靶材選擇規(guī)程
一、分類(lèi)：1.薄膜應(yīng)用分類(lèi)[1]:半導(dǎo)體功能（HfO2）、磁記錄、巨磁電阻（稀土合金或氧化物類(lèi)）、顯示技術(shù)（ITO）、超導(dǎo)（Y2BaCu3O7）；2.材料組成：金屬（合金）、氧化物類(lèi)（Al2O3、SiO、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2等）、氟化物類(lèi)（MgF2、BaF2、YF3、Na3AlF6等）、其它化合物類(lèi)（ZnS、ZnSe、PbTe等）。
二、靶材要求：成分、微觀結(jié)構(gòu)、密度和強(qiáng)度等。
1．純度[1] [2]
陶瓷靶材的純度對(duì)濺射薄膜的性能影響很大，陶瓷靶材的純度越高，濺射薄膜的均勻性和批量產(chǎn)品質(zhì)量的一致性越好。近年來(lái)隨著微電子產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，硅器件布線寬度已發(fā)展到0．13μm，對(duì)成膜面積的薄膜均勻性要十分嚴(yán)格，其純度必須大于4N。此外顯示平面用的ITO靶材對(duì)純度也要求十分嚴(yán)格，要求ITO的純度都大于4N。磁性薄膜用陶瓷靶材的純度也要不低于3N。靶材作為濺射中的陰極源，固體中的雜質(zhì)是沉積薄膜的主要污染源，如：堿金屬離子(Na+、K+)易在絕緣層(SiO)中成為可移動(dòng)性離子，降低元器件性能，其含量須在0．01ppm(重量)以下。
薄膜理論與實(shí)踐證明，一般鍍膜材料純度2N—5N，雜質(zhì)單項(xiàng)最高不超過(guò)80ppm（0.008%），雜質(zhì)總量在1000ppm（0.1%）以下(2N—3N)，均可有效使用。特殊高要求時(shí)，雜質(zhì)單項(xiàng)最高不超過(guò)5ppm（0.0005%），雜質(zhì)總量在10ppm（0.001%）以下(純度4N—5N）。
2．密度
為了減少陶瓷靶材中的氣孔，提高薄膜的性能，一般要求濺射陶瓷靶材具有高密度。通常，靶材的密度不僅影響濺射時(shí)的沉積速率、濺射膜粒子的密度和放電現(xiàn)象等，還影響著濺射薄膜的電學(xué)和光學(xué)性能。靶材越密實(shí)，濺射膜粒子的空間分布濃度越低，放電現(xiàn)象越弱，而薄膜的性能也會(huì)越好。此外，提高陶瓷靶材的致密度和強(qiáng)度能使靶材更好地承受濺射過(guò)程中的熱應(yīng)力。因此，提高靶材的密度是制備陶瓷靶材的關(guān)鍵技術(shù)之一。在成型加工方法中預(yù)成型壓力也是重要因素，靶材的預(yù)成形壓力小，相應(yīng)靶坯料的密度也小，這對(duì)靶材的燒結(jié)自然十分有利，靶材氧擴(kuò)散好，相轉(zhuǎn)變完全，靶材內(nèi)部不易產(chǎn)生“夾芯”，但另一方面使靶材的機(jī)械強(qiáng)度降低，易發(fā)生破裂，不利于薄膜工藝使用.結(jié)合薄膜工藝、靶材應(yīng)用活性和靶材加工實(shí)踐[3]考慮，一般情況下，靶材表觀密度達(dá)理論密度控制在>55％~80%[4]即可。粉末冶金法制造的靶材, 則極有可能含有一定數(shù)量的氣孔。氣孔的存在會(huì)導(dǎo)致濺射時(shí)產(chǎn)生不正常放電而產(chǎn)生雜質(zhì)粒子，另外含有氣孔的靶材在搬動(dòng)、運(yùn)輸 、安裝、操作時(shí)因其密度較低，也極易發(fā)生碎裂 。由采用真空熔煉方法制造的靶材可確保塊材內(nèi)部無(wú)氣孔存在[6]。
