PVD（Physical Vapor Deposition）技术是制备薄膜材料的主要技术之一，在真空条件下采用物理方法，将某种材料气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基板材料表面沉积具有增透、反射、保护导电、导磁、绝缘、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、装饰等特殊功能的薄膜材料的技术。溅射镀膜和蒸发镀膜是目前最主流的两种 PVD 镀膜方式。用于制备薄膜材料的物质被称为 PVD镀膜材料。目前最主流的两种PVD镀膜材料分别是溅射靶材和蒸镀材料。溅射镀膜工艺可重复性好、膜厚可控制，可在大面积基板材料上获得厚度均匀的薄膜，所制备的薄膜具有纯度高、致密性好、与基板材料的结合力强等优点，已成为制备薄膜材料的主要技术之一。各种类型的溅射薄膜材料已得到广泛的应用，因此，对溅射靶材这一具有高附加值的功能材料需求逐年增加，溅射靶材亦已成为目前市场应用量最大的 PVD 镀膜材料。 本文着重介绍溅射靶材的一般特性和高品质溅射靶材的优势所在。

一、溅射靶材的一般特征

溅射靶材是制备薄膜的主要材料之一，具有高纯度、高密度、多组元、晶粒均匀等特点，一般由靶坯和背板组成。靶坯属于溅射靶材的核心部分，是高速离子束流轰击的目标材料。靶坯被离子撞击后，其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜。由于靶材需要在高电压、高真空的机台环境内完成溅射过程，所以靶坯需要与背板通过不同的焊接工艺进行绑定接合，背板主要起到固定溅射靶坯的作用，且需要具备良好的导电、导热性能。 溅射靶材主要应用于集成电路、平板显示、太阳能电池、记录媒体、智能玻璃等，一般对靶材的纯度和稳定性要求很高。随着电子工艺和薄膜技术迭代升级飞速发展，市场对高品质溅射靶材的需求以年增近15%的速度快速上升，高品质溅射靶材的明显发展趋势是：4N级以上高纯/超高纯金属、高溅射率、晶粒/晶向可控、大尺寸。

二、溅射靶材的品种及分类

（1）按靶材化学成分及材质不同，溅射靶材可分为金属/非金属单质靶材、合金靶材、陶瓷/化合物靶材等。

（2）按靶材形状不同，主要有长靶、方靶、圆靶与管靶。

（3）按应用领域分类，主要有半导体用靶材、平板显示用靶材、太阳能电池用靶材等。

三、溅射靶材的主要应用领域及技术要求

高纯溅射靶材集中应用于平板显示、信息存储、太阳能电池、芯片四个领域，合计占比达 94%。其中芯片领域，也就是半导体行业，对靶材的要求最为严格和苛刻。而铜、铝、钼和ITO靶是最为常见、应用最广的靶材。

1）芯片领域

“芯片”是靶材最顶尖的应用领域，主要在“晶圆制造”和“芯片封装”两个环节使用，在晶圆制造环节主要被用作金属溅镀，在芯片封装环节常用作贴片焊线的镀膜。芯片靶材是制造集成电路的关键原材料，也是技术要求最高的靶材，需要保证超高纯度、高精密尺寸和高集成度，所以选取的材料多为高纯铜、高纯铝、高纯钛、高纯钽、高纯钨、铜锰合金等，且集成电路芯片通常要求靶材纯度在5N5以上，介质层、导体层、保护层也要使用5N级以上纯度的靶材溅射镀膜，先进制程则要求更高纯度的金属。

半导体芯片选用金属溅射靶材的目的，就是在芯片上制作传递信息的金属导线。首先利用高速离子流，在高真空条件下分别去轰击不同种类的金属溅射靶材的表面，使各种靶材表面的原子一层一层地沉积在半导体芯片的表面上，然后再通过的特殊加工工艺，将沉积在芯片表面的金属薄膜刻蚀成纳米级别的金属线，将芯片内部数以亿计的微型晶体管相互连接起来，从而起到传递信号的作用。

随着信息技术的飞速发展，对集成电路的要求越来越高，电路中单元器件尺寸不断缩小，元件尺寸由毫米级到微米级，再到纳米级。每个单元器件内部是由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层组成，

靶材在芯片生产过程中的应用环节

其中介质层、导体层、保护层使用 5N 级以上纯度的靶材溅射镀膜，是制备集成电路的核心之一。集成电路领域的镀膜用靶材主要包括铝靶、铜靶、钛靶、钽靶和钨靶等，纯度要求一般在 5N（99.999%）以上，铝靶纯度常常在 5N5（99.9995%）以上，因此芯片靶材价格相对也最为昂贵。

芯片靶材具有多品种、高门槛、定制化研发的特点。芯片靶材主要种类包括：（1）铜、钽、铝、钛、钴和钨等高纯溅射靶材；（2）镍铂、钨钛等合金类的溅射靶材。正是由于芯片靶材使用的金属材质种类非常广泛，在实际提纯、加工、焊接过程技术门槛非常高，需要定制化研发突破。

