前(qian)言
磁(ci)控(kong)溅(jian)射镀(du)膜属(shu)于物(wu)理气(qi)相沉(chen)积(ji)，离子(zi)在电(dian)场加(jia)速下高速(su)轰击(ji)阴极(ji)靶(ba)材(cai)，靶(ba)材(cai)原子(zi)被溅射出来(lai)后(hou)沉(chen)积到(dao)被(bei)镀(du)膜(mo)体(ti)表面而(er)形成薄(bao)膜，是(shi)用(yong)来(lai)制(zhi)备(bei)薄(bao)膜(mo)材(cai)料的一(yi)种主(zhu)要(yao)方(fang)法(fa)[1]。它(ta)的(de)基本(ben)原理(li)是：真空环境(jing)中(zhong)电(dian)场(chang)加(jia)速离子(zi)后(hou)形成(cheng)具有高(gao)动(dong)能的离(li)子束流，碰(peng)撞固体(ti)表(biao)面，固(gu)体(ti)表面的原子(zi)被溅(jian)射(she)出(chu)并离(li)开固体(ti)沉(chen)积在被(bei)镀(du)膜(mo)体表面(mian)，被(bei)离子高速碰(peng)撞的固(gu)体(ti)就(jiu)是产(chan)生薄膜的(de)来源，被称之为(wei)溅射(she)靶材(cai)[2]。溅(jian)射(she)法(fa)是一(yi)种(zhong)先进的(de)薄膜(mo)材(cai)料(liao)制备技(ji)术(shu)，这(zhe)种(zhong)方(fang)法具有速(su)度高(gao)和(he)温(wen)度低(di)两(liang)大(da)特(te)点[3]。自(zi)20世(shi)纪80年代，信息(xi)存储(chu)、集成(cheng)电(dian)路、激(ji)光(guang)存储器、液(ye)晶显示器、电子(zi)控制(zhi)器等(deng)产业(ye)开(kai)始进入高(gao)速发(fa)展(zhan)时(shi)期(qi)，磁控(kong)溅(jian)射技术才(cai)从实验室(shi)真正(zheng)进入工(gong)业(ye)化规(gui)模生产(chan)[4]。我(wo)国(guo)已经逐渐(jian)成为薄膜靶材(cai)需求(qiu)大(da)国，在全球市(shi)场需求的(de)拉动下(xia)，我国有(you)很多材料领域(yu)的(de)科研院所及企业，开展(zhan)了(le)溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)的研(yan)发(fa)和(he)生产(chan)工作，并(bing)取(qu)得了很大的(de)进展(zhan)。
难(nan)熔金(jin)属，一般(ban)包(bao)括(kuo)钨、钽(tan)、钼、铌(ni)、铪(ha)、锆(gao)和钛，其(qi)熔(rong)点都在1600℃以上(shang)。钨(wu)、钼(mu)等(deng)合(he)金(jin)材料(liao)高温(wen)强度(du)和蠕变性(xing)能(neng)好(hao)，被(bei)广泛用于微(wei)电(dian)子(zi)，照明光源(yuan)、武(wu)器(qi)系统(tong)、原(yuan)子(zi)能(neng)等(deng)行业(ye)。钽铌极其(qi)合金(jin)具有较低(di)蒸气压、低(di)热膨胀系(xi)数、优(you)秀的抗(kang)腐蚀性能(neng)，被(bei)广(guang)泛(fan)用于(yu)航空(kong)航天(tian)、化(hua)工(gong)装(zhuang)备、集(ji)成(cheng)电(dian)路、核(he)能部(bu)门(men)[5]。将难熔(rong)金属制作成(cheng)靶材可(ke)将(jiang)其优秀(xiu)性(xing)能以(yi)薄(bao)膜的形(xing)式利(li)用(yong)。表1给出(chu)了(le)几(ji)种(zhong)难(nan)熔(rong)金属(shu)靶材的(de)应用领(ling)域。
1、难熔金(jin)属(shu)靶(ba)材(cai)的(de)类型(xing)及(ji)应(ying)用
溅(jian)射(she)用(yong)靶材有(you)如(ru)下几(ji)种(zhong)分类(lei)方(fang)法：如按材质分靶(ba)材(cai)可(ke)分为金属靶(ba)、高(gao)分子(zi)陶(tao)瓷(ci)非(fei)金属(shu)靶(ba)和(he)复(fu)合材(cai)料(liao)靶等(deng)。如按外形尺寸(cun)可分为(wei)圆(yuan)柱形(xing)、长(zhang)方(fang)形、正(zheng)方形板靶(ba)和(he)管靶(ba)，见(jian)图1。
因(yin)为一般(ban)常见的(de)方靶圆(yuan)靶都(dou)为实(shi)心(xin)，在镀(du)膜作(zuo)业(ye)中(zhong)，圆环(huan)形(xing)的(de)永(yong)磁(ci)体(ti)在靶的表面产(chan)生的(de)磁(ci)场为环形(xing)，会(hui)发生不均(jun)匀冲(chong)蚀(shi)现(xian)象(xiang)，溅射(she)的(de)薄(bao)膜(mo)厚度均(jun)匀性(xing)不佳(jia)，靶(ba)材的使(shi)用效(xiao)率(lv)大约只有(you)20%～30%。而(er)目前(qian)被(bei)推广的空(kong)心(xin)管靶(ba)可绕固(gu)定(ding)的条(tiao)状磁(ci)铁(tie)组(zu)件(jian)一定(ding)周(zhou)期旋转(zhuan)运(yun)动，360毅(yi)靶(ba)面可(ke)被均(jun)匀(yun)刻(ke)蚀，优势明(ming)显(xian)，将(jiang)利用(yong)率(lv)提高(gao)到(dao)80%[6]。
1.1W靶
