マグネトロンスパッタリングチタンターゲットの開発をレビュー

- Dec 05, 2018-

マグネトロンスパッタリングの開発 チタンターゲットの見直し


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回転可能なスパッタリングターゲット

電子情報の分野における重要な機能性薄膜材料として、高純度チタンは、中国のIC、平面ディスプレイ、太陽エネルギーおよび他の産業の急速な発展に伴って急速に需要がある。 マグネトロンスパッタリング技術(PVD)は、薄膜材料を製造するための重要な技術の1つであり、高純度チタンスパッタリングターゲット材料は、市場適用の見通しが広いマグネトロンスパッタリング技術において重要な消耗材料である。 化学物質の純度、組織のパフォーマンスなどの面で高付加価値コーティング材料としてチタンターゲット材料は、厳しい要件を持って、高い技術的な内容、処理の難しさが大きいです、我々の国のターゲット材料製造企業は、エンドターゲット材料の製造、基本原材料の純度、制御ターゲットなどの準備技術の面で比較的後方に、成形技術のコア技術は、また、特定のギャップを持っています。 ダウンストリームのハイエンド用途を目指して、高性能チタンスパッタリングターゲット材料の開発は、電子情報産業における主要材料の独立した研究開発を実現し、チタン産業の高性能転換とアップグレードを促進する重要な手段です。

高純度プレーナスパッタリングターゲット

チタンターゲットの用途および性能要件

 

マグネトロンスパッタリングTiターゲット材料は、集積回路、平面表示スクリーン、家庭用装飾自動車産業の装飾コーティング分野、例えばガラス装飾コーティングおよびハブ装飾コーティングなどのエレクトロニクスおよび情報産業で主に使用される。 純粋な、微細構造、溶接性能、寸法精度といくつかの側面、特定のインデックスの要件は次のとおりです。

1)純度:非集積回路:99.9%; 集積回路:99.995%、99.99%。

2)微細構造:非集積回路:平均粒子が100ミクロン未満; 集積回路:平均粒子は30ミクロン未満であり、平均超微細粒子は10ミクロン未満である

3)溶接性能:非集積回路:ろう付け、モノマー; 集積回路:モノマー、ろう付け、拡散溶接

4)寸法精度:非集積回路の場合:0.1mm。 非集積回路の場合:0.01mm。

1.1集積回路用Tiターゲット材料

集積回路のTiターゲット材料の純度は、主に99.995%以上であり、主に輸入に依存する。 2013年には中国の集積回路産業が2,048億元の売上高と2,313億ドルの収入を達成し、初めて中国最大の輸入商品となった。 2014年には、集積回路産業の売上高は2672億元であり、輸入量は2,176億ドルに達しました。 集積回路のターゲット材料は、グローバルターゲット材料市場で大きなシェアを占めています。

マルチアークターゲット

Tiターゲット材質:高純度Tiの生産は、米国のハネウェル、日本のトーホー、日本の大阪チタン工業などの米国、日本およびその他の国に集中しています。 2010年以来、北京の非鉄金属研究所、遵義チタン工業、寧波春蘭は国内の高純度Ti製品を順次発売したが、製品の安定性を改善する必要がある。

 

Ti:ターゲット材料開発の初期のファウンドリの利益のスペースは、100~150ミリメートルマグネトロンスパッタリングマシンの主な使用、および小さいパワー、スパッタリング膜が厚く、チップサイズが大きく、ターゲット材料の単一の性能は、使用要件を満たすことができる一般的なタイプ3180、タイプ3290のターゲット材料などのような、ターゲットを組み合わせた100〜150mmのモノマーを中心とするTiターゲット材料による集積回路。ムーアの法則の開発によれば、第2ステージは、チップ、狭い線幅、ファウンドリは、主に150~200ミリメートルスパッタリングマシンを使用して、利益のスペースを改善するために、スパッタリング電力のマシンを増加させる、これは、ターゲットのサイズが高い熱伝導率を維持しながら、低価格と特定の強度、この期間Tiターゲット材料は、アルミニウム合金のバックプレーン拡散溶接と銅合金のバックボード2つの構造のろう付けによって優先されます、典型的なTN、TTN タイプ、Endura5500ターゲット材質などがあります。第3段階では、集積回路の開発に伴い、チップの線幅が狭くなります。 現在、チップファウンダリング工場は主に200〜300mmのスパッタリング装置を使用しています。 利益の空間をさらに増やすために、機械のスパッタリングパワーが増加し、高い熱伝導率と十分な強度を維持しながら、ターゲット材料のサイズを大きくする必要があります。 この間、Tiターゲットは主にSIPタイプのターゲットのような銅合金のバックプレートで溶接されます。

