑料烧杯均为耐低温的赛默飞低型pfa塑料烧杯，采用镊子为耐酸耐低温的塑料夹子。