W是(shi)难(nan)熔金属(shu)熔(rong)点最高(gao)的(de)一种，具(ju)有(you)稳定(ding)的高温(wen)特性(xing)、抗(kang)电(dian)子迁(qian)移能力(li)和(he)较高(gao)的电(dian)子发射系(xi)数等(deng)诸多(duo)优(you)点(dian)。钨(wu)及钨(wu)合金靶在(zai)微电(dian)子、集(ji)成(cheng)电路(lu)等行业中(zhong)被(bei)大(da)量使用。Al、Cu，Ag目(mu)前(qian)是集(ji)成(cheng)电路(lu)制造用得最(zui)多的互连(lian)线材(cai)料，一(yi)般(ban)来说(shuo)介质(zhi)层是(shi)Si或(huo)SiO2，Al、Cu，Ag会(hui)向(xiang)介(jie)质(zhi)中扩散(san)而(er)形成(cheng)硅化(hua)物(wu)，从(cong)而(er)使(shi)金属(shu)连(lian)线的(de)电(dian)流(liu)强(qiang)度(du)急(ji)剧(ju)变弱(ruo)，整个(ge)布(bu)线系统(tong)功(gong)能可能(neng)会(hui)因此(ci)而崩(beng)溃(kui)。最(zui)好的解决方(fang)案(an)是(shi)在布线(xian)与(yu)介(jie)质(zhi)之间(jian)再(zai)进(jin)行屏蔽来阻挡扩(kuo)散层，阻挡层(ceng)金(jin)属是(shi)WTi。
大(da)量(liang)试验证(zheng)明(ming)，WTi合(he)金（Ti占(zhan)10%～30%）作为(wei)阻(zu)挡层(ceng)已(yi)被成(cheng)功(gong)地应(ying)用(yong)于Al、Cu和(he)Ag布线技术。由于(yu)金属W在其他金属中原(yuan)子(zi)的(de)扩散率较(jiao)低(di)，可阻(zu)挡(dang)扩散(san)，Ti可(ke)有效(xiao)地阻止晶界(jie)扩(kuo)散，另(ling)一(yi)方(fang)面(mian)也提(ti)高(gao)了阻挡层(ceng)的(de)黏(nian)结(jie)力和抗腐蚀(shi)性能[7-8]。
钨靶(ba)还被(bei)应(ying)用于装(zhuang)饰镀膜行业，如(ru)手(shou)表、眼(yan)镜、卫(wei)生(sheng)洁具(ju)、五金零件(jian)等(deng)产(chan)品，不仅(jin)能(neng)美(mei)化外(wai)观，同(tong)时也(ye)具有(you)抗(kang)磨(mo)损、腐蚀(shi)等(deng)功能(neng)。近些(xie)年来装饰(shi)镀(du)膜(mo)用靶材的需求(qiu)量(liang)日(ri)益(yi)扩(kuo)大[9]。国(guo)内(nei)研(yan)发(fa)W靶(ba)材(cai)的主要(yao)单(dan)位有(you)上海钢铁研究(jiu)所、北(bei)京(jing)安(an)泰科(ke)技(ji)、西北(bei)有色(se)金属研究(jiu)院(yuan)、株洲(zhou)硬(ying)质合金集(ji)团等。
1.2Mo靶
Mo具有高熔点(dian)、较(jiao)低的(de)比(bi)阻抗、高(gao)电导率、较好的(de)耐腐(fu)蚀(shi)性(xing)而(er)被(bei)广(guang)泛用于(yu)LCD显(xian)示屏(ping)、光(guang)伏(fu)电(dian)池中的(de)配线、电(dian)极(ji)。还(hai)有(you)集成电(dian)路(lu)的(de)阻(zu)挡(dang)层(ceng)材料(liao)。
金属(shu)Cr曾(ceng)是LCD显示屏(ping)配(pei)线的(de)首(shou)选材(cai)料，如今超大型、高精(jing)度(du)LCD显(xian)示(shi)屏发展迅速，这对材(cai)料(liao)的(de)比(bi)阻(zu)抗提出了更高(gao)的(de)要(yao)求。此外，环(huan)境(jing)保(bao)护(hu)也必须兼(jian)顾(gu)。金属Mo的膜应力的(de)比(bi)阻抗只(zhi)有(you)铬(ge)的一半，且不会(hui)污(wu)染(ran)环境，诸多(duo)优(you)势(shi)使金属Mo成(cheng)为LCD显示(shi)屏溅射(she)靶(ba)材的最(zui)佳材料(liao)之(zhi)一[10]。
铜(tong)铟(yin)镓(jia)硒（简(jian)称(cheng)“CIGS”）薄(bao)膜太阳(yang)电池是(shi)一(yi)种(zhong)最(zui)具有(you)发展前(qian)景的薄膜太阳(yang)能(neng)电池，具有光电转(zhuan)换(huan)效率高(gao)、无(wu)衰退(tui)、性能(neng)稳定(ding)、成(cheng)本(ben)低(di)廉(lian)等诸(zhu)多优点。在(zai)光伏领(ling)域，国(guo)内外(wai)学(xue)者们对(dui)CIGS产生了极(ji)大(da)的(de)关(guan)注(zhu)。CIGS薄(bao)膜(mo)太(tai)阳(yang)能(neng)电池的(de)第五层就是背电(dian)极(ji)，电(dian)池的性能(neng)受背(bei)电极(ji)材料(liao)直(zhi)接(jie)影(ying)响(xiang)。Mo溅射的(de)薄膜热稳(wen)定(ding)性良(liang)好(hao)、电阻率较(jiao)低、还能(neng)与CIGS层结合形成(cheng)良(liang)好的(de)欧(ou)姆接(jie)触(chu)。同时金(jin)属Mo薄膜(mo)还具(ju)有与(yu)上下玻(bo)璃层(ceng)和(he)CIGS近(jin)似(shi)的热(re)膨胀(zhang)系数(shu)等特(te)点，已成(cheng)为(wei)薄(bao)膜(mo)太阳(yang)电池(chi)背电极(ji)的(de)必(bi)选(xuan)材(cai)料(liao)[11]。图2是(shi)Mo在薄(bao)膜(mo)太阳(yang)能(neng)电池中的(de)位(wei)置(zhi)[5]。近(jin)些(xie)年(nian)来，全(quan)球的(de)太阳能(neng)电池需求(qiu)量(liang)激增(zeng)，每年递增40%以上。据(ju)报道，目(mu)前(qian)世界薄(bao)膜(mo)太(tai)阳能电(dian)池(chi)年(nian)发(fa)电总(zong)量(liang)约为(wei)660MW[10]。国(guo)内(nei)研发(fa)Mo靶(ba)的(de)主要(yao)单位(wei)有金堆城(cheng)钼业、北京(jing)安泰(tai)科(ke)技、洛阳(yang)高(gao)新(xin)四丰(feng)等。安(an)泰(tai)科技(ji)公司采用压制-烧结(jie)-热等静(jing)压(ya)法制备的了(le)大量钼及其(qi)合金(jin)靶(ba)材，相(xiang)对(dui)密度逸(yi)99%[12]。
