1842年(nian)格波(bo)夫(fu)在(zai)实(shi)验(yan)室(shi)中(zhong)发(fa)现(xian)了阴(yin)极溅射(she)现象(xiang)，由(you)于(yu)人们对溅(jian)射机理缺乏(fa)深入(ru)了解和(he)溅射薄(bao)膜(mo)技术(shu)发(fa)展缓(huan)慢，商(shang)业(ye)化的(de)磁(ci)控(kong)溅(jian)射(she)设备(bei)直到(dao)1970年才逐渐应用(yong)于实(shi)验室和小(xiao)型生产(chan)。
自20世纪80年代(dai)，以集(ji)成电路(lu)、信(xin)息存(cun)储(chu)、液晶(jing)显示器、激光存储(chu)器(qi)、电子控(kong)制(zhi)器(qi)为(wei)主的(de)电(dian)子(zi)与(yu)信(xin)息产(chan)业(ye)开(kai)始(shi)进(jin)入高(gao)速(su)发展时期(qi).磁(ci)控(kong)溅(jian)射技术才(cai)从实验室(shi)应用真正(zheng)进(jin)人(ren)工业化(hua)规模(mo)生(sheng)产(chan)应(ying)用领域。近(jin)10年(nian)来，磁(ci)控(kong)溅射(she)技(ji)术更(geng)是(shi)取得了(le)突飞(fei)猛进的发展(zhan)。目前磁控溅射(she)技术(shu)以及薄膜(mo)制备是全球新材(cai)料(liao)领域研(yan)发(fa)和(he)关(guan)注(zhu)的一大(da)热点(dian)。
钛靶、镍靶(ba)、锆靶(ba)是(shi)磁控溅(jian)射过程中(zhong)的基(ji)本耗材。不仅(jin)使用(yong)量大，而(er)且(qie)靶材质量的(de)好(hao)坏对(dui)金属薄(bao)膜(mo)的(de)性(xing)能(neng)起(qi)着至(zhi)关(guan)重(zhong)要的(de)决定作用(yong)，因(yin)此，靶材(cai)是磁控(kong)溅射过程(cheng)的(de)关键(jian)材料(liao)。针(zhen)对(dui)溅射靶(ba)材这(zhe)一(yi)具有(you)高附加(jia)值的功能(neng)材(cai)料，在(zai)巨大市场需求(qiu)的(de)拉(la)动下(xia)，全(quan)球(qiu)各靶材厂(chang)商正(zheng)在不(bu)断探索(suo)和(he)完善靶材(cai)制备技术(shu)，研(yan)发新(xin)的高(gao)品(pin)质溅(jian)射靶材(cai)。
1、磁控溅(jian)射靶(ba)材(cai)的(de)分类(lei)
磁(ci)控(kong)溅射(she)靶材因其(qi)成分、形状(zhuang)和(he)应(ying)用领(ling)域(yu)不同，可以(yi)采用不同(tong)的(de)分(fen)类(lei)方(fang)法。
根据(ju)材料(liao)的(de)成(cheng)分(fen)不(bu)同(tong)。靶(ba)材可(ke)分(fen)为金(jin)属靶(ba)材(cai)、合(he)金(jin)靶材、无机(ji)非金(jin)属靶(ba)材(cai)和(he)复(fu)合靶(ba)材(cai)等(deng)。
其中(zhong)无(wu)机(ji)非(fei)金属(shu)靶材又可(ke)分为氧化(hua)物、硅化(hua)物、氮(dan)化物(wu)和氟(fu)化物(wu)等(deng)不同种(zhong)类靶材(cai)。
根(gen)据几何形状(zhuang)的不同(tong)，靶(ba)材可(ke)分为(wei)长(zhang)(正)方(fang)体形靶材(cai)、圆柱体(ti)形(xing)靶(ba)材(cai)和(he)不规则(ze)形状(zhuang)靶材(cai)；
此(ci)外(wai)。靶材还可(ke)分(fen)为(wei)实心(xin)和空(kong)心两(liang)种(zhong)类型(xing)靶(ba)材。
目前(qian)靶材(cai)最(zui)常用(yong)的(de)分(fen)类方法是(shi)根据靶(ba)材的(de)应(ying)用(yong)领域(yu)进行(xing)划分(fen)。主要(yao)包括(kuo)半(ban)导体领域用靶材、记录介(jie)质(zhi)用(yong)靶材(cai)、显(xian)示薄(bao)膜用靶(ba)材(cai)、光学靶材(cai)、超(chao)导靶(ba)材(cai)等(deng)。其中半(ban)导体领域用(yong)靶材、记(ji)录介(jie)质用(yong)靶材和(he)显(xian)示(shi)靶(ba)材是市(shi)场(chang)需(xu)求规(gui)模最大(da)的三(san)类靶材。
2、磁(ci)控溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)的应用(yong)领(ling)域
磁控(kong)溅射钛(tai)靶(ba)材主要(yao)应用于电子(zi)及信息(xi)产(chan)业。
如集成电路、信(xin)息(xi)存(cun)储、液晶(jing)存储(chu)、液晶显示屏、激(ji)光(guang)存储器(qi)、电(dian)子(zi)控制(zhi)器(qi)件等(deng)，亦(yi)可应用(yong)于玻璃镀(du)膜领(ling)域(yu)。还可以(yi)应(ying)用(yong)于耐(nai)磨材料(liao)、高(gao)温耐(nai)蚀、化学(xue)电(dian)镀、金(jin)属(shu)泡(pao)沫(mo)材料(liao)、高档(dang)装(zhuang)饰(shi)用(yong)品等(deng)行业(ye)。
2.1 信(xin)息(xi)存(cun)储产(chan)业(ye)
随(sui)着(zhe)IT产(chan)业(ye)的(de)不(bu)断(duan)发(fa)展。全球(qiu)对记录介(jie)质(zhi)需求(qiu)量越来越大(da).记录介质用(yong)靶材(cai)的研究与(yu)生(sheng)产成(cheng)为(wei)关注(zhu)的热点。在信息(xi)存(cun)储产(chan)业中(zhong)，使(shi)用(yong)溅射(she)靶材制(zhi)备(bei)的相(xiang)关薄(bao)膜产(chan)品(pin)有(you)硬盘、磁(ci)头(tou)、光盘(CD—R，CD，DVD)、磁(ci)光(guang)相变(bian)光(guang)盘(pan)(M0，C—RW，DVD一)。制备这些数据存储产(chan)品(pin)，需要使(shi)用具(ju)有特殊结晶性(xing)与特(te)殊成分的高 品(pin)质(zhi)靶材(cai)，常(chang)用(yong)的(de)有钴、铬(ge)、碳、镍一铁、贵(gui)金属、稀有(you)金(jin)属等(deng)靶(ba)材。
