PVD（Physical Vapor Deposition）技術(shù)是制備薄膜材料的主要技術(shù)之一，在真空條件下采用物理方法，將某種材料氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基板材料表面沉積具有增透、反射、保護導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、裝飾等特殊功能的薄膜材料的技術(shù)。濺射鍍膜和蒸發(fā)鍍膜是目前最主流的兩種 PVD 鍍膜方式。用于制備薄膜材料的物質(zhì)被稱為 PVD鍍膜材料。目前最主流的兩種PVD鍍膜材料分別是濺射靶材和蒸鍍材料。濺射鍍膜工藝可重復(fù)性好、膜厚可控制，可在大面積基板材料上獲得厚度均勻的薄膜，所制備的薄膜具有純度高、致密性好、與基板材料的結(jié)合力強等優(yōu)點，已成為制備薄膜材料的主要技術(shù)之一。各種類型的濺射薄膜材料已得到廣泛的應(yīng)用，因此，對濺射靶材這一具有高附加值的功能材料需求逐年增加，濺射靶材亦已成為目前市場應(yīng)用量最大的 PVD 鍍膜材料。 本文著重介紹濺射靶材的一般特性和高品質(zhì)濺射靶材的優(yōu)勢所在。

一、濺射靶材的一般特征

濺射靶材是制備薄膜的主要材料之一，具有高純度、高密度、多組元、晶粒均勻等特點，一般由靶坯和背板組成。靶坯屬于濺射靶材的核心部分，是高速離子束流轟擊的目標材料。靶坯被離子撞擊后，其表面原子被濺射飛散出來并沉積于基板上制成電子薄膜。由于靶材需要在高電壓、高真空的機臺環(huán)境內(nèi)完成濺射過程，所以靶坯需要與背板通過不同的焊接工藝進行綁定接合，背板主要起到固定濺射靶坯的作用，且需要具備良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。 濺射靶材主要應(yīng)用于集成電路、平板顯示、太陽能電池、記錄媒體、智能玻璃等，一般對靶材的純度和穩(wěn)定性要求很高。隨著電子工藝和薄膜技術(shù)迭代升級飛速發(fā)展，市場對高品質(zhì)濺射靶材的需求以年增近15%的速度快速上升，高品質(zhì)濺射靶材的明顯發(fā)展趨勢是：4N級以上高純/超高純金屬、高濺射率、晶粒/晶向可控、大尺寸。

二、濺射靶材的品種及分類

（1）按靶材化學(xué)成分及材質(zhì)不同，濺射靶材可分為金屬/非金屬單質(zhì)靶材、合金靶材、陶瓷/化合物靶材等。

（2）按靶材形狀不同，主要有長靶、方靶、圓靶與管靶。

（3）按應(yīng)用領(lǐng)域分類，主要有半導(dǎo)體用靶材、平板顯示用靶材、太陽能電池用靶材等。

三、濺射靶材的主要應(yīng)用領(lǐng)域及技術(shù)要求

高純?yōu)R射靶材集中應(yīng)用于平板顯示、信息存儲、太陽能電池、芯片四個領(lǐng)域，合計占比達 94%。其中芯片領(lǐng)域，也就是半導(dǎo)體行業(yè)，對靶材的要求最為嚴格和苛刻。而銅、鋁、鉬和ITO靶是最為常見、應(yīng)用最廣的靶材。

1）芯片領(lǐng)域

“芯片”是靶材最頂尖的應(yīng)用領(lǐng)域，主要在“晶圓制造”和“芯片封裝”兩個環(huán)節(jié)使用，在晶圓制造環(huán)節(jié)主要被用作金屬濺鍍，在芯片封裝環(huán)節(jié)常用作貼片焊線的鍍膜。芯片靶材是制造集成電路的關(guān)鍵原材料，也是技術(shù)要求最高的靶材，需要保證超高純度、高精密尺寸和高集成度，所以選取的材料多為高純銅、高純鋁、高純鈦、高純鉭、高純鎢、銅錳合金等，且集成電路芯片通常要求靶材純度在5N5以上，介質(zhì)層、導(dǎo)體層、保護層也要使用5N級以上純度的靶材濺射鍍膜，先進制程則要求更高純度的金屬。

