前(qian) 言(yan)
磁控(kong)溅射镀膜属(shu)于(yu)物理(li)气相(xiang)沉积，离(li)子在电(dian)场加(jia)速(su)下高速(su)轰击(ji)阴极(ji)靶材(cai)，靶材原子(zi)被(bei)溅射(she)出来(lai)后(hou)沉(chen)积(ji)到(dao)被镀膜(mo)体(ti)表面而形成(cheng)薄膜，是用(yong)来制(zhi)备薄膜(mo)
材料的(de)一(yi)种(zhong)主(zhu)要方(fang)法(fa)[1]。它的(de)基(ji)本原理是(shi)：真(zhen)空(kong)环境中(zhong)电场(chang)加速离(li)子(zi)后形(xing)成(cheng)具(ju)有(you)高(gao)动能(neng)的(de)离(li)子束流，碰(peng)撞固体(ti)表(biao)面(mian)，固体表(biao)面的原(yuan)子(zi)被溅射出并离开固体(ti)沉(chen)积(ji)在被(bei)镀膜体表(biao)面，被离(li)子高(gao)速(su)碰(peng)撞的(de)固体(ti)就(jiu)是产(chan)生(sheng)薄膜(mo)的来源(yuan)，被(bei)称(cheng)之(zhi)为溅(jian)射(she)靶(ba)材[2]。溅(jian)射法(fa)是一(yi)种(zhong)先进(jin)的(de)薄(bao)膜材(cai)料(liao)制(zhi)备技术(shu)，这(zhe)种(zhong)方法具有(you)速度高(gao)和温度(du)低(di)两(liang)大(da)特点(dian)[3]。自 20 世(shi)纪 80 年(nian)代(dai)，信息(xi)存储、集(ji)成(cheng)电(dian)路(lu)、激光(guang)存(cun)储(chu)器、液(ye)晶显示器、电(dian)子控(kong)制器(qi)等(deng)产业(ye)开(kai)始(shi)进入高速(su)发展(zhan)时(shi)期(qi)，磁控(kong)溅(jian)射(she)技(ji)术(shu)才(cai)从实验(yan)室(shi)真正进入工业(ye)化(hua)规(gui)模生产 [4]。我国(guo)已经逐渐成(cheng)为薄(bao)膜(mo)靶(ba)材(cai)需求大国(guo)，在(zai)全球(qiu)市(shi)场需(xu)求的拉(la)动(dong)下，我(wo)国有(you)很多材料(liao)领域(yu)的科(ke)研院(yuan)所及(ji)企业(ye)，开(kai)展了溅(jian)射(she)靶材的研发(fa)和(he)生(sheng)产工(gong)作(zuo)，并取得(de)了很大的(de)进(jin)展。
难熔金(jin)属(shu)，一般包(bao)括钨、钽、钼、铌、铪(ha)、锆和钛，其(qi)熔(rong)点都在(zai)1600℃以上。钨、钼等合金(jin)材(cai)料高温强度和(he)蠕变(bian)性(xing)能(neng)好，被广(guang)泛(fan)用(yong)于(yu)微(wei)电子(zi)，照明(ming)光(guang)源、武器(qi)系统、原子(zi)能(neng)等(deng)行(xing)业(ye)。钽铌(ni)极其(qi)合(he)金(jin)具(ju)有较低蒸(zheng)气压(ya)、低(di)热膨(peng)胀(zhang)系数、优秀的抗腐蚀性(xing)能(neng)，被(bei)广泛用于(yu)航空(kong)航(hang)天、化(hua)工装(zhuang)备、集成电(dian)路、核(he)能(neng)部(bu)门[5]。将(jiang)难熔(rong)金属(shu)制作成(cheng)靶材(cai)可将其(qi)优秀性(xing)能(neng)以(yi)薄(bao)膜的形(xing)式(shi)利用(yong)。表 1 给出(chu)了(le)几种难(nan)熔金(jin)属(shu)靶(ba)材(cai)的(de)应用领域。
1、 难熔(rong)金(jin)属(shu)靶材的(de)类(lei)型及(ji)应用
溅(jian)射用(yong)靶材有如(ru)下几(ji)种分(fen)类方法(fa)：如按(an)材(cai)质分靶材(cai)可分为(wei)金(jin)属靶(ba)、高分(fen)子陶(tao)瓷(ci)非金属靶(ba)和(he)复(fu)合材料(liao)靶(ba)等(deng)。如按外(wai)形尺(chi)寸可(ke)分(fen)为圆柱形(xing)、长方形(xing)、正(zheng)方
形板(ban)靶和管(guan)靶(ba)，见(jian)图 1。
