集成電路電極用高純鈦靶材是以純度≥99.995%（4N5）的鈦或鈦合金為材質(zhì)?，通過真空熔煉-熔模鑄造工藝制成的致密度＞99.5%、晶粒度＜30μm的超精細濺射材料?，具有優(yōu)異導電性、抗腐蝕性和界面粘附力，符合半導體級雜質(zhì)元素（Fe/Si/O等）＜100ppm標準?，主要用于沉積電極界面層、銅互連阻擋膜及增強基底結合力的關鍵功能膜層?。以下是中揚金屬針對半導體與電子工業(yè)用鈦靶材的詳細介紹：
一、鈦靶材在半導體與電子工業(yè)中的定義
| 項目 | 描述 |
| 定義 | 鈦靶材是由高純度鈦（≥99.99%）或鈦合金制成的平板或旋轉靶材，通過物理氣相沉積（PVD）或濺射工藝形成功能性薄膜，用于半導體器件、顯示面板及電子元件的制造。 |
| 核心用途 | 導電層、阻擋層、鈍化層、電極及光學涂層的關鍵成膜材料。 |
| 形態(tài)特征 | 尺寸：直徑150-450mm（適配4-12英寸晶圓）、厚度5-30mm；表面粗糙度≤0.05μm（Ra）。 |
二、常用材質(zhì)與成分
| 分類 | 成分與純度 | 適用場景 |
| 純鈦靶（5N） | Ti≥99.999%，雜質(zhì)總量≤100ppm | 先進制程（≤5nm）銅互連阻擋層（Ti/TiN） |
| 鈦合金靶 | Ti-W（5-10% W）、Ti-Ta（3-5% Ta） | 高功率器件電極（降低電阻率、抗電遷移） |
| 反應濺射靶 | Ti-Al（Al 20-30%）、Ti-Si（Si 10%） | 光學薄膜（如TCO透明導電層）、介電層（Al?O?/SiO?） |
| 高純鈦基復合靶 | Ti-石墨烯（0.1-1% C） | 高頻芯片散熱層、柔性電子透明電極 |
三、性能特點
| 性能指標 | 具體表現(xiàn) |
| 純度 | 5N級雜質(zhì)（Fe、O、C、N等）總量≤100ppm，避免薄膜晶格缺陷導致器件失效。 |
| 結晶取向 | (002)或(110)擇優(yōu)取向控制，濺射膜厚度不均勻度≤2%（300mm晶圓內(nèi)）。 |
| 密度 | ≥99%理論密度（4.51g/cm3），減少濺射顆粒飛濺，提高薄膜致密性。 |
| 熱穩(wěn)定性 | 高溫退火（≤600℃）后無相變或晶粒異常生長，確保薄膜與基板結合力（≥50MPa）。 |
| 導電性 | 純鈦靶電阻率≤50nΩ·m，Ti-W靶可降至15nΩ·m（優(yōu)于鋁靶）。 |
四、執(zhí)行標準
| 標準類型 | 標準編號 | 覆蓋內(nèi)容 |
| 國際標準 | SEMI F72-1101 | 半導體用鈦靶材化學成分與表面缺陷規(guī)范 |
| 行業(yè)規(guī)范 | ASTM F76 | 高純鈦痕量元素檢測方法（GDMS/ICP-MS） |
| 中國國標 | GB/T 3620-2016 | 鈦及鈦合金靶材尺寸公差與晶粒取向要求 |
| 特殊規(guī)范 | JIS H 2151 | 濺射靶材密度與顯微組織檢測標準（孔隙率≤0.1%） |
五、加工工藝與關鍵技術
| 工藝環(huán)節(jié) | 關鍵技術 |
| 原料提純 | 電子束熔煉（EBM）+ 區(qū)域熔煉（Zone Refining）提純至6N級，氧含量≤50ppm。 |