2.2 集成电路(lu)产业
集(ji)成(cheng)电(dian)路(lu)用靶材在全(quan)球靶(ba)材市(shi)场中(zhong)占(zhan)较大份额。其溅(jian)射(she)产品(pin)主要(yao)包括电(dian)极互连线(xian)膜、阻(zu)挡(dang)层(ceng)薄膜(mo)、接(jie)触薄膜、光盘掩膜(mo)、电容器(qi)电极膜(mo)、电(dian)阻薄膜(mo)等。纯(chun)铝和铝(lv)合金(jin)靶材(cai)用(yong)于集(ji)成电路(lu)和功(gong)耗(hao)较(jiao)小(xiao)的(de)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)中.金(jin)靶(ba)材(cai)则主(zhu)要用于(yu)功(gong)率晶(jing)体(ti)管和(he)微(wei)波器(qi)件等.阻挡(dang)膜用靶材主要是(shi)钨(wu)、钼等难(nan)熔(rong)金(jin)属和(he)难熔(rong)金(jin)属(shu)硅(gui)化物(wu)。
粘附膜(mo)用靶材主(zhu)要(yao)有钛(tai)、钨等(deng)。薄膜(mo)电(dian)阻(zu)器(qi)是(shi)薄(bao)膜混(hun)合(he)集(ji)成(cheng)电(dian)路(lu)中用量(liang)最多(duo)的元件。而(er)电(dian)阻薄膜(mo)使(shi)用(yong)的靶材料(liao)为(wei)NiCr、MoSi2、WSi等合(he)金(jin)，其(qi)中(zhong)NiCr合(he)金(jin)用(yong)量(liang)最大(da)。
2.3 平面(mian)显示(shi)器产业(ye)
平(ping)面(mian)显(xian)示器(qi)包括:液(ye)晶(jing)显(xian)示器(LCD)、等离子(zi)体(ti)显(xian)示器(qi)(PDP)、场(chang)致(zhi)发光(guang)显(xian)示器(qi)(E—L)、场(chang)发射(she)显示(shi)器(qi)(FED)。目(mu)前(qian)，在(zai)平面(mian)显(xian)示器市场(chang)中(zhong)以液(ye)晶显示(shi)器(qi)LCD市场(chang)最大，份额(e)高达80％。LCD被认(ren)为是目(mu)前(qian)最(zui)有(you)应(ying)用前(qian)景(jing)的(de)平板显(xian)示器(qi)件(jian)，它(ta)的出(chu)现大大(da)扩展了(le)显示器(qi)的应用范围，从(cong)笔(bi)记(ji)本(ben)电(dian)脑(nao)显示器、台(tai)式电脑监视(shi) 器(qi)、高(gao)清(qing)晰(xi)液晶电(dian)视以(yi)及(ji)移(yi)动通信(xin).各种(zhong)新型(xing)LCD产品(pin)正在冲(chong)击(ji)着(zhe)人(ren)们的生(sheng)活(huo)习(xi)惯(guan)。并推(tui)动(dong)着世(shi)界(jie)信(xin)息产(chan)业(ye)的(de)飞(fei)速(su)发展。当(dang)前，LCD的(de)开(kai)发(fa)以彩(cai)色(se)为主(zhu).画(hua)面(mian)向(xiang)高清(qing)晰(xi)度(du)和(he)大尺(chi)寸(cun)化(hua)方(fang)向发展(zhan)。平(ping)面(mian)显(xian)示器(qi)的(de)薄膜(mo)多(duo)采用溅射(she)成形。
目(mu)前。平面(mian)显(xian)示(shi)器(qi)产业(ye)使用最广泛(fan)是(shi)ITO靶(ba)材,它是(shi)制备LCD高性(xing)能(neng)导电(dian)膜(mo)的(de)最(zui)好材料。还(hai)没有其(qi)他材料可以代替(ti)，ITO靶(ba)材的(de)化学成分(fen)是In2O3一SnO2，加入(ru)Sn的(de)作用(yong)是降低(di)In的(de)电阻(zu)。
使之(zhi)具有更好的(de)导电(dian)性(xing)。除ITO靶(ba)材外。平面(mian)显示(shi)器(qi)产(chan)业(ye)溅(jian)射用靶材主要还(hai)有(you)Al、Y2o，MgO、W、Mo、Ni、Cu、Cr等靶材(cai)。
2.4 光学薄膜行(xing)业(ye)
磁控(kong)溅射(she)是(shi)目(mu)前(qian)制(zhi)备幕(mu)墙(qiang)玻璃最(zui)好(hao)的方法，但由(you)于射频电(dian)源、溅射靶的材(cai)料(liao)和制(zhi)作(zuo)价(jia)格(ge)昂贵(gui)，磁控溅射(she)的成本是(shi)比(bi)较高的。玻(bo)璃(li)镀膜(mo)采(cai)用的靶材(cai)主要有:In2O3、SnO2、Co-Cr、Ni-Cr、Cu、Cr、Ni、Sn等(deng)。汽车后视(shi)镜用靶(ba)材主(zhu)要有:Cr、A1、SnO2、TiO2等。通(tong)常(chang)的(de)汽车后视镜镀(du)膜(mo)是(shi)采用(yong)蒸(zheng)发镀(du)铝(lv)工(gong)艺。
2.5 金(jin)属(shu)泡(pao)沫材(cai)料产业