因为(wei)一般(ban)常(chang)见的方靶圆(yuan)靶都为实(shi)心，在镀膜(mo)作业(ye)中(zhong)，圆环形(xing)的永(yong)磁体(ti)在靶(ba)的(de)表面(mian)产(chan)生(sheng)的(de)磁场(chang)为环(huan)形，会(hui)发生(sheng)不(bu)均匀(yun)冲蚀现象 ，溅射的薄膜(mo)厚度均匀(yun)
性不(bu)佳(jia) ，靶材的(de)使(shi)用(yong)效率(lv)大(da)约只(zhi)有(you) 20 %～30 %。而(er)目(mu)前(qian)被推(tui)广(guang)的(de)空心(xin)管靶可绕固定(ding)的条(tiao)状磁(ci)铁(tie)组件(jian)一(yi)定(ding)周(zhou)期旋转运(yun)动(dong)，360毅(yi)靶(ba)面(mian)可被(bei)均(jun)匀(yun)刻蚀 ，优(you)势明显，将(jiang)利用率(lv)提高到 80 %[6]。
1.1 W靶(ba)
W 是(shi)难(nan)熔(rong)金(jin)属熔(rong)点最高(gao)的一种(zhong)，具(ju)有(you)稳定的(de)高温特性(xing)、抗电子迁移能(neng)力和(he)较高(gao)的(de)电(dian)子(zi)发(fa)射系(xi)数(shu)等(deng)诸(zhu)多(duo)优点(dian)。钨及钨(wu)合(he)金(jin)靶在(zai)微电(dian)子、集(ji)成电路等(deng)行业(ye)
中(zhong)被大量使(shi)用(yong)。Al、Cu，Ag 目(mu)前是(shi)集(ji)成(cheng)电路(lu)制造(zao)用(yong)得最(zui)多的(de)互(hu)连(lian)线材(cai)料(liao)，一(yi)般(ban)来(lai)说(shuo)介质(zhi)层是 Si 或 SiO2，Al、Cu，Ag 会(hui)向(xiang)介(jie)质中扩(kuo)散(san)而形成硅化物(wu)，从而(er)使(shi)金属(shu)连(lian)线的(de)电(dian)流强度(du)急剧(ju)变(bian)弱(ruo)，整(zheng)个布(bu)线(xian)系(xi)统(tong)功能可(ke)能会因此(ci)而(er)崩(beng)溃。最好(hao)的(de)解决方案是在布线与介质(zhi)之(zhi)间再进(jin)行屏蔽来(lai)阻(zu)挡扩(kuo)散层，阻挡层(ceng)金(jin)属(shu)是 WTi。
大量试(shi)验(yan)证(zheng)明，WTi 合金(jin)（Ti 占(zhan) 10 %～30 %）作(zuo)为(wei)阻挡层已(yi)被(bei)成(cheng)功地(di)应用(yong)于(yu) Al、Cu 和 Ag 布线技(ji)术(shu)。由(you)于(yu)金(jin)属 W 在其(qi)他(ta)金属中原子的扩(kuo)散率(lv)较低(di)，可阻挡(dang)扩散(san)，Ti 可有(you)效地(di)阻(zu)止晶界扩(kuo)散(san)，另(ling)一(yi)方面(mian)也(ye)提高了阻(zu)挡层的黏(nian)结(jie)力和(he)抗(kang)腐蚀性(xing)能[7-8]。
钨靶还(hai)被(bei)应(ying)用(yong)于装饰镀膜(mo)行(xing)业，如(ru)手表(biao)、眼镜(jing)、卫生洁(jie)具(ju)、五金(jin)零(ling)件等(deng)产(chan)品(pin)，不(bu)仅能(neng)美(mei)化外观，同(tong)时也(ye)具有(you)抗(kang)磨损(sun)、腐(fu)蚀(shi)等(deng)功(gong)能(neng)。近(jin)些(xie)年来(lai)装(zhuang)饰镀膜(mo)用靶材的需求(qiu)量(liang)日(ri)益扩(kuo)大(da)[9]。 国(guo)内(nei)研(yan)发 W 靶(ba)材(cai)的(de)主(zhu)要(yao)单位(wei)有(you)上海(hai)钢(gang)铁(tie)研(yan)究(jiu)所、北京安泰科技、西(xi)北有(you)色(se)金属(shu)研究院、株洲硬质(zhi)合金集团(tuan)等。
1.2 Mo靶
Mo具有(you)高(gao)熔(rong)点(dian)、较低的比阻抗、高电(dian)导率、较好的(de)耐腐(fu)蚀(shi)性而被(bei)广(guang)泛(fan)用(yong)于 LCD 显示屏、光(guang)伏电池(chi)中的(de)配线(xian)、电(dian)极(ji)。还有(you)集(ji)成电路的阻(zu)挡(dang)层材料。
