濺射靶材集中用于信息存儲、集成電路、顯示器、汽車后視鏡等產業[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生動能交換，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電層，但金與硅晶圓容易生成 AuSi 低熔點化合物，導致金與硅界面粘結不牢固，人們提出了在金和硅晶圓的表面增加一粘結層, 常用純鎳作粘結層，但鎳層和金導電層之間也會形成擴散，因此需要再有一阻擋層，來防止金導電層和鎳粘結層之間的擴散。阻擋層需要采用熔點高的金屬，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，結合了鎳濺射靶材和釩濺射靶材的優點，可一次完成濺射鎳層（粘結層）和釩層（阻擋層）。鎳釩合金無磁性，有利于磁控濺射[3]。在電子及信息產業中，已完全替代了純鎳濺射靶材。

1、 鎳釩合金靶材的特點及應用

鎳釩合金靶材主要用于太陽能行業，電子行業等領域。

鎳 - 釩靶材的應用及要求的純度如表 1 所示。

1）鋼鐵研究總院開發出母盤用的關鍵耗材—鎳釩靶現已在國內幾個知名光盤復制企業得到應用，產品成分均勻，組織細小，完全能夠達到國外同類產品的水平，用戶對產品反應良好。

2）太陽薄膜電池：世界上越來越多的國家意識到要保持社會的可持續發展，應盡可能地用潔凈能源。對可更新資源的廣泛需求促使光伏發電產業的迅猛發展，太陽能發電也憑借著其強吸收性、高利用率、易儲存性等特點，在太陽能發電領域得到廣泛運用，它們的發展大大提高了市場上對高質量濺射靶材的需求。

3）平板顯示器鍍膜。

4）廣泛用于電子及半導體領域；如集成電路、背板金屬化、光電子等應用。

5）建筑玻璃用。濺射靶材被廣泛應用于大型建筑 玻璃、汽車玻璃及其他特殊領域玻璃的鍍膜，能達到抗靜電、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、雜質少，化學成分均勻、無偏析，無氣孔，晶粒組織均勻，晶粒尺寸大小為微米 -毫米級，單個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生放電現象，磁控濺射薄膜均勻。

2.1 純度

濺射靶材首先是要純度高，因為濺射靶材中的雜質對磁控濺射薄膜的性能影響最大，所以應盡可能降低濺射靶材中雜質含量，國內外很多半導體或電子產品制造企業對濺射靶材雜質含量提出。

2.2 雜質含量

濺射靶材中的雜質要嚴格，鎳釩合金濺射靶材，Cr、Al、Mg 雜質的含量不超過 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，超過這個含量，對電子電荷產生不良影響，將會發生故障。N 含量在 1-100ppm 之間，N 含量增加，腐蝕性能差，所以要嚴格控制雜質的含量。

2.3 密度

濺射靶材對內部氣孔要求很嚴格，因為靶材中氣孔會影響濺射薄膜的各方面性能，磁控濺射過程中產生不正常放電，會對磁控濺射薄膜光電學性能有影響。因此要求靶材有較高的密度。此外，高密度、高強度濺射靶材更能承受磁控濺射中產生的熱應力。

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，可確保材料內部無氣孔。

2.4 晶粒尺寸及晶粒尺寸分布

靶材需要經過多道次冷熱加工工序，制備好的靶坯為多晶結構，晶粒尺寸大小要求不是很嚴格，晶粒小到幾微米，大到幾毫米。但從濺射性能方面考慮，對于化學成分相同的磁控濺射靶材，晶粒細小濺射速率比晶粒大的濺射速率快，靶材內部晶粒越均勻，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 合金不能夠經過后續加工獲得濺射靶材，典型的鎳釩合金成分是 Ni-7V。生產高純Ni-V 合金，其關鍵在于：

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，所以現在也需要提高金屬釩的純度。

2）釩熔點 1919±2℃，屬于難熔金屬，并且鎳、釩熔點相差很大 ( 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。在特殊的應用領域，首先需將鎳、釩用真空熔融方法（電子束或真空電弧重熔（VAR）或真空感應熔煉 (VIM)）獲得鑄錠，經過多次重復真空熔煉提高合金鑄錠的總純度；

3）制備過程嚴格控制雜質元素的引入。圖 1 是鎳釩合金生產工藝流程圖。

4、 結語

本文簡要介紹了鎳釩合金濺射靶材的應用與制備情況，以及濺射靶材的特性要求。隨著社會的進步，半導體產業的發展，中國市場對靶材的需求量會越來越大，國內外企業對鎳釩合金及靶的關注也越來越密切，這使得鎳釩合金靶市場越來越受到各方的關注。隨著中國市場的高速發展，鎳釩濺射靶材在今后幾年的銷量也將會有快速的增長，具有好的市場前景。

參考文獻

[1] 陳建軍 , 楊慶山 , 賀豐收等 . 濺射靶材的種類、應用、制備及發展趨勢 [J]. 湖南有色金屬 ,2006,22(4):38-41

[2] 田民波 , 劉德令 . 薄膜科學與技術手冊 [M]. 北京 :機械工業出版社 ,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] 儲志強，國內外磁控濺射靶材的現狀及發展趨勢[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 oYamakoshi,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.

相關鏈接