目前(qian)，高(gao)性(xing)能电(dian)池(chi)材(cai)料(liao)泡沫(mo)镍(nie)现(xian)行(xing)常(chang)规工艺(yi)存在(zai)耗(hao)用贵金属钯(ba)、产品纯(chun)度(du)低、电化(hua)性能差、成(cheng)本高(gao)等(deng)缺陷(xian)。全球(qiu)主要(yao)电(dian)池生(sheng)产厂(chang)商已(yi)不再(zai)将(jiang)此(ci)方法(fa)生产的(de)泡沫(mo)镍列入采购订货(huo)名单，转向采(cai)用磁(ci)控溅(jian)射法(fa)生产(chan)的泡(pao)沫(mo)镍产品(pin)，而(er)高纯(chun)镍(nie)靶制(zhi)备(bei)是(shi)整个(ge)新工(gong)艺(yi)的关键(jian)技术(shu)。决(jue)定(ding)了泡(pao)沫镍产品的最终质(zhi)量(liang)，我(wo)国(guo)作(zuo)为全(quan)球(qiu)第(di)一(yi)大(da)泡沫镍生产(chan)国，对镍靶(ba)的(de)需(xu)求(qiu)量(liang)很(hen)大。
3、磁控溅(jian)射(she)靶(ba)材的制(zhi)备(bei)技(ji)术方(fang)法(fa)
磁(ci)控溅(jian)射靶(ba)材的(de)制备技(ji)术方法(fa)按(an)生(sheng)产(chan)工(gong)艺(yi)可分为熔融(rong)铸造法和粉末(mo)冶金法两大(da)类，在靶(ba)材制备(bei)过(guo)程(cheng)中，除(chu)严(yan)格(ge)控制材料纯(chun)度、致密度(du)、晶(jing)粒度以及结(jie)晶(jing)取向之(zhi)外(wai)，对(dui)热(re)处理工艺(yi)条(tiao)件(jian)、后续成(cheng)型加(jia)工过(guo)程亦需加以严格控(kong)制(zhi)。以(yi)保(bao)证靶材的质(zhi)量(liang)。
3.1 熔融(rong)铸(zhu)造法
熔融(rong)铸造法(fa)是(shi)制备磁(ci)控溅(jian)射靶材的基(ji)本方(fang)法(fa)之一。与(yu)粉末(mo)冶(ye)金法(fa)相(xiang)比(bi)，熔(rong)融铸(zhu)造(zao)法生产的靶材产品杂(za)质(zhi)含量(liang)低(di)，致(zhi)密度高。在(zai)生产过程(cheng)中.为(wei)保(bao)证(zheng)铸锭中(zhong)杂质(zhi)元素(su)含(han)量尽可(ke)能低.通(tong)常其(qi)冶炼和(he)浇注(zhu)在真空(kong)或(huo)保护(hu)性气氛下进行。
但实际铸造(zao)过程中。因为材料(liao)组织内部(bu)难免(mian)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)孔(kong)隙率。这些孔(kong)隙会(hui)导致溅射(she)过(guo)程(cheng)中的微粒(li)飞(fei)溅，从而影(ying)响溅(jian)射(she)薄(bao)膜(mo)的质(zhi)量，因此(ci)，需要(yao)后续热(re)加工和(he)热处理工艺降低(di)其孔隙(xi)率。
3.2 粉(fen)末(mo)冶金(jin)法(fa)
通常(chang)。熔(rong)融铸(zhu)造(zao)法(fa)无(wu)法实(shi)现(xian)难(nan)熔(rong)金属溅射靶(ba)材(cai)的制备.对于(yu)熔(rong)点和密(mi)度相差较大(da)的两种或(huo)两(liang)种以(yi)上的金属，采(cai)用普(pu)通的熔融(rong)铸(zhu)造法(fa)，一(yi)般(ban)也难以(yi)获(huo)得(de)成分均匀的(de)合金(jin)靶材，对(dui)于无机非(fei)金属靶材(cai)、复(fu)合(he)靶(ba)材(cai)，熔融(rong)铸造(zao)法更是无(wu)能(neng)为(wei)力(li)。而(er)粉末(mo)冶金法(fa)是解决(jue)制备上述(shu)靶(ba)材(cai)技(ji)术(shu)难(nan)题(ti)的(de)最佳(jia)途径。同(tong)时(shi)，粉末(mo)冶(ye)金工艺(yi)还具有容(rong)易(yi)获得(de)均匀(yun)细晶(jing)结(jie)构(gou)、节(jie)约(yue)原(yuan)材(cai)料、生(sheng)产效(xiao)率高(gao)等优点(dian)。目(mu)前(qian)已(yi)成(cheng)为磁(ci)控(kong)溅(jian)射靶材的(de)主(zhu)要(yao)制备方法(fa)和(he)研(yan)究热(re)点。
粉末(mo)冶金法(fa)制(zhi)备靶(ba)材(cai)时(shi)。其关(guan)键在(zai)于(yu):一是(shi)选(xuan)择(ze)高纯(chun)、超细(xi)粉末作(zuo)为(wei)原料；二是(shi)选择(ze)能实(shi)现快速致(zhi)密(mi)化的(de)成形(xing)烧结技术，以保(bao)证(zheng)靶材的低孔隙率，并(bing)控制晶(jing)粒度；三是(shi)制备过程严(yan)格(ge)控(kong)制杂质元(yuan)素(su)的(de)引(yin)入。
4、磁控(kong)溅射靶(ba)材的技术(shu)要(yao)求
为提高(gao)溅射效(xiao)率(lv)及(ji)确保沉积(ji)薄膜的质(zhi)量，靶材的质量必须(xu)严(yan)格控(kong)制，经大(da)量实(shi)验(yan)研(yan)究表明，影响靶(ba)材(cai)质量(liang)的主(zhu)要因素包括纯(chun)度、杂(za)质(zhi)含量(liang)、密(mi)实(shi)度(du)、晶粒(li)尺(chi)寸及尺寸(cun)分(fen)布、结(jie)晶(jing)取(qu)向与结构均匀(yun)性(xing)、几(ji)何形状与(yu)尺寸等。
4.1 纯度(du)
靶材(cai)的(de)纯度(du)对(dui)溅射薄(bao)膜(mo)的性能(neng)影(ying)响(xiang)很(hen)大。靶材的(de)纯度越高(gao)，溅(jian)射(she)薄(bao)膜的(de)性(xing)能(neng)越(yue)好。以(yi)纯铝靶为例，纯(chun)度(du)越(yue)高，溅(jian)射(she)铝膜(mo)的耐(nai)蚀性及(ji)电学(xue)、光学性(xing)能(neng)越(yue)好。不(bu)过(guo)在(zai)实际应用(yong)中，不同用(yong)途(tu)靶材对(dui)纯(chun)度(du)要(yao)求不(bu)一(yi)样。例(li)如，一般工业(ye)用(yong)靶(ba)材(cai)对(dui)纯(chun)度的要(yao)求(qiu)并(bing)不苛求，而(er)半(ban)导体(ti)、显(xian)示(shi)器(qi)体(ti)等(deng)领(ling)域(yu)用(yong)靶(ba)材对纯(chun)度的(de)要(yao)求十(shi)分(fen)严格:磁性(xing)薄(bao)膜(mo)用靶材的纯(chun)度(du)要求一(yi)般为(wei)99.9％以上(shang)，ITO靶(ba)中In2O3和(he)SnO4的(de)纯(chun)度(du)则要求(qiu)不(bu)低(di)于99.99％。
