用核心材料支撐半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級
在生成式人工智能時代，芯片作為算力和存儲單元，性能與能效快速演進，帶動芯片制造和封裝工藝持續(xù)迭代。而芯片的制造流程中，有一種材料是制作芯片導(dǎo)線、使其實現(xiàn)導(dǎo)電和阻擋功能的關(guān)鍵，那就是濺射靶材。
11月23日，第二十二屆中國國際半導(dǎo)體博覽會（IC China 2025）在北京國家會議中心開幕。在同期舉辦的第七屆全球IC企業(yè)家大會上，寧波江豐電子材料股份有限公司總工程師王學(xué)澤分享了對于濺射靶材及其采用的超高純金屬材料的認知，并闡釋了濺射靶材的市場動能與技術(shù)升級方向。
半導(dǎo)體對靶材的技術(shù)要求最高
濺射靶材是在濺射過程中受到高速離子束轟擊的靶材，是薄膜沉積的原材料，在半導(dǎo)體、顯示面板、光伏等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
根據(jù)所使用的材料，濺射靶材可分為金屬及合金靶材、化合物靶材等。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，濺射靶材是芯片互連導(dǎo)線的原材料，主要用于晶圓制備過程中“金屬化”工藝的導(dǎo)電層、阻擋層和接觸層的制備。在芯片封裝過程中，濺射靶材常用于貼片焊線的鍍膜。
“半導(dǎo)體用的濺射靶材，主要是金屬類，包括超高純的鋁、鈦、鉭、銅、鎢、鈷、鎳、金、銀、鉑等。制備工藝根據(jù)材料屬性而有所不同，有些材料直接熔煉鑄錠成靶材；有些材料，如鎢、鉬等，絕大部分是通過粉末冶金來成形。”王學(xué)澤說道。
據(jù)王學(xué)澤介紹，鋁靶材是集成電路導(dǎo)電層最常用的材料；鈦靶材是集成電路阻擋層最常用的材料；鉭靶材是先進制程芯片阻擋層最常用的材料；銅靶材是先進工藝芯片導(dǎo)電層最常用的材料。
相比顯示、光伏等應(yīng)用領(lǐng)域，半導(dǎo)體領(lǐng)域的導(dǎo)線加工最為精細，對于靶材的技術(shù)要求也就最高，金屬純度通常需達到99.9995%（5N5）乃至99.9999%（6N）以上，同時對尺寸精度、結(jié)晶取向控制也有著極高標(biāo)準(zhǔn)。
王學(xué)澤指出，靶材主要通過PVD（物理氣相沉積）工藝來形成薄膜，將芯片放入PVD鍍膜機的高真空腔體中，在高電壓、高真空、高磁場環(huán)境下，用氬離子轟擊靶材的金屬表面，使其變?yōu)榈入x子體，為硅片鍍膜。
“光刻是芯片制造的核心工藝，而光刻可能接近一半的時間都在刻用靶材制備的薄膜，加上后續(xù)的刻蝕，才能將金屬薄膜一步步刻成導(dǎo)線。”王學(xué)澤說道。
基于以上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝流程，要用靶材制備出符合半導(dǎo)體要求的導(dǎo)線，一方面需要超高純的材料——一旦以納米計量尺寸的導(dǎo)線摻了雜質(zhì)，導(dǎo)電性能等各個方面就會受到影響；另一方面要控制好原子排列的方向——如果材料的原子排列出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致鍍膜不均勻，無法通過光刻、刻蝕制備導(dǎo)線。
此外，超高純材料硬度很低，需要焊接高強度的銅合金或者鋁合金的材料才能用于濺射。
濺射靶材呈現(xiàn)三個發(fā)展方向
在人工智能、新能源汽車等市場動能的驅(qū)動下，芯片用量穩(wěn)步提升，靶材需求量隨之?dāng)U容。根據(jù)弗若斯特沙利文報告，預(yù)計到2027年，全球半導(dǎo)體濺射靶材市場規(guī)模將達到251.10億元。
在市場容量提升的同時，下游產(chǎn)品及行業(yè)應(yīng)用對于芯片的性能及能效要求越來越高。靶材作為半導(dǎo)體制造的核心材料，也需要隨之迭代。王學(xué)澤表示，濺射靶材呈現(xiàn)出三個發(fā)展方向：
一是純度要求更高。隨著芯片制程的線寬越來越細，晶圓制造環(huán)節(jié)對于濺射靶材的純度要求不斷提升。
二是尺寸要求更大。12英寸硅片具有更大的面積，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳效率（硅片的利用率是之前的2.5倍），因而逐步超越8英寸硅片成為市場主流。靶材需要隨著12英寸硅片的普及而同步擴大尺寸。
三是高度定制化。隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等應(yīng)用市場的持續(xù)增長，下游產(chǎn)品和需求日益多樣化，靶材生產(chǎn)企業(yè)需圍繞金屬純度、穩(wěn)定性、使用壽命等維度生產(chǎn)更多定制化的濺射靶材產(chǎn)品。
（來源：中國電子報/JSSIA整理）