靶材

各種類型的濺射薄膜材料在半導(dǎo)體集成電路(VLSI)、光碟、平面顯示器以及工件的表面涂層等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代以來，濺射靶材及濺射技術(shù)的同步發(fā)展，極大地滿足了各種新型電子元器件發(fā)展的需求。例如，在半導(dǎo)體集成電路制造過程中，以電阻率較低的銅導(dǎo)體薄膜代替鋁膜布線：在平面顯示器產(chǎn)業(yè)中，各種顯示技術(shù)(如LCD、PDP、OLED及FED等)的同步發(fā)展，有的已經(jīng)用于電腦及計(jì)算機(jī)的顯示器制造；在信息存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)中，磁性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量不斷增加，新的磁光記錄材料不斷推陳出新這些都對(duì)所需濺射靶材的質(zhì)量提出了越來越高的要求，需求數(shù)量也逐年增加。

市場(chǎng)概況

日本。就美國(guó)而言．約有50家中小規(guī)模的靶材制造商及經(jīng)銷商，其中最大的公司員工大約有幾百人。不過為了能更接近使用者，以便提供更完善的售后服務(wù)，全球主要靶材制造商通常會(huì)在客戶所在地設(shè)立分公司。近段時(shí)間，亞洲的一些國(guó)家和地區(qū)，如臺(tái)灣．韓國(guó)和新加坡，就建立了越來越多制造薄膜元件或產(chǎn)品的工廠，如IC、液晶顯示器及光碟制造廠。

對(duì)靶材廠商而言，這是相當(dāng)重要的新興市場(chǎng)。中國(guó)靶材產(chǎn)業(yè)發(fā)展也是與日俱增，不斷的擴(kuò)大自己的規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)一線生產(chǎn)制造靶材的品牌已經(jīng)達(dá)到國(guó)外最頂尖的技術(shù)水平。2010年，日本三菱公司就在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)建立了光碟塒靶材的生產(chǎn)基地，可以滿足臺(tái)灣50%的靶材需要。

BCC(BusinessCommunicationsCompany，商業(yè)咨詢公司）最新的統(tǒng)計(jì)報(bào)告指出，全球靶材市場(chǎng)將以8.8%的年平均增長(zhǎng)率（AAGR)在今后的5年內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)，估計(jì)銷售額將從1999年的7.2億美元增加到2004年的11億美元。靶材是一種具有高附加價(jià)值的特種電子材料，主要使用在微電子，顯示器，存儲(chǔ)器以及光學(xué)鍍膜等產(chǎn)業(yè)上，用以濺射用于尖端技術(shù)的各種薄膜材料。BCC的報(bào)告顯示：全球的上述產(chǎn)業(yè)在1999年使用了2.88百萬公斤靶材。換算為面積，則濺射了363百萬平方米的薄膜。而若以單位靶材來計(jì)算，全球在1999年則大約使用了37400單位的靶材。這里所要指出的是，隨著應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的不同，靶材的形狀與大小也有所差異，其直徑從15Gm到3m都有，而上述的統(tǒng)計(jì)資料，則是平均化后的結(jié)果。

眾所周知，靶材材料的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的薄膜技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)息息相關(guān)，隨著應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在薄膜產(chǎn)品或元件上的技術(shù)改進(jìn)，靶材技術(shù)也應(yīng)隨之變化。如Ic制造商．近段時(shí)間致力于低電阻率銅布線的開發(fā)，預(yù)計(jì)未來幾年將大幅度取代原來的鋁膜，這樣銅靶及其所需阻擋層靶材的開發(fā)將刻不容緩。另外，近年來平面顯示器（FPD）大幅度取代原以陰極射線管（CRT）為主的電腦顯示器及電視機(jī)市場(chǎng)．亦將大幅增加ITO靶材的技術(shù)與市場(chǎng)需求。此外在存儲(chǔ)技術(shù)方面。高密度、大容量硬盤，高密度的可擦寫光盤的需求持續(xù)增加．這些均導(dǎo)致應(yīng)用產(chǎn)業(yè)對(duì)靶材的需求發(fā)生變化。下面我們將分別介紹靶材的主要應(yīng)用領(lǐng)域，以及這些領(lǐng)域靶材發(fā)展的趨勢(shì)。