4.2 杂质含(han)量
靶材作为溅(jian)射(she)中(zhong)的(de)阴极源。材(cai)料(liao)中的杂质和(he)气(qi)孔(kong)中(zhong)的(de)氧和(he)水分(fen)是(shi)沉(chen)积(ji)薄膜的(de)主(zhu)要(yao)污(wu)染(ran)源(yuan)。
靶(ba)材对(dui)纯度(du)的要(yao)求(qiu)也(ye)就(jiu)是(shi)对杂(za)质(zhi)总含量的(de)要求(qiu)。杂(za)质总(zong)含(han)量(liang)越低(di)，纯度(du)就(jiu)越高。此(ci)外(wai)，不同用途靶(ba)材对单个(ge)杂质含(han)量(liang)也有(you)不同的(de)要求。例(li)如，半(ban)导体电极布线(xian)用(yong)W、Mo、Ti等靶(ba)材(cai)对U、Th等(deng)放射性(xing)元素(su)的含(han)量(liang)要(yao)求(qiu)低于(yu)3×10-9光盘反(fan)射膜(mo)用的合金靶材则要求氧(yang)含量(liang)低(di)于(yu)2x10-4。
4.3 致密度(du)
为了减少(shao)靶(ba)材固(gu)体(ti)中(zhong)的气孔(kong)。提(ti)高(gao)溅射薄膜的性能(neng)，一般(ban)要(yao)求(qiu)溅(jian)射靶(ba)材具有(you)较高(gao)的(de)致密(mi)度。
通常，靶(ba)材(cai)的(de)致密(mi)度(du)不仅影(ying)响(xiang)溅射(she)时的(de)沉(chen)积速(su)率、溅射(she)膜(mo)粒(li)子的(de)密度(du)和(he)放电(dian)现(xian)象(xiang)等，还(hai)影(ying)响(xiang)着(zhe)溅(jian)射薄膜的(de)电(dian)学(xue)和(he)光(guang)学(xue)性(xing)能。靶材(cai)越(yue)致(zhi)密，溅射(she)膜粒子的密(mi)度越低，放(fang)电(dian)现(xian)象越(yue)弱(ruo)，而薄膜(mo)的性(xing)能(neng)也(ye)越(yue)好(hao)。靶(ba)材的(de)致密度(du)主(zhu)要取决于(yu)靶(ba)材制备(bei)工艺。一般而言(yan)，熔融(rong)铸造(zao)法制(zhi)备的(de)靶(ba)材(cai)致密度(du)高(gao)。而粉末冶金(jin)法制(zhi)备的靶材致(zhi)密度(du)则相(xiang)对(dui)较 低(di)。因此，提(ti)高(gao)靶(ba)材(cai)的(de)致密度是粉末冶金(jin)烧(shao)结(jie)法制(zhi)备(bei)靶材(cai)必(bi)须(xu)解(jie)决(jue)的(de)关键技(ji)术之(zhi)一。
4.4 晶粒尺(chi)寸(cun)及尺寸分(fen)布(bu)
通(tong)常(chang)靶材(cai)为(wei)多(duo)晶(jing)结(jie)构。晶粒(li)大(da)小可由微米到毫米(mi)量级。同(tong)一成(cheng)分(fen)的(de)靶材，细(xi)小(xiao)尺寸(cun)晶(jing)粒(li)靶(ba)的溅射(she)速(su)率要(yao)比(bi)粗(cu)晶粒(li)靶快:而晶(jing)粒尺(chi)寸相差较(jiao)小(xiao)的靶(ba)，淀(dian)积薄(bao)膜(mo)的厚度(du)分(fen)布(bu)也(ye)较(jiao)均(jun)匀。据日本Energy公司(si)研(yan)究(jiu)发现，若将(jiang)钛(tai)靶(ba)的晶粒尺(chi)寸(cun)控(kong)制在(zai)100m以下，且晶(jing)粒(li)大(da)小的变(bian)化(hua)保(bao)持(chi)在20％以(yi)内。其溅射(she)所(suo)得(de)薄膜(mo)的质量可(ke)得到(dao)大幅度改 善(shan)。采(cai)用真(zhen)空(kong)熔(rong)炼(lian)方法制(zhi)造(zao)的靶材可确保靶(ba)材(cai)内部无(wu)气孔存(cun)在(zai)。但(dan)粉末冶金(jin)法制(zhi)造的(de)靶(ba)材，则极(ji)有可能(neng)含(han)有一定(ding)数量的气孔(kong)。气(qi)孔的(de)存(cun)在会(hui)导致(zhi)溅(jian)射时(shi)产生(sheng)不(bu)正常(chang)放(fang)电而产生(sheng)杂质粒子。另外(wai)，含(han)有气(qi)孔(kong)的靶材(cai)在搬(ban)动、运输、安(an)装、操(cao)作时，因其(qi)密度(du)较(jiao)低，也极易发(fa)生碎(sui)裂(lie)。
4.5 结晶(jing)取向
由(you)于在(zai)溅射时(shi)靶(ba)材(cai)原子容(rong)易沿着(zhe)原(yuan)子(zi)六(liu)方(fang)最紧密(mi)排(pai)列方(fang)向(xiang)优先溅(jian)射出(chu)来(lai)，因此(ci)，为(wei)达到(dao)最高(gao)溅射速率(lv)，可通过(guo)改(gai)变(bian)靶材结晶(jing)结构的(de)方法来(lai)增(zeng)加(jia)溅射速(su)率。不同(tong)材(cai)料(liao)具(ju)有不同(tong)的(de)结晶(jing)结构(gou)，因(yin)而应(ying)采(cai)用不同的(de)成型方(fang)法(fa)和(he)热(re)处(chu)理(li)方(fang)法(fa)。材料的(de)结(jie)晶(jing)方向对溅射膜(mo)层的厚度均(jun)匀(yun)性(xing)影响也(ye)较(jiao)大。