 

Tiのターゲット材料の処理と製造の側面:国内市場での徐々に国内市場のターゲットに、2000年後に、米国、日本およびその他の大手メーカーの独占ターゲット材料によって国内外で早期市場、ローエンドのターゲットは、高純度をインポートを開始するTiの原料加工、国内Tiターゲット材料製造企業の急速な発展によって近年では、市場シェアは徐々に台湾、ヨーロッパ、米国やYouYan万金や江豊電子2つの企業の焦点のターゲットなどの他の市場に拡大長年にわたる材料製造。 国内のターゲット製造企業も、国内の集積回路マグネトロンスパッタリング産業の発展を促進するために、国内のマグネトロンスパッタリング装置製造業者と共同してターゲット材料を開発している。

 

1.2平面表示用Tiターゲット材

 

フラットパネルディスプレイには、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ(PDP)、フィールドルミネッセンスディスプレイ(el)、電界放出ディスプレイ(FED)が含まれる。

 

現在、LCD市場は90%以上のシェアを持つフラットパネルディスプレイ市場で最大の市場です。 LCDは、フラットパネルディスプレイデバイスの最も応用の見通しであると考えられており、モニタ、ノートブックコンピュータモニタ、デスクトップコンピュータモニタ、高精細LCD TVおよびモバイル通信、あらゆる種類の新しいタイプのLCD製品人々の生活習慣にぶつかり、世界の情報産業の急速な発展を促進しています。 Tft-lcd技術は、マイクロエレクトロニクス技術と液晶技術を巧みに組み合わせた技術の一種です。 現在、これは、al-mo、al-ti、cu-moおよび他のプロセスに分割された平面ディスプレイの主流技術となっている。

 

平面ディスプレイの薄膜は、大部分がスパッタリングによって形成される。 Al、Cu、Ti、Moなどのターゲットは、現時点では平面表示の主な金属ターゲットです。 平面表示のためのTiターゲットの純度は99.9%以上である。 この原材料は中国で製造することができます。 Tft-lcd6世代ラインは、大型サイズのフラットTiターゲット材を使用し、銅合金の水冷バックプレートターゲット材を構造に使用し、CLPパンダを適用しています。

 

現在、中国が独自に建設した世界最高水準の世代ライン - 合肥10.5世代のラインは、主に大型超高精細液晶ディスプレイ(uhd)を生産しており、1ヶ月に9万枚のガラス基板を設計することができます。 ガラス基板のサイズは3,370x2,940mmで、総投資額は400億元です。 2018年の第2四半期に生産に入る予定です。

 

2.マグネトロンスパッタリングTiターゲット作製技術

 

(以下、EBビレットと称する)と真空アーク炉製錬グレー(以下、(VAR)ビレットという)からの真空電子ビーム溶融ビレットとに分けることができる材料の純度、密度、粒度、結晶方位を厳密に制御することに加えて、熱処理工程の条件、厳格に制御する必要があります。ターゲット材料の品質。

 

高純度Tiの原料は、通常、Tiマトリックス中の高融点不純物元素を溶融電気分解により除去した後、真空電子ビーム溶解によりさらに精製する。 真空電子ビーム製錬は、金属表面上に高エネルギーの電子ビーム衝撃を使用することであり、次いで金属が溶融するまで温度が徐々に上昇する。 高い蒸気圧を有する元素は最初に蒸発し、低い蒸気圧を有する元素は溶融物中に残る。 不純物元素とマトリックスの蒸気圧との差が大きいほど、より良い浄化効果が得られる。 しかし、溶融後の真空精製の利点は、他の不純物を導入することなくTiマトリックス中の不純物元素を除去できることである。 このため、高真空環境下(上記10-4)で99.99%の電解質Tiを電子ビーム製錬で電気分解すると、Ti元素自身の飽和蒸気圧よりも高い飽和蒸気圧の不純物元素(Fe、Co、Cu) Fe、Co、Cu)を優先的に波に乗せ、マトリックス中の不純物の含有量を低減し、精製の目的を達成する。 99.995 +純度の高純度金属Tiは、2つの方法を組み合わせることによって得ることができる。

 

