濺射靶材集中用于信息存儲(chǔ)、集成電路、顯示器、汽車后視鏡等產(chǎn)業(yè)[1]，主要用于磁控濺射各種薄膜材料。磁控濺射是一種制備薄膜材料的方法，利用離子源產(chǎn)生的離子，在真空中加速聚集成高速離子流, 被加速的粒子流轟擊到待沉積薄膜的物體表面，離子和待沉積薄膜的物體表面的原子發(fā)生動(dòng)能交換，在待沉積薄膜的物體表面沉積上了納米( 或微米) 薄膜。而被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料, 稱為濺射靶材[2]。
在集成電路制作中一般用純金作表面導(dǎo)電層，但金與硅晶圓容易生成AuSi 低熔點(diǎn)化合物，導(dǎo)致金與硅界面粘結(jié)不牢固，人們提出了在金和硅晶圓的表面增加一粘結(jié)層, 常用純鎳作粘結(jié)層，但鎳層和金導(dǎo)電層之間也會(huì)形成擴(kuò)散，因此需要再有一阻擋層，來防止金導(dǎo)電層和鎳粘結(jié)層之間的擴(kuò)散。阻擋層需要采用熔點(diǎn)高的金屬，還要承受較大的電流密度，高純金屬釩能滿足該要求[3]。所以在集成電路制作中會(huì)用到鎳濺射靶材、釩濺射靶材、金濺射靶材等。
鎳釩濺射靶材是在制備鎳釩和金的過程中，在鎳熔體中加入釩，使制備出的合金更有利于磁控濺射，結(jié)合了鎳濺射靶材和釩濺射靶材的優(yōu)點(diǎn)，可一次完成濺射鎳層（粘結(jié)層）和釩層（阻擋層）。鎳釩合金無磁性，有利于磁控濺射[3]。在電子及信息產(chǎn)業(yè)中，已完全替代了純鎳濺射靶材。
1、鎳釩合金靶材的特點(diǎn)及應(yīng)用
鎳釩合金靶材主要用于太陽能行業(yè)，電子行業(yè)等領(lǐng)域。
鎳- 釩靶材的應(yīng)用及要求的純度如表1 所示。
1）鋼鐵研究總院開發(fā)出母盤用的關(guān)鍵耗材—鎳釩靶現(xiàn)已在國內(nèi)幾個(gè)知名光盤復(fù)制企業(yè)得到應(yīng)用，產(chǎn)品成分均勻，組織細(xì)小，完全能夠達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平，用戶對(duì)產(chǎn)品反應(yīng)良好。2）太陽薄膜電池：世界上越來越多的國家意識(shí)到要保持社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡可能地用潔凈能源。對(duì)可更新資源的廣泛需求促使光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能發(fā)電
也憑借著其強(qiáng)吸收性、高利用率、易儲(chǔ)存性等特點(diǎn)，在太陽能發(fā)電領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用，它們的發(fā)展大大提高了市場上對(duì)高質(zhì)量濺射靶材的需求。3）平板顯示器鍍膜。4）廣泛用于電子及半導(dǎo)體領(lǐng)域；如集成電路、背板金屬化、光電子等應(yīng)用。5）建筑玻璃用。濺射靶材被廣泛應(yīng)用于大型建筑 玻璃、汽車玻璃及其他特殊領(lǐng)域玻璃的鍍膜，能達(dá)到抗靜電、增透、防反射等效果。
2、鎳釩合金濺射靶材的特性要求[4]
濺射鎳釩靶材要求純度高、雜質(zhì)少，化學(xué)成分均勻、無偏析，無氣孔，晶粒組織均勻，晶粒尺寸大小為微米-毫米級(jí)，單個(gè)濺射靶材中要求晶粒尺寸盡量相差越小越好。
這樣在磁控濺射不容易產(chǎn)生放電現(xiàn)象，磁控濺射薄膜均勻。
2.1 純度
濺射靶材首先是要純度高，因?yàn)闉R射靶材中的雜質(zhì)對(duì)磁控濺射薄膜的性能影響最大，所以應(yīng)盡可能降低濺射靶材中雜質(zhì)含量，國內(nèi)外很多半導(dǎo)體或電子產(chǎn)品制造企業(yè)對(duì)濺射靶材雜質(zhì)含量提出。
2.2 雜質(zhì)含量
濺射靶材中的雜質(zhì)要嚴(yán)格，鎳釩合金濺射靶材，Cr、Al、Mg 雜質(zhì)的含量不超過10ppm，超過10ppm, 腐蝕性能變差。U、Th 的含量不超過1ppb,Pb 和Bi 的含量小于0.1ppb，超過這個(gè)含量，對(duì)電子電荷產(chǎn)生不良影響，將會(huì)發(fā)生故障。N 含量在1-100ppm 之間，N 含量增加，腐蝕性能差，所以要嚴(yán)格控制雜質(zhì)的含量。
2.3 密度