4.6 成分(fen)与(yu)结构(gou)均(jun)匀性(xing)
成分(fen)与(yu)结构均(jun)匀(yun)性也(ye)是考察(cha)靶材(cai)质(zhi)量的重要指标之一。对于复(fu)相结构(gou)的合(he)金靶(ba)材(cai)和(he)复(fu)合靶(ba)材.不(bu)仅(jin)要(yao)求成(cheng)分的均(jun)匀性，还要求组(zu)织(zhi)结构的(de)均匀性。例如，ITO靶为In2O3-SnO2的(de)混合(he)烧(shao)结物(wu)，为(wei)了保(bao)证ITO靶的(de)质量，要求ITO靶(ba)中(zhong)In2O3-SnO2组(zu)成均匀，分(fen)子(zi)比应为93:7或(huo)91:9。
4.7 几(ji)何形状与(yu)尺(chi)寸(cun)
主要(yao)体现在加(jia)工精度和加(jia)工质(zhi)量(liang)方(fang)面，如(ru)表(biao)面(mian)平(ping)整(zheng)度(du)、粗(cu)糙(cao)度等(deng)。如(ru)靶材粗糙(cao)化处理可使(shi)靶(ba)材表(biao)面(mian)布(bu)满丰(feng)富(fu)的(de)凸(tu)起尖端(duan)，在尖(jian)端(duan)效(xiao)应的作(zuo)用下(xia)，这(zhe)些(xie)凸(tu)起尖端(duan)的电势(shi)将大大提(ti)高(gao)，从(cong)而击(ji)穿介(jie)质(zhi)放(fang)电(dian).但是过(guo)大的凸(tu)起对于溅射的质(zhi)量(liang)和稳定性(xing)是(shi)不利的(de)。
5、磁控(kong)溅射靶材亟待解(jie)决的几个(ge)重(zhong)大难(nan)题
5.1 靶(ba)材利(li)用(yong)率(lv)低
在(zai)平(ping)面磁(ci)控溅(jian)射过程中。由于(yu)正交(jiao)电磁(ci)场(chang)对溅射(she)离子的(de)作(zuo)用关(guan)系。溅射(she)靶(ba)材在溅射中将(jiang)产生(sheng)不(bu)均(jun)匀冲蚀现(xian)象.从(cong)而(er)造(zao)成溅射靶(ba)材的利(li)用率普遍低(di)下(xia)，只(zhi)有30％左(zuo)右(you)。近(jin)年(nian)来(lai)，磁控(kong)溅(jian)射设(she)备(bei)改(gai)善(shan)后靶(ba)材的(de)利用(yong)率提高到(dao)5O％左(zuo)右(you)。
另(ling)外，靶材原(yuan)子(zi)被(bei)氩离(li)子撞击(ji)出(chu)来(lai)后，约有(you)1/6的(de)溅(jian)射原子(zi)会(hui)淀(dian)积到(dao)真(zhen)空室(shi)内(nei)壁(bi)或(huo)支(zhi)架上(shang)，增(zeng)加(jia)清(qing)洁真(zhen)空设(she)备的费用及(ji)停机时(shi)间。怎(zen)样提高溅(jian)射(she)靶(ba)材的利(li)用率是(shi)今后(hou)研究(jiu)设(she)计靶(ba)材(cai)与溅射(she)设备(bei)的主(zhu)要(yao)发(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)之一(yi)。
5.2 溅(jian)射(she)过(guo)程中(zhong)的(de)微(wei)粒(li)飞溅
溅(jian)射镀膜(mo)的(de)过程(cheng)中.致密(mi)度(du)较(jiao)小的溅射(she)靶材(cai)受(shou)轰(hong)击(ji)时(shi)，由(you)于靶材(cai)内(nei)部(bu)孔隙(xi)内(nei)存(cun)在(zai)的(de)气(qi)体(ti)突(tu)然释放，造成(cheng)大尺寸(cun)的(de)靶材颗粒(li)或(huo)微(wei)粒飞溅。或(huo)成(cheng)膜(mo)之(zhi)后膜材受二次电(dian)子(zi)轰击造成(cheng)微(wei)粒飞溅。这(zhe)些微粒的(de)出(chu)现会(hui)降(jiang)低(di)薄膜品(pin)质(zhi)。如在(zai)VLSI制作(zuo)工艺(yi)过程中(zhong)，每(mei)1501Tlnl直(zhi)径(jing)硅(gui)片所能(neng)允许的(de)微粒(li)数(shu)必(bi)须(xu)小于30个。一(yi)般(ban)，粉末冶金(jin)工艺制(zhi)
备(bei)的(de)溅(jian)射(she)靶材大(da)都存(cun)在(zai)致(zhi)密度低的(de)问(wen)题。容(rong)易造成微(wei)粒飞溅。因(yin)此(ci)，对熔(rong)融(rong)铸造法(fa)制备(bei)的靶材，可(ke)采用(yong)适当的(de)热(re)加工或热(re)处理(li)工艺(yi)来提(ti)高其致(zhi)密度(du)；而对粉(fen)末(mo)冶(ye)金(jin)溅射(she)靶(ba)材(cai)则应提高(gao)原料(liao)粉末(mo)纯度，并(bing)采用等(deng)离(li)子(zi)烧结(jie)、微(wei)波(bo)烧(shao)结(jie)等(deng)快速致密化技(ji)术(shu)，以(yi)降(jiang)低(di)靶(ba)材(cai)孔(kong)隙率。
5.3 靶(ba)材(cai)的(de)结晶(jing)取向
靶材溅(jian)射(she)时，靶(ba)材(cai)中的原子(zi)最容(rong)易(yi)沿着(zhe)密排面(mian)方(fang)向(xiang)优先(xian)溅(jian)射(she)出(chu)来，材(cai)料的(de)结晶(jing)方向(xiang)对溅射(she)速(su)率(lv)和(he)溅射(she)膜层(ceng)的厚度(du)均(jun)匀(yun)性影响较大。因(yin)此(ci)。获得一定结晶取向(xiang)的(de)靶(ba)材(cai)结构(gou)对解决上(shang)述(shu)问(wen)题至(zhi)关(guan)重要(yao)。但(dan)要(yao)使靶材组(zu)织获(huo)得一定取(qu)向的(de)结晶结构存(cun)在(zai)较(jiao)大(da)难(nan)度，只有(you)根(gen)据(ju)靶(ba)材(cai)的(de)组织结(jie)构(gou)特点，采用不同(tong)的成(cheng)型(xing)方法(fa)和(he)热(re)处(chu)理(li)工(gong)艺(yi)进(jin)行靶(ba)材(cai)的(de)结晶(jing)取向(xiang)控制(zhi)。
