靶材制备研究现状及研发趋势

２００７年１１月第四期

出汹靖全

靶材制备研究现状及研发趋势

王大勇顾小龙

（浙江省冶金研究院亚通电子有限公司

杭州３１００２１）

摘要：总结了目前不同种类靶材的制备工艺，分析了国内外靶材知识产权对我国靶材产业化的影响，以

及我蓐靶材产业发展中所遇到的一些主要问题，探讨了靶材的发展趋势。

关键词：靶材；制备；研发；现状；趋势

介质用靶材、显示薄膜用靶材、光学靶材、超导靶材等。上海钢铁研究所张青来等人对靶材的分类及其对应的材料种类和应用领域划分得较为详细，本文整表引用（见表１）。其中半导体领域应用靶材、记录介质用靶材和显示靶材是市场规模最大的三类靶材。

靶材形状有长方体、正方体、圆柱体和不规则形状。长方体、正方体和圆柱体形靶材为实心，溅射过程中，圆环形永磁体在靶材表面建立环形磁场．在轴间等距离的环形表面上形成刻蚀区，其缺点是薄膜沉积厚度均匀性不易控制，靶材的利用率较低，仅为２０％～３０％。目前国内外都在推广应用旋转空心圆管磁控溅射靶，其优点是靶材可绕固定的条状磁铁组件旋转，因而３６０。靶面可被均匀刻蚀，利用率高达８０％。

０前言

随着电子信息产业的飞速发展，薄膜科学应用日益广泛。溅射法是制备薄膜材料的主要技术之一，溅射沉积薄膜的源材料即为靶材。用靶材溅射沉积的薄膜致密度高，附着性好。２０世纪９０年代以来，微电子行业新器件和新材料发展迅速，电子、磁性、光学、光电和超导薄膜等已经广泛应用于高新技术和工业领域，促使溅射靶材市场规模日益扩大。如今，靶材已蓬勃发展成为一个专业化产业。

目前，全世界的靶材主要由日本、美国和德国生产，我国靶材产业的研发则相对滞后。虽然国内也有一些大学和研究院对靶材进行了研制，但仍处于理论研究和试制阶段，尚没有专业生产靶材的大公司，大量靶材还需进口。如今，微电子等高科技产业的高速发展促进了中国靶材市场日益扩大，从而为中国靶材产业的发展提供了机遇。靶材是微电子行业的重要支撑产业之一，如果我们能及时抓住机遇发展我国的靶材产业。不仅会缩短与国际靶材水平的差距，参与国际市场竞争，还能降低我国微电子行业的生产成本，提高我国电子产品的国际竞争力。

有关靶材应用和市场前景方面的综述已有多篇，本文重点总结靶材的制备工艺，为靶材制备研究者提供有价值的参考。文中首次详细列出我国

靶材研究单位和生产企业，对其研究方向和产品进

２靶材的性能要求

靶材制约着溅镀薄膜的物理、力学性能．影响镀膜质量，因而靶材质量评价较为严格，主要应满

足如下要求：

１）杂质含量低，纯度高。靶材的纯度影响薄膜的均匀性。

２）高致密度。高致密度靶材具有导电、导热性好、强度高等优点，使用这种靶材镀膜，溅射功率小，成膜速率高，薄膜不易开裂，靶材使用寿命长，而且溅镀薄膜的电阻率低，透光率高。

