中國粉體網(wǎng)訊 在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈里面，一個小而美的材料，那就是靶材。從名稱中不難理解，靶材就是要被射中的靶，但是這里我們所說的靶材并不是射箭的那個靶材，而是高速核能粒子，通過不同的靶材，就可得到不同的膜系。雖然靶材并不像硅片或者光刻膠一樣顯眼，但是作用不可小覷。
什么是靶材？
不少人可能對靶材比較陌生，可是它卻早早潛伏在你的生活中，比如我們形影不離的手機(jī)。芯片是手機(jī)的靈魂，那我們這里所說的靶材就是芯片的靈魂，芯片上有很多密密麻麻的金屬線，這些金屬線并不是人工焊上去的，而是必須要高純度的金屬靶材，通過濺射的方式完成。濺射是制備薄膜材料的主要技術(shù)，它利用離子源產(chǎn)生的離子，在真空中經(jīng)過加速聚集，而形成高速度能的離子束流，轟擊固體表面，離子和固體表面原子發(fā)生動能交換，使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面，被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料，稱為濺射靶材。
濺射靶材的種類
濺射靶材的種類相當(dāng)多，即使相同材質(zhì)的靶材又有不同的規(guī)格。
按照形狀分類，長靶、方靶、圓靶
按照成分分類，金屬靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材
陶瓷化合物靶材根據(jù)化學(xué)組成及應(yīng)用的組成分類，也是今天要講的重點(diǎn)。
按照應(yīng)用分類，分為半導(dǎo)體關(guān)聯(lián)陶瓷靶材、顯示陶瓷靶材、磁記錄陶瓷靶材、光記錄陶瓷靶材、超導(dǎo)陶瓷靶材、巨磁電阻陶瓷靶材等。
按化學(xué)組成，可分為氧化物陶瓷靶材、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。其中平面顯示ITO陶瓷靶材國內(nèi)已廣泛生產(chǎn)應(yīng)用。
陶瓷靶材的應(yīng)用
1、ITO陶瓷靶材
ITO（氧化銦錫）靶材是濺射靶材中陶瓷靶材（化合物靶材）的一種，在顯示靶材中占比將近50%。ITO靶材就是將氧化銦和氧化錫粉末按一定比例混合后經(jīng)過一系列的生產(chǎn)工藝加工成型，再高溫氣氛燒結(jié)（1600度，通氧氣燒結(jié)）形成的黑灰色陶瓷半導(dǎo)體。
在平面顯示器制造過程中，ITO陶瓷靶材是用來制作透明電極的。ITO靶材經(jīng)過磁控濺射在玻璃上或其他基底形成一層100nm左右的透明導(dǎo)電功能薄膜（TCO），薄膜經(jīng)過刻蝕后即可作為各種透明電極。目前，ITO陶瓷靶材已經(jīng)在國內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)。
2、柵極高電介質(zhì)膜用陶瓷靶材
半導(dǎo)體關(guān)聯(lián)陶瓷靶材，主要應(yīng)用于柵極電介質(zhì)膜，隨著動態(tài)讀寫存儲器向高集成度、大容量的發(fā)展，新型高介電薄膜的研制也日益迫切。HfO2薄膜由于具有高介電常數(shù)、高介電強(qiáng)度、低介電損耗、低漏電流及良好的電容——電壓特性，良好的穩(wěn)定性以及能與基體硅的牢固結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的新型絕緣介質(zhì)膜。
3、鈣鈦礦型稀土氧化物巨磁電阻陶瓷靶材
稀土氧化物巨磁電阻材料應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，而且具有金屬多層膜巨磁電阻材料不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。1999年稀土氧化物巨磁電阻材料器件市場達(dá)30億美元，相應(yīng)靶材市場達(dá)3億美元。隨著全球“卡式消費(fèi)”時代到來，稀土氧化物巨磁電阻靶材市場將急劇增大。目前，在我國大力開發(fā)稀土錳氧化巨磁電阻陶瓷靶材將促進(jìn)稀土材料向功能薄膜應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，帶動信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