6、磁(ci)控(kong)溅射(she)靶材国(guo)内(nei)外主要生产厂家(jia)
附(fu)表列(lie)出(chu)了(le)目(mu)前世界(jie)上从事(shi)靶(ba)材产(chan)业(ye)的各(ge)主要(yao)生(sheng)产厂商的(de)排名(ming)情(qing)况，由(you)附(fu)表(biao)可看出(chu)，日(ri)本(ben)、美国(guo)、德(de)国(guo)是世界磁(ci)控溅(jian)射(she)靶材研(yan)发生(sheng)产(chan)水平(ping)最高的(de)国(guo)家(jia)。据(ju)统计从1990年(nian)至(zhi)1998年之间，世(shi)界各国(guo)在美(mei)国申(shen)请(qing)的(de)靶材(cai)专利数(shu)量。日(ri)本占58％，美(mei)国(guo)为(wei)27％，德(de)国(guo)为11％。这也再(zai)次证(zheng)明日(ri)本(ben)在磁(ci)控溅(jian)射(she)靶材的(de)研制(zhi)、开(kai)发与 生产方面(mian)居(ju)世界(jie)领先(xian)地(di)位。
为了更能接近磁(ci)控(kong)溅(jian)射靶(ba)材的(de)使(shi)用(yong)者(zhe)。以(yi)便提(ti)供更完(wan)善的售(shou)后(hou)服务(wu)，全球主要(yao)靶(ba)材制(zhi)造商(shang)通常(chang)会(hui)在(zai)客户(hu)所(suo)在地(di)设(she)立(li)分公司。目(mu)前，亚(ya)洲(zhou)的(de)一些(xie)国家和地(di)区，如台湾(wan)、韩国(guo)和新加坡(po)就建立了(le)越(yue)来(lai)越多(duo)制(zhi)造(zao)薄(bao)膜元件(jian)等(deng)产品(pin)的工厂，如(ru)IC、液晶显(xian)示(shi)器(qi)及光(guang)碟制(zhi)造(zao)厂(chang)。对靶(ba)材(cai)厂商(shang)而言，这(zhe)是相(xiang)当(dang)重要(yao)的(de)新(xin)兴市(shi)场。因此，全球靶材制(zhi)造基(ji)地正在(zai)快速向(xiang)亚洲地区聚(ju)集。
随(sui)着国内半导体(ti)集(ji)成(cheng)电(dian)路、记录介(jie)质、平(ping)面显(xian)示及工作(zuo)表(biao)面(mian)涂(tu)层(ceng)等(deng)高技(ji)术(shu)产业(ye)的(de)迅猛(meng)发展，中(zhong)国的(de)靶材(cai)市(shi)场日益扩大(da)。已逐(zhu)渐(jian)成为(wei)世界薄膜(mo)靶(ba)材(cai)的最(zui)大需(xu)求(qiu)地(di)区(qu)之一(yi)，这为中(zhong)国靶(ba)材(cai)制(zhi)造业的发(fa)展(zhan)提(ti)供了(le)机遇(yu)和(he)挑(tiao)战(zhan)。在(zai)此(ci)巨(ju)大市场需(xu)求(qiu)的拉动(dong)下。靶材(cai)产(chan)业引(yin)起(qi)了(le)我国(guo)有(you)关科研院(yuan)所和(he)企(qi)业的重视(shi)和关注，纷纷(fen)投入(ru)人力、物(wu)力、财(cai)力(li)从事(shi)磁控溅(jian)靶(ba)材的(de)研(yan)发(fa)和(he)生产。
国内(nei)靶(ba)材研发(fa)生产(chan)的基地(di)目(mu)前(qian)主要(yao)集(ji)中在北京(jing)和广(guang)东地(di)区(qu)。江浙、湖南(nan)、河(he)北、江西、甘肃等(deng)地(di)也(ye)有一(yi)些(xie)厂商开(kai)展(zhan)了靶(ba)材的(de)研发(fa)与生产。由于(yu)靶材原料(liao)纯(chun)度(du)、生(sheng)产装备和(he)工(gong)艺研发技术(shu)的(de)限制，我国靶(ba)材制造业还处于初(chu)创(chuang)期，国(guo)内(nei)靶材生产企业基(ji)本属(shu)于质(zhi)量(liang)和技术(shu)门槛(kan)较低(di)、采(cai)用(yong)传统(tong)加(jia)工方法(fa)、依(yi)靠价(jia)格(ge)取胜的(de)低档(dang)次溅射靶材生(sheng)产(chan)者(zhe)，或(huo)获利(li)有限(xian)的(de)代(dai)工型加(jia)工(gong)厂(chang)。生(sheng)产(chan)规模(mo)小(xiao)，品(pin)种(zhong)单一(yi)，技术(shu)还(hai)不稳(wen)定，迄(qi)今(jin)为(wei)止，中国(guo)(包(bao)括台(tai)湾(wan))还(hai)没有生产靶材(cai)的专(zhuan)业大公(gong)司，大(da)量(liang)靶材还需(xu)从国(guo)外(wai)进(jin)口(kou)，特别是(shi)技(ji)术含(han)量高(gao)和(he)产品纯(chun)度高(gao)的靶材(cai)还不得(de)不(bu)依赖进(jin)口(kou)。
7、磁控(kong)溅射(she)靶材的(de)市场需求(qiu)与(yu)预(yu)测