| 粉末冶金 | 熱等靜壓（HIP，1200℃/150MPa）致密化，晶粒尺寸≤50μm。 |
| 塑性加工 | 多向軋制（交叉軋制率≥75%）優(yōu)化織構，真空退火（800℃/4h）消除內(nèi)應力。 |
| 精密加工 | 納米級金剛石砂輪磨削，平面度≤0.01mm/200mm，表面粗糙度Ra≤0.02μm。 |
| 潔凈包裝 | 超凈間（Class 1）等離子清洗，真空充氮包裝（水分≤10ppm）。 |
六、具體應用領域
| 應用場景 | 薄膜功能 | 靶材類型 | 性能要求 |
| 邏輯芯片 | 銅互連阻擋層（Ti/TiN） | 5N純鈦靶+反應濺射（N?） | 抗銅擴散（≤1nm/100h）、均勻性≤2% |
| 存儲芯片 | 3D NAND階梯覆蓋層 | Ti-W合金靶 | 高深寬比（40:1）臺階覆蓋率＞90% |
| 顯示面板 | TCO透明導電層（ITO替代） | Ti-Al合金靶+反應濺射（O?） | 可見光透過率≥85%，電阻率≤5×10??Ω·cm |
| 功率器件 | GaN HEMT歐姆接觸層 | Ti-Al-N復合靶 | 比接觸電阻＜1×10??Ω·cm2，耐溫＞300℃ |
| 傳感器 | MEMS電極層 | 高純鈦靶 | 低應力（≤100MPa）、低缺陷密度 |
七、與其他靶材的對比分析
| 對比項 | 鈦靶材 | 鉭靶材（Ta） | 鋁靶材（Al） |
| 電阻率 | 50nΩ·m | 15nΩ·m | 27nΩ·m |
| 抗電遷移 | 優(yōu)（熔點1668℃） | 極優(yōu)（熔點3017℃） | 差（熔點660℃） |
| 熱膨脹系數(shù) | 8.6×10??/℃ | 6.5×10??/℃ | 23.1×10??/℃ |
| 成本 | 中高（提純難度大） | 高（資源稀缺） | 低 |
| 工藝適配性 | 需反應濺射（如TiN） | 可直接濺射（TaN） | 易氧化需真空保護 |
八、未來發(fā)展新方向
| 方向 | 技術突破 | 潛在應用 |
| 超高純度 | 7N級鈦靶（雜質(zhì)≤0.1ppm），懸浮區(qū)熔（FZ）技術 | 2nm以下制程量子芯片電極、單原子層器件 |
| 大尺寸靶材 | 18英寸（450mm）鈦靶批量化制造技術 | 降低GAA晶體管制造成本 |
| 復合功能化 | 鈦-二維材料（MoS?、hBN）復合靶，兼具導電與絕緣特性 | 新型存儲器（MRAM、ReRAM）電極 |
| 綠色制造 | 鈦靶廢料氫化-脫氫（HDH）回收技術（回收率＞98%） | 降低稀有金屬依賴，滿足ESG要求 |
| 低溫成膜 | 低溫濺射（≤150℃）鈦靶適配柔性基板（PI、PET） | 可折疊OLED、印刷電子器件 |
| 智能檢測 | AI驅動的靶材晶粒取向實時調(diào)控（基于EBSD數(shù)據(jù)反饋） | 零缺陷靶材按需定制生產(chǎn) |
總結
半導體與電子工業(yè)用鈦靶材是支撐微納制造與高性能電子器件的核心材料，其技術壁壘集中于“超純+超均勻+超穩(wěn)定”三位一體性能。未來需聚焦以下方向：
極限性能突破：開發(fā)7N級超高純鈦靶與納米晶鈦合金靶，適配亞3nm制程需求；
功能復合化：融合導電、散熱、光學特性于一體，推動新型器件集成；
可持續(xù)制造：通過靶材再生技術和大尺寸化降低資源消耗，構建綠色供應鏈。