靶材微電子領(lǐng)域

在所有應(yīng)用產(chǎn)業(yè)中，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)靶材濺射薄膜的品質(zhì)要求是最苛刻的。如今12英寸（300衄口）的硅晶片已制造出來．而互連線的寬度卻在減小。硅片制造商對(duì)靶材的要求是大尺寸、高純度、低偏析和細(xì)晶粒，這就要求所制造的靶材具有更好的微觀結(jié)構(gòu)。靶材的結(jié)晶粒子直徑和均勻性已被認(rèn)為是影響薄膜沉積率的關(guān)鍵因素。另外，薄膜的純度與靶材的純度關(guān)系極大，過去99.995%（4N5）純度的銅靶，或許能夠滿足半導(dǎo)體廠商0.35pm工藝的需求，但是卻無法滿足如今0.25um的工藝要求，而未米的0.18um}藝甚至0.13m工藝，所需要的靶材純度將要求達(dá)到5甚至6N以上。銅與鋁相比較，銅具有更高的抗電遷移能力及更低的電阻率，能夠滿足！導(dǎo)體工藝在0.25um以下的亞微米布線的需要但卻帶米了其他的問題：銅與有機(jī)介質(zhì)材料的附著強(qiáng)度低．并且容易發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致在使用過程中芯片的銅互連線被腐蝕而斷路。為了解決以上這些問題，需要在銅與介質(zhì)層之間設(shè)置阻擋層。阻擋層材料一般采用高熔點(diǎn)、高電阻率的金屬及其化合物，因此要求阻擋層厚度小于50nm，與銅及介質(zhì)材料的附著性能良好。銅互連和鋁互連的阻擋層材料是不同的．需要研制新的靶材材料。銅互連的阻擋層用靶材包括Ta、W、TaSi、WSi等．但是Ta、W都是難熔金屬．制作相對(duì)困難，如今正在研究鉬、鉻等的臺(tái)金作為替代材料。

靶材顯示器用

平面顯示器（FPD)這些年來大幅沖擊以陰極射線管(CRT)為主的電腦顯示器及電視機(jī)市場(chǎng)，亦將帶動(dòng)ITO靶材的技術(shù)與市場(chǎng)需求。如今的iTO靶材有兩種．一種是采用納米狀態(tài)的氧化銦和氧化錫粉混合后燒結(jié)，一種是采用銦錫合金靶材。銦錫合金靶材可以采用直流反應(yīng)濺射制造ITO薄膜，但是靶表面會(huì)氧化而影響濺射率，并且不易得到大尺寸的臺(tái)金靶材。如今一般采取第一種方法生產(chǎn)ITO靶材，利用L}IRF反應(yīng)濺射鍍膜．它具有沉積速度快．且能精確控制膜厚，電導(dǎo)率高，薄膜的一致性好，與基板的附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)l。但是靶材制作困難，這是因?yàn)檠趸熀脱趸a不容易燒結(jié)在一起。一般采用ZrO2、Bi2O3、CeO等作為燒結(jié)添加劑，能夠獲得密度為理論值的93%~98%的靶材，這種方式形成的ITO薄膜的性能與添加劑的關(guān)系極大。日本的科學(xué)家采用Bizo作為添加劑，Bi2O3在820Cr熔化，在l500℃的燒結(jié)溫度超出部分已經(jīng)揮發(fā)，這樣能夠在液相燒結(jié)條件下得到比較純的ITO靶材。而且所需要的氧化物原料也不一定是納米顆粒，這樣可以簡(jiǎn)化前期的工序。采川這樣的靶材得到的ITO薄膜的屯阻率達(dá)到8．1×10n-cm，接近純的ITO薄膜的電阻率。FPD和導(dǎo)電玻璃的尺寸都相當(dāng)火，導(dǎo)電玻璃的寬度甚至可以達(dá)到3133_，為了提高靶材的利用率，開發(fā)了不同形狀的ITO靶材，如圓柱形等。2000年，國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部在《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域指南》中，ITO大型靶材也列入其中。

靶材存儲(chǔ)用

在儲(chǔ)存技術(shù)方面，高密度、大容量硬盤的發(fā)展，需要大量的巨磁阻薄膜材料，CoF~Cu多層復(fù)合膜是如今應(yīng)用廣泛的巨磁阻薄膜結(jié)構(gòu)。磁光盤需要的TbFeCo合金靶材還在進(jìn)一步發(fā)展，用它制造的磁光盤具有存儲(chǔ)容量大，壽命長(zhǎng)，可反復(fù)無接觸擦寫的特點(diǎn)。如今開發(fā)出來的磁光盤，具有TbFeCo/Ta和TbFeCo/Al的層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，TbFeCo/AI結(jié)構(gòu)的Kerr旋轉(zhuǎn)角達(dá)到58，而TbFeCofFa則可以接近0.8。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，低磁導(dǎo)率的靶材高交流局部放電電壓l抗電強(qiáng)度。

基于鍺銻碲化物的相變存儲(chǔ)器(PCM)顯示出顯著的商業(yè)化潛力,是NOR型閃存和部分DRAM市場(chǎng)的一項(xiàng)替代性存儲(chǔ)器技術(shù)，不過,在實(shí)現(xiàn)更快速地按比例縮小的道路上存在的挑戰(zhàn)之一,便是缺乏能夠生產(chǎn)可進(jìn)一步調(diào)低復(fù)位電流的完全密閉單元。降低復(fù)位電流可降低存儲(chǔ)器的耗電量,延長(zhǎng)電池壽命和提高數(shù)據(jù)帶寬,這對(duì)于當(dāng)前以數(shù)據(jù)為中心的、高度便攜式的消費(fèi)設(shè)備來說都是很重要的特征。

