我国(guo)矿产(chan)资(zi)源丰(feng)富(fu)，由(you)于半(ban)导(dao)体(ti)相关(guan)技(ji)术(shu)封锁(suo)以(yi)及(ji)缺(que)乏对(dui)半导体溅(jian)射靶(ba)材(cai)关键(jian)性能的认(ren)知(zhi)等因(yin)素(su)，能(neng)够(gou)符合半(ban)导(dao)体(ti)溅(jian)射靶材要(yao)求(qiu)的(de)高纯(chun)度(du)材料(liao)提纯技(ji)术、深加工(gong)技术等发(fa)展相对(dui)缓(huan)慢(man)，从(cong)而限(xian)制(zhi)了我(wo)国(guo)半(ban)导体(ti)行(xing)业(ye)上游关(guan)键原材料的(de)健康(kang)可持(chi)续(xu)发展(zhan)。超高(gao)纯铝(lv)及(ji)合(he)金(jin)是当(dang)前(qian)半导体(ti)芯(xin)片(pian)行(xing)业(ye)应(ying)用(yong)广泛(fan)的原(yuan)材(cai)料(liao)之(zhi)一，通(tong)常将超高纯(chun)铝及其(qi)合(he)金(jin)加工成溅射靶材，利用(yong)物理气(qi)相(xiang)沉(chen)积(ji)（PhysicalVaporDeposition，PVD）的技术(shu)（图(tu)1），将(jiang)超(chao)高(gao)纯铝及合(he)金材(cai)料(liao)作为芯(xin)片内(nei)的(de)金(jin)属互(hu)连(lian)线使用(yong)。芯片(pian)内(nei)上(shang)万甚(shen)至数(shu)亿(yi)个晶(jing)体(ti)管(guan)通(tong)过(guo)金(jin)属互连(lian)线(xian)共同(tong)保障其(qi)正常(chang)工(gong)作，金(jin)属互(hu)连(lian)线承担着电(dian)信(xin)号(hao)的(de)传(chuan)输，若(ruo)金(jin)属(shu)互连(lian)线中存(cun)在断(duan)路或者(zhe)短(duan)路(lu)的情况(kuang)，会导(dao)致(zhi)芯片(pian)的(de)工(gong)作异(yi)常，所(suo)以金(jin)属(shu)互(hu)连线的可(ke)靠性(xing)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)[1]。超高(gao)纯(chun)铝(lv)及铝合(he)金具(ju)有电(dian)阻率低(di)、易(yi)沉积和刻蚀(shi)加(jia)工(gong)、成(cheng)本相(xiang)对低廉(lian)等特(te)点，成(cheng)为(wei)芯(xin)片内金(jin)属(shu)互(hu)连(lian)线(xian)的(de)主(zhu)要材料(liao)[2]。
铝(lv)的纯(chun)度(du)可以用英(ying)文(wen)字母N（nine）表示，比(bi)如99.999%wt可(ke)以(yi)用5N表(biao)示，99.9995%wt则(ze)可以用5N5表(biao)示[3]。目(mu)前，不同的(de)国(guo)家和(he)地(di)区(qu)对(dui)超高(gao)纯铝的(de)定义是(shi)有(you)差(cha)别(bie)的，在溅射靶材(cai)行业(ye)里一般把铝(lv)含(han)量在99.9995%wt以上的铝叫超高纯(chun)铝，超(chao)高(gao)纯铝合金(jin)则是(shi)指(zhi)铝(lv)和(he)合金(jin)元(yuan)素(su)总(zong)含(han)量(liang)在99.9995%wt以(yi)上(shang)。
1、超(chao)高纯(chun)铝(lv)及合金(jin)在半(ban)导(dao)体靶材(cai)中(zhong)的应用
1.1溅(jian)射(she)靶(ba)材及(ji)Si、Cu的作(zuo)用
溅(jian)射靶(ba)材依据应(ying)用(yong)行(xing)业(ye)的不(bu)同，可以(yi)分为(wei)半(ban)导(dao)体用(yong)溅(jian)射靶(ba)材(cai)、平板(ban)显示器用溅(jian)射(she)靶材(cai)、太(tai)阳(yang)能电(dian)池用(yong)溅射靶材(cai)、工具镀(du)膜用溅射(she)靶材(cai)等(deng)，其中(zhong)半导体(ti)用溅(jian)射靶(ba)材(cai)的性(xing)能要(yao)求(qiu)最(zui)高(gao)。半(ban)导(dao)体(ti)芯片(pian)的(de)制作过程可分(fen)为硅片制造、晶圆(yuan)制(zhi)造和芯片(pian)封装(zhuang)三(san)大环节(jie)，高(gao)纯溅射靶(ba)材则主(zhu)要用于“晶圆(yuan)制(zhi)造(zao)”和(he)“芯片封装(zhuang)”两个环节(jie)。