半導(dǎo)體芯片選用金屬濺射靶材的目的，就是在芯片上制作傳遞信息的金屬導(dǎo)線。首先利用高速離子流，在高真空條件下分別去轟擊不同種類的金屬濺射靶材的表面，使各種靶材表面的原子一層一層地沉積在半導(dǎo)體芯片的表面上，然后再通過的特殊加工工藝，將沉積在芯片表面的金屬薄膜刻蝕成納米級別的金屬線，將芯片內(nèi)部數(shù)以億計的微型晶體管相互連接起來，從而起到傳遞信號的作用。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對集成電路的要求越來越高，電路中單元器件尺寸不斷縮小，元件尺寸由毫米級到微米級，再到納米級。每個單元器件內(nèi)部是由襯底、絕緣層、介質(zhì)層、導(dǎo)體層及保護層組成，

靶材在芯片生產(chǎn)過程中的應(yīng)用環(huán)節(jié)

其中介質(zhì)層、導(dǎo)體層、保護層使用 5N 級以上純度的靶材濺射鍍膜，是制備集成電路的核心之一。集成電路領(lǐng)域的鍍膜用靶材主要包括鋁靶、銅靶、鈦靶、鉭靶和鎢靶等，純度要求一般在 5N（99.999%）以上，鋁靶純度常常在 5N5（99.9995%）以上，因此芯片靶材價格相對也最為昂貴。

芯片靶材具有多品種、高門檻、定制化研發(fā)的特點。芯片靶材主要種類包括：（1）銅、鉭、鋁、鈦、鈷和鎢等高純?yōu)R射靶材；（2）鎳鉑、鎢鈦等合金類的濺射靶材。正是由于芯片靶材使用的金屬材質(zhì)種類非常廣泛，在實際提純、加工、焊接過程技術(shù)門檻非常高，需要定制化研發(fā)突破。

芯片靶材以銅、鉭、鋁、鈦為主構(gòu)建集成電路中的電路互連導(dǎo)體。“銅、鉭”的先進工藝可實現(xiàn)降低功耗、提高運算速度等作用，110nm 以上的“鋁、鈦"可以保證芯片的可靠性和抗干擾性等性能，例如：閃存存儲芯片、處理器芯片、電源管理、傳感器芯片。目前 14nm及 28nm 晶圓技術(shù)節(jié)點中除了使用“銅”做導(dǎo)線和“鉭”做阻擋層之外，還大量使用“鈦”作為高介電常數(shù)的介質(zhì)金屬柵極技術(shù)的主要材料，“鋁”作為晶圓接合焊盤工藝的主要材料?？傮w來看，芯片使用范圍越來越廣泛，芯片市場需求數(shù)量呈爆發(fā)性增長，這也將帶動鋁、鈦、鉭、銅這四種業(yè)界主流薄膜金屬材料的使用數(shù)量。

多品種、大尺寸、5N級高純是芯片靶材技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。隨著芯片中大尺寸晶圓的逐步應(yīng)用，推動靶材也朝著大尺寸方向發(fā)展。同時隨著尺寸的增大，靶材在晶粒晶向控制難度呈指數(shù)級增加。在濺射過程中，濺射靶材中的原子容易沿著特定的方向濺射出來，而濺射靶材的晶向能夠?qū)R射速率和濺射薄膜的均勻性產(chǎn)生影響，最終決定產(chǎn)品的品質(zhì)，因此，獲得一定晶向的靶材結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。但要使濺射靶材內(nèi)部獲得一定晶向，存在較大的難度，需要根據(jù)濺射靶材的組織結(jié)構(gòu)特點，采用不同的成型方法，進行反復(fù)的塑性變形、熱處理工藝加以控制。

當(dāng)濺射靶材受到高速度能的離子束流轟擊時，由于濺射靶材內(nèi)部空隙內(nèi)存在的氣體突然釋放，造成大尺寸的濺射靶材微粒飛濺，這些微粒的出現(xiàn)會降低濺射薄膜的品質(zhì)甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報廢，例如在極大規(guī)模集成電路制作工藝過程中，每 150mm 直徑硅片所能允許的微粒數(shù)必須小于30 個。因此為了滿足半導(dǎo)體更高精度、更小尺寸納米級工藝的需求，所需要的濺射靶材純度不斷攀升，甚至達到 99.9999%(6N)純度以上。