材質(zhì)分類

• 金屬靶材

鎳靶Ni、鈦靶Ti、鋅靶Zn、鉻靶Cr、鎂靶Mg、鈮靶Nb、錫靶Sn、鋁靶Al、銦靶In、鐵靶Fe、鋯鋁靶ZrAl、鈦鋁靶TiAl、鋯靶Zr、鋁硅靶AlSi、硅靶Si、銅靶Cu、鉭靶Ta、鍺靶Ge、銀靶Ag、鈷靶Co、金靶Au、釓靶Gd、鑭靶La、釔靶Y、鈰靶Ce、不銹鋼靶、鎳鉻靶NiCr、鉿靶Hf、鉬靶Mo、鐵鎳靶FeNi、鎢靶、W等。

• 陶瓷靶材

ITO靶、氧化鎂靶、氧化鐵靶、氮化硅靶、碳化硅靶、氮化鈦靶、氧化鉻靶、氧化鋅靶、硫化鋅靶、二氧化硅靶、一氧化硅靶、氧化鈰靶、二氧化鋯靶、五氧化二鈮靶、二氧化鈦靶、二氧化鋯靶，、二氧化鉿靶，二硼化鈦靶，二硼化鋯靶，三氧化鎢靶，三氧化二鋁靶五氧化二鉭，五氧化二鈮靶、氟化鎂靶、氟化釔靶、硒化鋅靶、氮化鋁靶，氮化硅靶，氮化硼靶，氮化鈦靶，碳化硅靶，鈮酸鋰靶、鈦酸鐠靶、鈦酸鋇靶、鈦酸鑭靶、氧化鎳靶、濺射靶材等。

• 合金靶材

鐵鈷靶FeCo、鋁硅靶AlSi、鈦硅靶TiSi、鉻硅靶CrSi、鋅鋁靶ZnAl、鈦鋅靶材TiZn、鈦鋁靶TiAl、鈦鋯靶TiZr、鈦硅靶TiSi、鈦鎳靶TiNi、鎳鉻靶NiCr、鎳鋁靶NiAl、鎳釩靶NiV、鎳鐵靶NiFe等。

磁控濺射靶材

1）磁控濺射原理：

在被濺射的靶極（陰極）與陽(yáng)極之間加一個(gè)正交磁場(chǎng)和電場(chǎng)，在高真空室中充入所需要的惰性氣體（通常為Ar氣），永久磁鐵在靶材料表面形成250～350高斯的磁場(chǎng)，同高壓電場(chǎng)組成正交電磁場(chǎng)。在電場(chǎng)的作用下，Ar氣電離成正離子和電子，靶上加有一定的負(fù)高壓，從靶極發(fā)出的電子受磁場(chǎng)的作用與工作氣體的電離幾率增大，在陰極附近形成高密度的等離子體，Ar離子在洛侖茲力的作用下加速飛向靶面，以很高的速度轟擊靶面，使靶上被濺射出來的原子遵循動(dòng)量轉(zhuǎn)換原理以較高的動(dòng)能脫離靶面飛向基片淀積成膜。磁控濺射一般分為二種：直流濺射和射頻濺射，其中直流濺射設(shè)備原理簡(jiǎn)單，在濺射金屬時(shí)，其速率也快。而射頻濺射的使用范圍更為廣泛，除可濺射導(dǎo)電材料外，也可濺射非導(dǎo)電的材料，同時(shí)還可進(jìn)行反應(yīng)濺射制備氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射頻的頻率提高后就成為微波等離子體濺射，如今，常用的有電子回旋共振(ECR）型微波等離子體濺射。

2）磁控濺射靶材種類：

金屬濺射鍍膜靶材，合金濺射鍍膜靶材，陶瓷濺射鍍膜靶材，硼化物陶瓷濺射靶材，碳化物陶瓷濺射靶材，氟化物陶瓷濺射靶材，氮化物陶瓷濺射靶材，氧化物陶瓷靶材，硒化物陶瓷濺射靶材，硅化物陶瓷濺射靶材，硫化物陶瓷濺射靶材，碲化物陶瓷濺射靶材，其他陶瓷靶材，摻鉻一氧化硅陶瓷靶材（Cr-SiO），磷化銦靶材（InP），砷化鉛靶材（PbAs），砷化銦靶材（InAs）。

鋁靶材有平面鋁靶材和旋轉(zhuǎn)鋁靶材之分

平面鋁靶材是片狀的，有圓形、方形等。

旋轉(zhuǎn)鋁靶材是管狀的，利用效率高，但不易加工，要通過高純鋁擠壓、拉伸、校直熱處理，機(jī)加工等多種加工工序才能最終制得鋁旋轉(zhuǎn)靶材成品。