高纯靶材制造工艺：核心技术详解，破解纯度与性能瓶颈

高纯靶材制造工艺：核心技术详解，破解纯度与性能瓶颈

高纯靶材是现代工业中不可或缺的关键材料，广泛应用于半导体制造、光伏行业、显示面板等多个领域。其质量与性能直接取决于原材料的纯度和制备过程中的工艺控制。

高纯靶材的基本特性与分类

关键特性

高纯度要求：高纯靶材的纯度通常以“n”表示，从5N（99.999%）到7N（99.99999%）不等。纯度越高，性能越稳定。在半导体制造中，低纯度靶材的杂质可能导致薄膜电阻率升高，影响芯片性能。

微观组织与性能的关系：靶材的晶粒越细小，其物理和化学性能越稳定。均匀的晶界分布可有效提高薄膜的沉积一致性。

密度与均匀性：高致密度靶材（>99%理论密度）能够提高溅射速率，减少溅射过程中产生的颗粒和气泡。均匀性是控制溅射效率和薄膜成分的关键。

主要分类

金属靶材：如铝、铜、钛、钼等，广泛应用于导电膜、互连层、阻挡层等领域。

陶瓷靶材：如ITO、氮化铝等，具有高耐磨性、耐腐蚀性、优异的化学稳定性，广泛应用于显示面板和触控屏。

复合靶材：通过多相复合或合金化提升靶材的综合性能，如强度、耐热性、化学稳定性。

主要应用领域

半导体制造：用于物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）工艺。

光伏行业：用于制备透明导电膜和光吸收层。

显示面板：用于制备电极层和导电薄膜。

装饰与功能涂层：用于制备耐磨、抗腐蚀及光学功能涂层。

高纯靶材制造的核心工艺流程

原材料提纯

化学提纯工艺：包括蒸馏和离子交换。

物理提纯工艺：如区熔法和冷凝法。

杂质控制技术：采用高真空环境，避免环境或设备引入杂质。

靶材制备

粉末冶金工艺：通过气雾化或水雾化技术制备均匀粉末，采用冷等静压（CIP）和热等静压（HIP）消除孔隙。

铸造工艺：采用真空熔炼与铸造，配合均质化退火处理。

表面处理

机械加工：精确控制靶材尺寸。

表面清洗：去除表面残留杂质。

表面粗糙度控制：确保靶材表面平整度达到工艺标准。

检测与验证

纯度检测：采用GDMS和ICP-MS等方法。

微观组织分析：采用EBSD和SEM等技术。

力学性能测试：测试硬度和强度，确保靶材满足溅射要求。

高纯靶材制造中的技术挑战

尽管靶材制造技术已经取得显著进步，但仍面临纯度、规模化和表面质量控制等方面的瓶颈。主要挑战包括：

• 纯度极限的技术瓶颈：原料杂质来源多样，提纯难度大，且纯度越高，提纯工艺的能耗和成本成指数上升。

• 规模化生产的均匀性控制：难以完全消除孔隙率，大尺寸靶材的内部应力和微裂纹难以避免。

• 烧结与致密化的技术难点：温控和压力的微小波动都会引发孔隙或裂纹，冷却后的热应力可能导致开裂。

• 表面缺陷与二次污染：机械加工中刀具磨损或表面污染是常见问题，工艺链末端的清洁度控制仍是技术难点。