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陶瓷靶材——芯片的灵魂

来源：世展网分类：陶瓷行业资讯 2023-02-01 17:04 阅读：4513

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展会结束

在半导体产业链里面，一个小而美的材料，那就是靶材。从名称中不难理解，靶材就是要被射中的靶，但是这里我们所说的靶材并不是射箭的那个靶材，而是高速核能粒子，通过不同的靶材，就可得到不同的膜系。虽然靶材并不像硅片或者光刻胶一样显眼，但是作用不可小觑。

什么是靶材？

不少人可能对靶材比较陌生，可是它却早早潜伏在你的生活中，比如我们形影不离的手机。芯片是手机的灵魂，那我们这里所说的靶材就是芯片的灵魂，芯片上有很多密密麻麻的金属线，这些金属线并不是人工焊上去的，而是必须要高纯度的金属靶材，通过溅射的方式完成。溅射是制备薄膜材料的主要技术，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。

溅射靶材的种类

溅射靶材的种类相当多，即使相同材质的靶材又有不同的规格。

按照形状分类，长靶、方靶、圆靶
按照成分分类，金属靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材

陶瓷化合物靶材根据化学组成及应用的组成分类，也是今天要讲的重点。

按照应用分类，分为半导体关联陶瓷靶材、显示陶瓷靶材、磁记录陶瓷靶材、光记录陶瓷靶材、超导陶瓷靶材、巨磁电阻陶瓷靶材等。
按化学组成，可分为氧化物陶瓷靶材、硅化物陶瓷靶材、氮化物陶瓷靶材、氟化物陶瓷靶材和硫化物陶瓷靶材等。其中平面显示ITO陶瓷靶材国内已广泛生产应用。

陶瓷靶材的应用

1、ITO陶瓷靶材ITO（氧化铟锡）靶材是溅射靶材中陶瓷靶材（化合物靶材）的一种，在显示靶材中占比将近50%。ITO靶材就是将氧化铟和氧化锡粉末按一定比例混合后经过一系列的生产工艺加工成型，再高温气氛烧结（1600度，通氧气烧结）形成的黑灰色陶瓷半导体。

在平面显示器制造过程中，ITO陶瓷靶材是用来制作透明电极的。ITO靶材经过磁控溅射在玻璃上或其他基底形成一层100nm左右的透明导电功能薄膜（TCO），薄膜经过刻蚀后即可作为各种透明电极。目前，ITO陶瓷靶材已经在国内大规模生产。2、栅极高电介质膜用陶瓷靶材半导体关联陶瓷靶材，主要应用于栅极电介质膜，随着动态读写存储器向高集成度、大容量的发展，新型高介电薄膜的研制也日益迫切。HfO₂薄膜由于具有高介电常数、高介电强度、低介电损耗、低漏电流及良好的电容——电压特性，良好的稳定性以及能与基体硅的牢固结合等优点，被认为是最有前途的新型绝缘介质膜。3、钙钛矿型稀土氧化物巨磁电阻陶瓷靶材稀土氧化物巨磁电阻材料应用领域十分广泛，而且具有金属多层膜巨磁电阻材料不可比拟的优点。1999年稀土氧化物巨磁电阻材料器件市场达30亿美元，相应靶材市场达3亿美元。随着全球“卡式消费”时代到来，稀土氧化物巨磁电阻靶材市场将急剧增大。目前，在我国大力开发稀土锰氧化巨磁电阻陶瓷靶材将促进稀土材料向功能薄膜应用领域发展，带动信息产业的发展，具有巨大的经济效益和社会效益。

陶瓷靶材的特性要求

为了提高溅射效率及确保沉积薄膜的质量，经大量实验表明，对溅射陶瓷靶材有以下要求：纯度。陶瓷靶材的纯度对溅射薄膜的性能影响挺大，陶瓷靶材的纯度越高，溅射薄膜的均应性和批量产品质量的一致性挺好。密度。为了减少陶瓷靶材中的气孔，提高薄膜的性能，一般要求溅射陶瓷靶材具有高密度。成分与结构均匀性。为保证溅射薄膜均匀，尤其在复杂的大面积镀膜应用方面，必须做到靶材成分与结构均匀性好，这也是考虑陶瓷靶材质量的重要指标之一。

溅射陶瓷靶材制作面临主要技术问题

1、如何提高溅射靶材利用率在平面磁控溅射过程中，由丁正交电磁场对溅射离子的作用关系，溅射靶在溅射过程中将产生不均匀冲蚀（Ersion）现象，从而造成溅射靶材的利用率普遍低下，只有30%左右。近年来，设备改善后靶材的利用率提高到50%左右。怎样提高溅射靶材的利用率是今后研究设计靶材、溅射设备的主要发展方向之一。2、解决溅射过程中的微粒飞溅溅射镀膜过程中，致密度较小的溅射靶受轰击时，由于靶材内部孔隙内存在的气体突然释放，造成大尺寸的靶材或微粒飞溅，这些微粒的出现会降低薄膜品质。一般，粉末冶金工艺制备的溅射靶材大都存在致密度低的问题，容易造成微粒飞溅，对粉未冶金溅射靶材则应提高原料粉木纯度，并采用等离子烧结、微波烧结等快速致密化技术，以降低靶材孔隙率。3、解决靶材的结晶取向靶材溅射时，靶材中的原子最容易沿着密排面方向择优溅射出来。材料的结晶方向对溅射速率和溅射膜层的厚度均匀性影响较大。因此，获得一定结晶取向的靶材结构对解决上述问题至关重要，但要使靶材组织获得一定取向的结晶结构，存在较大难度。只有根据靶材的组织结构特点、采用不同的成型方法，热处理工艺进行控制。

靶材发展趋势

小靶材，大作用，作为芯片灵魂般的存在，靶材在我国的国产化率竟然不足10%，在靶材产业链中我国主要集中在中低端领域，靶材制造环节和靶材镀膜环节，技术壁垒相对较低一些，国内靶材企业大多集中在这一领域。随着国内半导体集成电路、记录介质、平面显示及工作表面涂层等高技术产业的发展，为中国靶材制造业的发展提供机遇和挑战，如何解决以上问题，为国内外用户提供高质量的溅射靶材，是摆在国内材料工作者面前的现实问题。

参考来源：陈建军等人：溅射靶材的种类、应用、制备及发展趋势吴智华等人：陶瓷靶材的发展与应用惠耀辉等人：高性能ITO陶瓷靶材生产技术发展趋势张明杰等人：ITO陶瓷靶材的制备方法及研究现状