５４ 湖南有色金属 ＨＵＮＡＮ ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ ＭＥＴＡＬＳ 第３２卷第４期 ２０１６年８月 高纯钽溅射靶材制备工艺进展 郑金凤 ，扈百直 ，杨国启 ，罗 文 ｒ，郑爱国 ， （１．国家钽铌特种金属材料工程技术研究中心，宁夏石嘴山７５３０００； ２．宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏石嘴山７５３０００） 摘要：目前高纯钽溅射靶材的制备方法，主要为熔炼铸锭法和粉末冶金法，文章对两种方法制备 钽靶材性能的特点进行了详述，同时对粉末冶金法制备高纯钽靶材的试验结果进行分析。针对目 前国内外生产状况，展望了未来高纯钽溅射靶材的发展方向。 关键词：钽溅射靶材；熔炼铸锭法；粉末 台金法；制备工艺；进展 中图分类号：ＴＧ１４６．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—５５４０（２０１６）０４—００５４—０３ 近年来，随着电子信息产业的快速发展，集成电 路用溅射靶材也得到了较大发展¨ Ｊ。用于制造半 １ 高纯钽溅射靶材制备工艺 １．１ 熔炼铸锭法制备高纯钽溅射靶材 熔炼铸锭法是目前制备钽溅射靶材的主要方 法，一般是将钽原料进行熔炼（电子束或电弧、等离 子熔炼等）、铸造，将得到的锭或坯料反复进行热锻、 退火，再进行轧制、退火，精加工后而成靶材。生产 工艺流程如图１所示。锭或坯料经过热锻破坏铸造 组织，使气孔或偏析扩散、消失，再通过退火使其再 导体芯片的金属靶材中，常见的溅射靶材有Ｔａ、Ｔｉ、 Ａｌ、ｃｏ和ｃｕ等有色金属。其中集成电路制造用金 属溅射靶材中用量最大的是超高纯铝（＞９９．９９９％） 和超高纯铝合金靶材，用来溅射阻挡层的是超高纯 钛靶材。在大规模集成电路中，金属互连电迁移为 主要失效机制之一 Ｊ。在大电流密度下，铝线易发 生电迁移导致铝互连线薄膜上形成突起和空洞，从 而降低集成电路的运行效率和可靠性。Ｃｕ的电阻 率要比Ａｌ约低３５％，抗电迁移能力也较强；并且随 着集成电路的高度规模化发展，集成化程度越来越 高，对用于制造互线和阻挡层的溅射靶材提出了更 高的技术要求，在深亚微米工艺中（≤０．１８ Ｉｘｍ），铜 将逐步代替铝成为硅片上金属化布线的材料，超高 结晶化，从而提高组织的致密化和强度。 纯铜靶材得以更多的应用，与之相应的用来溅射阻 挡层的是高纯钽靶材 。 图１ 熔炼铸锭法制备钽靶材工艺流程 随着作为溅射阻挡层镀膜材料的高纯钽靶材用 量增大，其对靶材性能要求也越来越高，如要求溅射 靶材尺寸越来越大，微观织构越精细均匀等。因此 对于溅射靶材的制备工艺研究也逐渐受到关注 。 为保证靶材能够溅射高质量的薄膜，一般对钽 溅射靶材有很高的纯度要求，通常靶材纯度越高，薄 膜质量相对越好。如在集成电路上使用时，由于铀 和钍有仅衰变，仅粒子会造成半导体材料中器件电 击穿，要求铀和钍的含量必须要低于 ｇ／ｋｇ级的水 平；碱金属钠钾离子易扩散到绝缘层（ＳｉＯ ）中去，并 目前，高纯钽溅射靶材的制备工艺主要有熔炼铸锭 法和粉末冶金法。通过介绍上述两种工艺制备产品 的特点以及目前国内外生产现状等，为广大科研工 作者提供参考。 作者简介：郑金凤（１９７９一），女，工程师，主要从事钽、铌及其合金等 材料的研究与开发工作。 以电的载体进行活动；铁元素可能会降低器件性能； 因此对钠钾杂质、铁元素也有严格要求。气体元素 （Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ等）过高会降低靶材溅射性能，而其它难 熔金属元素钨、钼、铌等元素也要求尽量降低。熔炼 ８０ 湖南有色金属 Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｒｏｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｚｉｎｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ Ｃａｌｃｉｎｅ ｂｙ Ｎａ２ ＥＤＴＡ Ｃｏｍｐｌｅｘｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｉｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ＹＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｔｉｎｇ （Ｈｕｎａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏ厂Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１００，Ｃｈｉｎａ） 第３２卷 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｒｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｚｉｎｃ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｃａｌｃｉｎｅ ａｆｔｅｒ ａｍｍｏｎｉａ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｓｅｐａｒｅａｔｉｏｎ，ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｃｌａｓｓｉｃ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｃｈｒｏｍｅ ａｃｉｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｍｅｔｈｏｄ．ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒａｎｇｅ ｉＳ ２．００ ｔｏ ２０．００％． ｒｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｒｅｃｉｓｏｎ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｃｈｒｏｍｅ ａｃｉｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｍｅｔｈｏｄ．ａｌＳＯ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ａｖｏｉｄ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ａｖｏｉｄ ｈｅａｌｔｈ ｈａｚａｒｄｓ ｔｏ ｐｅｒｓｏｎｎｅ１．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｉＳ ｅａｓｙ ａｎｄ ｆａｓｔ．ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｒｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｚｉｎｃ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｃａｌｃｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｎａ２ＥＤＴＡ ｃｏｍｐｌｅｘｏｍｅｔｒｉｃ ｔｉｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｚｉｎｃ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｃａｌｃｉｎｅ；ｉｒｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ （上接第５６页） 【４］ 王俊忠，吉元，王晓冬，等．Ａ１互连线和ｃｕ互连线的显微结构 【Ｊ］．物理学，２００７，５６（１）：３７１—３７５． ［５］ 杨谦．高纯钽形变与退火过程中微观组织结构及织构演变的 究［Ｊ］．热加工工艺，２０１０，３９（８）：２６—２８． ［¨］邓超．多晶高纯钽板轧制变形与退火行为研究（Ｄ］．重庆：重 庆大学，２０１４． ［１２ Ｊ储志强．国内外磁控溅射靶材的现状及发展趋势［Ｊ］．金属材料 与冶金工程，２０１１，（４）：４４—４９． 研究［Ｄ］ 重庆：重庆大学，２０１０． ［６］ 罗俊锋，丁照崇，董亭义，等．钌金属溅射靶材烧结工艺研究 ［Ｊ］．粉末冶金工业，２０１２，２２（１）：２８—３１． ［１３］罗俊峰．粉末冶金靶材的制备与应用［Ｊ］．中国金属通报，２０１ｌ， （３１）：４０—４１． ［７］刘贵材，娄燕雄．钽铌译文集［Ｍ］．长沙：中南大学出版社， ２００９．１１８—１５７． ［１４］张青来，贺继弘．粉末冶金高纯铬和铬合金溅射靶材烧结工艺 研究［Ｊ］．金属成型工艺，２００６，２１（６）：８３—８５． ［１５］吕建玲．钽铌资源现状及我国钽铌工业的发展［Ｊ］．环球市场 信息导报，２０１３，ｌ６：ｌ３． ［８１仙田真一郎，福岛笃志．钽溅射靶［Ｐ］．中国专利：１０３０６９０４４ Ａ，２０１３—０４—２４． ［９］Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ａ，Ｍｉｃｈａｌｕｋ，Ｇｉｌｂｅｒｔｓｖｉｌｌｅ，ｅｔ ａ１．Ｐｏｗｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｓｐｕｔ· ｔｃｒｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｓａｍｅ［Ｐ］．ＵＳ：７０６７１９７ Ｂ２， ２００６—０６—２７． ［１６］张春恒，吴红，李桂鹏，等．一种应用于半导体的钽板制备工艺 研究［Ｊ］．材料开发与应用，２０１０，（６）：２９—３２． 收稿日期：２０１６一Ｏ６—２３ ［１０］陈明，朱晓光，王欣平，等．Ｔａ晶粒细化工艺及组织、织构的研 Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｕｒｉｔｙ Ｔａｎｔａｌｕｍ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ ＺＨＥＮＧ Ｊｉｎ—ｆｅｎｇ ， ，ＨＵ Ｂａｉ—ｚｈｉ ’ ，ＹＡＮＧ Ｇｕｏ—ｑｉ ＇ ，ＬＵＯ Ｗｅｎ ＇ ，ＺＨＥＮＧ Ａｉ．ｇｕｏ ’ （１．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｄ厂Ｔａｎｔａｌｕｍ ａｎｄ Ｎｉｏｂｉｕｍ，Ｓｈｉｚｕｉｓｈａｎ ７５３０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎｉｎｇｘｉａ Ｏｒｉｅｎｔ Ｔａｎｔａｌｕｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｚｕｉｓｈａｎ ７５３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｕｒｉｔｙ ｔａｎｔａｌｕｍ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｍａｉｎｌｙ ｆｏｒ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｉｎｇｏｔ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｙ ｇｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔａｎｔａｌｕｍ ｔａｒｇｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｕｒｉｔｙ ｔａｎｔａｌｕｍ ｔａｒｇｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ， ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉ ｇｈ ｐｕｒｉｔｙ ｔａｎｔａｌｕｍ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔａｎｔａｌｕｍ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ；ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｉｎｇｏｔ ｃａｓｔｉｎｇ；ｐｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｍｅｔｈｏｄ；ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒｏｇｒｅｓｓ
