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高纯溅射靶材四大应用领域分析详解

高纯溅射靶材应用领域主要包括半导体、面板、光伏及光学器件。集成电路、平板显示器、太阳能电池、信息存储、工具改性、光学器件、高档装饰用品等生产过程中均需要进行溅射镀膜工艺,溅射靶材应用领域非常广阔。对于靶材用量较大的行业主要有集成电路、平板显示器、太阳能电池、磁记录媒体、光学器件等。其中,高纯溅射靶材则主要用于对材料纯度、稳定性要求更高的领域,如集成电路、平板显示器、太阳能电池、磁记录媒体、智能玻璃等行业。

半导体芯片对溅射靶材的技术要求极高,价格也极其昂贵,对于靶材纯度和技术的要求高于平面显示器、太阳能电池等其他应用领域。半导体芯片对溅射靶材的金属材料纯度、内部微观结构等方面都设定了极其苛刻的标准,溅射靶材若杂质含量过高,形成的薄膜就无法达到使用所要求的电性能,并且在溅射过程中易在晶圆上形成微粒,导致电路短路或损坏,将严重影响薄膜的性能。一般而言,芯片制造对溅射靶材金属纯度的要求高,通常要求达到99.9995%(5N5)以上,平板显示器、太阳能电池分别要求达到99.999%(5N)、99.995%(4N5)以上即可。

半导体靶材:用于晶圆导电阻挡层及封装金属布线层制作
在晶圆制作及芯片封装两大环节均需要用于到溅射靶材,其中在晶圆制造环节,靶材主要用于执着晶圆导电层、阻挡层以及金属栅极,而且在芯片封装环节,靶材用来生成凸点下金属层、布线层等金属材料。虽然靶材正在晶圆制造和芯片封装领域用量不大,根据SEMI的统计数据,靶材在晶圆制造及封装过程成本占比均约在3%左右,但是由于溅射靶材的品质直接影响导电层、阻挡层的均匀程度及性能,进而影响芯片传输速度及稳定性,因此靶材是半导体生产的核心原材料之一。


半导体靶材

在晶圆制作环节,半导体用溅射靶材主要用于晶圆导电层及阻挡层和金属栅极的制作,主要用到铝、钛、铜、钽等金属,芯片封装用金属靶材于晶圆制作类似,主要有铜、铝、钛等。其中,晶圆制作导电层使用金属靶材主要有铝靶和铜靶,阻挡层使用金属靶材主要有钽靶和钛靶,阻挡层主要有两个作用,一方面是阻隔与绝缘,防止导电层金属扩散到晶圆主体材料硅中,另一方面作为黏附,用于粘结金属和硅材料。一般来说,110nm技术节点以上晶圆分别用铝、钛作为导线及阻挡层的薄膜材料,110nm以下晶圆分别使用铜,钽材料作为导线及阻挡层的薄膜材料,随着晶圆制程的缩小,未来对铜靶、钽靶以及制作金属栅极用钛靶的用量占比将不断提升。

面板靶材:主要用于制作ITO玻璃及触控屏电极
平板显示行业主要在显示面板和触控屏面板两个产品生产环节需要使用靶材溅射镀膜,主要用于制作ITO玻璃及触控屏电极,用量大的是氧化铟锡(ITO)靶材,其次还有钼、铝、硅等金属靶材。1)平板显示面板的生产工艺中,玻璃基板要经过多次溅射镀膜形成ITO 玻璃,然后再经过镀膜,加工组装用于生产LCD 面板、PDP 面板及OLED 面板等;2)触控屏的生产则还需将ITO 玻璃进行加工处理、经过镀膜形成电极,再与防护屏等部件组装加工而成。采用硅靶材溅镀形成的二氧化硅膜则主要起增加玻璃与ITO 膜的附着力和平整性、表面钝化和保护等作用,MoAlMo(钼铝钼)靶材镀膜后蚀刻主要起金属引线搭桥的作用。此外,为了实现平板显示产品的抗反射、消影等功能,还可以在镀膜环节中增加相应膜层的镀膜。


光伏靶材:用于形成太阳能薄膜电池的背电级
靶材主要用于生成太阳能薄膜电池的背电极,晶体硅太阳能电池较少用到溅射靶材。太阳能电池主要包括晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池,晶体硅太阳能电池转化效率较高、性能稳定,且各个产业环节比较成熟,占据了太阳能电池市场的主导地位。而晶体硅太阳能电池按照生产工艺不同可分为硅片涂覆型太阳能电池以及PVD 工艺高转化率硅片太阳能电池,其中硅片涂覆型太阳能电池的生产不使用溅射靶材,目前靶材主要用于太阳能薄膜电池领域。



靶材溅射镀膜形成的太阳能薄膜电池的背电级主要有三个用途:第一,它是各单体电池的负极;第二,它是各自电池串联的导电通道;第三,它可以增加太阳能电池对光的反射。太阳能薄膜电池用溅射靶材主要为方形板状,对纯度要求没有半导体芯片用靶材要求高,一般在99.99%以上。目前制备太阳能电池较为常用的溅射靶材包括铝靶、铜靶、钼靶、铬靶以及ITO靶、AZO靶(氧化铝锌)等。其中铝靶、铜靶用于导电层薄膜,钼靶、铬靶用于阻挡层薄膜,ITO靶、AZO靶用于透明导电层薄膜。

光学器件靶材:使用光学镀膜改变光波传导特性
光学器件需依靠光学镀膜形成一层或多层的介电质膜和金属膜,通过二者组成的膜系来改变光波传导的特性,包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变,主要用到硅、铌、二氧化硅、钽等靶材。光学器件应用范围非常广泛,主要包括智能手机、车载镜头、安防监控设备、数码相机、光碟机、投影机等,高端的应用产品包括航空航天监测镜头、生物识别设备、生命科学中DNA 测序等研究设备、医疗检查仪器镜头、半导体检测设备以及大视场投影镜头(如IMAX)、3D打印机等仪器设备所需的光学元器件及光学镜头。


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