2）平板顯示領(lǐng)域

平板顯示器主要包括液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器（PDP）、場致發(fā)光顯示器（EL）、場發(fā)射顯示器（FED）、有機發(fā)光二極管顯示器（OLED）以及在 LCD 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的觸控（TP）顯示產(chǎn)品。 其中，市場應(yīng)用以液晶顯示器為主。平板顯示靶材的原材料有高純度鋁、銅、鉬等，還有摻錫氧化銦（ITO靶）。平板顯示靶材技術(shù)要求也比較高，它要求材料純度高、面積大、組織均勻性好，通常采用純度在 5N 以上鋁靶。鍍膜是現(xiàn)代平板顯示產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，為保證大面積膜層的均勻性，提高生產(chǎn)率和降低成本，幾乎所有類型的平板顯示器件都會使用大量的鍍膜材料來形成各類功能薄膜，其所使用的 PVD 鍍膜材料主要為濺射靶材，平板顯示器的很多性能如分辨率、透光率等都與濺射薄膜的性能密切相關(guān)。

平板顯示行業(yè)主要在顯示面板和觸控屏面板兩個產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用 PVD 鍍膜材料。其中，在平板顯示面板的生產(chǎn)工藝中，玻璃基板要經(jīng)過多次濺射鍍膜形成 ITO 玻璃，然后再經(jīng)過鍍膜，加工組裝用于生產(chǎn) LCD 面板、PDP 面板及 OLED 面板等。觸控屏的生產(chǎn)，還需將 ITO 玻璃進行加工處理、經(jīng)過鍍膜形成電極，再與防護屏等部件組裝加工而成。 此外，為了實現(xiàn)平板顯示產(chǎn)品的抗反射、消影等功能，還可以在鍍膜環(huán)節(jié)中增加相應(yīng)膜層的鍍膜。 

四、濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈分布及對高品質(zhì)濺射靶材的需求動向

濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈基本呈金字塔分布，主要包括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應(yīng)用四個環(huán)節(jié)。其中金屬提純和靶材制造是電子工業(yè)最重要的原材料基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，而濺射鍍膜則是整個產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)要求最高的環(huán)節(jié)，因為濺射薄膜的品質(zhì)對下游產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要影響。終端應(yīng)用環(huán)節(jié)是整個產(chǎn)業(yè)鏈中規(guī)模最大的領(lǐng)域，如上文所提及的半導(dǎo)體芯片、平板顯示器、太陽能電池等領(lǐng)域。

上游的金屬提純主要從普通工業(yè)級的原料開始提純，一般工業(yè)級的金屬能達到99.8%的純度，濺射靶材則至少需要達到99.95%的純度，而用于制造芯片用途的半導(dǎo)體級高品質(zhì)濺射靶材甚至需要99.99~ 99.9999%(4N~6N)的純度。靶材制造環(huán)節(jié)首先需要根據(jù)下游應(yīng)用領(lǐng)域的性能需求進行工藝設(shè)計，然后進行反復(fù)的塑性變形、熱處理來控制晶粒、晶向等關(guān)鍵指標，再經(jīng)過水切割、機械加工、金屬化、超生測試、超聲清洗等工序。 濺射靶材制造所涉及的工序精細且繁多，工序流程管理及制造工藝水平將直接影響到濺射靶材的質(zhì)量和良品率。 此環(huán)節(jié)是在濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈條中對生產(chǎn)設(shè)備及技術(shù)工藝要求最高的環(huán)節(jié)，濺射薄膜的品質(zhì)對下游薄膜產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要影響。 

在濺射鍍膜過程中，濺射靶材需要安裝在機臺中完成濺射反應(yīng)，濺射機臺專用性強、精密度高，市場長期被美國、日本跨國集團壟斷，主要設(shè)備提供商包括 AMAT（美國）、ULVAC（日本）、ANELVA（日本）、Varian（美國）、ULVAC（日本）等行業(yè)內(nèi)知名企業(yè)。