99.9%Ti純度の原材料については、0級スポンジTiは、主に真空消耗型電気炉で精錬された後、熱間鍛造によってブランクを開き、小さなブランクを形成する。 熱機械的変形制御を介して2つの方法の準備のTi金属原料は、その全体のスパッタリング表面の微細構造は、マグネトロンスパッタリングとの集積回路の準備への加工、結合、クリーニングおよびパッケージングプロセスに一貫していますTiは、機械は特殊な高Tiターゲット材料に使用され、スパッタリングターゲット材料の表面をパッキングする前にスパッタリングマシンに設置されたスパッタリングターゲットを使用して目標ターゲット時間(燃焼時間)を焼く。

 

集積回路のTiターゲット材料の製造方法は、複雑な技術と比較的高いコストを有する

 

3.Tiターゲット材料の技術要件

 

堆積膜の品質を保証するためには、ターゲット材料の品質を厳密に制御しなければならない。 多くの実践の後で、Tiターゲット材料の品質に影響を及ぼす主な要因は、純度、平均粒径、結晶方位および構造均一性、幾何学的形状およびサイズなどを含む。

 

3.1純度

 

Tiターゲット材料の純度は、スパッタリング膜の特性に大きな影響を及ぼす。

Tiターゲット材料の純度が高いほど、スパッタリングTi膜中の不純物元素粒子が少なくなり、耐食性、電気的および光学的特性を含む良好な膜特性が得られる。 しかし、実際の用途では、異なる用途のためのTiターゲット材料の純度要件が異なる。 例えば、Tiターゲット材料の純度要件を有する一般装飾コーティングは要求されず、Tiターゲット材料の純度要件を有する集積回路、ディスプレイボディおよび他のフィールドがはるかに高い。 スパッタリングにおける陰極源としては、不純物元素と気孔含有物が主な汚染源である。 気孔含有物は、インゴット非破壊探傷の過程で基本的に除去される。 除去されていない気孔含有物は、スパッタリング中に先端放電現象(Arcing)を生じ、薄膜の品質に影響を及ぼす。 しかし、不純物元素の含有量は、全元素分析の結果にのみ反映される。 全不純物含有量が低いほど、Tiターゲット材料の純度は高くなる。 初期の高純度チタンスパッタリングターゲット材料ではなく、高純度チタンスパッタリングターゲット材料、規制3純度Tiターゲット材料を用いたYS / T893-2013電子フィルムによって発行された2013年以降の国内外のTiターゲット材料製造会社単一の不純物含有量と総不純物含有量の異なる要求、この規格は徐々にターゲット市場の需要の忙しいTiの純度を標準化しています。

 

3.2平均粒径

 

一般に、Tiターゲット材料は多結晶構造であり、粒度はミクロンからミリメートルの範囲である。 小粒のターゲットのスパッタリング速度は粗粒ターゲットのスパッタリング速度よりも速く、スパッタリング面の結晶粒径の差が小さいターゲットでは、スパッタ堆積膜の膜厚分布がより均一になる。 チタンターゲットの粒径を100ミクロン以下に制御し、粒径の変化を20%以内に保つことで、スパッタリング膜の品質を大幅に向上させることができることが分かった。 集積回路に使用されるTiターゲットの平均粒径は、一般に30ミクロン未満であることが必要であり、平均粒径は10ミクロン未満である必要がある。

 

3.3結晶化方位

 

金属Tiは、密に配置された六方晶構造である。 Tiターゲット原子は、スパッタリング中に最も近接して配置された六方晶原子の方向に優先的にスパッタされるので、ターゲット材料の結晶構造を変化させて最高のスパッタリング速度を達成することによって、スパッタレートを高めることができる。 現在、ほとんどの集積回路のTiターゲットスパッタリング表面{1013}の結晶系は60%以上であり、製造元によって異なるターゲット材料の結晶方位が微妙に異なり、Tiターゲットの結晶方向も大きな影響を及ぼすスパッタリング膜の膜厚均一性について 平面ディスプレイおよび装飾コーティングのフィルムサイズは比較的厚いので、Tiターゲット材料の粒子配向要件は比較的低い。

 

3.4構造の均一性

 

構造均一性はまた、ターゲット材料の品質を評価するための重要な指標の1つです。 Tiターゲットでは、ターゲット材のスパッタリング面だけでなく、法線方向組成、結晶方位、スパッタ面の平均結晶粒径の均一性が要求される。 このようにして、Tiターゲット材料の耐用年数内に均一な厚さ、信頼性の高い品質および一定の粒度を有するTi膜を同時に得ることができる。

 

3.5幾何形状とサイズ

 