进入20世纪(ji)90年(nian)代(dai)以(yi)来。随着微(wei)电(dian)子半(ban)导体集(ji)成电(dian)路(lu)、薄(bao)膜混合(he)集成电(dian)路、片(pian)式元器件(jian)，特别(bie)是(shi)光(guang)盘(pan)、磁盘及液晶(jing)平(ping)面(mian)显示器(qi)等技术(shu)领(ling)域(yu)的(de)飞速(su)发展(zhan)和(he)磁控溅(jian)射(she)技术(shu)的(de)同(tong)步发(fa)展(zhan)。溅(jian)射(she)靶(ba)材的品种和市场规(gui)模(mo)日(ri)益扩(kuo)大。1990年(nian)世(shi)界靶(ba)材市场销售(shou)量约(yue)为(wei)350亿(yi)日元。1991年约为(wei)430亿(yi)日元。1995年(nian)仅日(ri)本(ben)的靶(ba)材市场(chang)就(jiu)已(yi) 达到(dao)50o亿(yi)日(ri)元(yuan)。我国台湾CD-R片1999年(nian)就生(sheng)产(chan)约17.7亿(yi)片(pian)，2000年产量达(da)到47亿片，CD-RW片2000年(nian)达到(dao)1.8亿(yi)片。DVD碟(die)片(pian)2000年(nian)也将(jiang)超(chao)l亿片。TFr-CCP的产值(zhi)2000年达(da)到(dao)900亿台币，据(ju)BCC(BusinessCommuicationCompang商(shang)业咨(zi)询(xun)公司(si))的(de)统计报(bao)告指(zhi)出:1999年(nian)世界(jie)靶(ba)材(cai)市(shi)场(chang)的年销(xiao)售额(e)近(jin)10亿(yi)美元(yuan)，到2009年，全(quan)球(qiu)靶(ba)材(cai)市(shi)场(chang)的年销(xiao)售额(e)将达(da)到(dao)50亿美元，其中(zhong)日(ri)本(ben)企业的(de)销售额超过(guo)世界(jie)市(shi)场(chang)的一半(ban)，美国(guo)企(qi)业(ye)的销售(shou)额约占(zhan)世(shi)界市(shi)场(chang)的三分之一(yi)。由(you)于(yu)电子薄膜(mo)、光学薄(bao)膜(mo)、光电薄膜、磁性薄(bao)膜和超(chao)导(dao)薄膜(mo)在(zai)高(gao)新(xin)技术和(he)工业上(shang)的大规(gui)模开(kai)发应用(yong)。磁控溅(jian)射靶(ba)材(cai)已(yi)逐(zhu)渐(jian)发展(zhan)成一(yi)个专(zhuan)业(ye)性(xing)产(chan)业.随(sui)着高(gao)新技术的不(bu)断发展(zhan)。世界(jie)的靶(ba)材市场还(hai)将进一(yi)步(bu)扩大(da)。
8、中国(guo)磁控溅射(she)靶材(cai)产业的发(fa)展(zhan)思(si)路与展(zhan)望(wang)
磁(ci)控溅射靶(ba)材研发(fa)技(ji)术和靶材(cai)产(chan)业的(de)发(fa)展(zhan)与下(xia)游应(ying)用产业的薄膜技术(shu)发(fa)展是(shi)息(xi)息相关(guan)的。
靶(ba)材(cai)作为(wei)一(yi)种具(ju)有(you)特殊用途的(de)材(cai)料，具(ju)有(you)很(hen)强(qiang)的应用(yong)目(mu)的和(he)明确(que)的(de)应用背景(jing)。脱(tuo)离溅射工艺和薄膜性能单(dan)纯地(di)研究(jiu)靶材本(ben)身的性(xing)能(neng)没(mei)有任(ren)何意(yi)义(yi)。而(er)根(gen)据薄(bao)膜(mo)的性能要求(qiu)，研(yan)究靶材(cai)的(de)组(zu)成(cheng)、结(jie)构，制备工(gong)艺(yi)、性能以(yi)及靶材的组(zu)成、结(jie)构(gou)、性(xing)能与(yu)溅(jian)射薄膜性能(neng)之间的关(guan)系，既有(you)利(li)于(yu)获得满(man)足(zu)应用需(xu)要(yao)的(de)薄膜(mo)性能(neng)，又(you)有(you)利于 更好的(de)使用靶(ba)材(cai)，充(chong)分发挥(hui)其作(zuo)用(yong)，促进靶(ba)材(cai)产业(ye)发(fa)展。国际(ji)上从事(shi)靶(ba)材研发与(yu)生产的(de)专(zhuan)业大(da)公司正是沿(yan)着这(zhe)个方向发(fa)展(zhan)起来(lai)的。他们(men)根据电(dian)子(zi)信(xin)息等(deng)产业的最新发展动态(tai)，不断研(yan)制开发满足薄膜性能要求(qiu)的(de)新型靶(ba)材，使(shi)公司(si)的(de)产品(pin)在市场(chang)竞(jing)争(zheng)中始终(zhong)立于(yu)不(bu)败之地。例如美国(guo)的(de)TOSOHSMD公司(si)，拥有一(yi)批研(yan)究(jiu)靶材(cai)性(xing)能及(ji)其(qi)与(yu)溅(jian)射(she)薄膜(mo)性(xing)能(neng)之(zhi)间(jian)关系(xi)的(de)专(zhuan)业(ye)人员。
毫无疑问(wen)，正(zheng)是他们(men)作为(wei)公(gong)司(si)的强(qiang)大技(ji)术力(li)量，不(bu)断地研制(zhi)开发(fa)各种(zhong)新(xin)产(chan)品。才(cai)使公司的国际市(shi)场占有率(lv)不断扩(kuo)大(da)，并(bing)逐渐(jian)发展(zhan)成为(wei)一个(ge)跨(kua)国大公司(si)。在这一(yi)点上。中(zhong)国靶材(cai)研(yan)发(fa)企业(ye)一(yi)定(ding)要(yao)始(shi)终(zhong)把(ba)握(wo)这个(ge)方向，否则(ze)，只会仿制(zhi)、重复(fu)国外靶(ba)材(cai)企(qi)业(ye)现有的产(chan)品，永(yong)远处于落后的地位(wei)，无(wu)法追赶(gan)与超越国(guo)外靶材先进制(zhi)造企(qi)业。