1.3Ta靶(ba)
当大(da)规(gui)模(mo)集成电(dian)路(lu)进(jin)入到(dao)深(shen)亚(ya)微米(mi)时代时(shi)，Al线(xian)对(dui)应力(li)迁移和(he)电(dian)迁移的抵(di)抗能力(li)相(xiang)对(dui)较(jiao)弱，这(zhe)将(jiang)造(zao)成布(bu)线(xian)空(kong)洞(dong)，导致电(dian)路(lu)系(xi)统(tong)完(wan)全(quan)失效。因(yin)此(ci)，金(jin)属(shu)Cu布线将(jiang)成为主流。Cu比(bi)Al具(ju)有更高(gao)的抗(kang)电(dian)迁(qian)移能力和(he)更低(di)的电阻率(lv)，这(zhe)意(yi)味(wei)着(zhe)更小、更密集(ji)的(de)连(lian)线可以承载(zai)更(geng)强(qiang)的电(dian)流。低(di)电阻(zu)提高(gao)了芯片速度(du)。目前(qian)全(quan)球(qiu)130nm、90nm及以(yi)下的器件(jian)生(sheng)产商已经采用(yong)Cu互(hu)连(lian)工(gong)艺，Ta成为(wei)Cu互连的阻(zu)挡(dang)层(ceng)。目(mu)前(qian)，超(chao)大规(gui)模(mo)集(ji)成电路已逐(zhu)渐发(fa)展(zhan)为Cu/Ta系(xi)[13-14]。因(yin)为Cu和Si的(de)化(hua)学(xue)活(huo)性(xing)高，扩(kuo)散(san)速度(du)快(kuai)，易(yi)形(xing)成(cheng)铜硅(gui)合金（Cu-Si），铜在(zai)硅(gui)中形(xing)成深(shen)的(de)空穴(xue)，设备的性能被严(yan)重(zhong)影响，最终(zhong)导致(zhi)系统失(shi)效。Ta及(ji)Ta的化合物具有(you)高(gao)热稳(wen)定(ding)性、高导电性和对外(wai)来原(yuan)子的阻挡作(zuo)用。
Cu和Ta以(yi)及(ji)Cu和N之间(jian)不反(fan)应(ying)，不扩散形(xing)成(cheng)化(hua)合(he)物，因此Ta和Ta基膜成(cheng)为(wei)阻挡(dang)层(ceng)可有效(xiao)防(fang)止铜(tong)的扩(kuo)散[15]。
我国(guo)Ta储量资源(yuan)丰(feng)富(fu)，但(dan)在(zai)过(guo)去(qu)对半导体溅射(she)靶(ba)材(cai)缺(que)乏(fa)最(zui)基(ji)本(ben)的认识(shi)，从而限制了高(gao)纯Ta靶材(cai)的技术(shu)发展(zhan)。在(zai)很长(zhang)一段(duan)时间内(nei)，我(wo)国(guo)生(sheng)产溅射靶(ba)材(cai)用的高纯Ta原料(liao)主(zhu)要依(yi)赖进(jin)口(kou)。宁(ning)夏东(dong)方钽业(ye)通过(guo)多年(nian)研(yan)发(fa)，掌(zhang)握(wo)了高纯Ta溅射靶(ba)材原料生(sheng)产工艺(yi)方法(fa)，填(tian)补(bu)了国内空白(bai)。宁(ning)波江(jiang)丰(feng)电子(zi)材料(liao)股(gu)份有(you)限(xian)公司(si)也生产出(chu)了300mm高纯Ta溅射(she)靶材(cai)[14]。西(xi)安(an)诺博(bo)尔稀贵(gui)金(jin)属公司(si)也掌握(wo)高(gao)纯Ta靶的生产工艺[16]。
1.4Nb靶(ba)
近(jin)些(xie)年，光(guang)电技术的(de)发(fa)展(zhan)迅(xun)速(su)，Nb薄膜(mo)材(cai)料(liao)已广(guang)泛应用(yong)于(yu)与人们(men)现(xian)代生活密(mi)切(qie)相关的(de)LCD、TFT等离(li)子(zi)显示屏(ping)、相(xiang)机镜(jing)头(tou)镀膜(mo)、光学镜(jing)头镀膜、汽车(che)和(he)建(jian)筑(zhu)工(gong)业(ye)用玻(bo)璃(li)的(de)制造(zao)中(zhong)[17]。铌靶(ba)材(cai)还(hai)用(yong)于表面工(gong)程(cheng)材(cai)料，如化(hua)工(gong)耐腐蚀(shi)、船(chuan)舶、耐热、电(dian)子成像(xiang)、信息储(chu)存(cun)、高(gao)导(dao)电(dian)等(deng)镀(du)膜(mo)行(xing)业(ye)[18]。由(you)于高(gao)的(de)利用(yong)率(lv)，旋转(zhuan)空心(xin)圆管(guan)磁(ci)控溅射(she)靶目前在业内得(de)到(dao)广泛推广(guang)，铌管靶(ba)主要应用于平面(mian)显(xian)示器、先进触控(kong)屏(ping)和(he)节(jie)能(neng)玻(bo)璃的表(biao)面镀(du)膜(mo)等(deng)行(xing)业(ye)，对玻璃屏幕(mu)起抗(kang)反射(she)作用(yong)[19]。
我国(guo)研发(fa)Nb靶(ba)的主要单位(wei)有宁(ning)夏(xia)东方(fang)钽(tan)业、西北(bei)有色金(jin)属(shu)研究(jiu)院等。据笔者(zhe)了解(jie)，宝鸡(ji)佳(jia)军(jun)公司(si)通(tong)过(guo)熔炼(lian)挤压方(fang)式生(sheng)产出了(le)外径152mm，内(nei)径(jing)125mm，长度(du)为3900mm的大(da)型铌管(guan)靶(ba)，平(ping)均晶粒(li)尺寸(cun)达到了75.5滋m。
