在半导体制造中，溅射靶材是一种高纯度源材料，用于在硅晶圆上沉积微观薄膜。这个过程被称为溅射，它涉及用高能离子轰击靶材，使靶材中的原子脱离，然后这些原子移动并覆盖在晶圆上。这些超薄层构成了集成电路中必不可少的导电、绝缘和保护结构。
关键在于，溅射靶材不应被视为简单的原材料，而应视为一种高度工程化的组件。其极高的纯度和精确的物理特性直接决定了最终微芯片的性能、质量和可靠性。
溅射在芯片制造中的作用
从核心来看，半导体制造是一个一次构建一个原子层，从而形成复杂三维结构的过程。溅射是沉积这些精确层的主要方法之一。
溅射过程解释
可以将溅射视为一种“原子喷漆”形式。将所需材料的高纯度圆盘或板——即溅射靶材——放置在真空室中。高能离子（通常来自氩气等惰性气体）被发射到靶材上。这种撞击会从靶材表面撞出单个原子或分子，然后这些原子或分子移动并以均匀的薄膜形式沉积在半导体晶圆上。
薄膜为何必不可少
这些沉积层是微芯片的功能性构建块。单个芯片可能包含几十甚至上百层薄膜，每层都有其特定用途。
这些薄膜可以是导电的（形成微观布线）、绝缘的或介电的（防止导线之间短路），或保护性的（提供耐化学性以保护精密电路）。
靶材作为质量之源
沉积薄膜的质量只能与源材料的质量一样好。溅射靶材中的任何杂质或结构缺陷都将直接转移到晶圆上的薄膜中，可能导致微芯片出现故障。这就是为什么对靶材的要求如此严格的原因。
常见靶材及其功能
根据集成电路每一层所需的特定电气或物理特性，选择不同的材料作为溅射靶材。
导电金属层
由钽 (Ta) 或铂 (Pt) 等材料制成的靶材用于制造微观互连线、触点和电极，使电流能够流过电路。
绝缘介电层
为了将这些导电路径彼此隔离，需要绝缘薄膜。射频溅射 (RF Sputtering) 是一种特定技术，与氧化硅 (SiO₂) 或氧化铝 (Al₂O₃) 等靶材一起使用，以沉积这些非导电的介电层。
专业光学和电子层
溅射也用于更专业的应用。例如，氧化铟锡 (ITO) 靶材用于制造既透明又导电的薄膜，这对于平板显示器和太阳能电池至关重要。
溅射靶材的严格要求
现代电子产品的性能需求意味着溅射靶材必须满足远超传统材料的标准。任何偏差都可能导致设备故障。
极高的化学纯度
即使每百万个原子中只有几个不必要的杂散原子，也可能改变半导体的电学特性，使整个器件失效。因此，靶材必须提炼到极高的纯度水平。
精确的物理均匀性
靶材的密度、晶粒尺寸和晶体结构必须完全均匀。靶材表面上的任何变化都会导致薄膜在晶圆上沉积不均匀，从而导致缺陷。
缺陷和尺寸控制
靶材本身必须按照精确的尺寸制造，并具有完美平坦光滑的表面。靶材中的任何凹坑、裂纹或翘曲都会干扰溅射过程，并损害沉积层的质量。
为您的目标做出正确选择
溅射靶材的选择完全取决于所创建层的功能。
- 如果您的主要重点是创建导电路径：您将使用钽、铂或铜等金属靶材来形成电路的布线和触点。
- 如果您的主要重点是隔离组件：您将需要介电靶材，例如氧化硅或氧化钽，通常通过射频溅射沉积。
- 如果您的主要重点是构建专用设备：您将转向特定应用的靶材，例如用于显示器的氧化铟锡或用于存储芯片和传感器的特殊合金。
最终，溅射靶材是构建现代电子设备复杂、高性能层的基础来源。
总结表：
| 功能 | 常见靶材 | 关键要求 |
|---|---|---|
| 导电层（布线、触点） | 钽 (Ta)、铂 (Pt)、铜 (Cu) | 极高纯度、均匀晶粒结构 |
| 绝缘/介电层 | 氧化硅 (SiO₂)、氧化铝 (Al₂O₃) | 高纯度，通过射频溅射沉积 |
| 专用层（例如，透明导电） | 氧化铟锡 (ITO) | 精确成分，高均匀性 |
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