半導(dǎo)體制造材料(1)-濺射靶材

合明科技發(fā)布時(shí)間：2023-08-01 ?? 2690 Tags：半導(dǎo)體制造材料濺射靶材半導(dǎo)體清洗

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(guān)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(tǒng)材料行業(yè)高，一般要求如，尺寸、平整度、純度、各項(xiàng)雜質(zhì)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(dǎo)磁率、超高密度與超細(xì)晶粒等等。

今天小編給大家科普以下半導(dǎo)體制造材料之一濺射靶材的相關(guān)知識(shí)，希望能對(duì)您有所幫助！

1、濺射原理

濺射過程：真空狀態(tài)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(dòng)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(gòu)成，其中，靶坯是高速離子束流轟擊的目標(biāo)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(yè)俗稱綁定技術(shù)）進(jìn)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(dǎo)電、導(dǎo)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(fā)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(diǎn)是基板必須是導(dǎo)電材料，并且鍍膜時(shí)基板的溫度會(huì)升高到攝氏幾百度，上述的缺點(diǎn)使離子鍍的應(yīng)用受到很大的限制。目前，濺射是制備薄膜材料的主要技術(shù)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(yīng)用

根據(jù)化學(xué)成分的不同，靶材可分為單質(zhì)金屬靶材、合金靶材和陶瓷化合物靶材三種。單質(zhì)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(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可以主要分為半導(dǎo)體芯片靶材、平板顯示靶材、太陽能電池靶材、信息存儲(chǔ)靶材、電子器件靶材等。各應(yīng)用領(lǐng)域使用的靶材種類不同，對(duì)性能的要求也不盡相同。其中，半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)Π胁囊笞罡?。?duì)濺射靶材的金屬材料純度、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等方面都設(shè)定了極其苛刻的標(biāo)準(zhǔn)，需要掌握生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)并經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐才能制成符合工藝要求的產(chǎn)品。因此，半導(dǎo)體芯片對(duì)濺射靶材的要求是最高的，價(jià)格也最為昂貴。

圖3. 各應(yīng)用領(lǐng)域靶材分類及性能要求

根據(jù)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(jié)法三種方法，通過將各種原料粉混合再燒結(jié)成形的方式得到靶材，該方法優(yōu)點(diǎn)是靶材成分較為均勻、機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、節(jié)約原材料成本，缺點(diǎn)是含氧量量高、密度低。熔融鑄造法主要有真空感應(yīng)熔煉、真空電弧熔煉、真空電子束熔煉等方法，通過機(jī)械加工將熔煉后的鑄錠制備成靶材，該制造方法的優(yōu)點(diǎn)是靶材雜質(zhì)含量低、密度高、可大型化，缺點(diǎn)是對(duì)兩種合金密度相似度要求高、較難做到成分均勻化。