2、靶(ba)材(cai)的技术要求(qiu)
为(wei)了确(que)保沉积(ji)薄膜(mo)的质量和提(ti)高溅(jian)射效率，靶材的(de)品质(zhi)成为关键(jian)因素。经过(guo)国(guo)内外(wai)大(da)量(liang)研(yan)究(jiu)得出，对溅射靶材质(zhi)量影响最大(da)的几(ji)个(ge)因(yin)素(su)分别(bie)为(wei)：纯净度、致(zhi)密度、尺寸(cun)精(jing)度(du)、晶(jing)粒度(du)、织(zhi)构(gou)等。
2.1纯(chun)度(du)
溅(jian)射(she)靶(ba)材的纯度(du)是影(ying)响(xiang)镀膜效(xiao)果(guo)的首要(yao)因素(su)。
靶材(cai)中(zhong)的(de)杂(za)质(zhi)和气(qi)孔(kong)中(zhong)的氧和水分(fen)是(shi)沉(chen)积(ji)薄(bao)膜的主(zhu)要污(wu)染源(yuan)。要(yao)提(ti)高(gao)溅射(she)薄膜(mo)的性能(neng)，就(jiu)应尽(jin)可能降(jiang)低(di)靶材(cai)中杂(za)质含(han)量(liang)，提高纯度，减(jian)少(shao)污(wu)染(ran)源(yuan)，提高沉(chen)积(ji)薄(bao)膜(mo)的(de)均匀(yun)性[2]。不同(tong)应(ying)用领(ling)域的(de)靶材(cai)对(dui)纯(chun)度要求不(bu)同(tong)，普通(tong)镀膜(mo)用靶(ba)材(cai)要求(qiu)纯度(du)达(da)到99%以上(shang)即能满足(zu)要(yao)求(qiu)。对(dui)靶材(cai)纯度(du)要求较为(wei)苛刻(ke)的(de)是(shi)微(wei)电子(zi)、显示器(qi)等(deng)领(ling)域(yu)用(yong)，需(xu)要(yao)至(zhi)少分(fen)析(xi)40个(ge)以上的(de)杂(za)质元(yuan)素，纯(chun)度(du)为99.95%（3N5）以(yi)上(shang)方(fang)可(ke)使(shi)用[20]。
2.2致(zhi)密(mi)度(du)
溅射(she)靶材(cai)的(de)内部如(ru)不(bu)是非常致(zhi)密，或存积气(qi)体(ti)，那(na)么在(zai)溅射过(guo)程(cheng)中(zhong)气体(ti)释放将(jiang)会产生(sheng)微(wei)粒(li)直(zhi)接影(ying)响镀膜质量(liang)。气孔(kong)同(tong)时(shi)会导(dao)致溅射(she)时产(chan)生(sheng)不正(zheng)常放电，而(er)产(chan)生杂质粒(li)子(zi)。为了保(bao)证(zheng)薄(bao)膜(mo)的质(zhi)量和(he)性能(neng)，必(bi)须(xu)使(shi)溅射靶材(cai)的致密(mi)度要(yao)达(da)到较(jiao)高(gao)水平。靶(ba)材(cai)致密度(du)越高，其(qi)导(dao)电、导热(re)性(xing)越(yue)好，强度越(yue)高等(deng)。高致密(mi)度(du)靶(ba)材(cai)镀膜有(you)诸多(duo)优(you)点：靶材(cai)使(shi)用寿命(ming)长(zhang)，溅(jian)射(she)功(gong)率小(xiao)，成(cheng)膜(mo)速率高，薄(bao)膜(mo)不易(yi)开裂(lie)，透光(guang)率高。
2.3微观组(zu)织
溅(jian)射速度(du)直(zhi)接(jie)受晶粒尺(chi)寸(cun)的(de)影响(xiang)，晶(jing)粒(li)粗(cu)大靶材(cai)的溅(jian)射速(su)率要(yao)比(bi)晶粒(li)细小的靶(ba)材(cai)慢(man)很多(duo)，晶(jing)粒(li)尺(chi)寸变小，薄膜(mo)沉(chen)积速率增大(da)。而同一(yi)块靶材的(de)晶粒(li)尺寸整体(ti)差异(yi)较小，沉积(ji)薄(bao)膜的厚(hou)度(du)分布就(jiu)更为(wei)均(jun)匀。金(jin)堆城钼(mu)业研(yan)发的(de)钼靶(ba)材平(ping)均(jun)晶粒尺(chi)寸达到50μm，属(shu)国内(nei)领先水(shui)平(ping)[21]。一(yi)般情况下，因为变(bian)形量等(deng)因素(su)影响，平(ping)面(mian)靶(ba)的(de)晶(jing)粒尺寸(cun)比(bi)管(guan)状(zhuang)靶材更容易细小、均匀(yun)。当(dang)靶材(cai)在溅射时(shi)，其(qi)原子(zi)会沿(yan)着六方(fang)密(mi)排面(mian)优先溅射出(chu)来，因(yin)此，为了提高溅射镀膜(mo)速率(lv)，可(ke)以尽可能(neng)调(diao)整(zheng)靶材结(jie)构(gou)使具有(you)一定(ding)的(de)晶(jing)体(ti)取(qu)向(xiang)。在晶(jing)粒尺寸(cun)合(he)适的(de)范(fan)围(wei)内(nei)，晶(jing)粒(li)取(qu)向(xiang)越(yue)均匀(yun)越(yue)好(hao)。靶(ba)材晶(jing)粒(li)取(qu)向还会(hui)对(dui)薄(bao)膜的厚度(du)、均(jun)匀(yun)性都(dou)会(hui)产(chan)生(sheng)较(jiao)大影(ying)响。
要(yao)使靶材的(de)微观组织(zhi)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的结晶(jing)取向，就(jiu)要根据(ju)靶(ba)材金属(shu)的(de)微(wei)观组(zu)织(zhi)特(te)征，采用(yong)不同的(de)压(ya)力加(jia)工方(fang)式(shi)，再结合适当(dang)的热(re)处理(li)进(jin)行(xing)调(diao)整(zheng)和(he)控制。国(guo)内(nei)许多单位已对(dui)不同加工方(fang)式(shi)对结晶(jing)取(qu)向的影(ying)响做了大(da)量研究(jiu)。
