靶材

　　在溅射沉积技术中用做阴极的材料。该阴极材料在带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。
　　简单说的话，靶材就是高速荷能粒子轰击的目标材料，用于高能激光武器中，不同功率密度、不同输出波形、不同波长的激光与不同的靶材相互作用时，会产生不同的杀伤破坏效应。例如：蒸发磁控溅射镀膜是加热蒸发镀膜...铝膜等。更换不同的靶材（如铝、铜、不锈钢、钛、镍靶等），即可得到不同的膜系（如超硬、耐磨、防腐的合金膜等）。
　　靶材的种类
　　⒈ 金属靶材
　　镍靶、Ni、钛靶、Ti、锌靶、Zn、铬靶、Cr、镁靶、Mg、铌靶、Nb、锡靶、Sn、铝靶、Al、铟靶、In、铁靶、Fe、锆铝靶、ZrAl、钛铝靶、TiAl、锆靶、Zr、铝硅靶、AlSi、硅靶、Si、铜靶Cu、钽靶T、a、锗靶、Ge、银靶、Ag、钴靶、Co、金靶、Au、钆靶、Gd、镧靶、La、钇靶、Y、铈靶、Ce、钨靶、w、不锈钢靶、镍铬靶、NiCr、铪靶、Hf、钼靶、Mo、铁镍靶、FeNi、钨靶、W等。
　　⒉ 陶瓷靶材
　　ITO靶、氧化镁靶、氧化铁靶、氮化硅靶、碳化硅靶、氮化钛靶、氧化铬靶、氧化锌靶、硫化锌靶、二氧化硅靶、一氧化硅靶、氧化铈靶、二氧化锆靶、五氧化二铌靶、二氧化钛靶、二氧化锆靶，、二氧化铪靶，二硼化钛靶，二硼化锆靶，三氧化钨靶，三氧化二铝靶五氧化二钽，五氧化二铌靶、氟化镁靶、氟化钇靶、硒化锌靶、氮化铝靶，氮化硅靶，氮化硼靶，氮化钛靶，碳化硅靶，铌酸锂靶、钛酸镨靶、钛酸钡靶、钛酸镧靶、氧化镍靶、溅射靶材等。
　　⒊合金靶材
　　铁钴靶FeCo、铝硅靶AlSi、钛硅靶TiSi、铬硅靶CrSi、锌铝靶ZnAl、钛锌靶材TiZn、钛铝靶TiAl、钛锆靶TiZr、钛硅靶TiSi、 钛镍靶TiNi、镍铬靶NiCr、镍铝靶NiAl、镍钒靶NiV、镍铁靶NiFe等……
　　发展
　　各种类型的溅射薄膜材料在半导体集成 电路 (VLSI) 、光碟、平面显示器以及工件的表面涂层等 方面都得到了广泛的应用。20世纪90年代 以来，溅射靶材及溅射技术的同步发展，极大地满足了各种新 型电子元器件发展的需求。例如，在半导体集成电路 制造过程中，以电阻率较低的铜导体薄膜代替铝 膜布线：在平面显示器产业中，各种显示技术 (如LCD、PDP 、OLED及FED等)的同步发展，有的已 经用于电脑及计算机的显示器制造；在信息存储产业中，磁性存储器的存储容量不断增加，新的磁光记录材料不断推陈出新 这些都对所需溅射靶材的质量提 出了越来越高的要求，需求数量也逐年增加。
　　全球靶材的市场概况
　　目前全球各主要靶材制造商的总部，大多设立在 美国、德国和日本。就美国而言．约有50家中小规模的靶材制造商及经销商，其中最大的公司员工大约有几百人。不过为了能更接近使用者，以便提供更完善的售后服务，全球主要靶材制造商通常会在客户所 在地设立分公司。最近 ，亚洲的一些国家和地区，如台湾．韩国和新加坡，就建立了越来越多制造薄膜元件或产品的工厂，如 IC、液晶显示器及光碟制造厂。
　　对靶材厂商而言，这是相当重要的新兴市场。中国靶材产业发展也是与日俱增，不断的扩大自己的规模和生产技术，国内一线生产制造靶材的品牌已经很达到了国外最顶尖的技术。例如，与中科院“863”计划，“973”计划合作的泛德辰。宁波江丰的集成电路用溅射达到了国内第一的使用领域。去年，日本三菱公司就在中国台湾地区建立了光碟埘靶材的生产基地，可以满足台湾 50%的靶材需要。
　　BCC(Business Communications Company ，商业咨询公司）最新的统计报告指出，全球靶材市场将以 8.8 %的年平均增长率（AAGR) 在今后的 5年内持续增 长， 估计销售额将从1999年的 7.2亿美元增加到2004年的11亿美元。靶材是一种具有高附加价值的特种电子材料，主要使用在微电子，显示器，存储器 以及光学镀膜等产 业上，用以溅射用于尖端技术的各种薄膜材料。BCC的报告显示：全球的上述产业在1999年使用了2.88百万公斤靶材。换算为面积，则溅射了363百万平方米的薄膜。而若以单位靶材来计算，全 球在1999年则大约使用了37400单位的靶材。这里所要指出的是，随着应用产业的不同，靶材的形状与 大小也有所差异，其直径从15G m到 3m都有，而上述的统计资料，则是平均化后的结果。
　　制作工艺
　　磁控溅射靶材
　　1）磁控溅射原理：
　　在被溅射的靶极（阴极）与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体（通常为Ar气），永久磁铁在靶材料表面形成250～350高斯的磁场，同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。磁控溅射一般分为二种：直流溅射和射频溅射，其中直流溅射设备原理简单，在溅射金属时，其速率也快。而射频溅射的使用范围更为广泛，除可溅射导电材料外，也可溅射非导电的材料，同时还司进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射频的频率提高后就成为微波等离子体溅射，目前常用的有电子回旋共振(ECR）型微波等离子体溅射。
　　2）磁控溅射靶材种类：
　　金属溅射镀膜靶材，合金溅射镀膜靶材，陶瓷溅射镀膜靶材，硼化物陶瓷溅射靶材，碳化物陶瓷溅射靶材，氟化物陶瓷溅射靶材 ，氮化物陶瓷溅射靶材 ，氧化物陶瓷靶材，硒化物陶瓷溅射靶材 ，硅化物陶瓷溅射靶材 ，硫化物陶瓷溅射靶材 ，碲化物陶瓷溅射靶材 ，其他陶瓷靶材，掺铬一氧化硅陶瓷靶材（Cr-SiO），磷化铟靶材（InP），砷化铅靶材（PbAs），砷化铟靶材（InAs）。
　　应用领域
　　众所周知，靶材材料的技术发展趋势与下游应用 产业的薄膜技术发展趋势息息相关，随着应用产业在
　　薄膜产品或元件上的技术改进，靶材技术也应随之变 化。如Ic制造商．最近致力于低电阻率铜布线的开发， 预计未来几年将大幅度取代原来的铝膜，这样铜靶及其所需阻挡层靶材的开发将刻不容缓。另外，近 年来平面显示器（F P D）大幅度取代原 以阴极射线管（CRT）为主的屯脑显示器及电视机市场．亦将人幅增 加ITO靶材的技术与市场需求。此外在存储技术方面。高密度、大容量硬盘，高密度的可擦写光盘的需求持 续增加． 这些均导致应用产业对靶材的需求发生变化。下面我们将分别介绍靶材的主要应用领域，以及这些领域靶材发展的趋势。
2.1微电子领域
　　在所有应用产业中，半导体产业对靶材 I 溅射薄 膜的品质要求是最苛刻的。现在12英寸 （3 0 0衄 口）的 硅劂晶片已制造出来．而互连线的宽度却在减小。硅 片制造商对靶材的要求是大尺寸、高纯度、低偏析和 细晶粒， 这就要求所制造的靶材具有更好的微观结构.靶材的结晶粒子直径和均匀性 已被认为是影响薄膜沉 积率的关键因素。另外，薄膜的纯度与靶材的纯度关 系极大，过去99.995 %（4 N5） 纯度的铜靶，或许能够满 足半导体厂商0.3 5pm 工艺的需求，但是却无法满 足 目前0.2 5um的工艺要求， 而未米的 0.18um }艺甚至0.13m工艺，所需要的靶材纯度将要求达 到5甚至 6N以上。铜与铝相比较，铜具有更高的抗电迁移能力及更 低的电阻率，能够满足！ 导体工艺在0 .25um 以下 的亚微米布线的需要但却带米了其他的问题：铜与 有机介质材料的附着强度低．并且容易发生反应，导 致在使过程中芯片的铜互连线被腐蚀而断路。为了解决以上这些问题，需要在铜与介质层之间设置阻挡 层。阻挡层材料一般采用高熔点、高电阻率的金属及其化合物，因此要求阻挡层厚度小于50n m，与铜及介质材料的附着性能良好。铜互连和铝互连的阻挡层 材料是不同的．需要研制新的靶材材料。铜互连的阻 挡层用靶材包括 T a 、W、T a S i 、WS i 等 ．但是T a 、W 都是难熔金属．制各相对困难，现在正在研究钼、铬 等的台金作为替代材料。
2.2平面显示器用靶材
　　平面显示器（FPD) 近年来大幅冲 以阴极射线管 (CRT) 为主的电脑显示器及电视机市场，亦将带动ITO靶材的技术与市场需求。现在的1 T O靶材有两种．一 种是采用纳米状态的氧化铟和氧化锡粉混合后烧结，一种是采用铟锡合金靶材。铟锡台金靶材可以采用 直流反应溅射制造 1 T O薄膜，但是靶表面会氧化而影 响溅射率，并且不易得到大尺寸的台金靶材。现在一般采刚第一种方法生产 I T O 靶材，利， L } I R F反应溅射镀膜． 它具有沉积速度快．且能精确控制膜厚，电导率高，薄膜的一致性好，与基板的附着力强等优点 l。但是靶材制作困难，这是因为氧化铟和 氧化锡不容易烧结在一起。一般采用 Z r O2 、B i 2 O 3 、 C e O 等作为烧结添加剂，能够获得密度为理论值的 9 3 %~9 8 %的靶材，这种方式形成的 I T O薄膜的性能 与添加剂的关系极人。日本的科学家采用 B i z o 作为 添加剂，B i 2 O3 在 8 2 0 C r 熔化，在 l 5 0 0℃的烧结
　　温度超出部分已经挥发，这样能够在液相烧结条件下 得到比较纯的 I T O靶材。而且所需要的氧化物原料也 不一定是纳米颗粒，这样可以简化前期的工序。采川 这样的靶材得到的 I T O 薄膜的屯阻率达到 8 ． 1 ×1 0 n- c m，接近纯的 I T O薄膜 的电阻率。F P D和导电玻璃的尺寸都相当火，导电玻璃的宽 度甚至可以达到 3 1 3 3 _ ，为了提高靶材的利用率，开发 了不同形状的I T O靶材，如圆柱形等。2 0 0 0年，国家 发展计划委员会、科学技术部在 《 当前优先发展的信 息产业重点领域指南》中， I T O大型靶材也列入其中。广西柳州华锡公司和宁夏九0五集团已完成了ⅡD靶材的研究工作 ，即将投入生产。
2. 3存储技术用靶材
　　在储存技术方面，高密度、大容量硬盘的发展，需要人鼍的巨磁阻薄膜材料，CoF ~Cu多层复合膜是 现在应朋展广泛的巨磁阻薄膜结构。磁光盘需要的 T b F e C o合金靶材还在进一步发展，用它制造的磁光 盘具有存储容量大，寿命长，可反复无接触擦写的特 点。现在开发山来的磁光盘，具有 T b F e C o / T a和 T b F e C o / Al 的 层复台膜结构， T bF eCo/AI结构的Kerr 旋转角达到5 8，而T b F e Co f F a 则可以接近0.8。经过研究发现， 低磁导率的靶材高交流局部放电电压 l 抗电强度。
　　基于锗锑碲化物的相变存储器(PCM)显示出显著的商业化潜力,是NOR型闪存和部分DRAM市场的一项替代性存储器技术，不过,在实现更快速地按比例缩小的道路上存在的挑战之一,便是缺乏能够生产可进一步调低复位电流的完全密闭单元。降低复位电流可降低存储器的耗电量,延长电池寿命和提高数据带宽,这对于当前以数据为中心的、高度便携式的消费设备来说都是很重要的特征。江西科泰新材料有限公司经研发的GeSbTe平面靶材，最大直径能做到355毫米。
　　国内知名靶材制造商
　　北京泛德辰 泛德辰在业内的优势是集成研发，材料生产，加工工厂，贸易多元化为一体的公司，优势很显而易见就是一系列的连贯性服务，面向的客户主要是科研机构，学校研究所。
　　宁波江丰电子材料 宁波江丰是中国第一家将集成电路用溅射靶材商业化的厂商，填补了国内靶材行业的空白，打破了国外垄断的半导体溅射靶材市场。紧紧跟随半导体制造技术的发展趋势，持续研发更高端的产品，利用中国的生产线把晶粒组织细化技术、织构控制技术全部掌握，也全部掌握了靶材的钎焊、电子束焊、扩散焊焊接技术、加工技术、清洗与包装技术及分析检测技术。他的优势就是在集成电路靶材方面专业。但是缺点也是显而易见，产品过于单一，贸易链不完善。
　　IGZO靶材 这个主要是以进出口为主，公司有很完善的贸易链，缺点就是成本相对高，对中国自主的靶材生产制造也产生了推动和冲击。优点是，货种多样化，渠道广泛。缺点是成本较高。