如何制作溅射靶材？高性能靶材制造完整指南

制作溅射靶材是一个精确、多阶段的制造过程，远不止简单地塑造一块金属。它始于采购异常纯净的原材料，然后将其固结成致密的固体形式。这个固体坯料经过机械加工达到精确规格，键合到散热背板上，然后经过细致的清洁和包装，以防止在使用前受到污染。

溅射靶材的质量并非由单一环节决定，而是由一系列精密工艺构成。从原材料纯度到最终键合，每个阶段都经过精心设计，以确保在真空室的严苛环境中实现最大的沉积效率、薄膜纯度和稳定性。

基础：材料纯度

溅射过程以原子级别将材料从靶材转移到基板上。靶材中存在的任何杂质，无论是杂散元素还是氧化物，都有可能被转移到薄膜中，从而损害其电学、光学或机械性能。

从高纯度材料开始是不可协商的第一步。

靶材纯度通常用“N”表示。例如，“4N”纯度表示99.99%纯，而“5N5”表示99.9995%纯。所需的纯度水平完全取决于最终应用的敏感性，其中半导体和光学涂层要求最高等级。

金属靶材最常用的方法是在真空或惰性气体环境中熔炼高纯度原材料（锭、颗粒或粉末）。这可以防止材料与氧气或其他大气污染物发生反应。然后将熔融材料浇铸到模具中，以形成致密的固体“坯料”。

陶瓷或其他不易熔化的脆性材料通常由高纯度粉末制成。粉末被装入石墨模具中，同时承受巨大的压力和高温。这个过程，称为热压或热等静压 (HIP)，将粉末烧结成完全致密的固体形式。

无论采用何种方法，主要目标是制造出密度尽可能高的靶材坯料，理想情况下接近材料理论密度的100%。低密度区域或空隙会导致溅射不均匀、颗粒产生和过程中电弧放电。

溅射过程的热效率很低。离子轰击在靶材中产生巨大的热量。如果这些热量不能有效散发，靶材可能会过热，导致翘曲、开裂或微观结构变化，所有这些都会干扰沉积过程。

为了解决这个问题，加工好的靶材被键合到背板上，背板通常由高导热材料制成，例如无氧铜 (OFC)。最常见的键合方法是使用一层薄薄的铟合金。靶材和背板在真空中加热，使铟熔化并形成均匀、无空隙的键合，确保优异的导热性。

适当的键合是靶材寿命和性能最重要的因素。它允许冷却水通过溅射枪（磁控管）中的通道，通过背板有效地将热量从靶材表面带走。

一些坚固的金属材料可以制成单件或“整体式”，其中靶材和安装特征从一块材料上加工出来。然而，对于绝大多数材料，尤其是陶瓷或贵金属，键合组件是标准做法，因为它可以节省昂贵的材料并确保卓越的热管理。

即使是完美制造的靶材也需要调节。当安装新的靶材时，微观表面氧化物和吸附气体可能会导致不稳定和电弧放电。如参考文献所述，“烧结”过程涉及以低功率运行靶材并逐渐提高功率。这会轻轻溅射掉初始表面层，使靶材稳定下来以进行一致的加工。

最后一步是多阶段清洁过程，以去除机械加工和键合过程中产生的任何油污或残留物。然后对靶材进行质量检查，并用洁净室级包装进行真空密封，以防止在到达您手中之前再次氧化。

最终，了解溅射靶材的制造方式使您能够选择正确的组件并精确地排除沉积过程中的故障。