2.4尺(chi)寸精度
溅射靶(ba)材(cai)在(zai)后期装(zhuang)配(pei)前要(yao)进行一系(xi)列机械加(jia)工，其(qi)加工(gong)质量(liang)和精(jing)度(du)（平面(mian)度(du)，直(zhi)线度，粗(cu)糙度）也(ye)会(hui)影响到薄膜(mo)性(xing)能(neng)。靶材溅射作(zuo)业(ye)前(qian)必须与铝或无氧(yang)铜底盘（背板(ban)）连接在(zai)一起，配合(he)紧密才(cai)能使(shi)靶材(cai)与背板(ban)更(geng)好(hao)的导电(dian)导(dao)热。装(zhuang)配完毕后要使(shi)用(yong)超(chao)声(sheng)波(bo)检测，如果(guo)两(liang)者的(de)空(kong)隙(xi)区(qu)域小(xiao)于总接触(chu)面(mian)的(de)2%，这样才(cai)能(neng)在(zai)大(da)功(gong)率溅射中使用(yong)[10]。同样的(de)尺寸(cun)精(jing)度(du)要(yao)求下(xia)，管状(zhuang)靶材的机加(jia)工难(nan)度(du)要(yao)大于(yu)平(ping)面靶材(cai)，因为大(da)型(xing)管靶一般(ban)都采用挤(ji)压成型(xing)，内(nei)孔(kong)有较深的(de)挤(ji)压(ya)沟(gou)槽(cao)，这(zhe)对(dui)机(ji)加(jia)造成(cheng)了较大困(kun)难。业内(nei)一(yi)般(ban)采(cai)用高精度(du)数控(kong)深(shen)孔(kong)钻镗床(chuang)来(lai)加(jia)工(gong)内(nei)孔。
3、难熔(rong)金属靶材(cai)的(de)制(zhi)备(bei)技(ji)术
难熔金属(shu)溅射(she)靶(ba)材的制备方(fang)法主要(yao)分为(wei)粉(fen)末(mo)冶金法(fa)和熔炼(lian)法(fa)，其中W、Mo多采用粉(fen)末(mo)冶(ye)金(jin)，而Ta、Nb多(duo)采用熔炼法生(sheng)产(chan)，具(ju)体工(gong)艺流程(cheng)见(jian)图3。
3.1粉末冶金法
粉末冶金法是(shi)适(shi)合制(zhi)作(zuo)难(nan)熔(rong)金(jin)属(shu)溅(jian)射靶(ba)材(cai)的传统方(fang)法(fa)。难(nan)熔金属(shu)熔(rong)点很高，该方法(fa)采用固(gu)\液(ye)相烧结(jie)，所以(yi)在(zai)远(yuan)低于(yu)其熔点的温度下(xia)使其(qi)成(cheng)型(xing)；生产合(he)金(jin)靶(ba)材时(shi)，两(liang)种(zhong)或(huo)两(liang)种(zhong)以上的(de)合(he)金(jin)粉(fen)末通过(guo)混(hun)料机长(zhang)时(shi)间混合(he)均匀后(hou)加热(re)压制，有效(xiao)地(di)杜(du)绝了(le)合金组元(yuan)的(de)偏(pian)析。另外(wai)一(yi)大优(you)点(dian)是粉(fen)末(mo)冶金(jin)法制(zhi)备的(de)靶(ba)材晶(jing)粒较(jiao)细(xi)，可(ke)达到100滋(zi)m以下。一般粉(fen)末(mo)冶(ye)金(jin)法(fa)制(zhi)
备(bei)的(de)溅(jian)射靶材(cai)多(duo)采用(yong)冷(leng)等(deng)静(jing)压(ya)加(jia)烧(shao)结(jie)、热(re)压(ya)烧(shao)结和(he)热(re)等(deng)静压三种方式(shi)。其中热等(deng)静(jing)压(ya)得到(dao)的(de)致密(mi)度(du)最高，前两(liang)种方(fang)法得到(dao)的靶材致密(mi)度则(ze)相对较(jiao)低(di)。因(yin)此(ci)提高粉(fen)末冶金(jin)烧(shao)结(jie)法(fa)制(zhi)备(bei)靶材(cai)致(zhi)密(mi)度(du)是必须(xu)解(jie)决的关键(jian)技术(shu)之一。通(tong)过(guo)压力(li)加工可有效(xiao)改(gai)善(shan)粉(fen)末(mo)冶(ye)金靶材的致(zhi)密(mi)度低(di)的(de)问(wen)题。魏修(xiu)宇[7]研(yan)究了(le)轧制变(bian)形(xing)量(liang)对(dui)粉末(mo)冶(ye)金W靶(ba)材(cai)致(zhi)密(mi)度的影响，随着变(bian)形增(zeng)
大(da)，致密(mi)度(du)增加(jia)，最高(gao)可达99.5%以上。朱琦[22]研究(jiu)了挤(ji)压(ya)对粉末冶金钼(mu)管靶(ba)组织(zhi)、性(xing)能以及(ji)致(zhi)密度(du)的(de)影(ying)响(xiang)，使钼(mu)管(guan)靶(ba)密(mi)度从(cong)烧(shao)结坯的(de)9.8g/cm3增加(jia)到10.15g/cm3，达到了(le)高致密度的(de)要求(qiu)。W、Mo溅射(she)靶(ba)材大(da)多采用粉(fen)末冶金方(fang)法制(zhi)备(bei)，由(you)于(yu)粉(fen)末(mo)冶金的(de)提(ti)纯(chun)能(neng)力有限(xian)，因此(ci)原(yuan)料(liao)必须为(wei)高(gao)纯(chun)粉末(mo)，另(ling)外(wai)在制(zhi)备(bei)过(guo)程(cheng)还(hai)要(yao)严格(ge)控制(zhi)杂(za)质元素的混入。目前(qian)国(guo)内高纯(chun)金(jin)属的(de)提(ti)纯技术(shu)与工业发达国家的(de)差距(ju)较大(da)。郭(guo)让民[23]将(jiang)仲(zhong)钨酸(suan)铵重新氨溶(rong)中和(he)，活性(xing)炭吸附(fu)结(jie)晶提纯，再(zai)经还(hai)原后制(zhi)备(bei)出(chu)高(gao)纯(chun)W粉(fen)，可有效地(di)深度去(qu)除杂质(zhi)，纯度(du)达99.99%以上(shang)。
3.2熔炼(lian)法
熔(rong)炼(lian)法(fa)是(shi)制备难(nan)熔(rong)金(jin)属(shu)靶(ba)材(cai)另一种重要(yao)的(de)方(fang)法(fa)，因(yin)为难(nan)熔金(jin)属的(de)具有(you)高熔点，多采用电子束(shu)、电弧(hu)熔炼。电子(zi)束(shu)熔(rong)炼(lian)具有高温、高升温速(su)率、高(gao)真空(kong)等(deng)优点(dian)，适(shi)合提纯(chun)精(jing)炼各(ge)种(zhong)难熔金(jin)属(shu)。电(dian)子(zi)束熔炼得(de)到(dao)的(de)金属铸锭(ding)致密，内(nei)部组(zu)织(zhi)无(wu)孔(kong)隙(xi)、气孔，非常(chang)接近(jin)理论(lun)密度(du)。但电(dian)子束(shu)熔炼(lian)有(you)两(liang)大(da)缺点：一是(shi)铸锭晶粒粗(cu)大；二是熔(rong)炼合(he)金(jin)时(shi)对(dui)于(yu)组(zu)元蒸气压相(xiang)差较大
情(qing)况下(xia)，会(hui)发生偏(pian)析(xi)现象(xiang)。电(dian)弧(hu)熔(rong)炼(lian)适(shi)合熔炼(lian)合(he)金(jin)，其(qi)铸(zhu)锭(ding)致密度(du)也(ye)非(fei)常高，但(dan)提(ti)纯(chun)效(xiao)果(guo)不及电子束熔炼(lian)。由于熔(rong)炼(lian)法(fa)得到的靶材晶粒粗(cu)大，通(tong)过压(ya)力(li)加工(gong)和(he)热处理(li)可使晶粒(li)变(bian)细(xi)，并(bing)得到一定(ding)晶(jing)粒(li)取(qu)向的(de)组织。刘宁(ning)[14]研(yan)究(jiu)了(le)钽(tan)靶(ba)中(zhong){110}、{100}、{111}三种(zhong)织构的(de)溅(jian)射速(su)率关系，提出(chu)采用热锻造强塑性变形工(gong)艺(yi)对Ta靶进行(xing)加工(gong)，使(shi)其具有(you)更均匀的(de)织(zhi)构(gou)组(zu)分(fen)。
宜(yi)楠[13]通过对(dui)电子束(shu)熔(rong)炼(lian)、锻(duan)造(zao)、轧(ya)制(zhi)、热处(chu)理(li)等关键(jian)工艺(yi)进(jin)行(xing)优(you)化(hua)调整，获(huo)得了织(zhi)构(gou)以{111}型为主晶(jing)粒尺(chi)寸(cun)小于100滋(zi)m性(xing)能优良的钽靶(ba)。王(wang)国(guo)栋(dong)[17]研究(jiu)了电子(zi)束(shu)熔(rong)炼的(de)高纯铌锭(ding)在(zai)加热1100益高(gao)温(wen)镦造再(zai)通过(guo)换(huan)向轧(ya)制制(zhi)备的Nb靶材，其(qi)晶粒取向一致，晶(jing)粒大(da)小(xiao)分布均匀(yun)。笔者对(dui)纯Nb板靶材(cai)也(ye)进(jin)行了一(yi)系列试(shi)验。电(dian)子束(shu)熔炼的粗(cu)大晶粒(li)纯Nb铸锭(ding)通过(guo)锻造、退火、再(zai)经(jing)60%变形量(liang)的(de)轧制，再进(jin)行(xing)约1200益(yi)左右(you)的(de)成品(pin)退火得到(dao)7.5级晶(jing)粒(li)度（平(ping)均晶粒(li)数为1400个(ge)/mm2），组(zu)织(zhi)均(jun)匀、性(xing)能(neng)优(you)良(liang)的纯(chun)Nb靶材(cai)。
4、结(jie)语(yu)
近(jin)些年(nian)来(lai)，我国研究生(sheng)产溅射(she)靶(ba)材(cai)的(de)单(dan)位(wei)企业(ye)在(zai)制备(bei)技术(shu)、产品品(pin)种(zhong)等方面(mian)都(dou)有非常(chang)大的进步(bu)。打破了高端(duan)靶(ba)材长期依赖进口(kou)的(de)局面(mian)。研(yan)发生产(chan)靶(ba)材的中(zhong)小型(xing)民(min)营企(qi)业(ye)也(ye)取得(de)了(le)很大(da)成(cheng)果(guo)。薄膜市(shi)场需求的快速(su)发(fa)展，溅(jian)射靶材(cai)品种要求也越来越(yue)多，加速(su)了(le)更(geng)新(xin)换(huan)代(dai)周期(qi)，传统工艺也(ye)慢(man)慢不能满足要求，需(xu)要(yao)对工艺进(jin)行优化(hua)和革新(xin)。今后(hou)的发(fa)展(zhan)方向是(shi)要引入(ru)新(xin)方(fang)法(fa)新(xin)工艺来(lai)解(jie)决(jue)靶材在溅(jian)射(she)过(guo)程中微粒(li)飞(fei)溅、利用(yong)率(lv)和(he)导(dao)磁率等问(wen)题(ti)。靶材(cai)的(de)目的(de)是(shi)溅镀薄(bao)膜，只研究靶材(cai)远远不(bu)够(gou)，需要将靶材(cai)与(yu)薄膜两(liang)种(zhong)研(yan)究结(jie)合起(qi)来(lai)，努力(li)促进靶(ba)材制备(bei)技术的(de)革(ge)新与(yu)发展(zhan)。
参(can)考(kao)文(wen)献：
[1]陈海峰(feng)，薛(xue)莹(ying)洁(jie).国内外磁(ci)控溅(jian)射靶材(cai)的研究(jiu)进(jin)展[J].表(biao)面技(ji)术(shu)，2016，45（10）：56-63.
