前言
磁控溅射镀膜(mo)属(shu)于(yu)物理(li)气(qi)相(xiang)沉积，离(li)子在(zai)电(dian)场加(jia)速下高速轰(hong)击阴极靶(ba)材，靶(ba)材原(yuan)子(zi)被溅(jian)射出来(lai)后沉(chen)积(ji)到(dao)被(bei)镀膜体(ti)表(biao)面(mian)而(er)形(xing)成(cheng)薄(bao)膜(mo)，是用来(lai)制备(bei)薄膜材料(liao)的一(yi)种(zhong)主要(yao)方法(fa) [1] 。它的基本原(yuan)理(li)是(shi)：真(zhen)空环境(jing)中电场加(jia)速(su)离子(zi)后形成具(ju)有高动(dong)能(neng)的(de)离(li)子(zi)束流(liu)，碰撞固体表(biao)面，固(gu)体表面的原子被溅射出(chu)并(bing)离(li)开(kai)固体(ti)沉(chen)积(ji)在被镀膜(mo)体表(biao)面(mian)，被(bei)离(li)子高(gao)速碰(peng)撞的固体(ti)就(jiu)是(shi)
产生薄(bao)膜(mo)的来(lai)源(yuan)，被称之(zhi)为溅(jian)射(she)靶材(cai) [2] 。溅射(she)法(fa)是(shi)一种(zhong)先(xian)进(jin)的薄(bao)膜(mo)材料制(zhi)备技术(shu)，这(zhe)种方(fang)法具有(you)速度(du)高和(he)温度(du)低(di)两大(da)特点 [3] 。自 20 世纪(ji) 80 年代，信息存(cun)储、集(ji)成电(dian)路、激(ji)光(guang)存(cun)储(chu)器(qi)、液(ye)晶显(xian)示器、电(dian)子控制(zhi)器(qi)等产(chan)业(ye)开始(shi)进入(ru)高速发展时(shi)期，磁(ci)控(kong)溅(jian)射技(ji)术(shu)才从(cong)实(shi)验室真(zhen)正(zheng)进(jin)入(ru)工(gong)业化(hua)规模生产(chan)[4] 。我国(guo)已(yi)经逐渐成为(wei)薄膜(mo)靶材(cai)需求大(da)国，在(zai)全(quan)球市场(chang)需(xu)求的(de)拉动(dong)下(xia)，我国有(you)很多材(cai)料领(ling)域(yu)的(de)科(ke)研(yan)院(yuan)所及企(qi)业，开(kai)展了(le)溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)的研(yan)发和生(sheng)产工作(zuo)，并(bing)取得了(le)很(hen)大(da)的(de)进(jin)展(zhan)。
难(nan)熔金属，一般包(bao)括钨(wu)、钽(tan)、钼(mu)、铌(ni)、铪(ha)、锆(gao)和(he)钛，其熔(rong)点都在 1600益(yi)以(yi)上。钨(wu)、钼等(deng)合(he)金(jin)材料(liao)高(gao)温强(qiang)度和蠕变性能好(hao)，被广(guang)泛(fan)用(yong)于微(wei)电子，照(zhao)明(ming)光源、武器系(xi)统(tong)、原(yuan)子能(neng)等行业。钽(tan)铌极(ji)其合(he)金具有(you)较(jiao)低(di)蒸(zheng)气压(ya)、低(di)热(re)膨胀(zhang)系数、优秀(xiu)的抗腐蚀性(xing)能，被(bei)广泛(fan)用于(yu)航(hang)空航天(tian)、化工(gong)装(zhuang)备(bei)、集(ji)成(cheng)电(dian)路、核能部(bu)门 [5] 。将(jiang)难(nan)熔金属制(zhi)作(zuo)成靶材可(ke)将其(qi)优(you)秀性(xing)能以(yi)薄(bao)膜的形(xing)式(shi)利用(yong)。表 1给(gei)出(chu)了(le)几(ji)种难熔(rong)金属(shu)靶(ba)材(cai)的(de)应用(yong)领域(yu)。
1、难熔金(jin)属(shu)靶(ba)材的(de)类(lei)型(xing)及(ji)应(ying)用(yong)
溅射(she)用靶材有(you)如(ru)下几(ji)种(zhong)分类方(fang)法(fa)：如(ru)按(an)材(cai)质(zhi)分(fen)靶(ba)材可分(fen)为金属(shu)靶(ba)、高(gao)分(fen)子陶(tao)瓷(ci)非(fei)金(jin)属(shu)靶和(he)复(fu)合材(cai)料(liao)靶等。如按外形尺(chi)寸(cun)可(ke)分(fen)为(wei)圆柱(zhu)形(xing)、长方(fang)形、正方(fang)形板靶(ba)和管靶(ba)，见(jian)图(tu) 1。
