What are the characteristics of high-quality sputtering targets?

PVD（Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積）科技是製備薄膜資料的主要科技之一。 它利用物理方法在真空條件下將某種資料蒸發成氣態原子、分子或部分電離成離子，並通過低壓氣體（或电浆）。該過程是在基材表面沉積具有抗反射、反射、保護、導電、磁性、絕緣、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、裝潢等特殊功能的薄膜資料的科技。 濺射塗層和蒸發塗層是現時最主流的兩種PVD塗層方法。 用於製備薄膜資料的物質稱為PVD塗層材料。 現時，最主流的兩種PVD塗層材料是濺射靶材和蒸發資料。 該濺射鍍膜工藝具有良好的重複性，膜厚可控，可以在大面積的基材上獲得厚度均勻的薄膜。 所製備的薄膜具有純度高、緻密性好、與基材結合性强的優點。 它已經成為製備薄膜資料的主要科技之一。 各種類型的濺射薄膜資料已經被廣泛使用。 囙此，對具有高附加值的功能資料濺射靶材的需求逐年增加。 濺射靶材也已成為市場上使用最廣泛的PVD塗層材料。 本文著重介紹了濺射靶材的一般特性以及高品質濺射靶材所具有的優勢。

1.濺射靶材的一般特性

濺射靶材是製備薄膜的主要資料之一。 它具有高純度、高密度、多組分、晶粒均勻的特點。 它通常由靶坯和背板組成。 靶坯是濺射靶的核心部件，是高速離子束轟擊的靶資料。 靶被離子撞擊後，其表面的原子被濺射出來並沉積在襯底上，形成電子膜。 由於靶材需要在高電壓、高真空的機器環境中完成濺射過程，囙此靶材坯料需要通過不同的焊接工藝與背板結合。 背板主要起到固定濺射靶坯的作用。 它需要具有良好的導電性和導熱性。 濺射靶材主要用於集成電路、平板顯示器、太陽能電池、記錄介質、智慧玻璃等。通常，靶材的純度和穩定性都很高。 隨著電子技術和薄膜科技反覆運算陞級的快速發展，市場對高品質濺射靶材的需求正以每年近15%的速度快速增長。 高品質濺射靶材的明顯發展趨勢是：4N級以上的高純度/超高純度金屬，高濺射速率，可控的晶粒/晶體取向，大尺寸。


2.濺射靶的類型和分類

（1）根據靶材的化學成分和資料，濺射靶材可分為金屬/非金屬元素靶材、合金靶材、陶瓷/化合物靶材等。

（2）根據目標形狀的不同，主要有長目標、方形目標、圓形目標和管狀目標。

（3）按應用領域分類，主要包括電晶體靶材、平板顯示器靶材、太陽能電池靶材等。

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3.濺射靶材的主要應用領域及科技要求

高純濺射靶材主要應用於平板顯示器、資訊存儲、太陽能電池和晶片四個領域，占比94%。 其中，晶片領域，即半導體行業，對靶材的要求最為嚴格和苛刻。 銅、鋁、鉬和ITO靶材是最常見和應用最廣泛的靶材。

1）晶片欄位

“晶片”是靶材的首要應用領域。 主要用於“晶圓製造”和“晶片封裝”兩個環節。 在晶圓製造環節，它主要用於金屬濺射，在晶片封裝環節，它經常被用作SMT。 接合線的塗層。 晶片靶材是製造集成電路的關鍵原材料，也是科技要求最高的靶材。 它需要確保超高純度、高精度尺寸和高集成度，囙此選擇的資料大多是高純度銅、高純度鋁和高純度鈦.html>鈦.、高純度鉭、高純度鎢、銅錳合金等，集成電路晶片通常需要5N5以上的目標純度。 電介質層、導體層和保護層也必須使用純度在5N以上的靶材濺射塗層。 先進的制造技術需要更高純度的金屬。

選擇電晶體晶片的金屬濺射靶的目的是使金屬絲s在晶片上傳輸資訊。 首先，利用高速離子電流在高真空條件下轟擊不同類型金屬濺射靶的表面，使各種靶表面的原子一層一層地沉積在電晶體晶片表面，然後通過一種特殊的處理科技，將沉積在晶片表面的金屬膜蝕刻成納米級的金屬線，連接晶片內部數億個微型電晶體傳輸訊號。

隨著資訊技術的飛速發展，對集成電路的要求越來越高。 電路中單元器件的尺寸不斷縮小，元件的尺寸從毫米級到微米級，再到納米級。 每個單元器件的內部由襯底、絕緣層、電介質層、導體層和保護層組成。

靶材在晶片生產過程中的應用

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其中，電介質層、導體層和保護層被濺射並塗覆有純度為5N或以上的靶材，這是製備集成電路的覈心之一。 集成電路領域中的塗層靶材主要包括鋁靶材、銅靶材等，鈦靶s、鉭靶和鎢靶。 純度要求一般在5N（99.999%）以上。 鋁靶的純度通常在5N5（99.9995%）以上。 囙此，晶片靶相對來說是最昂貴的。

晶片靶標具有品種多、門檻高、研發定制化等特點。 晶片靶材的主要類型包括：（1）高純度濺射靶材，如銅、鉭、鋁、鈦、鈷和鎢； （2）合金濺射靶材，如鎳鉑、鎢鈦等。正是因為晶片靶材使用的金屬材料種類繁多，實際純化、加工和焊接工藝的科技門檻非常高，需要定制化的研發突破。

