集成电路电极用高纯钛靶材是以纯度≥99.995%（5N）的纯钛为基材，依据晶粒尺寸≤30μm（超细晶≤10μm）、致密度≥99.5%等标准，通过真空熔炼-精密加工工艺制成的溅射材料，具有低电阻率（5.5×10⁻⁷ Ω·m）、高热导性及强粘附力，专用于半导体芯片电极层、铜/铝互连结构及阻挡层溅射镀膜，可提升集成电路导电稳定性与器件可靠性。以下是中扬金属针对集成电路电极用高纯钛靶材的详细介绍：
一、高纯钛靶材在集成电路中的定义
| 项目 | 描述 |
| 定义 | 高纯钛靶材是由纯度≥99.999%（5N）的钛制成的平板或旋转靶材，用于物理气相沉积（PVD）或溅射工艺形成集成电路电极薄膜。 |
| 核心用途 | 半导体晶圆上的导电层（如栅极、接触层）、阻挡层（防止铜扩散）及钝化层。 |
| 形态特征 | 尺寸：直径200-450mm（12英寸晶圆适配）、厚度5-20mm；表面粗糙度≤0.1μm（Ra）。 |
二、材质与纯度要求
| 分类 | 纯度等级 | 关键杂质限值（ppm） | 适用工艺 |
| 5N级钛靶 | ≥99.999% | Fe≤5, O≤30, C≤10, N≤5 | 先进制程（≤7nm节点）的铜互连阻挡层 |
| 6N级钛靶 | ≥99.9999% | Fe≤1, O≤10, C≤5, U/Th≤0.01 | 高可靠性存储芯片（3D NAND、DRAM） |
| 合金靶材 | Ti-W/Ti-N | 添加W（5-10%）或N（1-3%） | 高功率器件电极（降低电阻率、抗电迁移） |
三、性能特点
| 性能指标 | 具体表现 |
| 纯度 | 5N级杂质总量≤100ppm，避免晶格缺陷导致的漏电流或短路。 |
| 结晶取向 | (002)或(110)择优取向（织构控制），提升溅射膜均匀性（不均匀度≤3%）。 |
| 密度 | ≥98%理论密度（4.51g/cm³），减少溅射过程中的颗粒飞溅。 |
| 热稳定性 | 高温（500℃）下无相变，确保薄膜在退火后无开裂或剥离。 |
| 导电性 | 电阻率≤50nΩ·m（纯钛靶），合金靶可降至15nΩ·m（Ti-W）。 |
四、执行标准
| 标准类型 | 标准编号 | 覆盖内容 |
| 国际标准 | SEMI F72-1101 | 半导体用钛靶材化学成分与表面质量规范 |
| 行业规范 | ASTM F76 | 电子级钛材痕量元素检测方法（GDMS/SIMS） |
| 中国国标 | GB/T 3620-2016 | 高纯钛靶材尺寸公差与晶粒取向要求 |
| 特殊规范 | JIS H 2151 | 溅射靶材密度与显微组织检测标准 |
五、加工工艺与关键技术
| 工艺环节 | 关键技术 |
| 原料提纯 | 电子束熔炼（EBM）+ 区域熔炼（Zone Refining），将海绵钛提纯至6N级。 |
| 粉末冶金 | 热等静压（HIP）成型（1200℃/150MPa），消除孔隙并细化晶粒（平均晶粒尺寸≤50μm）。 |
| 轧制与退火 | 多向交叉轧制（CCR）优化织构，真空退火（800℃/4h）释放应力。 |
| 精密加工 | 超精密磨床（金刚石砂轮）加工表面，平面度≤0.02mm/200mm。 |
| 清洗包装 | 超净间内等离子清洗（Ar气），真空密封包装（洁净度Class 1）。 |
六、具体应用领域
| 应用场景 | 薄膜功能 | 靶材类型 | 性能要求 |
| 逻辑芯片 | 铜互连阻挡层（TiN/Ti） | 5N级纯钛靶+反应溅射（N₂） | 厚度均匀性≤2%（3σ）、抗铜扩散 |
| 存储芯片 | 电容电极（Ti/TiOx） | 6N级钛靶+氧化溅射（O₂） | 高介电常数（k＞80）、低漏电流 |
| 功率器件 | 源/漏极接触层（Ti-W） | Ti-10W合金靶 | 低接触电阻（＜1Ω·mm）、耐高温 |
| 先进封装 | TSV（硅通孔）种子层 | 高纯钛靶+电镀铜 | 阶梯覆盖率＞95%（深宽比10:1） |
七、与其他靶材的对比分析
| 对比项 | 钛靶材 | 钽靶材（Ta） | 铝靶材（Al） |
| 电阻率 | 50nΩ·m | 15nΩ·m | 27nΩ·m |
| 抗电迁移 | 优（熔点1668℃） | 极优（熔点3017℃） | 差（熔点660℃） |
| 成本 | 中高（提纯难度大） | 高（资源稀缺） | 低 |
| 工艺适配性 | 需反应溅射（如TiN） | 可直接溅射（TaN） | 易氧化需真空保护 |
| 主流应用 | 28nm以下节点阻挡层 | 10nm以下超薄阻挡层 | 传统互连（＞90nm节点） |
八、未来发展新方向
| 方向 | 技术突破 | 潜在应用 |
| 超高纯度 | 7N级钛靶（杂质≤0.1ppm），采用悬浮区熔技术（FZ） | 2nm以下制程量子器件电极 |
| 复合靶材 | 钛-石墨烯复合靶（提升导电性+散热） | 高功率GaN器件散热电极 |
| 大尺寸化 | 18英寸（450mm）钛靶制造技术（晶圆厂下一代线宽需求） | 降低芯片制造成本 |
| 绿色制造 | 钛靶废料氢化-脱氢（HDH）回收技术（回收率＞95%） | 减少稀有金属资源消耗 |
| 智能化检测 | AI驱动的靶材缺陷实时识别（基于SEM/TEM图像分析） | 零缺陷靶材批量生产 |
| 低温工艺 | 低温溅射钛靶（≤200℃）适配柔性电子（PI/PET基板） | 可折叠显示面板、柔性传感器电极 |
总结
集成电路电极用高纯钛靶材是摩尔定律延续的核心材料之一，其技术难点在于“超纯+超均匀+超精密”三位一体。未来需聚焦：
极限纯度：突破7N级提纯技术，满足亚纳米级器件需求；
异质集成：开发钛-二维材料（MoS₂、hBN）复合靶，提升薄膜功能性；
成本优化：通过靶材再生与超大尺寸化降低先进制程成本。