陶瓷靶材的特性要求
為了提高濺射效率及確保沉積薄膜的質(zhì)量，經(jīng)大量實(shí)驗表明，對濺射陶瓷靶材有以下要求：
純度。陶瓷靶材的純度對濺射薄膜的性能影響挺大，陶瓷靶材的純度越高，濺射薄膜的均應(yīng)性和批量產(chǎn)品質(zhì)量的一致性挺好。
密度。為了減少陶瓷靶材中的氣孔，提高薄膜的性能，一般要求濺射陶瓷靶材具有高密度。
成分與結(jié)構(gòu)均勻性。為保證濺射薄膜均勻，尤其在復(fù)雜的大面積鍍膜應(yīng)用方面，必須做到靶材成分與結(jié)構(gòu)均勻性好，這也是考慮陶瓷靶材質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。
濺射陶瓷靶材制作面臨主要技術(shù)問題
1、如何提高濺射靶材利用率
在平面磁控濺射過程中，由丁正交電磁場對濺射離子的作用關(guān)系，濺射靶在濺射過程中將產(chǎn)生不均勻沖蝕（Ersion）現(xiàn)象，從而造成濺射靶材的利用率普遍低下，只有30%左右。近年來，設(shè)備改善后靶材的利用率提高到50%左右。怎樣提高濺射靶材的利用率是今后研究設(shè)計靶材、濺射設(shè)備的主要發(fā)展方向之一。
2、解決濺射過程中的微粒飛濺
濺射鍍膜過程中，致密度較小的濺射靶受轟擊時，由于靶材內(nèi)部孔隙內(nèi)存在的氣體突然釋放，造成大尺寸的靶材或微粒飛濺，這些微粒的出現(xiàn)會降低薄膜品質(zhì)。一般，粉末冶金工藝制備的濺射靶材大都存在致密度低的問題，容易造成微粒飛濺，對粉未冶金濺射靶材則應(yīng)提高原料粉木純度，并采用等離子燒結(jié)、微波燒結(jié)等快速致密化技術(shù)，以降低靶材孔隙率。
3、解決靶材的結(jié)晶取向
靶材濺射時，靶材中的原子最容易沿著密排面方向擇優(yōu)濺射出來。材料的結(jié)晶方向?qū)R射速率和濺射膜層的厚度均勻性影響較大。因此，獲得一定結(jié)晶取向的靶材結(jié)構(gòu)對解決上述問題至關(guān)重要，但要使靶材組織獲得一定取向的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，存在較大難度。只有根據(jù)靶材的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、采用不同的成型方法，熱處理工藝進(jìn)行控制。
靶材發(fā)展趨勢
小靶材，大作用，作為芯片靈魂般的存在，靶材在我國的國產(chǎn)化率竟然不足10%，在靶材產(chǎn)業(yè)鏈中我國主要集中在中低端領(lǐng)域，靶材制造環(huán)節(jié)和靶材鍍膜環(huán)節(jié)，技術(shù)壁壘相對較低一些，國內(nèi)靶材企業(yè)大多集中在這一領(lǐng)域。隨著國內(nèi)半導(dǎo)體集成電路、記錄介質(zhì)、平面顯示及工作表面涂層等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為中國靶材制造業(yè)的發(fā)展提供機(jī)遇和挑戰(zhàn)，如何解決以上問題，為國內(nèi)外用戶提供高質(zhì)量的濺射靶材，是擺在國內(nèi)材料工作者面前的現(xiàn)實(shí)問題。
參考來源：
陳建軍等人：濺射靶材的種類、應(yīng)用、制備及發(fā)展趨勢
吳智華等人：陶瓷靶材的 發(fā)展與應(yīng)用
惠耀輝等人：高性能ITO陶瓷靶材生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢
張明杰等人：ITO陶瓷靶材的制備方法及研究現(xiàn)狀
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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