金(jin)属(shu) Cr 曾(ceng)是(shi) LCD 显示(shi)屏配线(xian)的首选材料，如今(jin)超(chao)大(da)型、高(gao)精(jing)度 LCD 显(xian)示(shi)屏发展(zhan)迅(xun)速，这(zhe)对材(cai)料的比(bi)阻抗提(ti)出了(le)更(geng)高的要(yao)求。此(ci)外，环(huan)境保(bao)护也必(bi)须(xu)兼顾(gu)。金属 Mo 的膜应力的(de)比阻(zu)抗只(zhi)有铬(ge)的(de)一(yi)半(ban)，且(qie)不会污染(ran)环境，诸多(duo)优势使(shi)金(jin)属(shu) Mo 成(cheng)为 LCD 显(xian)示屏溅射靶(ba)材(cai)的(de)最佳(jia)材(cai)料之(zhi)一[10]。
铜铟镓硒(xi)（简(jian)称“CIGS”）薄膜太(tai)阳电(dian)池(chi)是(shi)一(yi)种最具(ju)有发(fa)展前景的薄膜太阳能(neng)电(dian)池(chi)，具有(you)光(guang)电(dian)转(zhuan)换效率(lv)高(gao)、无衰(shuai)退、性(xing)能(neng)稳(wen)定、成本低廉(lian)等(deng)诸多优点(dian)。在光(guang)伏(fu)领(ling)域(yu)，国内外(wai)学(xue)者们(men)对(dui) CIGS 产生了极(ji)大(da)的关(guan)注(zhu)。CIGS 薄(bao)膜(mo)太(tai)阳能(neng)电池的第五层就是背电(dian)极，电池(chi)的(de)性能(neng)受(shou)背电极(ji)材(cai)料直(zhi)接影(ying)响。Mo 溅(jian)射的薄(bao)膜(mo)热(re)稳定性良(liang)好(hao)、电阻率较(jiao)低(di)、还能与 CIGS 层(ceng)结合(he)形成(cheng)良(liang)好的(de)欧(ou)姆接触。同(tong)时金(jin)属 Mo 薄膜(mo)还(hai)具(ju)有(you)与(yu)上下(xia)玻(bo)璃层(ceng)和(he) CIGS 近(jin)似(shi)的热(re)膨胀系数(shu)等特点，已(yi)成(cheng)为(wei)薄(bao)膜(mo)太阳电池背电极(ji)的(de)必选材(cai)料(liao)[11]。图 2 是(shi) Mo 在薄(bao)膜太(tai)阳(yang)能(neng)电(dian)池中(zhong)的位置(zhi)[5]。近(jin)些(xie)年来(lai)，全球的太(tai)阳(yang)能电(dian)池(chi)需(xu)求量(liang)激增，每年递(di)增(zeng) 40 %以(yi)上(shang)。据报道(dao)，目前世(shi)界薄(bao)膜太(tai)阳能电(dian)池年发电总量(liang)约(yue)为(wei) 660 MW[10]。 国(guo)内研发(fa) Mo 靶的(de)主要单位(wei)有金(jin)堆城钼业(ye)、北(bei)京(jing)安泰科(ke)技(ji)、洛(luo)阳高新(xin)四丰等。安(an)泰(tai)科技公(gong)司(si)采用压制(zhi)-烧(shao)结(jie)-热等静压(ya)法制(zhi)备(bei)的了(le)大量(liang)钼及(ji)其(qi)合(he)金(jin)靶(ba)材(cai)，相(xiang)对(dui)密(mi)度(du)逸99 %[12]。
1.3 Ta靶(ba)
当(dang)大(da)规模(mo)集成电(dian)路进入(ru)到深(shen)亚微米时(shi)代(dai)时(shi)，Al线(xian)对应力迁移和(he)电迁(qian)移的抵抗能力(li)相对(dui)较弱，这将(jiang)造(zao)成布线空洞(dong)，导(dao)致电(dian)路(lu)系(xi)统完全失(shi)效。因此(ci)，金(jin)属(shu)
Cu 布线(xian)将(jiang)成为(wei)主(zhu)流。Cu 比(bi) Al 具有(you)更高的(de)抗(kang)电迁移(yi)能(neng)力和(he)更低(di)的电(dian)阻率(lv)，这意(yi)味着更(geng)小(xiao)、更密(mi)集的连(lian)线可(ke)以(yi)承(cheng)载更(geng)强(qiang)的电(dian)流(liu)。低(di)电(dian)阻(zu)提(ti)高(gao)了(le)芯(xin)片(pian)速(su)度(du)。目前全球 130 nm、90 nm 及以(yi)下的器件生产商已(yi)经采用(yong)Cu 互连工(gong)艺，Ta 成(cheng)为 Cu 互(hu)连的(de)阻(zu)挡(dang)层。目(mu)前，超(chao)大(da)规模集(ji)成(cheng)电路(lu)已(yi)逐(zhu)渐发(fa)展为 Cu /Ta 系(xi)[13-14]。