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高纯贵金属靶材的制备技术

作者:祁哲 2021-12-02

由于靶材的性能直接决定了金属薄膜的品质, 进而影响电子产品的性能和寿命日叫因此贵金属靶 材的纯度及组织性能等方面都有非常严格的要求。

靶材的纯度通常要求达到电子级4 N以上,对于 碱金属元素Na、K等)、过渡金属元素Fe、Ni、Cr、 Cu等)、放射性金属元素U、Th等)和气体杂质C、 0、N等)需要严格控制。通常常规单一的提纯方法 很难满足金属高纯化的要求,金、银、钳、钉单质 金属的深度净化与除杂,需要通过物理和化学联合 提纯精炼的方法来制备高纯贵金属。国外对高纯金 属材料的开发研究较早,日本、美国、英国和俄罗 斯等国家一直以来十分重视高纯金属材料的研制、 生产和应用,其生产的高纯金属材料产品品种齐全、 质量高、产量大,产品纯度最高可达6 N以上。

对于金、银、钳及其合金靶材制备主要通过优 化真空熔炼工艺得到低气孔率、低表面缺陷、组织 均匀的高品质铸锭。对于难熔钉及其合金靶材制备 主要通过粉末烧结实现坯料的净尺寸、高密度成型o

在材料微观组织方面,其晶粒尺寸、晶粒取向 和致密度等对溅射薄膜的沉积率、均匀性、刻蚀性、 电(光)性能等有很大的影响図。靶材微观组织的控 制,通常要求晶粒细小均匀等轴,平均晶粒尺寸 <200im,更多要求<100 gm,甚至更小,同时晶粒 无明显取向;对于粉末冶金靶材,同时靶材的致密 度要求至少>98%以上。微观组织的控制根据材料不 同选择合适的加工方法,对金、银、钳及其合金铸 锭,靶材的晶粒尺寸和晶粒取向主要通过均匀化处 理、热机械加工、再结晶退火进行调整和控制。大 变形量塑性加工是细化超高纯金属铸锭微观组织所 必不可少的加工工艺,通常需要施加N80%变形加 工以及后续热处理细化锭坯的微观组织。针对形状 复杂的靶材需要在控制微观组织基础上,进行靶材 成型模具的设计,实现材料精确塑性成型。而对于 难焰贵金属钉以及RuTa、RuTi合金等靶材则需要通 过粉末烧结工艺来控制靶材坯料的微观品质。在靶 的烧结制备过程中如果出现成分、二次相不均匀等 缺陷,容易导致溅射放电、出现Particle等异常,同 时对于后续的刻蚀都会造成困难,因此要尽量减少 成分的不均匀性和提高靶材的致密度。

针对贵金属靶材与背板的焊接,通常要求靶材 与背板焊合率N95%的同时又保证焊接靶材平整 性、消除焊接过程中产生的应力变形。在焊接过程 中,对靶材和背板的温度进行准确控制,使得焊料 能够充分浸润,能够保证在较低温度条件下形成高 可靠的连接,形成靶材/背板组件。

对于贵金属靶材,在纯度、微观组织和焊合率 等满足技术要求的同时,为了保证薄膜质量,必须 严格控制加工过程参数及参数的一致性,保证同一 产品上组织性能的均匀性,以及不同批次材料间品 质的一致性。在保证产品质量外,还需要提高靶材 的成材率,减少损耗,进而有效降低生产成本,提 高市场竞争力,高效利用贵金属材料。