CHEN Haifeng，XUE Yingjie. Research progress of magnetronsputtering target at home and abroad [J]. Surface Technology，2016，45（10）：56-63.
[2]刘志(zhi)坚(jian)，陈(chen)远(yuan)星，黄(huang)伟嘉(jia)，等.溅射(she)靶(ba)材(cai)的应(ying)用(yong)及制备(bei)初探[J].南方金属(shu)，2003（6）：23-24.
LIU Zhijian，CHEN Yuanxing，HUANG Weijia，et al.Manufactureand application of sputtering target materials [J].Southern Metals，2003（6）：23-24.
[3]金(jin)永(yong)中，刘东(dong)亮(liang)，陈建.溅(jian)射靶(ba)材的(de)制(zhi)备及(ji)应(ying)用(yong)研究(jiu)[J].四(si)川(chuan)理工(gong)学院学(xue)报（自然科(ke)学版），2005，18（3）：22-24.
JIN Yongzhong，LIU Dongliang，CHEN Jian.Studying on manufactureand application of sputtering target materials [J].Journal of SichuanUniversity of Science & Engineering （Natural Science Edition），2005，18（3）：22-24.
[4]储志(zhi)强(qiang).国(guo)内(nei)外磁控溅射靶(ba)材的(de)现(xian)状及发(fa)展(zhan)趋(qu)势(shi)[J].金(jin)属(shu)材料与(yu)冶金工(gong)程(cheng)，2011（4）：44-49.
CHU Zhiqiang. The present status and development trend of mag-netron sputtering target at home and abroad[J]. Metal Materials andMetallurgy Engineering，2011（4）：44-49.
[5]殷为(wei)宏(hong)，汤慧(hui)萍.难熔(rong)金(jin)属材(cai)料(liao)与(yu)工程应用[M].北京(jing)：冶(ye)金工业出版社，2012：253.
[6]王(wang)大(da)勇(yong)，顾(gu)小龙(long).靶材(cai)制(zhi)备(bei)研究现(xian)状及研发趋(qu)势(shi)[J].浙(zhe)江(jiang)冶金，2007（4）：1-9.
WANG Dayong，GU Xiaolong. Research Status and DevelopmentTrend of Target Preparation [J]. Journal of Zhejiang Metallurgy，2007（4）：1-9.
[7]魏修(xiu)宇(yu).半导体用(yong)高(gao)纯钨(wu)靶材(cai)的制备(bei)技(ji)术(shu)与(yu)应(ying)用(yong)[J].硬(ying)质(zhi)合金，2017，34（5）：353-359.
WEI Xiuyu.Preparation technology and application of high puritytungsten target for semiconductor [J].Cemented Carbide，2017，34（5）：353-359.
[8]尚(shang)再(zai)艳，江轩(xuan)，李(li)勇军，等.集(ji)成(cheng)电路(lu)制造用溅射靶材(cai)[J].稀有金属(shu)，2016，29（4）：475-477.
SHANG Zaiyan，JIANG Xuan，LI Yongjun，et al. Sputtering targetsused in integrated circuit [J]. Chinese Journal of Rare Metals，2016，29（4）：475-477.
[9]迟伟(wei)光，张凤(feng)戈，王铁军(jun)，等(deng).溅(jian)射靶(ba)材的(de)应(ying)用(yong)及发(fa)展(zhan)前(qian)景[J].新(xin)材料产(chan)业(ye)，2010（11）：6-11.
CHI Weiguang，ZHANG Fengge，WANG Tiejun，et al.Applicationand development prospect of sputtering targets[J].Advanced MaterialsIndustry，2010（11）：6-11.
[10]安耿，李(li)晶(jing)，刘仁智，等.钼(mu)溅(jian)射靶(ba)材的应(ying)用(yong)、制备及发展(zhan)[J].中国钼业，2011，35（2）：45-48.
AN Geng，LI Jing，LIU Renzhi，et al. The application，manufacture-anddeveloping trend ofmolybdenum sputtering target [J]. ChinaMolybdenum Industry，2011，35（2）：45-48.
[11]沈(shen)晓(xiao)月. 磁控(kong)溅(jian)射法(fa)制(zhi)备(bei) CIGS 薄膜光伏(fu)电池(chi) Mo 背(bei)电(dian)极的研(yan)究(jiu)[D]. 大(da)连：大(da)连(lian)工业(ye)大学(xue)，2013.