濺射靶材對(duì)內(nèi)部氣孔要求很嚴(yán)格，因?yàn)榘胁闹袣饪讜?huì)影響濺射薄膜的各方面性能，磁控濺射過程中產(chǎn)生不正常放電，會(huì)對(duì)磁控濺射薄膜光電學(xué)性能有影響。因此要求靶材有較高的密度。此外，高密度、高強(qiáng)度濺射靶材更能承受磁控濺射中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
濺射靶材制備工藝一般分為粉末冶金法和熔煉法。粉末冶金法制備的濺射靶材，氣孔數(shù)量多，密度低。熔煉方法普通熔煉法和真空熔煉。普通熔煉法，在熔煉過程中，大氣中的氣體很容易進(jìn)入熔體，造成熔煉的鑄錠氣體含量不能滿足濺射靶材要求。所以濺射靶材和金制備一般采用真空熔煉法，可確保材料內(nèi)部無氣孔。
2.4 晶粒尺寸及晶粒尺寸分布
靶材需要經(jīng)過多道次冷熱加工工序，制備好的靶坯為多晶結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸大小要求不是很嚴(yán)格，晶粒小到幾微米，大到幾毫米。但從濺射性能方面考慮，對(duì)于化學(xué)成分相同的磁控濺射靶材，晶粒細(xì)小濺射速率比晶粒大的濺射速率快，靶材內(nèi)部晶粒越均勻，靶濺磁控濺射到帶硅晶圓上的薄膜厚度越均勻。
3、鎳釩合金靶材的制備[5]
鎳釩合金中，釩的量稍微改變，都會(huì)很明顯的改變鎳釩合金的性能。從而使得Ni-V 合金不能夠經(jīng)過后續(xù)加工獲得濺射靶材，典型的鎳釩合金成分是Ni-7V。生產(chǎn)高純Ni-V 合金，其關(guān)鍵在于：1）必須用高品位的金屬原料鎳和釩，純度必須在99wt% 以上, 其中鎳原料的純度達(dá)到4N5（99.995wt%）甚至5N 都沒問題，但是釩原料的純度一般只有2N5（99.5wt%）甚至更低，釩的純度限制了鎳釩合金的純度，所以現(xiàn)在也需要提高金屬釩的純度。2）釩熔點(diǎn)1919±2℃，屬于難熔金屬，并且鎳、釩熔點(diǎn)相差很大( 約336℃ )，所以采用一般的熔煉方法很難制備出成分均勻的靶材用鑄錠。在特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，首先需將鎳、釩用真空熔融方法（電子束或真空電弧重熔（VAR）或真空感應(yīng)熔煉(VIM)）獲得鑄錠，經(jīng)過多次重復(fù)真空熔煉提高合金鑄錠的總純度；3）制備過程嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素的引入。
圖1 是鎳釩合金生產(chǎn)工藝流程圖。
4、結(jié) 語
本文簡要介紹了鎳釩合金濺射靶材的應(yīng)用與制備情況，以及濺射靶材的特性要求。隨著社會(huì)的進(jìn)步，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國市場對(duì)靶材的需求量會(huì)越來越大，國內(nèi)外企業(yè)對(duì)鎳釩合金及靶的關(guān)注也越來越密切，這使得鎳釩合金靶市場越來越受到各方的關(guān)注。隨著中國市場的高速發(fā)展，鎳釩濺射靶材在今后幾年的銷量也將會(huì)有快速的增長，具有好的市場前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳建軍, 楊慶山, 賀豐收等. 濺射靶材的種類、應(yīng)用、制備及發(fā)展趨勢[J]. 湖南有色金屬,2006,22(4):38-41
[2] 田民波, 劉德令. 薄膜科學(xué)與技術(shù)手冊[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992:5-15.
[3] 夏慧，真空磁控濺射靶Ni-V 合金的均勻性研究[J]. 稀有金屬，1994 年, 第18 卷第6 期.
[4] 儲(chǔ)志強(qiáng)，國內(nèi)外磁控濺射靶材的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 金屬材料與冶金工程，2011 年，第39 卷第4 期.
[5]Y u i c h i r o S h i n d o , I b a r a k i ( J P ) ; Y a s u h i r o Yamakoshi,Ibaraki(JP).High-purity Ni-V alloy,target therefrom,high-purity Ni-V alloy thin film and process for producing high-purity Ni-V alloy[P].US 7,938,918 B2,2011.5.10.
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