因为一般(ban)常见(jian)的(de)方(fang)靶(ba)圆(yuan)靶都为(wei)实心(xin)，在镀膜作业中，圆(yuan)环形(xing)的永(yong)磁体(ti)在靶(ba)的表(biao)面(mian)产生的(de)磁场(chang)为环形，会(hui)发(fa)生不均匀冲蚀现象 ，溅(jian)射的(de)薄(bao)膜(mo)厚度(du)均匀性不佳(jia) ，靶材(cai)的使(shi)用效(xiao)率大(da)约(yue)只(zhi)有(you) 20% ～30% 。而(er)目(mu)前被推广(guang)的空心(xin)管靶可绕(rao)固(gu)定的(de)条状磁铁组件一定(ding)周(zhou)期(qi)旋(xuan)转运动，360毅靶面可被均(jun)匀(yun)刻(ke)蚀(shi) ，优(you)势明(ming)显，将(jiang)利(li)用率提(ti)高(gao)到 80%[6] 。
1.1 W 靶(ba)
W 是难熔(rong)金(jin)属熔(rong)点最(zui)高的(de)一种，具有稳(wen)定(ding)的高(gao)温特性、抗电子迁移(yi)能(neng)力(li)和(he)较(jiao)高(gao)的(de)电子(zi)发射(she)系数(shu)等诸(zhu)多(duo)优点(dian)。钨(wu)及钨合金(jin)靶在微(wei)电子、集成电(dian)路等(deng)行业(ye)中(zhong)被大量(liang)使(shi)用(yong)。Al、Cu，Ag目(mu)前(qian)是集成(cheng)电(dian)路(lu)制(zhi)造用(yong)得(de)最多(duo)的互连线材料，一(yi)般(ban)来说介(jie)质层(ceng)是 Si或 SiO2 ，Al、Cu，Ag会(hui)向介质(zhi)中(zhong)扩(kuo)散(san)而形(xing)成(cheng)硅化物(wu)，从而(er)使(shi)金(jin)属连(lian)线的电流强度(du)急剧(ju)变弱，整(zheng)个(ge)布线系统(tong)功能可(ke)能会(hui)因此(ci)而(er)崩(beng)溃(kui)。最(zui)好的(de)解决方(fang)案是在(zai)布线(xian)与(yu)介质(zhi)之(zhi)间(jian)再(zai)进行屏(ping)蔽来阻挡扩散(san)层(ceng)，阻挡(dang)层(ceng)金属是 W Ti。大(da)量试验(yan)证明(ming)，W Ti合(he)金（Ti占(zhan) 10% ～30%）作(zuo)为(wei)阻挡(dang)层(ceng)已被成(cheng)功地(di)应用于(yu) Al、Cu和(he) Ag布线技术(shu)。由(you)于金(jin)属 W 在(zai)其他(ta)金(jin)属(shu)中原(yuan)子的扩(kuo)散率(lv)较低(di)，可(ke)阻(zu)挡(dang)扩散，Ti可有效地(di)阻止(zhi)晶界扩散(san)，另一(yi)方面(mian)也提高(gao)了阻挡层(ceng)的黏结力(li)和(he)抗(kang)腐(fu)蚀性(xing)能 [7-8] 。
钨靶还(hai)被应用(yong)于(yu)装饰(shi)镀膜行业(ye)，如手表、眼镜、卫(wei)生(sheng)洁具、五(wu)金零(ling)件等(deng)产品，不仅能(neng)美化外观，同(tong)时也(ye)具有(you)抗(kang)磨(mo)损(sun)、腐蚀(shi)等(deng)功能。近(jin)些(xie)年(nian)来装(zhuang)饰(shi)镀(du)膜(mo)用(yong)靶(ba)材的(de)需(xu)求量日(ri)益(yi)扩(kuo)大 [9] 。 国内(nei)研发 W 靶(ba)材的主要(yao)单位有上(shang)海(hai)钢(gang)铁(tie)研究所(suo)、北(bei)京(jing)安(an)泰(tai)科技(ji)、西(xi)北(bei)有(you)色(se)金(jin)属研究(jiu)院(yuan)、株(zhu)洲(zhou)硬(ying)质合(he)金(jin)集(ji)团(tuan)等(deng)。
1.2 Mo靶(ba)
Mo具(ju)有(you)高熔(rong)点、较(jiao)低的(de)比阻(zu)抗(kang)、高(gao)电(dian)导(dao)率、较好(hao)的耐腐(fu)蚀(shi)性而(er)被广(guang)泛(fan)用(yong)于(yu) LCD 显(xian)示(shi)屏、光伏电池中(zhong)的(de)配(pei)线(xian)、电极(ji)。还有(you)集(ji)成(cheng)电路的(de)阻挡层(ceng)材(cai)料。
