半导体高纯度靶材解析：材料特性与国产化突围

本文解析半导体靶材的纯度要求与制备工艺，对比粉末冶金与真空熔炼技术差异，并探讨国产化突破路径与市场应用趋势。

一、半导体靶材的核心要求

半导体工艺对靶材提出四大关键指标：

纯度：金属杂质<1ppm，非金属杂质<50ppm;

密度：需达理论密度的99%以上(避免溅射过程起弧);

晶粒结构：晶粒尺寸<50μm(确保薄膜均匀性);

应力控制：残余应力<±20MPa(防止靶材开裂)。

二、关键材料解析

1. 铝靶材(Al)

应用：金属互连层(Cu扩散阻挡层);

挑战：控制Fe、Si杂质含量(需<0.5ppm)。

2. 铜靶材(Cu)

应用：嵌入式布线工艺;

技术难点：通过真空蒸馏去除O、S等轻元素。

3. 钽靶材(Ta)

应用：高介电常数材料(HfO₂)的阻挡层;

纯度要求：需控制W、Mo等过渡金属杂质。

三、国产化突破方向

纯度提升

开发多级真空蒸馏工艺(去除轻元素);

应用ICP-MS在线检测(杂质含量实时监控)。

晶粒控制

采用纳米晶种诱导技术(细化晶粒至30μm);

优化热处理工艺(消除残余应力)。

设备自研

研制6N级电子束熔炼炉(替代进口设备);

开发自动化靶材绑定系统(提升生产效率)。

四、市场应用与趋势

先进制程需求：

3nm以下工艺需Co靶材(新型互连材料);

EUV光刻胶需Sn靶材(光敏剂)。

国产化进程：

国内企业已突破8英寸铝靶量产;

12英寸铜靶仍依赖进口(纯度不足)。

未来方向：

开发梯度复合靶材(如Ta/Ti多层结构);

探索碳基靶材(应对3D NAND存储需求)。

结语：高纯度靶材是半导体制造的“基因载体”。建议企业聚焦纯度-密度-成本三角平衡，例如采用粉末冶金+热等静压组合工艺。随着国产化技术突破，预计2026年国内靶材自给率将突破40%，助力解决“卡脖子”问题。