因(yin)为 Cu和 Si 的(de)化(hua)学活(huo)性(xing)高(gao)，扩(kuo)散速(su)度(du)快，易形(xing)成(cheng)铜(tong)硅合金（Cu-Si），铜(tong)在(zai)硅中形(xing)成深的(de)空(kong)穴，设备(bei)的(de)性(xing)能(neng)被严(yan)重(zhong)影(ying)响(xiang)，最终(zhong)导(dao)致(zhi)系(xi)统(tong)失效。Ta 及 Ta 的化合(he)物(wu)具有(you)高(gao)热稳定(ding)性、高导(dao)电(dian)性(xing)和对(dui)外(wai)来(lai)原子的阻挡作用(yong)。
Cu 和 Ta 以(yi)及(ji) Cu 和 N 之间不(bu)反应，不(bu)扩散形(xing)成(cheng)化合物，因(yin)此 Ta 和 Ta 基膜(mo)成(cheng)为(wei)阻(zu)挡(dang)层(ceng)可(ke)有(you)效防(fang)止铜的(de)扩(kuo)散(san)[15]。
我国 Ta 储(chu)量(liang)资(zi)源(yuan)丰富(fu)，但(dan)在过去对半(ban)导(dao)体溅(jian)射(she)靶材(cai)缺乏(fa)最(zui)基(ji)本(ben)的(de)认(ren)识，从而限(xian)制(zhi)了纯(chun) Ta 靶(ba)材的(de)技术(shu)发展(zhan)。在很长一(yi)段(duan)时间(jian)内(nei)，我国(guo)生(sheng)产溅(jian)射靶材
用(yong)的(de)高纯(chun) Ta 原(yuan)料主要(yao)依(yi)赖(lai)进口(kou)。宁夏(xia)东方(fang)钽业通(tong)过多年研发，掌(zhang)握了高纯 Ta 溅(jian)射(she)靶材(cai)原(yuan)料生(sheng)产(chan)工(gong)艺方(fang)法，填(tian)补了(le)国内空白。宁波江(jiang)丰(feng)电(dian)子(zi)材(cai)料(liao)股(gu)份有限(xian)公(gong)司(si)也生(sheng)产(chan)出了 300 mm 高(gao)纯 Ta 溅(jian)射(she)靶材[14]。西安(an)诺博(bo)尔(er)稀(xi)贵金(jin)属公司(si)也(ye)掌(zhang)握(wo)高纯(chun) Ta 靶(ba)的生(sheng)产(chan)工艺(yi)[16]。
1.4 Nb靶
近(jin)些(xie)年，光电技术的(de)发(fa)展迅(xun)速(su)，Nb 薄(bao)膜材料已(yi)广(guang)泛应(ying)用于与(yu)人们现(xian)代(dai)生(sheng)活(huo)密(mi)切(qie)相(xiang)关的(de) LCD、TFT等离子显示屏(ping)、相(xiang)机镜头(tou)镀膜(mo)、光(guang)学镜头(tou)镀膜(mo)、汽车(che)
和(he)建(jian)筑工(gong)业用玻璃(li)的(de)制造中(zhong)[17]。铌靶(ba)材(cai)还(hai)用(yong)于(yu)表(biao)面工(gong)程(cheng)材(cai)料，如化(hua)工耐腐(fu)蚀(shi)、船(chuan)舶、耐热、电子成像、信息储(chu)存(cun)、高(gao)导(dao)电等镀(du)膜(mo)行业[18]。由(you)于高的利用(yong)率，旋(xuan)转空心圆(yuan)管(guan)磁(ci)控溅射靶(ba)目(mu)前在(zai)业(ye)内得到(dao)广(guang)泛推(tui)广(guang)，铌管靶(ba)主要(yao)应(ying)用于平(ping)面显(xian)示器、先进触(chu)控屏(ping)和节(jie)能玻璃的表面镀(du)膜等(deng)行(xing)业，对(dui)玻璃(li)屏(ping)幕(mu)起抗反射(she)作用(yong)[19]。
我(wo)国研发(fa) Nb 靶的(de)主(zhu)要(yao)单(dan)位有宁(ning)夏(xia)东(dong)方(fang)钽(tan)业(ye)、西(xi)北有色(se)金(jin)属(shu)研(yan)究院(yuan)等。据(ju)笔者了解(jie)，宝(bao)鸡(ji)佳军(jun)公(gong)司(si)通过熔炼挤(ji)压(ya)方(fang)式(shi)生产出(chu)了外径 152 mm，内(nei)径 125 mm，长(zhang)度(du)为 3 900 mm 的大(da)型(xing)铌管(guan)靶，平(ping)均晶(jing)粒(li)尺寸达(da)到了 75.5μm 。