金属(shu) Cr曾(ceng)是 LCD 显示(shi)屏(ping)配(pei)线(xian)的首(shou)选材料(liao)，如(ru)今超大型(xing)、高(gao)精(jing)度 LCD 显(xian)示(shi)屏(ping)发展迅(xun)速，这对(dui)材(cai)料(liao)的比阻(zu)抗提出(chu)了更高的要求(qiu)。此外，环(huan)境(jing)保(bao)护(hu)也必(bi)须(xu)兼顾。金(jin)属(shu) Mo的(de)膜应(ying)力(li)的(de)比阻(zu)抗(kang)只(zhi)有(you)铬的(de)一半，且(qie)不会污染(ran)环(huan)境，诸(zhu)多优(you)势(shi)使金属 Mo成为 LCD 显(xian)示(shi)屏(ping)溅(jian)射靶材(cai)的(de)最佳材料之一 [10] 。
铜(tong)铟镓(jia)硒（简(jian)称“CIGS”）薄(bao)膜(mo)太阳(yang)电(dian)池(chi)是(shi)一种最(zui)具(ju)有(you)发(fa)展(zhan)前(qian)景(jing)的薄(bao)膜(mo)太阳(yang)能(neng)电池(chi)，具(ju)有(you)光(guang)电转(zhuan)换效率高(gao)、无衰退(tui)、性能稳(wen)定、成(cheng)本(ben)低(di)廉等(deng)诸(zhu)多(duo)优(you)点。在(zai)光伏(fu)领(ling)域，国(guo)内外(wai)学者(zhe)们(men)对(dui) CIGS产(chan)生(sheng)了极(ji)大的(de)关注。CIGS薄(bao)膜(mo)太(tai)阳能(neng)电(dian)池的(de)第(di)五层就是(shi)背(bei)电极，电(dian)池(chi)的(de)性能受(shou)背电极材(cai)料(liao)直接(jie)影响。Mo溅射的(de)薄(bao)膜(mo)热(re)稳(wen)定(ding)性(xing)良好、电(dian)阻(zu)率较(jiao)低、还(hai)能与(yu) CIGS层结合形成(cheng)
良(liang)好的(de)欧姆接(jie)触。同(tong)时金属 Mo薄(bao)膜(mo)还具(ju)有与上(shang)下玻(bo)璃(li)层(ceng)和 CIGS近(jin)似的热膨胀系数等(deng)特点，已成为薄膜太(tai)阳(yang)电(dian)池背电(dian)极的必(bi)选(xuan)材料(liao) [11] 。图 2是(shi) Mo在薄膜(mo)太(tai)阳能电(dian)池(chi)中的位(wei)置(zhi) [5] 。近(jin)些年(nian)来(lai)，全(quan)球(qiu)的(de)太阳(yang)能(neng)电(dian)池(chi)需(xu)求量(liang)激(ji)增，每(mei)年(nian)递(di)增(zeng) 40% 以(yi)上(shang)。据(ju)报(bao)道，目前世(shi)界薄膜(mo)太阳能(neng)电(dian)池(chi)年(nian)发(fa)电总(zong)量约为(wei)660MW[10] 。 国(guo)内研(yan)发 Mo靶的(de)主(zhu)要单位有金(jin)堆城钼业、北京安泰(tai)科(ke)技、洛阳(yang)高(gao)新四丰(feng)等。安(an)泰科(ke)技公司(si)采(cai)用压制-烧(shao)结(jie)-热等(deng)静(jing)压(ya)法制备的了(le)大量(liang)钼及(ji)其合金(jin)靶材(cai)，相(xiang)对(dui)密(mi)度逸99%[12] 。
1.3 Ta靶
当(dang)大(da)规(gui)模集成(cheng)电(dian)路进入(ru)到(dao)深(shen)亚(ya)微米时代时(shi)，Al线(xian)对(dui)应(ying)力(li)迁(qian)移和电迁(qian)移的抵抗(kang)能力(li)相对(dui)较弱，这将造(zao)成布线(xian)空(kong)洞，导(dao)致(zhi)电路(lu)系统(tong)完(wan)全失效。因此(ci)，金属Cu布线(xian)将成(cheng)为(wei)主(zhu)流(liu)。Cu比(bi) Al具(ju)有更高(gao)的抗(kang)电迁移能(neng)力和更低的电(dian)阻率(lv)，这意(yi)味着(zhe)更小(xiao)、更密(mi)集(ji)的(de)连(lian)线(xian)可以承(cheng)载更强的(de)电流(liu)。低(di)电阻提(ti)高(gao)了(le)芯(xin)片(pian)速度(du)。目前(qian)全(quan)球(qiu) 130nm、90nm 及以下的器(qi)件生产(chan)商(shang)已经(jing)采用(yong)
