集成電路電極用高純鈦靶材是以純度≥99.995%（5N）的純鈦為基材?，依據(jù)晶粒尺寸≤30μm（超細晶≤10μm）?、致密度≥99.5%?等標準，通過真空熔煉-精密加工工藝制成的濺射材料，具有低電阻率（5.5×10?? Ω·m）、高熱導(dǎo)性及強粘附力?，專用于半導(dǎo)體芯片電極層、銅/鋁互連結(jié)構(gòu)及阻擋層濺射鍍膜?，可提升集成電路導(dǎo)電穩(wěn)定性與器件可靠性?。以下是中揚金屬針對集成電路電極用高純鈦靶材的詳細介紹：
一、高純鈦靶材在集成電路中的定義
| 項目 | 描述 |
| 定義 | 高純鈦靶材是由純度≥99.999%（5N）的鈦制成的平板或旋轉(zhuǎn)靶材，用于物理氣相沉積（PVD）或濺射工藝形成集成電路電極薄膜。 |
| 核心用途 | 半導(dǎo)體晶圓上的導(dǎo)電層（如柵極、接觸層）、阻擋層（防止銅擴散）及鈍化層。 |
| 形態(tài)特征 | 尺寸：直徑200-450mm（12英寸晶圓適配）、厚度5-20mm；表面粗糙度≤0.1μm（Ra）。 |
二、材質(zhì)與純度要求
| 分類 | 純度等級 | 關(guān)鍵雜質(zhì)限值（ppm） | 適用工藝 |
| 5N級鈦靶 | ≥99.999% | Fe≤5, O≤30, C≤10, N≤5 | 先進制程（≤7nm節(jié)點）的銅互連阻擋層 |
| 6N級鈦靶 | ≥99.9999% | Fe≤1, O≤10, C≤5, U/Th≤0.01 | 高可靠性存儲芯片（3D NAND、DRAM） |
| 合金靶材 | Ti-W/Ti-N | 添加W（5-10%）或N（1-3%） | 高功率器件電極（降低電阻率、抗電遷移） |
三、性能特點
| 性能指標 | 具體表現(xiàn) |
| 純度 | 5N級雜質(zhì)總量≤100ppm，避免晶格缺陷導(dǎo)致的漏電流或短路。 |
| 結(jié)晶取向 | (002)或(110)擇優(yōu)取向（織構(gòu)控制），提升濺射膜均勻性（不均勻度≤3%）。 |
| 密度 | ≥98%理論密度（4.51g/cm3），減少濺射過程中的顆粒飛濺。 |
| 熱穩(wěn)定性 | 高溫（500℃）下無相變，確保薄膜在退火后無開裂或剝離。 |
| 導(dǎo)電性 | 電阻率≤50nΩ·m（純鈦靶），合金靶可降至15nΩ·m（Ti-W）。 |
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(dǎo)體用鈦靶材化學成分與表面質(zhì)量規(guī)范 |
| 行業(yè)規(guī)范 | ASTM F76 | 電子級鈦材痕量元素檢測方法（GDMS/SIMS） |
| 中國國標 | GB/T 3620-2016 | 高純鈦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 |
五、加工工藝與關(guān)鍵技術(shù)
| 工藝環(huán)節(jié) | 關(guān)鍵技術(shù) |
| 原料提純 | 電子束熔煉（EBM）+ 區(qū)域熔煉（Zone Refining），將海綿鈦提純至6N級。 |
| 粉末冶金 | 熱等靜壓（HIP）成型（1200℃/150MPa），消除孔隙并細化晶粒（平均晶粒尺寸≤50μm）。 |
| 軋制與退火 | 多向交叉軋制（CCR）優(yōu)化織構(gòu)，真空退火（800℃/4h）釋放應(yīng)力。 |
| 精密加工 | 超精密磨床（金剛石砂輪）加工表面，平面度≤0.02mm/200mm。 |
| 清洗包裝 | 超凈間內(nèi)等離子清洗（Ar氣），真空密封包裝（潔凈度Class 1）。 |
六、具體應(yīng)用領(lǐng)域
| 應(yīng)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（TiN/Ti） | 5N級純鈦靶+反應(yīng)濺射（N?） | 厚度均勻性≤2%（3σ）、抗銅擴散 |
| 存儲芯片 | 電容電極（Ti/TiOx） | 6N級鈦靶+氧化濺射（O?） | 高介電常數(shù)（k＞80）、低漏電流 |
| 功率器件 | 源/漏極接觸層（Ti-W） | Ti-10W合金靶 | 低接觸電阻（＜1Ω·mm）、耐高溫 |
| 先進封裝 | TSV（硅通孔）種子層 | 高純鈦靶+電鍍銅 | 階梯覆蓋率＞95%（深寬比10:1） |
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℃） |
| 成本 | 中高（提純難度大） | 高（資源稀缺） | 低 |
| 工藝適配性 | 需反應(yīng)濺射（如TiN） | 可直接濺射（TaN） | 易氧化需真空保護 |
| 主流應(yīng)用 | 28nm以下節(jié)點阻擋層 | 10nm以下超薄阻擋層 | 傳統(tǒng)互連（＞90nm節(jié)點） |
八、未來發(fā)展新方向
| 方向 | 技術(shù)突破 | 潛在應(yīng)用 |
| 超高純度 | 7N級鈦靶（雜質(zhì)≤0.1ppm），采用懸浮區(qū)熔技術(shù)（FZ） | 2nm以下制程量子器件電極 |
| 復(fù)合靶材 | 鈦-石墨烯復(fù)合靶（提升導(dǎo)電性+散熱） | 高功率GaN器件散熱電極 |
| 大尺寸化 | 18英寸（450mm）鈦靶制造技術(shù)（晶圓廠下一代線寬需求） | 降低芯片制造成本 |
| 綠色制造 | 鈦靶廢料氫化-脫氫（HDH）回收技術(shù)（回收率＞95%） | 減少稀有金屬資源消耗 |
| 智能化檢測 | AI驅(qū)動的靶材缺陷實時識別（基于SEM/TEM圖像分析） | 零缺陷靶材批量生產(chǎn) |
| 低溫工藝 | 低溫濺射鈦靶（≤200℃）適配柔性電子（PI/PET基板） | 可折疊顯示面板、柔性傳感器電極 |
總結(jié)
集成電路電極用高純鈦靶材是摩爾定律延續(xù)的核心材料之一，其技術(shù)難點在于“超純+超均勻+超精密”三位一體。未來需聚焦：
極限純度：突破7N級提純技術(shù)，滿足亞納米級器件需求；
異質(zhì)集成：開發(fā)鈦-二維材料（MoS?、hBN）復(fù)合靶，提升薄膜功能性；
成本優(yōu)化：通過靶材再生與超大尺寸化降低先進制程成本。