2、靶(ba)材(cai)的技(ji)术要(yao)求(qiu)
为了(le)确(que)保(bao)沉积薄膜的(de)质(zhi)量(liang)和(he)提高溅(jian)射效率，靶(ba)材的品(pin)质成(cheng)为(wei)关键(jian)因(yin)素(su)。经(jing)过国(guo)内(nei)外(wai)大量(liang)研(yan)究(jiu)得出，对(dui)溅(jian)射靶(ba)材质(zhi)量影(ying)响(xiang)最大(da)的几个(ge)因(yin)素分(fen)别(bie)为(wei)：纯(chun)净
度(du)、致(zhi)密度、尺寸精度、晶(jing)粒(li)度(du)、织构等(deng)。
2.1 纯 度(du)
溅射靶材(cai)的(de)纯(chun)度是(shi)影响镀膜(mo)效果的首(shou)要因(yin)素。
靶(ba)材(cai)中的杂(za)质和(he)气(qi)孔中的氧和水分(fen)是(shi)沉(chen)积(ji)薄(bao)膜的主要污染源。要(yao)提(ti)高溅(jian)射薄膜的性能，就(jiu)应尽可(ke)能降(jiang)低(di)靶材中(zhong)杂(za)质含(han)量，提高(gao)纯(chun)度(du)，减(jian)少(shao)污(wu)染源(yuan)，提高(gao)沉积(ji)薄膜的(de)均匀性(xing)[2]。 不(bu)同应用领域的(de)靶(ba)材对(dui)纯(chun)度要(yao)求不(bu)同，普(pu)通镀膜(mo)用(yong)靶(ba)材要求纯度达到 99 %以(yi)上即(ji)能(neng)满(man)足要求。对(dui)靶(ba)材(cai)纯度(du)要(yao)求较为苛(ke)刻(ke)的是(shi)微(wei)电子(zi)、显(xian)示(shi)器等(deng)领域(yu)用，需要(yao)至(zhi)少(shao)分析(xi) 40 个(ge)以(yi)上(shang)的(de)杂(za)质元(yuan)素，纯(chun)度为(wei) 99.95 %（3N5）以(yi)上方可使(shi)用(yong)[20]。
2.2 致(zhi)密度(du)
溅射(she)靶材(cai)的(de)内(nei)部如不(bu)是非常(chang)致(zhi)密，或存(cun)积气体(ti)，那(na)么在溅射过(guo)程(cheng)中气体(ti)释(shi)放将会(hui)产生(sheng)微粒(li)直接(jie)影(ying)响镀膜质量。气(qi)孔(kong)同时(shi)会导(dao)致(zhi)溅(jian)射时产生(sheng)不正(zheng)常(chang)放电，而(er)产(chan)生(sheng)杂质(zhi)粒(li)子(zi)。为了(le)保证薄膜的质量和(he)性(xing)能，必须使(shi)溅(jian)射靶(ba)材(cai)的(de)致(zhi)密(mi)度(du)要达到(dao)较高(gao)水平。靶材(cai)致密(mi)度(du)越高，其(qi)导电、导(dao)热性越(yue)好，强(qiang)度越高(gao)等(deng)。高致密度靶材(cai)镀(du)膜(mo)有诸多优点(dian)：靶(ba)材使用(yong)寿命长(zhang)，溅射(she)功率(lv)小(xiao)，成(cheng)膜速(su)率(lv)高(gao)，薄膜(mo)不(bu)易开(kai)裂，透光率高。
2.3 微观(guan)组(zu)织(zhi)
溅(jian)射(she)速度直接受晶粒尺寸(cun)的影响(xiang)，晶粒(li)粗(cu)大(da)靶材(cai)的(de)溅射(she)速(su)率要(yao)比晶(jing)粒(li)细小(xiao)的靶(ba)材(cai)慢很(hen)多，晶(jing)粒(li)尺寸变(bian)小，薄膜(mo)沉(chen)积(ji)速率(lv)增(zeng)大(da)。而(er)同一块靶材的晶(jing)粒尺(chi)寸(cun)整体(ti)差异较(jiao)小，沉(chen)积薄(bao)膜(mo)的厚(hou)度(du)分(fen)布(bu)就(jiu)更为(wei)均(jun)匀。金(jin)堆(dui)城(cheng)钼(mu)业研(yan)发的钼(mu)靶材平均(jun)晶(jing)粒尺寸(cun)达(da)到(dao) 50 滋m，属(shu)国内领(ling)先(xian)水平[21]。一般(ban)情(qing)况(kuang)下(xia)，因为(wei)变形量等(deng)因素(su)影(ying)响，平面靶(ba)的(de)晶(jing)粒(li)尺(chi)寸比(bi)管(guan)状靶(ba)材(cai)更容易(yi)细(xi)小、均(jun)匀。