３）成分与组织结构均匀。靶材成分均匀是镀膜质量稳定的重要保证。

４）晶粒尺寸细小。靶的晶粒尺寸越细小，溅镀薄膜的厚度分布越均匀，溅射速率越快。

行了系统归纳；并分析了国内外靶材专利对我国靶材产业化的影响。

１靶材的分类

根据应用主要包括半导体领域应用靶材、记录

２

出珏珀全

２００７＃－儿月第四期

正因为靶材在性能上有上述诸多特殊要求，导

致其制备工艺较为复杂。

袁１靶材的分类及应用

靶材分类

材

料

应

用

ＡＩ，ＡｌＳｉ，～ｓｉＣｕ，Ｃｕ，Ａｕ，ＩＣ，ＬＳＩ电极、布

Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ

线膜生

Ｍｏ。Ｗ。ＴｉⅥＳｌ存储器电极

羹舞

ＭｏＳｉ；，Ｗｓｉ。．ＴａＳｉ。，ＴｉＳｉ。

Ｗ，Ｍｏ。Ｗ—Ｔｉ扩散阻挡膜联

ｍ。ｗ等粘附膜ＰＺＴ（Ｐｂ２Ｋ）２Ｔｉ）

电容器绝缘膜

磁ｃ。ｃｒ

垂直磁记录薄膜孽ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＰｔ．ＣｏＣｒＴａｌ）ｔ硬盘用薄膜

竟

ＣｏＴａＣｒ，ＣｏＣｒＺｒ薄膜磁头

材

ＣｏＰｔ，ｃ０Ｐｄ

人工晶体薄膜ＴｅＳｅ．ＳｂＳｅ，ＴｅＧｅ２５ｂ等

相变先盘记录礁囊Ｔ票ｂＦ￡－ｏ，Ｄ，ＦｅＣｏｔＴｂＧｄＦｅ一磁光盘记录腰Ｃｏ，ＴｂＤｙＦｅｃｏ

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蓉

Ａｌ，ＡＩＴｉ，ＡＩＣｒ，Ａｕ，Ａｕ舍金光盘反射膜Ｓｉ３Ｎ４，Ｓ２０２＋ＺｎＳ光盘保护膜ＩＴＯ（Ｉｎ２０ｊ．ｓｎ０２）

连明导电膜

雾ｉ，ＡＩＴａＺｎＳＭｎ，ＺｎＳＴｂ．ＣａＳＥｕ纛纛

羹

藉

，

．

电致发光薄膜

Ｙ２ｑ，１’ａ２ｑ，１３ａＴｉ０３电致发光薄膜

－性ｇ瓯ＮｉＣ竺ｒＳｉ它靶

，

Ｃ箸ｒＳｉ，

ＭｏＴａ等茎鬻膜

等

电阻薄膜

鲁材

ＹＢａＣｕＯ，ＢｉＳ“７．ａＣａ／Ｏ

超导薄膜

Ｆｅ．Ｃｏ。Ｎｉ，ＦｅＭｎ，ＦｅＮｉ等磁性薄膜

３靶材的制备工艺

目前制备靶材的方法主要有铸造法和粉末冶

金法。

铸造法：将一定成分配比的合金原料熔炼。再将合金熔液浇注于模具中，形成铸锭，最后经机械加工制成靶材。铸造法在真空中熔炼、铸造。常用的熔炼方法有真空感应熔炼、真空电弧熔炼和真空电子轰击熔炼等。其优点是靶材杂质含量（特别是气体杂质含量）低，密度高，可大型化；缺点是对熔点和密度相差较大的两种或两种以上金属，普通熔

炼法难以获得成分均匀的合金靶材。

粉末冶金法：将一定成分配比的合金原料熔炼，浇注成铸锭后再粉碎，将粉碎形成的粉末经等

静压成形，再高温烧结，最终形成靶材。粉末冶金

法的优点是靶材成分均匀；缺点是密度低，杂质含量高等。常用的粉末冶金工艺包括冷压、真空热压和热等静压等。

３，１铸造法

３．１．１

ＮｉＣｒＳｉ高阻溅射靶材

该靶材主要用于制备金属膜电阻器和金属氧化膜高阻电阻器，集成电路布线及传感器等，应用于电子计算机、通讯仪器、电子交换机中，逐渐成为替代碳膜电阻的新一代通用电阻器。目前用于生产高稳定性金属膜电阻器的高阻靶材，主要依靠进口，价格昂贵，制约了我国电子工业的发展。

上海交通大学在ＮＩＣｒＳｉ合金内添加稀土以改良靶材性能，其制备工艺如下：

１）备料：ｃｒ、Ｎｉ元素纯度大于９９．５％；Ｓｉ元素纯度大于９９．９％；稀土元素混合物纯度大于９８％。

２）将ＮＩ、Ｃｒ及少量的ｓｉ熔炼成中间合金，电弧

炉熔炼时的电压为２０Ｖ，电流为５００～６００Ａ，时间为２～５ｍｉｎ。

３）然后进行整个靶材的真空感应熔炼，即采用特殊真空感应熔炼石蜡熔模精密浇铸：在真空感应熔炼中将制备好的中间合金放在加料器的底部，难熔材料在上部，在真空感应熔炼中使中间合金先熔化，然后再将难熔Ｓｉ材料加入。真空感应熔炼时的真空度为２×１０－２ｔｏＩＴ．功率为３５ｋＷ，时间为１ｈ。

４）随后进行精炼，精炼时功率为２０ｋｗ，时间为

３０ｒａｉｎ。

５）稀土元素在精练阶段加入，并用电磁感应将溶液均匀搅拌，注入熔模，熔模冷却后经脱模工序得到靶材的铸造件。

６）对靶材铸造件热处理和机械加工。热处理工艺为：在８００℃下保温２ｈ。

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