3．成分與結(jié)構(gòu)均勻性
為了保證濺射薄膜均勻，尤其在復(fù)雜的大面積鍍膜應(yīng)用方面，必須做到靶材成分與結(jié)構(gòu)均勻性好，這也是考察陶瓷靶材質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。例如，為了保證質(zhì)量，要求ITO靶中In2O3， SnO2組成均勻，都為93：7或91：9(分子比)。特別是濺射靶材的微觀結(jié)構(gòu)均勻性對(duì)濺射時(shí)的成膜速率、沉積薄膜的質(zhì)量及厚度分布等均有很大的影響。根據(jù)有關(guān)研究表明，細(xì)晶粒（<100μm）結(jié)構(gòu)濺射靶材的成膜速率大于粗晶粒靶。因此，當(dāng)陶瓷靶材在靶面尺寸上的晶粒分布不均勻時(shí)，將造成沉積薄膜厚度分布的不均勻現(xiàn)象。
4. 解決濺射過(guò)程中的微粒飛濺[5]
濺射鍍膜的過(guò)程中， 致密度較小的濺射靶受轟擊時(shí)， 由于靶材內(nèi)部孔隙內(nèi)存在的氣體突然釋放， 造成大尺寸的靶材顆?；蛭⒘ｏw濺， 或成膜之后膜材受二次電子轟擊造成微粒飛濺。這些微粒的出現(xiàn)會(huì)降低薄膜品質(zhì)。如在VLSI 制作工藝過(guò)程中，每150 mm直徑硅片所能允許的微粒數(shù)必須小于30個(gè)。怎樣解決濺射靶材在濺射過(guò)程中的微粒飛濺也是今后研究與設(shè)計(jì)靶材的發(fā)展方向之一。一般來(lái)說(shuō)， 粉末冶金工藝制備的濺射靶材大都存在致密度低的問(wèn)題，容易造成微粒飛濺。因此，對(duì)熔融鑄造法制備的靶材，可采用適當(dāng)?shù)臒峒庸せ驘崽幚韥?lái)提高其致密度；而對(duì)粉末冶金濺射靶材則應(yīng)提高原料粉末純度，并采用等離子燒結(jié)、微波燒結(jié)等快速致密化技術(shù)，以降低靶材孔隙率。
5. 解決靶材的結(jié)晶取向[5]
靶材濺射時(shí)， 靶材中的原子最容易沿著密排面方向擇優(yōu)濺射出來(lái)，材料的結(jié)晶方向?qū)R射速率和濺射膜層的厚度均勻性影響較大。因此， 獲得一定結(jié)晶取向的靶材結(jié)構(gòu)對(duì)解決上述問(wèn)題至關(guān)重要。但要使靶材組織獲得一定取向的結(jié)晶結(jié)構(gòu)， 存在較大難度， 只有根據(jù)靶材的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 采用不同的成型方法， 熱處理工藝進(jìn)行控制。
微電子硅片引線中，銅與鋁相比較，銅具有更高的抗電遷移能力及更低的電阻率 ，能夠滿足半導(dǎo)體工藝在 0.25 μm以下的亞微米布線的需要 ，但卻帶來(lái)了其他的問(wèn)題 。銅與有機(jī)介質(zhì)材料的附著強(qiáng)度低 并且容易發(fā)生反應(yīng) ，導(dǎo)致在使用過(guò)程中芯片的銅互連線被腐蝕而斷路。 為了解決以上這些問(wèn)題， 需要在銅與介質(zhì)層之間設(shè)置阻擋層。 阻擋層材料一般采用高熔點(diǎn) 、高電阻率的金屬及其化合物 。因此要求阻擋層厚度小于 50 nm 且與銅及介質(zhì)材料的附著性能良好。 銅互連和鋁互連的阻擋層材料是不同的 ，需要研制新的靶材材料。 銅互連的阻擋層用靶材包括 Ta、 W、 TaSi 、WSi 等。但是 Ta、W 都是難熔金屬，制備相對(duì)困難 現(xiàn)在正在研究鉬、鉻等的合金作為替代材料 。