Cu互连(lian)工艺，Ta成为(wei)Cu互连的(de)阻挡(dang)层。目前，超大规(gui)模集成电(dian)路已(yi)逐(zhu)渐(jian)发展(zhan)为 Cu/Ta系 [13-14] 。因(yin)为(wei) Cu和 Si的(de)化(hua)学(xue)活性(xing)高(gao)，扩散(san)速度快(kuai)，易(yi)形成铜硅合(he)金（Cu-Si），铜在(zai)硅(gui)中形成(cheng)深(shen)的(de)空(kong)穴，设(she)备(bei)的性能(neng)被(bei)严重影响(xiang)，最(zui)终导(dao)致(zhi)系(xi)统(tong)失效。Ta及 Ta的化(hua)合物具有高热(re)稳定性、高导(dao)电性(xing)和(he)对(dui)外(wai)来原子的(de)阻(zu)挡(dang)作(zuo)用。
Cu和 Ta以及 Cu和(he) N 之间不(bu)反应(ying)，不(bu)扩(kuo)散形成(cheng)化合(he)物，因此(ci) Ta和 Ta基(ji)膜成为阻挡层(ceng)可有(you)效防止铜(tong)的扩(kuo)散(san) [15] 。
我国(guo) Ta储量资源(yuan)丰(feng)富(fu)，但(dan)在(zai)过去(qu)对半(ban)导体溅(jian)射(she)靶(ba)材缺乏最基(ji)本的认识(shi)，从(cong)而(er)限(xian)制(zhi)了高纯 Ta靶(ba)材(cai)的技(ji)术(shu)发展(zhan)。在(zai)很长(zhang)一(yi)段(duan)时(shi)间内，我(wo)国生产(chan)溅射(she)靶(ba)材(cai)用的高纯(chun) Ta原(yuan)料(liao)主(zhu)要依赖进口。宁夏东(dong)方(fang)钽(tan)业(ye)通(tong)过多(duo)年(nian)研(yan)发(fa)，掌(zhang)握(wo)了高纯 Ta溅射靶材(cai)原料(liao)生产(chan)工(gong)艺(yi)方(fang)法，填(tian)补了(le)国(guo)内空白。宁(ning)波江(jiang)丰(feng)电子材(cai)料(liao)股份有限(xian)公司也(ye)生产出了 300mm 高纯(chun) Ta溅(jian)射靶(ba)材(cai) [14] 。西安诺博(bo)尔(er)稀贵金(jin)属公司(si)也(ye)掌(zhang)握(wo)高(gao)纯 Ta靶(ba)的(de)生产工艺 [16] 。
1.4 Nb靶(ba)
近(jin)些(xie)年，光(guang)电技(ji)术(shu)的发展(zhan)迅速(su)，Nb薄膜材料已(yi)广泛应用(yong)于与(yu)人们现代(dai)生活(huo)密(mi)切(qie)相(xiang)关(guan)的 LCD、TFT等(deng)离子(zi)显示屏、相(xiang)机(ji)镜头(tou)镀膜(mo)、光(guang)学(xue)镜(jing)头镀(du)膜、汽车和(he)建(jian)筑工业(ye)用玻璃的(de)制(zhi)造中(zhong) [17] 。铌靶(ba)材(cai)还(hai)用(yong)于表(biao)面工程材料，如(ru)化工(gong)耐腐蚀(shi)、船舶(bo)、耐(nai)热(re)、电(dian)子成(cheng)像、信(xin)息储存(cun)、高(gao)导(dao)电(dian)等(deng)镀膜行(xing)业 [18] 。由(you)于(yu)高的(de)利用(yong)率，旋(xuan)转空心(xin)圆管磁控溅(jian)射(she)靶(ba)目(mu)前在(zai)业(ye)内(nei)得到(dao)广(guang)泛推广(guang)，铌(ni)管靶主要应(ying)用于(yu)平(ping)面(mian)显示(shi)器(qi)、先(xian)进触(chu)控屏和(he)节(jie)能玻(bo)璃的表面(mian)镀膜等(deng)行(xing)业，对玻璃(li)屏(ping)幕(mu)起抗反射(she)作用 [19] 。