近年来(lai)，我国电子信(xin)息产业以(yi)3倍(bei)于(yu)GDP增(zeng)长(zhang)的(de)速(su)度飞(fei)速发展(zhan)，我国已(yi)成为全球电子信息产业(ye)投(tou)资的(de)热点(dian)地区，集(ji)成电路(lu)、光(guang)盘及(ji)显示器生(sheng)产(chan)线均有大量(liang)合(he)资(zi)或独(du)资企业(ye)出现(xian)。我国已逐渐成为(wei)了(le)世界(jie)上薄膜靶(ba)材(cai)的最大需(xu)求(qiu)地区(qu)之(zhi)一(yi)。与(yu)此(ci)极(ji)不相称(cheng)的(de)是(shi)中(zhong)国(guo)还(hai)没有生产靶材(cai)的(de)专(zhuan)业大(da)公司(si)。大(da)量靶(ba)材(cai)还需从(cong)国(guo)外进口(kou)，特别是(shi)技术(shu)含量高(gao)的(de)靶(ba)材(cai)。由(you)于(yu)国内靶(ba)材(cai)产(chan)业的滞(zhi)后发展，目(mu)前(qian)中国(guo)大(da)陆和台(tai)湾(wan)地区的(de)靶材市(shi)场(chang)中(zhong)有(you)很大一部分份(fen)额被国外公(gong)司(si)占(zhan)领(ling)。与此(ci)同(tong)时(shi)。随着微(wei)电子(zi)等高科(ke)技产(chan)业(ye)的高速(su)发展(zhan)，中(zhong)国大陆(lu)和(he)台湾的靶(ba)材市(shi)场仍(reng)将(jiang)进一(yi)步(bu)扩大。
当(dang)前，科(ke)技的(de)发(fa)展(zhan)，经(jing)济(ji)效益的(de)需(xu)要(yao)以及(ji)与国外(wai)厂商(shang)的竞争都(dou)为中(zhong)国(guo)靶(ba)材(cai)产(chan)业的(de)发展(zhan)提(ti)供(gong)了机(ji)遇(yu)和挑战。机遇和(he)挑战(zhan)并存(cun).如果(guo)不能(neng)抓(zhua)住机(ji)遇发(fa)展(zhan)自己的靶(ba)材(cai)产业(ye)，我(wo)国(guo)与国(guo)际(ji)水(shui)平的差(cha)距(ju)必(bi)将(jiang)越(yue)来越(yue)大(da)，不(bu)仅不(bu)能(neng)夺回由(you)外(wai)商占领(ling)的国(guo)内(nei)市场(chang)，更无法(fa)参(can)与(yu)国际市(shi)场的(de)竞争(zheng)。
参(can)考文(wen)献(xian):
[1]杨(yang)邦朝，王(wang)文生.薄膜(mo)物理与技术[M].成都(dou):电(dian)子科(ke)技(ji)大学出(chu)版社.1994.
[2]金永中，刘东(dong)亮(liang)，陈(chen)建(jian).溅射靶材(cai)的制备及(ji)应(ying)用(yong)研(yan)究(jiu)[J].四川(chuan)理(li)工(gong)学院，2005，(3):22—24.
[3]杨(yang)邦朝，崔红(hong)玲(ling).溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)的制备与应用[J].真空(kong)，2001，(3):11—15.
[4]张(zhang)青来，贺(he)继弘.溅射靶材(cai)综述(shu)[J].上海(hai)钢(gang)研，2002，(4):30—40.
[5]孙(sun)洪福，汤(tang)华娟(juan)，王(wang)承遏.用(yong)微(wei)波(bo)ECR等离(li)子(zi)体(ti)增(zeng)强(qiang)磁控(kong)溅(jian)射(she)沉积法在(zai)玻璃上(shang)镀膜[J].玻(bo)璃(li)与搪(tang)瓷(ci)，20o4，32(2):34—37.
[6]同宏(hong)，赵福庭(ting).光学薄(bao)膜(mo)领域反应磁控(kong)溅(jian)射(she)技术的(de)进展(zhan)[J].光学(xue)仪(yi)器，2004，26(2):109一l14.
[7]吴(wu)丽君(jun).发(fa)展(zhan)中的溅(jian)射(she)靶材[J].真(zhen)空科学与(yu)技术(shu)，2001，21(4):342-347.
[8]努(nu)力(li)古.溅(jian)射靶(ba)材(cai)的(de)制(zhi)备(bei)及(ji)发(fa)展趋(qu)势(shi)[J].新(xin)疆(jiang)有色金(jin)属(shu)，2008，(5):55—56.
[9]刘志坚(jian)，陈运(yun)星.溅(jian)射靶(ba)材的(de)应用及制备初探(tan)[J].南(nan)方金(jin)属，2003，135:24-25.
[10]杨(yang)长(zhang)胜(sheng)，程海(hai)峰(feng)，唐耿平(ping).磁(ci)控溅(jian)射(she)铁(tie)磁(ci)性靶(ba)材(cai)的(de)研(yan)究进(jin)展(zhan)[J].真空科学与(yu)技(ji)术学(xue)报，2005，25(5):372-377.
[11]张(zhang)青来(lai)，贺继弘(hong).粉(fen)末冶金(jin)高纯(chun)铬(ge)和(he)铬合金溅射靶材烧结工(gong)艺研究[J].金(jin)属(shu)成形(xing)工(gong)艺(yi)，2003，21(6):83—85.
[12]吴胜文(wen)，葛启录(lu)，褚征(zheng)军(jun).高性(xing)能电子(zi)溅射(she)靶材(cai)的(de)制(zhi)备(bei)[J].粉(fen)末冶金(jin)技(ji)术(shu)，2004，20(2):87—90.
[13]王庆(qing)相(xiang)，范(fan)志(zhi)康(kang).W和合(he)金(jin)靶材的应用(yong)及(ji)其(qi)制备[J].粉末冶(ye)金(jin)技(ji)术，2009，27(1):52—57.
[14]尚(shang)再(zai)艳(yan)，江(jiang)轩(xuan)，李(li)勇军(jun)，杨永刚(gang).集成(cheng)电(dian)路制(zhi)造用(yong)溅(jian)射(she)靶材[J].稀有金(jin)属，2005，29(4):475—477.
[15]PerryAndrewG，GilmanPaulS.High—purityalaminamsputtertargetsandmethodofmanufac-ture[P].TheUnitedStates:US2003／0098103，2003.5.
[16]DanielRMarx，SubhadraGupta.Metallurgyofaluminumalloysputtertargets[R].MKCReport，2004.1
相(xiang)关(guan)链接