芯片靶材以铜、钽、铝、钛为主构建集成电路中的电路互连导体。“铜、钽”的先进工艺可实现降低功耗、提高运算速度等作用，110nm 以上的“铝、钛"可以保证芯片的可靠性和抗干扰性等性能，例如：闪存存储芯片、处理器芯片、电源管理、传感器芯片。目前 14nm及 28nm 晶圆技术节点中除了使用“铜”做导线和“钽”做阻挡层之外，还大量使用“钛”作为高介电常数的介质金属栅极技术的主要材料，“铝”作为晶圆接合焊盘工艺的主要材料。总体来看，芯片使用范围越来越广泛，芯片市场需求数量呈爆发性增长，这也将带动铝、钛、钽、铜这四种业界主流薄膜金属材料的使用数量。

多品种、大尺寸、5N级高纯是芯片靶材技术未来的发展趋势。随着芯片中大尺寸晶圆的逐步应用，推动靶材也朝着大尺寸方向发展。同时随着尺寸的增大，靶材在晶粒晶向控制难度呈指数级增加。在溅射过程中，溅射靶材中的原子容易沿着特定的方向溅射出来，而溅射靶材的晶向能够对溅射速率和溅射薄膜的均匀性产生影响，最终决定产品的品质，因此，获得一定晶向的靶材结构至关重要。但要使溅射靶材内部获得一定晶向，存在较大的难度，需要根据溅射靶材的组织结构特点，采用不同的成型方法，进行反复的塑性变形、热处理工艺加以控制。

当溅射靶材受到高速度能的离子束流轰击时，由于溅射靶材内部空隙内存在的气体突然释放，造成大尺寸的溅射靶材微粒飞溅，这些微粒的出现会降低溅射薄膜的品质甚至导致产品报废，例如在极大规模集成电路制作工艺过程中，每 150mm 直径硅片所能允许的微粒数必须小于30 个。因此为了满足半导体更高精度、更小尺寸纳米级工艺的需求，所需要的溅射靶材纯度不断攀升，甚至达到 99.9999%(6N)纯度以上。

2）平板显示领域

平板显示器主要包括液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、场致发光显示器（EL）、场发射显示器（FED）、有机发光二极管显示器（OLED）以及在 LCD 基础上发展起来的触控（TP）显示产品。 其中，市场应用以液晶显示器为主。平板显示靶材的原材料有高纯度铝、铜、钼等，还有掺锡氧化铟（ITO靶）。平板显示靶材技术要求也比较高，它要求材料纯度高、面积大、组织均匀性好，通常采用纯度在 5N 以上铝靶。镀膜是现代平板显示产业的基础环节，为保证大面积膜层的均匀性，提高生产率和降低成本，几乎所有类型的平板显示器件都会使用大量的镀膜材料来形成各类功能薄膜，其所使用的 PVD 镀膜材料主要为溅射靶材，平板显示器的很多性能如分辨率、透光率等都与溅射薄膜的性能密切相关。

平板显示行业主要在显示面板和触控屏面板两个产品生产环节使用 PVD 镀膜材料。其中，在平板显示面板的生产工艺中，玻璃基板要经过多次溅射镀膜形成 ITO 玻璃，然后再经过镀膜，加工组装用于生产 LCD 面板、PDP 面板及 OLED 面板等。触控屏的生产，还需将 ITO 玻璃进行加工处理、经过镀膜形成电极，再与防护屏等部件组装加工而成。 此外，为了实现平板显示产品的抗反射、消影等功能，还可以在镀膜环节中增加相应膜层的镀膜。 

四、溅射靶材产业链分布及对高品质溅射靶材的需求动向

溅射靶材产业链基本呈金字塔分布，主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用四个环节。其中金属提纯和靶材制造是电子工业最重要的原材料基础环节，而溅射镀膜则是整个产业链中技术要求最高的环节，因为溅射薄膜的品质对下游产品的质量具有重要影响。终端应用环节是整个产业链中规模最大的领域，如上文所提及的半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等领域。

上游的金属提纯主要从普通工业级的原料开始提纯，一般工业级的金属能达到99.8%的纯度，溅射靶材则至少需要达到99.95%的纯度，而用于制造芯片用途的半导体级高品质溅射靶材甚至需要99.99~ 99.9999%(4N~6N)的纯度。靶材制造环节首先需要根据下游应用领域的性能需求进行工艺设计，然后进行反复的塑性变形、热处理来控制晶粒、晶向等关键指标，再经过水切割、机械加工、金属化、超生测试、超声清洗等工序。 溅射靶材制造所涉及的工序精细且繁多，工序流程管理及制造工艺水平将直接影响到溅射靶材的质量和良品率。 此环节是在溅射靶材产业链条中对生产设备及技术工艺要求最高的环节，溅射薄膜的品质对下游薄膜产品的质量具有重要影响。 

在溅射镀膜过程中，溅射靶材需要安装在机台中完成溅射反应，溅射机台专用性强、精密度高，市场长期被美国、日本跨国集团垄断，主要设备提供商包括 AMAT（美国）、ULVAC（日本）、ANELVA（日本）、Varian（美国）、ULVAC（日本）等行业内知名企业。