我(wo)国(guo)研(yan)发(fa)Nb靶(ba)的主(zhu)要(yao)单位有(you)宁夏(xia)东(dong)方(fang)钽业、西北有(you)色金属研(yan)究(jiu)院等(deng)。据笔者了解(jie)，宝(bao)鸡(ji)佳(jia)军(jun)公(gong)司(si)通过(guo)熔炼(lian)挤(ji)压方式(shi)生(sheng)产出(chu)了外(wai)径(jing) 152mm，内径 125mm，长(zhang)度为(wei) 3900mm 的(de)大(da)型(xing)铌管(guan)靶，平(ping)均晶粒(li)尺寸(cun)达(da)到(dao)了(le) 75.5μm 。
2、靶(ba)材(cai)的技术要求
为了确(que)保沉(chen)积薄膜的(de)质量(liang)和(he)提高溅射效(xiao)率(lv)，靶(ba)材的(de)品(pin)质(zhi)成(cheng)为(wei)关(guan)键因素。经过(guo)国内(nei)外(wai)大(da)量(liang)研究得出，对溅射(she)靶(ba)材质(zhi)量影响最(zui)大(da)的几(ji)个(ge)因(yin)素分(fen)别为：纯净度(du)、致密(mi)度(du)、尺寸(cun)精度(du)、晶(jing)粒度(du)、织(zhi)构(gou)等。
2.1 纯(chun) 度
溅射靶材(cai)的纯度(du)是影(ying)响镀(du)膜(mo)效(xiao)果(guo)的(de)首(shou)要(yao)因(yin)素(su)。靶(ba)材中的(de)杂(za)质(zhi)和(he)气孔中的(de)氧和水分(fen)是沉(chen)积薄(bao)膜(mo)的主(zhu)要(yao)污染(ran)源(yuan)。要提(ti)高溅射(she)薄(bao)膜(mo)的(de)性能，就(jiu)应(ying)尽(jin)可能降低(di)靶(ba)材(cai)中(zhong)杂(za)质含量(liang)，提(ti)高(gao)纯(chun)度，减少(shao)污(wu)染(ran)源(yuan)，提高沉积薄膜(mo)的(de)均匀性(xing) [2] 。 不同(tong)应用领(ling)域(yu)的靶材对(dui)纯(chun)度要求不(bu)同，普通镀(du)膜(mo)用靶材(cai)要求(qiu)纯(chun)度达到 99% 以(yi)上(shang)即(ji)能满(man)足(zu)要(yao)求。对靶(ba)材纯度要(yao)求较为苛刻(ke)的(de)是微(wei)电子、显示器等领域(yu)用(yong)，需(xu)要至(zhi)少(shao)分析(xi) 40个(ge)以(yi)上的(de)杂(za)质元(yuan)素，纯度(du)为(wei) 99.95%（3N5）以(yi)上(shang)方(fang)可使用 [20] 。
2.2 致密(mi)度
溅射(she)靶(ba)材(cai)的(de)内(nei)部(bu)如(ru)不(bu)是(shi)非(fei)常致(zhi)密，或(huo)存(cun)积气体，那么在(zai)溅(jian)射(she)过(guo)程中气体释(shi)放将(jiang)会(hui)产(chan)生(sheng)微(wei)粒(li)直(zhi)接(jie)影响镀(du)膜质(zhi)量(liang)。气(qi)孔同(tong)时(shi)会(hui)导(dao)致(zhi)溅(jian)射(she)时(shi)产生不(bu)正常放(fang)电(dian)，而产生杂质粒(li)子。为了保(bao)证薄膜(mo)的(de)质(zhi)量(liang)和性能，必须(xu)使溅射靶材(cai)的致(zhi)密度(du)要(yao)达到(dao)较(jiao)高水(shui)平(ping)。靶(ba)材(cai)致密(mi)度越高，其(qi)导电、导热性(xing)越好，强度(du)越高(gao)等(deng)。高致(zhi)密度靶材(cai)镀膜有(you)诸多优点：靶材(cai)使用寿命长，溅射(she)功率小(xiao)，成膜速率高(gao)，薄(bao)膜不(bu)易开裂，透(tou)光率高(gao)。
2.3 微(wei)观(guan)组织
溅射(she)速(su)度直接受(shou)晶粒(li)尺寸(cun)的(de)影响，晶粒粗(cu)大(da)靶材的(de)溅(jian)射(she)速(su)率要(yao)比(bi)晶粒细小的(de)靶(ba)材慢很(hen)多(duo)，晶(jing)粒(li)尺(chi)寸(cun)变小，薄(bao)膜沉(chen)积(ji)速率(lv)增(zeng)大。而同一(yi)块靶(ba)材(cai)的(de)晶粒尺(chi)寸(cun)整体差(cha)异较(jiao)小(xiao)，沉积(ji)薄(bao)膜的(de)厚度分布(bu)就更为(wei)均匀。金堆城钼业(ye)研发(fa)的(de)钼(mu)靶材平(ping)均晶粒尺寸(cun)达(da)到(dao) 50滋(zi)m，属(shu)国(guo)内(nei)领(ling)先(xian)水平(ping) [21] 。一般情况(kuang)下(xia)，因为(wei)变形量等(deng)因(yin)素影(ying)响，平(ping)面靶的晶粒(li)尺(chi)寸(cun)比管状(zhuang)靶(ba)材(cai)更容(rong)易(yi)细小、均匀(yun)。