当(dang)靶(ba)材(cai)在(zai)溅射时(shi)，其(qi)原子会(hui)沿(yan)着六(liu)方密(mi)排面优(you)先溅(jian)射(she)出(chu)来(lai)，因此，为了(le)提高(gao)溅射(she)镀膜速率(lv)，可(ke)以(yi)尽可(ke)能(neng)调(diao)整靶材结构使具(ju)有一(yi)定(ding)的(de)晶(jing)体(ti)取向。在晶粒(li)
尺(chi)寸合适的(de)范围(wei)内，晶(jing)粒取(qu)向(xiang)越(yue)均匀(yun)越(yue)好(hao)。靶材(cai)晶(jing)粒(li)取向(xiang)还(hai)会对(dui)薄(bao)膜的厚(hou)度、均匀性(xing)都(dou)会(hui)产(chan)生(sheng)较(jiao)大(da)影(ying)响。
要(yao)使靶(ba)材(cai)的微(wei)观(guan)组织(zhi)具有(you)一(yi)定的(de)结(jie)晶(jing)取向，就(jiu)要根(gen)据靶(ba)材(cai)金属(shu)的(de)微观(guan)组织(zhi)特(te)征(zheng)，采用(yong)不同的压(ya)力加(jia)工方式(shi)，再结合(he)适(shi)当的热处理进(jin)行调整(zheng)和(he)控(kong)制。国内许(xu)多(duo)单(dan)位(wei)已(yi)对不(bu)同(tong)加(jia)工方(fang)式(shi)对(dui)结晶(jing)取向(xiang)的影响(xiang)做(zuo)了大(da)量研(yan)究。
2.4 尺寸精(jing)度
溅射(she)靶材在(zai)后期(qi)装配(pei)前(qian)要(yao)进行(xing)一(yi)系(xi)列(lie)机械(xie)加工，其加(jia)工(gong)质(zhi)量(liang)和精(jing)度(du)（平面(mian)度，直线(xian)度，粗糙(cao)度(du)）也(ye)会影(ying)响到(dao)薄(bao)膜(mo)性能(neng)。靶(ba)材(cai)溅(jian)射(she)作业(ye)前(qian)必(bi)须与铝(lv)或无
氧铜底(di)盘（背板(ban)）连接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)，配(pei)合紧(jin)密才能使靶(ba)材与背(bei)板更(geng)好(hao)的导电(dian)导(dao)热。装(zhuang)配完(wan)毕(bi)后(hou)要(yao)使用(yong)超声(sheng)波(bo)检(jian)测(ce)，如(ru)果(guo)两(liang)者的(de)空(kong)隙(xi)区域小于总接(jie)触(chu)面(mian)的 2 %，这(zhe)样才(cai)能(neng)在(zai)大(da)功率溅射中使(shi)用(yong)[10]。同(tong)样的尺寸(cun)精(jing)度(du)要求下(xia)，管状(zhuang)靶材的机加(jia)工难(nan)度(du)要大(da)于(yu)平面(mian)靶材，因为(wei)大(da)型管(guan)靶一般(ban)都(dou)采(cai)用(yong)挤压成型，内孔有较深(shen)的挤(ji)压沟(gou)槽，这对(dui)机加(jia)造(zao)成了(le)较(jiao)大(da)困(kun)难(nan)。业内一(yi)般(ban)采(cai)用高(gao)精(jing)度数(shu)控深孔(kong)钻镗(tang)床来加(jia)工(gong)内(nei)孔(kong)。
3、难(nan)熔金(jin)属(shu)靶(ba)材的(de)制备(bei)技术
难熔(rong)金(jin)属溅(jian)射靶(ba)材的(de)制(zhi)备(bei)方法(fa)主(zhu)要(yao)分(fen)为粉末(mo)冶(ye)金(jin)法(fa)和熔(rong)炼(lian)法(fa)，其(qi)中(zhong) W、Mo 多(duo)采(cai)用(yong)粉(fen)末冶金，而 Ta、Nb 多(duo)采用(yong)熔炼法生(sheng)产(chan)，具(ju)体工艺(yi)流(liu)程见(jian)图 3。
3.1 粉(fen)末冶(ye)金法