SHEN Xiaoyue. Study on Mo back electrode of CIGS thin filmphotovoltaic cells prepared by magnetron sputtering [D]. Dalian：Dalian Polytechnic University，2013.
[12]安泰(tai)科技股份有(you)限(xian)公(gong)司.高纯(chun)度(du)、高致(zhi)密(mi)度(du)、大(da)尺寸(cun)钼(mu)合(he)金靶(ba)材(cai)的(de)制备方法：CN105525260A[P]. 2013-09-25.
[13]宜(yi)楠(nan)，权(quan)振兴(xing)，赵鸿磊，等.集成(cheng)电路用(yong)钽溅(jian)射(she)靶材(cai)制(zhi)备(bei)工艺(yi)研究(jiu)[J].材(cai)料开发与(yu)应(ying)用，2016，31（3）：71-75.
YI Nan，QUAN Zhenxing，ZHAO Honglei，et al. Research onprocessing of tantalum target for sputtering to LSIS[J]. Developmentand Application of Materials，2016，31（3）：71-75.
[14]刘(liu)宁，杨(yang)辉(hui)，姚(yao)力军(jun)，等.集成电路用(yong)大(da)尺(chi)寸高(gao)纯(chun)钽靶材(cai)的制(zhi)备工艺(yi)进展[J]. 集成电(dian)路(lu)应(ying)用，2018，35（2）：24-28.
LIUNing，YANGHui，YAOLijun，etal.Theprogressesonfabrication of large size high-purity tantalum targets for integratedcircuits[J]. Applications of IC，2018，35（2）：24-28.
[15]潘伦(lun)桃(tao)，李(li)彬，郑(zheng)爱国(guo)，等.钽在集成电路中(zhong)的(de)应用(yong)[J].稀有(you)金属，2003，27（1）：28-34.
PAN Luntao，LI Bin，ZHENG Aiguo，et al. Application of tantalumto LSIC[J].Chinese Journal of Rare Metals，2003，27（1）：28-34.
[16]郝(hao)小(xiao)雷. 组织(zhi)均(jun)匀(yun)钽溅(jian)射(she)靶材(cai)的制(zhi)备(bei)现(xian)状 [J]. 山(shan)东工业(ye)技术(shu)，2017（18）：63-63.
HAO Xiaolei. Preparation status of tissue homogeneous tantalumsputtering targets [J].Shandong Industrial Technology，2017（18）：63-63.
[17]王国栋(dong)，王艳(yan)，李(li)高林，等.溅(jian)射用(yong)优(you)质(zhi)铌(ni)靶(ba)材(cai)的(de)制(zhi)备(bei)[J].稀有(you)金属(shu)材料与(yu)工(gong)程(cheng)，2008（4）：533-536.
WANG Guodong，WANG Yan，LI Gaolin，et al. Processing of niobiumtarget for sputting [J]. Rare Metal Materials and Engineering，2008（4）：533-536.
[18]李兆(zhao)博，张(zhang)春(chun)恒(heng)，李桂鹏(peng)，等.溅(jian)射镀膜(mo)用(yong)铌(ni)靶(ba)材(cai)晶粒(li)尺寸控制(zhi)工艺(yi)研究[J]. 材料(liao)开(kai)发(fa)与应(ying)用(yong)，2010，25（6）：33-35.
LI Zhaobo，ZHANG Chunheng，LI Guipeng，et al. Research ongrain size controlling process of niobium target used for sputteringand coating[J]. Development and Application of Materials，2010，25（6）：33-35.
[19]张(zhang)国军(jun)，汪(wang)凯，李桂鹏(peng)，等(deng).旋转镀膜(mo)铌(ni)靶材(cai)加工工(gong)艺(yi)研(yan)究(jiu)[J].材料(liao)开(kai)发(fa)与应用，2014，29（6）：54-57.
ZHANG GuoJun，WANG Kai，LI Guipeng，et al. Processing tech-nology of spin coating process niobium target [J]. Development andApplication of Materials，2014，29（6）：54-57.
[20]贾(jia)国斌(bin)，冯寅楠，贾英(ying).磁(ci)控溅射(she)用难(nan)熔(rong)金属(shu)靶材制作(zuo)、应(ying)用(yong)与发(fa)展[J].金(jin)属功(gong)能材(cai)料，2016，23（6）：48-52.
JIA Guobin，FENG Yinnan，JIA Ying.Manufacture,application anddevelopment of refractory metal target used on magnetron sputtering[J]. Metallic Functional Materials，2016，23（6）：48-52.
[21]杨(yang)帆(fan)，王(wang)快(kuai)社(she)，胡(hu)平(ping)，等.高(gao)纯(chun)钼(mu)溅射靶材的研(yan)究(jiu)现(xian)状(zhuang)及(ji)发展趋势[J].热(re)加(jia)工工艺，2013（24）：10-12.
YANG Fan，WANG Kuaishe，HU Ping，et al. Research status anddevelopment trend of high purity molybdenum sputtering targetmaterial[J]. Hot Working Technology，2013（24）：10-12.
[22]朱(zhu)琦，王林，杨(yang)秦莉(li)，等.钼管靶材(cai)的挤压(ya)理(li)论(lun)与组织(zhi)性能(neng)分(fen)析(xi)[J].中国(guo)钼业(ye)，2014（4）：50-53.
ZHU Qi，WANG Lin，YANG Qinli，et al. Extrusion theory andanalysis on microstructure and properties of molybdenum tubetarget[J]. China Molybdenum Industry，2014（4）：50-53.
[23]郭让(rang)民(min).高(gao)纯(chun)钨(wu)溅(jian)射靶材制(zhi)取工艺研(yan)究[J].中国钼(mu)业(ye)，1997（增刊(kan) 1）：39-41.
GUO Rangmin. Study on preparation of high pure tungsten materials[J]. China Molybdenum Industry，1997（supply1）：39-41.
相(xiang)关链接
