1. 合肥工业大学 a. 材料科学与工程学院， b. 高性能铜合金材料及成形加工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230009；
2. 中南大学 粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙 410083
潘亚飞，黄蕾，张久兴. 溅射用难熔金属靶材的制备及再制造工艺研究进展［J］. 中国粉体技术，2025，31（5）：1-14.
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DOI：10.13732/j.issn.1008-5548.2025.05.004
收稿日期：2024-09-20，修回日期：2024-11-21，上线日期：2025-05-06。
基金项目：国家重点研发计划项目，编号：2018YFC1901703；中央高校基本科研业务费专项资金资助，编号：JZ2023HGQB0163、PA2022GDGP0029、PA2023GDGP0042；中南大学粉末冶金国家重点实验室资助项目，编号：Sklpm-KF-005。
第一作者简介：潘 亚 飞（1991—），男 ，副 教 授 ，博 士 ，硕 士 生 导 师 ，研 究 方 向 为 难 熔 金 属 及 硬 质 合 金 的 设 计 与 制 备 。 E-mail：pan2018@hfut. edu. cn。
通信作者简介：张久兴（1962—），男，教授，博士，博士生导师，教育部长江学者，研究方向为放电等离子烧结新技术新材料研究及产业化应用。E-mail：zjiuxing@hfut. edu. cn。
摘要：【目的】 为了探讨难熔金属靶材在半导体行业的应用现状，分析其制备工艺，并预测未来的发展趋势。【研究现状】梳理在靶材制备过程中，致密度、纯度、晶粒尺寸和结晶取向等关键因素对靶材性能的影响，总结粉末冶金技术（热压、热等静压、冷等静压、放电等离子烧结等）和熔炼技术（电子束熔炼、电弧熔炼等）在难熔金属靶材制备中的应用。阐述靶材回收技术和原位修复技术的研究进展和应用前景。【结论与展望】难熔金属靶材的未来发展正朝着以下几个关键方向迈进：追求更高的纯度和均匀性，实现更大的尺寸和更高的平整度，开发新型制备技术，以及优化回收与再利用流程，这些进步将为半导体行业带来更高的效率，提供可持续的发展路径。
关键词：溅射靶材；难熔金属；制备技术；回收及再制造
Significance The semiconductor industry， as a pillar of the national economy and a strategic cornerstone， is facing new development opportunities with breakthroughs in third-generation semiconductor technologies. In this process， chip manufacturing processes and the material supply chain have become the keys to promote industry progress. Refractory metal targets， such as tungsten （W） and molybdenum （Mo）， are indispensable for the manufacturing of semiconductor integrated circuits due to their excellent physical and chemical properties. These materials， prepared as functional thin films through sputtering， are widely applied in several key areas of electronic information industries. However， a significant challenge lies in the low utilization rates of high-purity sputtering targets， typically below 30% for planar targets and under 70% for rotating targets. Consequently， recycling and reusing spent targets after sputtering not only have considerable economic benefits but also contribute significantly to environmental protection.
Progress This study reviews the current application status of refractory metal targets in the semiconductor industry， analyzes their preparation processes， and predicts future development trends. Refractory metal sputtering targets are generally produced using two major methods： melting technologies and powder metallurgy. Melting technologies such as electron beam melting and arc melting are commonly used for tantalum （Ta） and niobium （Nb） targets， while tungsten （W） and molybdenum （Mo） targets are predominantly prepared through powder metallurgy. Especially for alloys with significant differences in density and melting points， powder metallurgy ensures the uniformity of the target’s structure and composition. Methods such as hot pressing （including vacuum and inert gas）， hot isostatic pressing， cold isostatic pressing， and spark plasma sintering are commonly used to achieve full densification. Moreover， this study analyzes in detail the influence of key factors such as density， purity， grain size， and crystal orientation on target properties. The use of high-purity powder raw materials is crucial， as impurities can degrade electrical and optical properties， impacting device performance. Current technologies for preparing high-purity refractory metal powders mainly include physical-chemical methods， plasma spheroidization， atomization， and plasma rotating electrode methods， with atomization emerging as the mainstream process. This study also explored the recycling and remanufacturing technologies for waste targets. High-purity target recovery primarily involves electron beam vacuum remelting or converting spent targets into high-purity powder. However， these methods could increase cost and lead to material loss. In addition， during converting， impurities may be introduced， potentially compromising the purity of remanufactured targets. Compared to the recycling process， remanufacturing process， which involves filling etched area with the same material without soldering has minimal material loss， lower costs， and better preservation of target properties. Spark plasma sintering， as an efficient sintering and bonding technique， has been successfully applied in the remanufacturing process of targets such as W， Mo， W−10%Ti， W−30%Si， and Mo−10%Nb.
Conclusions and prospects The development of refractory metal targets is expected to focus on the following key areas：1） High purity and high uniformity： As integrated circuit feature sizes shrink， the demand for higher purity and uniformity in targets increases. 2） Large size and high flatness： To meet the requirements for processing large-sized silicon wafers， improving the size and surface flatness of targets is crucial. 3） Innovation of preparation technology： Continuous improvement and innovation of preparation technologies， such as powder metallurgy， hot pressing， spark plasma sintering， and spray melting， will improve target performance and reduce manufacturing costs. 4） Recycling and remanufacturing： Adapting to increasingly strict environmental regulations and maximizing cost-effectiveness make recycling and remanufacturing key industry priorities. With growing investments from domestic enterprises and research institutes， China will make great progress in the research and preparation of high-purity refractory metal targets. With these advancements， China will reduce its dependence on imported targets， increase the market share of domestic target materials， and bolster China’s electronic materials industry to rival and surpass the levels of developed countries.
Keywords：sputtering target； refractory metal； preparation technology； recycling and remanufacturing
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