粉末(mo)冶金法(fa)是适合制(zhi)作难熔金(jin)属溅射靶(ba)材(cai)的(de)传统方法。难(nan)熔金属(shu)熔(rong)点很高，该(gai)方法(fa)采用(yong)固(gu)/液(ye)相烧(shao)结，所以在远(yuan)低(di)于(yu)其熔(rong)点的(de)温(wen)度(du)下使其(qi)成(cheng)型；生产(chan)合(he)金(jin)靶(ba)材(cai)时，两(liang)种(zhong)或两种(zhong)以上(shang)的(de)合(he)金(jin)粉(fen)末(mo)通(tong)过混(hun)料机长时(shi)间(jian)混(hun)合(he)均(jun)匀后加热压(ya)制，有效地杜(du)绝(jue)了(le)合(he)金(jin)组(zu)元(yuan)的(de)偏(pian)析。另(ling)外一(yi)大优(you)点(dian)是粉(fen)末冶金(jin)法(fa)制(zhi)备的靶(ba)材晶粒较细，可达(da)到(dao) 100 滋(zi)m 以下。一(yi)般(ban)粉末(mo)冶(ye)金法(fa)制(zhi)备的(de)溅(jian)射(she)靶材(cai)多采用冷(leng)等静压(ya)加(jia)烧(shao)结、热(re)压(ya)烧结和(he)热(re)等(deng)静(jing)压(ya)三(san)种方(fang)式。其(qi)中(zhong)热(re)等静压(ya)得(de)到的(de)致密度(du)最(zui)高(gao)，前(qian)两(liang)种方法(fa)得(de)到(dao)的靶(ba)材(cai)致(zhi)密度(du)则(ze)相(xiang)对(dui)较(jiao)低。因此(ci)提高粉末冶金烧结法(fa)制备靶材致密度是必须(xu)解决的关(guan)键技(ji)术之(zhi)一(yi)。通过(guo)压(ya)力(li)加工可(ke)有(you)效(xiao)改善(shan)粉(fen)末冶金(jin)靶材(cai)的致密度低的问题。魏(wei)修(xiu)宇[7]研究(jiu)了轧制(zhi)变(bian)形量对粉末(mo)冶(ye)金 W 靶(ba)材致密度的(de)影响，随(sui)着(zhe)变(bian)形(xing)增(zeng)大(da)，致密(mi)度增加(jia)，最高可达 99.5 %以上(shang)。朱琦(qi)[22]研究(jiu)了挤压(ya)对粉(fen)末冶金钼管靶(ba)组(zu)织(zhi)、性能(neng)以(yi)及(ji)致密(mi)度(du)的(de)影响(xiang)，使(shi)钼(mu)管靶(ba)密(mi)度从烧结坯(pi)的(de) 9.8 g/cm3 增加(jia)到(dao)10.15 g/cm3，达(da)到了(le)高(gao)致(zhi)密(mi)度的要(yao)求(qiu)。
W、Mo 溅(jian)射(she)靶材(cai)大(da)多(duo)采(cai)用(yong)粉末冶金方法制(zhi)备，由(you)于(yu)粉(fen)末冶(ye)金(jin)的(de)提纯(chun)能(neng)力有(you)限，因(yin)此原(yuan)料必(bi)须为高纯(chun)粉(fen)末，另(ling)外(wai)在(zai)制备过(guo)程还要(yao)严(yan)格控制杂(za)质(zhi)元素(su)的(de)
混入(ru)。目(mu)前国内高纯(chun)金(jin)属的(de)提(ti)纯(chun)技术(shu)与工(gong)业发(fa)达(da)国(guo)家的(de)差(cha)距(ju)较大。郭(guo)让(rang)民(min)[23]将(jiang)仲(zhong)钨酸铵重(zhong)新氨溶中(zhong)和(he)，活性(xing)炭吸附结晶提(ti)纯，再(zai)经(jing)还(hai)原后制(zhi)备(bei)出(chu)高纯 W粉，可(ke)有(you)效地(di)深(shen)度(du)去(qu)除杂质(zhi)，纯度达(da) 99.99 %以(yi)上(shang)。
3.2 熔(rong)炼法(fa)
熔(rong)炼法(fa)是制备(bei)难(nan)熔(rong)金(jin)属靶(ba)材(cai)另(ling)一种重(zhong)要的方法(fa)，因(yin)为(wei)难(nan)熔(rong)金(jin)属(shu)的(de)具(ju)有高(gao)熔(rong)点(dian)，多(duo)采(cai)用电(dian)子束、电(dian)弧熔炼。电(dian)子(zi)束熔(rong)炼(lian)具(ju)有(you)高温、高(gao)升温(wen)速率、高真(zhen)空(kong)
等优(you)点，适(shi)合提纯(chun)精炼(lian)各(ge)种(zhong)难(nan)熔金属。电子束熔(rong)炼得到(dao)的(de)金(jin)属(shu)铸锭(ding)致密，内(nei)部组织(zhi)无孔隙、气孔，非(fei)常接(jie)近理论密度。但(dan)电(dian)子束熔(rong)炼(lian)有(you)两(liang)大(da)缺(que)点(dian)：一是铸(zhu)锭(ding)晶(jing)粒(li)粗大；二(er)是熔(rong)炼合(he)金时对(dui)于组(zu)元蒸气(qi)压(ya)相差(cha)较(jiao)大(da)情况下，会(hui)发生(sheng)偏(pian)析现(xian)象(xiang)。电(dian)弧(hu)熔炼(lian)适合熔炼合金(jin)，其铸(zhu)锭(ding)致密度(du)也(ye)非(fei)常(chang)高，但提纯效(xiao)果不(bu)及(ji)电(dian)子(zi)束熔(rong)炼。由于熔炼法得(de)到的(de)靶(ba)材晶(jing)粒(li)粗大，通过压力加(jia)工和(he)热处理可(ke)使晶(jing)粒变细(xi)，并(bing)得(de)到一定晶粒取向(xiang)的组织(zhi)。刘(liu)宁[14]研(yan)究了(le)钽靶中{110}、{100} 、{111}三(san)种织构(gou)的(de)溅射速(su)率关(guan)系，提(ti)出采(cai)用热(re)锻造(zao)强(qiang)塑性(xing)变(bian)形工艺对 Ta 靶进(jin)行加工，使(shi)其(qi)具(ju)有(you)更(geng)均匀的织(zhi)构组(zu)分。
宜楠[13]通(tong)过(guo)对(dui)电(dian)子束熔炼(lian)、锻造、轧(ya)制(zhi)、热处理(li)等(deng)关键(jian)工(gong)艺(yi)进行优化调(diao)整(zheng)，获得(de)了织构(gou)以(yi){111}型(xing)为(wei)主(zhu)晶粒(li)尺寸(cun)小于 100 滋(zi)m 性能优良的钽(tan)靶。王(wang)国栋[17]研究(jiu)了(le)电(dian)子(zi)束(shu)熔(rong)炼的高纯铌(ni)锭(ding)在(zai)加热(re) 1 100 益高(gao)温镦造再通(tong)过换(huan)向轧(ya)制(zhi)制(zhi)备的 Nb 靶(ba)材(cai)，其晶(jing)粒(li)取向(xiang)一(yi)致(zhi)，晶(jing)粒(li)大小(xiao)分布均匀。笔(bi)者(zhe)对(dui)纯 Nb 板靶材(cai)也进行(xing)了(le)一系列试(shi)验(yan)。电子(zi)束(shu)熔炼(lian)的粗(cu)大(da)晶粒纯(chun) Nb 铸锭(ding)通过锻(duan)造、退(tui)火、再经 60 %变形量的(de)轧制，再进行约(yue)1 200 益左(zuo)右的成品(pin)退火得(de)到(dao) 7.5 级晶(jing)粒度(du)（平均(jun)晶(jing)粒数(shu)为 1 400 个(ge)/mm2），组织均匀(yun)、性能优(you)良(liang)的(de)纯 Nb靶材(cai)。
4、结(jie) 语(yu)
近些(xie)年来(lai)，我国研(yan)究生(sheng)产(chan)溅射靶(ba)材的单位企业(ye)
在(zai)制(zhi)备(bei)技术(shu)、产品品(pin)种等(deng)方(fang)面(mian)都有非常(chang)大(da)的进(jin)步。打
破(po)了(le)高(gao)端靶(ba)材(cai)长期依赖进口(kou)的局(ju)面。研发(fa)生产(chan)靶(ba)材(cai)
的(de)中小型民营(ying)企(qi)业(ye)也(ye)取(qu)得了很(hen)大成(cheng)果(guo)。薄(bao)膜市场需(xu)
求(qiu)的(de)快速发(fa)展，溅射靶(ba)材品种要(yao)求也越来(lai)越(yue)多(duo)，加速(su)了(le)更(geng)新(xin)换(huan)代(dai)周(zhou)期(qi)，传统工(gong)艺(yi)也慢慢(man)不能满足要求(qiu)，需(xu)要对工(gong)艺(yi)进行(xing)优(you)化和(he)革(ge)新(xin)。今(jin)后(hou)的(de)发展方(fang)向是(shi)要引(yin)入(ru)新(xin)方法新(xin)工(gong)艺(yi)来(lai)解(jie)决(jue)靶材(cai)在溅射过程中微(wei)粒(li)飞(fei)溅、利用率(lv)和(he)导磁(ci)率等(deng)问题。靶材的(de)目(mu)的(de)是溅(jian)镀(du)薄(bao)膜(mo)，只(zhi)研究靶(ba)材(cai)远远不够，需(xu)要将靶(ba)材(cai)与薄(bao)膜两种研(yan)究(jiu)结合起来，努(nu)力(li)促(cu)进(jin)靶材制(zhi)备(bei)技(ji)术(shu)的革新(xin)与(yu)发(fa)展(zhan)。
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