半導體晶圓用濺鍍靶材-沒有它...晶圓產業應該可以收工了!

工業產品的鍍膜是指在低成本或具有特殊需求的基材上積累高性能的金屬或化合物薄膜，藉以獲得產品特性的外觀、耐磨耗、電導性需求，一般採用化學相沈積(CVD, Chemical Vapor Deposition)或物理氣相沈積 (PVD, Physical Vapor Deposition)的手法或設備來達成積累薄膜的目的，而CVD因具有高溫產生有毒氣體的問題，所以目前大致上都以PVD作為鍍膜的主要製程。

PVD是利用電弧或電漿的物理能量轟擊位於陰極靶材的表面，使得靶材的原子獲得動能溢出並附著欲鍍膜的基板上，因此靶材又分為電弧靶與濺鍍靶(電漿靶)，材質通常為99.99%以上的純金屬或化合物，外型上有圓形、正方形、長條型或管狀。

電弧靶 是以電弧激發原子，稱為電弧離子鍍 (AIP, Arc Ion Plating)，能直接與氣體反應，主要用在裝飾鍍及工具表面硬化鍍層，如TiN、TiC、TiCN…等，膜厚約3~5um，靶材通常是直徑3~6吋、厚度30~50mm一體成形的圓形狀，以螺牙鎖定在電弧槍上。

濺鍍靶 則是用電漿激發原子，又稱為磁控濺鍍 (Magnetron Sputtering)，廣泛用在各種光電及半導體產業，濺鍍膜層細緻平滑、膜厚可精密控制、重覆性好，從導體到絕緣體皆可做為靶材，而主要是圓形或方形的平板、厚度約6~12mm，較薄的設計是為了讓靶材背後的磁場可以穿透到前方形成電漿，並Bonding在背板上(一般為銅背板)，增加靶的機械強度與改善導電性。

半導體用金屬濺鍍的目的就是在晶片上製作傳遞信息的金屬導線，讓靶材表面的原子一層一層地沉積在半導體晶片的表面上，然後薄膜刻蝕成nm級別的金屬線，並將晶片內部數以億計的微型電晶體相互連接起來，從而起到傳遞信號的作用。

為了得到良好的鍍膜效果，半導體靶材須使用純度5N5以上的純金屬或化合物，濺鍍靶材若雜質含量過高，形成的薄膜就無法達到所要求的『電性能』，並且在濺射過程中易在晶圓上形成微粒，導致電路短路或損壞，將嚴重影響薄膜的性能；另外靶材的晶粒尺寸的細化與均勻性也會提升『濺鍍速率』與『膜厚均勻性』，通常用於光電產品靶材晶粒尺寸要求約80~100μm，半導體晶圓用則需≦30μm，對於『純金屬』細晶化的手法主要以劇烈塑性變形（SPD, Severe Plastic deformation）配合熱機退火處理使得晶粒破碎、成核、再結晶，進而達到產品需求目標。目前製作靶材所用的靶胚之SPD的製程有徑向鍛造(Radial Forging)、軋延(Roll Forming)、等通道轉角擠型(ECAE)，其中ECAE的晶粒細化程度最高，平均可達5μm。

台灣主要靶材供應商主要為光洋科與鑫科，但對於半導體所使用的純金屬靶材，目前還是由日本-JX 日礦金屬、住友化學與美國- Honeywell佔據絕大部分的供應體系。
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