半導體磁控濺射用高純鉭靶材加工流程為通過鑄造制備成分合格的錠材，形狀根據鑄造模具，為不同直徑的圓柱形，然后對錠材進行切片，對圓片進行變形與熱處理，控制其晶粒度和晶粒取向，晶粒取向是影響濺射出的薄膜性能（電阻以及厚度均勻性）的關鍵參數(shù)，因此變形與熱處理是靶材生產非常關鍵的工序。對經過了塑性變形和熱處理的鉭靶坯與背板進行焊接，之后進行機械加工成匹配濺射機臺的尺寸形狀，然后檢測、清洗包裝出貨，整個鉭靶生產流程如圖1所示。

圖1 鉭靶制作流程圖

目前主要用熔煉鑄造和粉末冶金的方法制備出高純鉭材料。熔煉鑄造法是用真空電弧熔煉、等離子熔煉或者電子束熔煉來制備鉭鑄錠。其優(yōu)點是靶材純度高、氣體元素含量低、致密度高且可大批量制造，其缺點是對密度與熔點差異較大的兩種或兩種以上金屬，普通的熔煉法比較難以獲得成分均勻的材料。相比于熔煉鑄造法，粉末冶金的方法更容易制備出細小均勻的組織，粉末冶金制備的鉭產品有著微觀組織均勻、織構均勻性較好等優(yōu)點而廣泛使用，但是缺點是雜質含量高、致密度低，而集成電路用的靶材對于純度以及致密度有著極高的要求，因此粉末冶金制備的鉭材料無法應用于半導體集成電路產業(yè)。實際生產中通常采用電子束熔煉并輔以軋制與熱處理方式獲得不同生產要求的鉭產品。電子束熔煉法具有良好的除雜凈化能力，可以使鉭材料中的雜質含量如氧和氮降低到150 wt-ppt以下水平。現(xiàn)在通過電子束熔煉的方法可制備出99.999%（5N）的高純度鉭。鉭靶材背板采用黃銅材料（CuZn標準牌號C46400），成分表如表1。

靶坯焊接面進行0.45×0.15mm毛化處理，與背板用不銹鋼包套進行真空密封，密封后放入熱等靜壓（HIP）腔體，焊接溫度與時間分別為750℃、5h，焊接最大壓力為115MPa。焊接結果評價方式為超聲波無損探傷檢測焊接結合率，焊接結合率要求99%以上。靶材在焊接后，到成品之前，需要經過精密的外形尺寸機械加工，其加工精度需0.1mm以下，使靶材的表面平面度以及表面質量符合半導體磁控濺射的要求。對尺寸較大的靶材進行機械加工時容易出現(xiàn)變形等問題，從而引起靶材的表面平整度、平面度以及表面粗糙度等較差，從而影響濺射性能。尺寸較大的鉭靶材（300mm晶圓用鉭靶最大外徑尺寸為524mm），需要在大型的加工車床或者是加工中心設備上進行精密的機加工，具體工藝如下：

鉭材料在高溫的狀態(tài)下容易發(fā)生表面氧化的問題，因此在機械加工的過程中，加工刀具與鉭材料接觸時的熱量盡可能的少，在這個前提下，要求加工時的進刀量需要減少，一般進給量在300mm每分鐘以下，吃刀量在0.03mm以下，靶材濺射面的表面粗糙度Ra在0.5μm以下，以保證靶材在濺射初期的濺射性能。

相關鏈接