半導體制造材料(1)-濺射靶材

靶材是薄膜沉積PVD工藝中濺射工藝的源頭材料，又稱濺射靶材，是制備晶圓、顯示面板、太陽能電池等表面電子薄膜的關鍵材料。濺射靶材有金屬，合金，陶瓷化合物等。

濺射靶材的要求較傳統材料行業高，一般要求如，尺寸、平整度、純度、各項雜質含量、密度、N/O/C/S、晶粒尺寸與缺陷控制；較高要求或特殊要求包含：表面粗糙度、電阻值、晶粒尺寸均勻性、成份與組織均勻性、異物（氧化物）含量與尺寸、導磁率、超高密度與超細晶粒等等。 

今天小編給大家科普以下半導體制造材料之一濺射靶材的相關知識，希望能對您有所幫助！

1、濺射原理

濺射過程：真空狀態下，用加速的離子(Ar離子)轟擊靶材表面，離子和表面表面原子交換動量，使固體表面的原子離開靶材并沉積在基底表面形成所需要的薄膜，這一過程稱為濺射。靶材主要由靶坯、背板等部分構成，其中，靶坯是高速離子束流轟擊的目標材料，屬于濺射靶材的核心部分。靶坯需要與背板通過不同的焊接工藝（行業俗稱綁定技術）進行接合，背板起到主要起到固定濺射靶材的作用，且需要具備良好的導電、導熱性能。

圖1. 濺射鍍膜原理

PVD 鍍膜目前主要有三種形式， 分別是濺射鍍膜、蒸發鍍膜以及離子鍍膜。綜合而言， 蒸鍍薄膜的密度最差，鍍膜的附著力也最差，但是鍍膜速率最快。離子鍍不但密度最高、晶粒最小，而且鍍膜與基板的附著力也是三種鍍膜中最大的，只是離子鍍膜最大的缺點是基板必須是導電材料，并且鍍膜時基板的溫度會升高到攝氏幾百度，上述的缺點使離子鍍的應用受到很大的限制。目前，濺射是制備薄膜材料的主要技術之一，用濺射靶材沉積的薄膜致密度高，與基材之間的附著性好。

2、靶材種類及應用

根據化學成分的不同，靶材可分為單質金屬靶材、合金靶材和陶瓷化合物靶材三種。單質金屬靶材包括純金屬鋁、鈦、銅等；合金靶材包括鎳鉻合金和鎳鈷合金等；陶瓷化合物靶材包括氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等。

圖2. 靶材分類

根據應用領域的不同，可以主要分為半導體芯片靶材、平板顯示靶材、太陽能電池靶材、信息存儲靶材、電子器件靶材等。各應用領域使用的靶材種類不同，對性能的要求也不盡相同。其中，半導體領域對靶材要求最高。對濺射靶材的金屬材料純度、內部微觀結構等方面都設定了極其苛刻的標準，需要掌握生產過程中的關鍵技術并經過長期實踐才能制成符合工藝要求的產品。因此，半導體芯片對濺射靶材的要求是最高的，價格也最為昂貴。

圖3. 各應用領域靶材分類及性能要求

根據靶材制造工藝的不同，可分為粉末冶金法和熔融鑄造法。粉末冶金法主要有熱等靜壓法、熱壓法、冷壓-燒結法三種方法，通過將各種原料粉混合再燒結成形的方式得到靶材，該方法優點是靶材成分較為均勻、機械性能好、生產效率高、節約原材料成本，缺點是含氧量量高、密度低。熔融鑄造法主要有真空感應熔煉、真空電弧熔煉、真空電子束熔煉等方法，通過機械加工將熔煉后的鑄錠制備成靶材，該制造方法的優點是靶材雜質含量低、密度高、可大型化，缺點是對兩種合金密度相似度要求高、較難做到成分均勻化。

圖4 2020年全球(左)及中國(右)靶材市場結構

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