当(dang)靶材在溅射(she)时，其(qi)原(yuan)子会(hui)沿着(zhe)六(liu)方密(mi)排(pai)面(mian)优先(xian)溅射(she)出(chu)来(lai)，因此(ci)，为(wei)了(le)提(ti)高溅(jian)射镀(du)膜速率(lv)，可(ke)以尽(jin)可(ke)能(neng)调整(zheng)靶(ba)材结(jie)构使(shi)具(ju)有一定(ding)的(de)晶体(ti)取(qu)向(xiang)。在晶(jing)粒尺寸合(he)适的(de)范围内(nei)，晶粒取向越均(jun)匀(yun)越(yue)好。靶(ba)材(cai)晶(jing)粒取(qu)向还(hai)会对薄(bao)膜的(de)厚度(du)、均匀性都会(hui)产生较大(da)影响。
要使(shi)靶材的微(wei)观(guan)组(zu)织(zhi)具(ju)有一(yi)定(ding)的(de)结(jie)晶(jing)取向，就要根据(ju)靶(ba)材(cai)金属(shu)的(de)微观(guan)组(zu)织特(te)征(zheng)，采(cai)用不(bu)同的(de)压力加(jia)工方式，再结(jie)合适(shi)当(dang)的(de)热(re)处理进(jin)行调(diao)整(zheng)和控(kong)制。国内许多单(dan)位已(yi)对(dui)不(bu)同加工方(fang)式对结晶(jing)取向(xiang)的影响(xiang)做了(le)大量研究(jiu)。
2.4 尺(chi)寸(cun)精度(du)
溅(jian)射靶(ba)材(cai)在(zai)后期装(zhuang)配前(qian)要(yao)进(jin)行一(yi)系(xi)列(lie)机(ji)械加工，其加(jia)工质(zhi)量(liang)和精度（平(ping)面(mian)度，直线度(du)，粗(cu)糙(cao)度）也会(hui)影(ying)响到薄(bao)膜性能。靶(ba)材溅射(she)作业前(qian)必须(xu)与铝或(huo)无(wu)氧(yang)铜底盘(pan)（背板）连接在(zai)一起，配合(he)紧(jin)密(mi)才(cai)能使靶(ba)材(cai)与背板更好的导(dao)电导热。装(zhuang)配完(wan)毕(bi)后要使用超声波检测(ce)，如(ru)果两者的(de)空隙区域(yu)小于总接触面的 2% ，这(zhe)样(yang)才能(neng)在(zai)大(da)功率(lv)溅射(she)中使用(yong) [10] 。同样的尺(chi)寸精(jing)度(du)要求(qiu)下(xia)，管状(zhuang)靶材的(de)机加工(gong)难(nan)度(du)要(yao)大于(yu)平面靶(ba)材，因(yin)为大型管(guan)靶(ba)一(yi)般都采用(yong)挤压(ya)成(cheng)型，内孔(kong)有较(jiao)深的(de)挤压沟(gou)槽(cao)，这对机加造成(cheng)了(le)较(jiao)大困难。业(ye)内一般(ban)采(cai)用高(gao)精(jing)度数(shu)控深(shen)孔钻(zuan)镗(tang)床来加(jia)工内(nei)孔(kong)。
3、难熔(rong)金(jin)属(shu)靶材的(de)制(zhi)备技(ji)术(shu)
难(nan)熔金属(shu)溅射靶材的制备(bei)方(fang)法主(zhu)要(yao)分(fen)为(wei)粉(fen)末冶金法和熔(rong)炼法(fa)，其中(zhong) W 、Mo多采用(yong)粉末(mo)冶(ye)金，而(er) Ta、Nb多采(cai)用熔(rong)炼(lian)法生(sheng)产(chan)，具(ju)体(ti)工艺(yi)流程见图(tu)3。
3.1 粉末冶金法
粉末冶(ye)金(jin)法(fa)是(shi)适(shi)合制作(zuo)难熔(rong)金属(shu)溅射(she)靶(ba)材(cai)的(de)传(chuan)统(tong)方法。难(nan)熔金属熔点很高，该(gai)方法采(cai)用固(gu) \液(ye)相(xiang)烧结(jie)，所以在远低(di)于其(qi)熔(rong)点(dian)的温(wen)度(du)下(xia)使其(qi)成(cheng)型；生产合(he)金靶材(cai)时，两(liang)种或(huo)两(liang)种(zhong)以(yi)上的合金(jin)粉(fen)末(mo)通过(guo)混料机长时(shi)间(jian)混合均匀后加热(re)压(ya)制，有效(xiao)地杜(du)绝(jue)了合金组(zu)元的(de)偏析(xi)。另(ling)外一(yi)大(da)优(you)点(dian)是(shi)粉末冶金(jin)法制备的(de)靶材晶(jing)粒较(jiao)细(xi)，可达(da)到 100滋(zi)m 以(yi)下(xia)。一(yi)般(ban)粉(fen)末(mo)冶金法(fa)制
备(bei)的(de)溅射(she)靶材(cai)多采用(yong)冷等(deng)静(jing)压(ya)加(jia)烧结(jie)、热(re)压烧结(jie)和热(re)等静压(ya)三种(zhong)方式(shi)。其中热(re)等(deng)静压得到(dao)的致密度(du)最(zui)高，前两(liang)种(zhong)方(fang)法(fa)得(de)到(dao)的(de)靶(ba)材致密(mi)度(du)则(ze)相对(dui)较(jiao)低(di)。因(yin)此(ci)提(ti)高粉末冶金(jin)烧结(jie)法(fa)制备靶材(cai)致(zhi)密度是必(bi)须解决的(de)关键(jian)技术之(zhi)一(yi)。通过压力加(jia)工可(ke)有效改(gai)善(shan)粉末(mo)冶金靶(ba)材的致(zhi)密(mi)度低(di)的(de)问(wen)题(ti)。魏修(xiu)宇 [7] 研(yan)究了(le)轧制(zhi)变形量对(dui)粉末冶(ye)金(jin) W 靶(ba)材致(zhi)密度(du)的影(ying)响(xiang)，随(sui)着变形(xing)增
大(da)，致密(mi)度(du)增(zeng)加，最(zui)高(gao)可达(da) 99.5% 以上。朱(zhu)琦 [22] 研(yan)究了挤(ji)压(ya)对(dui)粉末(mo)冶金钼(mu)管靶(ba)组织、性能以(yi)及致(zhi)密(mi)度(du)的(de)影响，使(shi)钼(mu)管靶(ba)密度(du)从烧(shao)结坯的9.8g/cm3 增加到10.15g/cm3 ，达到了高(gao)致(zhi)密(mi)度(du)的(de)要求。
W 、Mo溅(jian)射(she)靶材大(da)多(duo)采用粉(fen)末(mo)冶金方法(fa)制(zhi)备，由于粉(fen)末冶金的(de)提(ti)纯能(neng)力(li)有限，因此原料(liao)必(bi)须为高纯粉(fen)末，另(ling)外在(zai)制备过程还要严格控(kong)制杂(za)质(zhi)元素(su)的(de)混(hun)入。目前(qian)国(guo)内(nei)高(gao)纯(chun)金属(shu)的提纯技(ji)术(shu)与(yu)工业(ye)发(fa)达国家(jia)的差距较(jiao)大(da)。郭让(rang)民 [23] 将(jiang)仲钨酸铵(an)重(zhong)新(xin)氨溶中和，活性炭(tan)吸(xi)附结(jie)晶提纯，再经(jing)还(hai)原后(hou)制(zhi)备(bei)出(chu)高(gao)纯W粉，可有效(xiao)地(di)深(shen)度去(qu)除(chu)杂质(zhi)，纯度(du)达(da) 99.99% 以上(shang)。
3.2 熔炼法(fa)
熔炼(lian)法(fa)是制(zhi)备(bei)难熔金属(shu)靶(ba)材(cai)另一(yi)种(zhong)重要(yao)的(de)方法(fa)，因为(wei)难(nan)熔(rong)金属(shu)的(de)具有(you)高熔点，多(duo)采用电子(zi)束(shu)、电弧熔炼。电(dian)子束熔(rong)炼(lian)具有(you)高(gao)温(wen)、高(gao)升(sheng)温速(su)率、高(gao)真空等优(you)点，适合(he)提纯(chun)精炼各(ge)种(zhong)难熔(rong)金(jin)属。电子束熔(rong)炼(lian)得到的(de)金(jin)属(shu)铸锭(ding)致(zhi)密(mi)，内部(bu)组(zu)织无(wu)孔(kong)隙、气(qi)孔，非常接(jie)近理(li)论密度。但电(dian)子束(shu)熔炼有两(liang)大缺(que)点(dian)：一(yi)是铸(zhu)锭(ding)晶粒(li)粗大(da)；二是(shi)熔炼合金(jin)时(shi)对(dui)于(yu)组(zu)元蒸(zheng)气压(ya)相(xiang)差较大
情况下(xia)，会发生(sheng)偏析(xi)现(xian)象(xiang)。电(dian)弧熔(rong)炼适合(he)熔(rong)炼合金(jin)，其铸锭致(zhi)密度也(ye)非(fei)常高(gao)，但提纯(chun)效(xiao)果(guo)不及(ji)电(dian)子(zi)束熔炼。由于(yu)熔(rong)炼(lian)法得到(dao)的(de)靶(ba)材(cai)晶(jing)粒粗(cu)大，通过(guo)压力加(jia)工和(he)热处(chu)理(li)可(ke)使晶粒(li)变细(xi)，并得到一(yi)定晶粒(li)取(qu)向的(de)组织。刘(liu)宁(ning) [14] 研究(jiu)了(le)钽(tan)靶中(zhong){110}、{100}、{111}三种(zhong)织构(gou)的溅(jian)射速(su)率关(guan)系(xi)，提(ti)出(chu)采用(yong)热锻(duan)造(zao)强(qiang)塑性(xing)变(bian)形(xing)工艺对 Ta靶进(jin)行(xing)加(jia)工，使其具(ju)有更均匀的(de)织(zhi)构(gou)组分。
宜(yi)楠(nan) [13] 通(tong)过(guo)对(dui)电(dian)子束(shu)熔炼、锻(duan)造(zao)、轧(ya)制(zhi)、热(re)处理(li)等关(guan)键工艺进行优化(hua)调整(zheng)，获(huo)得(de)了织(zhi)构(gou)以(yi){111}型为主晶粒尺(chi)寸小于 100μm性(xing)能(neng)优(you)良(liang)的(de)钽靶。王国(guo)栋 [17] 研究(jiu)了电(dian)子束(shu)熔炼(lian)的高(gao)纯铌锭在(zai)加热(re) 1100℃高(gao)温镦(dui)造(zao)再(zai)通(tong)过(guo)换向轧制(zhi)制(zhi)备(bei)的(de)Nb靶材，其晶粒取向(xiang)一致，晶粒(li)大小分布(bu)均(jun)匀。笔者(zhe)对(dui)纯(chun)Nb板靶(ba)材(cai)也进(jin)行(xing)了一(yi)系列试(shi)验。电(dian)子束熔(rong)炼(lian)的(de)粗大(da)晶粒纯 Nb铸(zhu)锭(ding)通(tong)过锻造(zao)、退火(huo)、再(zai)经 60 % 变(bian)形(xing)量(liang)的轧制，再(zai)进(jin)行约1 200益左(zuo)右的(de)成品(pin)退(tui)火得(de)到(dao) 7.5级晶粒度（平(ping)均(jun)晶(jing)粒数(shu)为 1400个(ge)/mm 2 ），组织(zhi)均(jun)匀、性能优良的纯(chun)Nb靶(ba)材。
4、结(jie)语
近(jin)些年来，我国(guo)研(yan)究(jiu)生产(chan)溅射(she)靶材的单(dan)位(wei)企(qi)业(ye)在制备技术、产品品种等方面(mian)都有非常大(da)的进步。打(da)破了(le)高端靶材长期依赖进(jin)口(kou)的局面(mian)。研(yan)发生产靶(ba)材(cai)的(de)中(zhong)小(xiao)型(xing)民(min)营(ying)企业也取得了(le)很(hen)大(da)成(cheng)果。薄膜(mo)市场(chang)需求的(de)快速(su)发展，溅射(she)靶(ba)材品(pin)种(zhong)要求也越(yue)来越多，加(jia)速(su)了(le)更新换代周期(qi)，传(chuan)统(tong)工艺也(ye)慢慢不能满足(zu)要(yao)求，需要对(dui)工(gong)艺进(jin)行优(you)化和革新(xin)。今后的(de)发(fa)展方向是要引
入新方(fang)法新工艺(yi)来解决(jue)靶(ba)材(cai)在(zai)溅射过程(cheng)中微(wei)粒飞(fei)溅、利用(yong)率(lv)和导(dao)磁率等问题(ti)。靶材的(de)目(mu)的(de)是(shi)溅镀(du)薄(bao)膜(mo)，只(zhi)研究(jiu)靶(ba)材远(yuan)远不(bu)够，需(xu)要(yao)将靶(ba)材与(yu)薄(bao)膜(mo)两种(zhong)研(yan)究结合起(qi)来(lai)，努(nu)力(li)促(cu)进靶材制备(bei)技术的革(ge)新(xin)与发展。
参(can)考(kao)文(wen)献(xian)：
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相(xiang)关(guan)链(lian)接