晶片靶資料主要是銅、鉭、鋁和鈦，用於構建集成電路中的電路互連導體。 “銅和鉭”的先進工藝可以降低功耗，提高計算速度。 110nm以上的“鋁鈦”可以保證晶片的可靠性和抗干擾效能，如：快閃記憶體晶片、處理器晶片、電源管理、感測器晶片。 除了使用“銅”作為導線和“鉭”作為阻擋層，現時14nm和28nm晶圓科技節點還使用大量的“鈦”作為高介電常數電介質金屬柵極科技的主要資料，使用“鋁”作為晶圓焊盤工藝的主要資料。 總體而言，晶片的使用越來越廣泛，晶片市場需求正經歷爆發式增長，這也將推動行業中四種主流薄膜金屬材料的使用：鋁、鈦、鉭和銅。

多品種、大尺寸、5N級高純度是晶片靶材科技未來的發展趨勢。 隨著大尺寸晶圓在晶片中的逐步應用，靶材也在向大尺寸方向發展。 同時，隨著靶材尺寸的新增，控制靶材晶粒方向的難度呈指數級新增。 在濺射過程中，濺射靶中的原子很容易沿特定方向濺射出去，而濺射靶的晶體取向會影響濺射速率和濺射膜的均勻性，最終決定產品的質量。 囙此，獲得具有一定晶體取向的靶結構是至關重要的。 然而，在濺射靶內部獲得一定的晶體取向是非常困難的。 有必要根據濺射靶的結構特徵使用不同的成型方法，並進行重複的塑性變形和熱處理過程來控制它。

當濺射靶被高速離子束轟擊時，存在於濺射靶的內部空隙中的氣體突然釋放，導致大尺寸的濺射靶顆粒飛濺。 這些顆粒的出現將减少濺射膜。 品質問題甚至可能導致產品報廢。 例如，在極其大規模的集成電路製造過程中，每150毫米直徑的矽片允許的顆粒數量必須小於30個。 囙此，為了滿足電晶體中對更高精度和更小尺寸的納米級工藝的需求，所需濺射靶材的純度不斷提高，甚至達到99.9999%（6N）以上的純度。

2）平板顯示領域

平板顯示器主要包括液晶顯示器（LCD）、电浆顯示器（PDP）、電致發光顯示器（EL）、場發射顯示器（FED）、有機發光二極體顯示器（OLED）和在LCD基礎上開發的觸控式螢幕（TP）。） 展示產品。 其中，市場應用主要是液晶顯示器。 平板顯示靶材的原材料包括高純度鋁、銅、鉬等，以及錫摻雜氧化銦（ITO靶材）。 對平板顯示目標的科技要求也相對較高。 它們需要高資料純度、大面積和良好的組織均勻性。 通常使用純度大於5N的鋁靶。 塗層是現代平板顯示器行業的基本環節。 為了確保大面積膜層的均勻性，提高生產率並降低成本，幾乎所有類型的平板顯示裝置都使用大量的塗層材料來形成各種功能膜。 PVD塗層材料主要是濺射靶材。 平板顯示器的許多效能，如分辯率和透光率，都與濺射膜的效能密切相關。

平板顯示器行業主要使用PVD塗層材料生產顯示面板和觸控式螢幕面板。 其中，在平板顯示面板的生產過程中，需要對玻璃基板進行多次濺射和塗覆，形成ITO玻璃，然後對其進行塗覆、加工和組裝，以生產LCD面板、PDP面板、OLED面板等。觸控式螢幕的生產還需要對ITO玻璃進行加工、塗覆，形成電極s、然後與防護屏和其他部件組裝在一起。 此外，為了實現平板顯示產品的防反射、消影等功能，還可以在鍍膜工藝中加入相應膜層的鍍膜。

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4.濺射靶材產業鏈分佈及優質濺射靶材需求趨勢

濺射靶材產業鏈基本呈金字塔狀分佈，主要包括金屬提純、靶材製造、濺射鍍膜和終端應用四個環節。 其中，金屬提純和靶材製造是電子行業最重要的基礎原材料環節，而濺射鍍膜是整個產業鏈中科技要求最高的環節，因為濺射膜的質量對下游產品的質量有著重要影響。 終端應用環節是整個產業鏈中面積最大的領域，如上述電晶體晶片、平板顯示器、太陽能電池等領域。

上游金屬淨化主要從普通工業級原料開始。 一般來說，工業級金屬的純度可以達到99.8%。 濺射靶需要達到至少99.95%的純度。 用於製造晶片的電晶體級高品質資料濺射靶材甚至需要99.99~999.9999%（4N~6N）的純度。 靶材制造技術首先需要根據下游應用領域的效能要求進行工藝設計，然後經過反復的塑性變形和熱處理以控制晶粒和晶體取向等關鍵名額，然後經過水切割、機械加工、金屬化、超聲波檢測、超聲波清洗等工藝。 濺射靶材的製造過程是精細而複雜的。 工藝管理和制造技術水准將直接影響濺射靶材的質量和產率。 該環節是濺射靶材產業鏈中對生產設備和科技工藝要求最高的環節。 濺射薄膜的質量對下游薄膜產品的質量有重要影響。