主に、加工寸法、面の平坦度、粗さなどの加工精度と品質に反映されます。取り付け穴の角度偏差が大きすぎると正しく取り付けられません。 厚さが薄いとターゲットの寿命に影響します。 シール面やシール溝の大きさが粗すぎるため、ターゲット材を取り付けた後に真空に問題が発生し、水漏れの原因となります。 ターゲットスパッタリング表面粗面化処理は、ターゲット材料の表面が先端効果の影響下で豊富な凸チップで満たされるようにすることができ、これらの凸チップのポテンシャルは大きく改善され、したがって媒体排出を崩壊させるが、安定性が悪い。

 

3.6溶接接合

現在、Ti / Al異種金属拡散溶接研究紙については、主にチタンの高融点と、主に一方向または二方向圧力または熱拡散の真空拡散接合技術に基づくアルミニウム材料の低融点拡散溶接低温直接拡散接合で高圧のチタン金属アルミニウム金属材料を実現するためにアイソスタティックプレス技術が採用された。 Ti / CuおよびCu合金溶接国内メーカーは多くのアプリケーションを持っていますが、研究論文はほとんどありません。

 

4. Tiターゲット材料の展望

 

グローバルなターゲット製造拠点はアジアに急速に集まっています。 半導体集積回路、平面ディスプレイ、装飾コーティングなどの国内のハイテク産業の急速な発展に伴い、中国のターゲット材料市場は日々拡大しており、徐々に薄膜ターゲット材料の世界最大の需要領域の1つになっています。中国のターゲット材料製造業の発展の機会と課題を提供しています。

 

近年では、統計によると、集積回路業界の資金、国家科学技術の主要なプロジェクト(01、02、03)と地方の資金、チームのリード、統計によると、集積回路産業の投資は、大きな熱です2015年、年、国内は、建設または計画しているウェーハ生産ラインを開始することを宣言しているそれらの300 mmミリメートル、製品200 mm20、6 150ミリメートルの44までです。 巨大な市場の需要に牽引され、ターゲット材料業界は、関連する科学研究機関や中国の企業の注目と注目を集めるために拘束され、磁気制御されたスプラッシュの研究開発と生産に人的、ターゲット。

 

Tiターゲット材料は、ターゲット材料分野の独特な枝として、半導体AlプロセスとCuプロセスの両方に適用され、LCD産業および装飾コーティング業界で広く使用されています。 現在、Tiターゲット材料の研究開発と生産拠点は、主に北京、広東、江蘇、浙江、甘粛などの地域に集中しています。 目標の原材料の純度、生産設備と技術の研究開発技術の限界のため、私たちの国のTiターゲット材料製造業界はまだ初期段階にあり、国内Tiターゲット材料生産企業は品質と基本に属しています技術的な閾値は、スパッタリングターゲット材料の生産者、または利益の制限されたOEM工場の低レベルに勝つために価格で、伝統的な処理方法は、低いです。 単一の小規模生産規模、多様性、技術も安定していない、これまでの中国(台湾を含む)、唯一のいくつかの会社YouYan万金、江豊電子企業、ターゲット材料の生産などのターゲット材料の生産に特化遠くまで市場の発展のニーズを満たすことができない、多くのTiターゲット材料はまだ海外から輸入する必要があり、高純度金属Tiターゲット材料の原材料は画期的なものですが、まだほとんど輸入に依存しなければなりません。

 

Tiターゲット材料は、特別な目的の材料の一種として、強い用途と明確なアプリケーションの背景を持っています。 金属Ti、EB真空精錬技術、Tiインゴット非破壊探傷技術、高純度Tiの不純物分析技術、Tiターゲットの調製技術、スパッタリング装置の製造技術、スパッタリング技術、Tiを単に研究する薄膜性能試験技術から分離した冶金浄化技術目標自体は意味を持ちません。 Tiターゲット材料の研究開発とその後のアプリケーション改良には、上流の原料から中規模の機器メーカーおよびターゲット材料メーカー、下流のTiターゲットコーティングチップアプリケーションまでの全産業チェーンが含まれます。 Tiターゲット材料特性とスパッタリングフィルム特性との間の関係は、アプリケーション要件を満たすフィルム特性を得ることに役立つだけでなく、ターゲット材料のより良い使用、ターゲット材料産業の発展を促進し、その役割を十分に果たしている。

 

中国本土でのIC産業では、現在の機会とチャレンジは共存しています。材料製造、フィルム製造、テスト機器をターゲットにする機会を奪うことができなければ、私たちの国と国際レベルのギャップはますます大きくなります、だけでなく、国内市場の外国占有を取り戻すことができない、より多くの国際市場の競争に参加することはできません。