随着半导体技术(shu)的发(fa)展，半导(dao)体用的溅射(she)靶材应(ying)用端有两个发(fa)展特征(zheng)，一(yi)是晶圆(yuan)尺寸越(yue)来(lai)越(yue)大(da)，从6英寸及(ji)以下(xia)发展到8英(ying)寸，再到(dao)目(mu)前主(zhu)流的(de)12英(ying)寸，甚至(zhi)往18英寸发(fa)展，晶圆(yuan)制造(zao)产(chan)线(xian)上(shang)用的(de)溅(jian)射靶材(cai)尺(chi)寸也(ye)随(sui)之(zhi)变(bian)大[4]。二是芯(xin)片(pian)内(nei)的(de)线宽(kuan)越(yue)来(lai)越小，从微(wei)米级(ji)发展(zhan)到(dao)纳(na)米级，目前中(zhong)国(guo)大陆(lu)线宽先端制程(cheng)可以到14nm，国(guo)际上最先(xian)端(duan)的(de)制程线(xian)宽(kuan)已(yi)到7nm和3nm，线宽的不断(duan)缩小导致对(dui)溅射(she)靶(ba)材(cai)的材(cai)料性能(neng)要求越来(lai)越高。超(chao)高纯铝作为(wei)芯片内(nei)金(jin)属互(hu)连线(xian)使用(yong)，主(zhu)要有以下优(you)点：1）和(he)衬(chen)底(di)材料(liao)有(you)较(jiao)好的附着性；2）容易(yi)加(jia)工(gong)、沉(chen)积和(he)光(guang)刻；3）电(dian)阻率低；4）抗电(dian)化学(xue)腐蚀能(neng)力好。但(dan)是(shi)随着集(ji)成电路线宽的(de)不断缩(suo)小(xiao)，超高纯(chun)铝作为金属互连(lian)线出(chu)现了一(yi)些问题(ti)，比(bi)如电迁移(yi)和(he)应力迁移[2,5-6]。
针对(dui)超(chao)高(gao)纯(chun)铝(lv)作为芯片(pian)金(jin)属(shu)互(hu)连线时出(chu)现(xian)的(de)上(shang)述问题，行(xing)业内通(tong)常(chang)的(de)做(zuo)法(fa)是(shi)在超高(gao)纯(chun)铝中添(tian)加少(shao)量(liang)的(de)Si和(he)Cu来提(ti)高(gao)布线(xian)的(de)抗应力(li)迁(qian)移(yi)能力和抑(yi)制(zhi)电迁移现象(xiang)[5]。超高纯铝(lv)合(he)金中Si的(de)含(han)量(liang)一般(ban)在(zai)几(ji)十ppm到1%wt不(bu)等(deng)，Cu的(de)含量(liang)一(yi)般在(zai)0.5%wt到(dao)4%wt不(bu)等，有(you)的(de)是(shi)只(zhi)添加Si或者Cu其中(zhong)一种(zhong)合(he)金元素(su)，也(ye)有(you)的(de)是两(liang)种(zhong)合金元素都添加，所(suo)以根(gen)据合金(jin)种类(lei)和(he)合(he)金(jin)含(han)量(liang)的不(bu)同(tong)，超高纯铝合金靶(ba)材可以分(fen)成很(hen)多种规格(ge)，主(zhu)要依据(ju)不(bu)同芯(xin)片(pian)加工厂(chang)的(de)工(gong)艺制程(cheng)需(xu)要(yao)进行定制化(hua)配(pei)比。同时也(ye)有一(yi)些(xie)特(te)殊工艺要求，会(hui)添(tian)加其他(ta)合(he)金(jin)元素(su)，比(bi)如(ru)W、Ti等(deng)。微(wei)米(mi)级制程超高纯(chun)铝(lv)靶(ba)材(cai)以AlSiCu、AlSi、AlCu、Al成分为(wei)主，纳(na)米(mi)级制程的超(chao)高(gao)纯铝靶材以AlCu成(cheng)分(fen)为(wei)主，AlCu合(he)金靶(ba)材中又以0.5%wt应(ying)用最广泛(fan)。Cu合(he)金元(yuan)素的加入(ru)可以(yi)抑制(zhi)电(dian)迁移(yi)现象，能够提高(gao)电流(liu)传(chuan)输能力，而(er)且(qie)铜(tong)在铝(lv)中的(de)溶解(jie)度(du)要(yao)大(da)于其(qi)他(ta)大(da)部(bu)分(fen)合(he)金(jin)元(yuan)素，超(chao)高纯铝(lv)铜溅射(she)靶(ba)材(cai)中的第二相(xiang)对(dui)溅(jian)射(she)性能(neng)影(ying)响也(ye)比(bi)较小。
1.2靶(ba)材(cai)使用的(de)性能(neng)特点
超高(gao)纯(chun)铝(lv)及(ji)合(he)金(jin)靶材(cai)的不(bu)纯物(wu)元(yuan)素(su)含(han)量(liang)、气体含量、晶粒、晶向(xiang)、尺寸、表(biao)面状态、颗粒夹(jia)杂、焊(han)接(jie)方式(shi)等(deng)都会对(dui)溅(jian)射(she)靶材(cai)的(de)性能(neng)产生(sheng)影(ying)响(xiang)[6-9]。比如夹杂(za)物过(guo)多(duo)时(shi)，溅射(she)到晶圆上(shang)形(xing)成(cheng)的微粒会导致(zhi)金属(shu)互(hu)连线(xian)的(de)短(duan)路或断路(lu)，溅(jian)射(she)靶材(cai)中(zhong)的(de)不(bu)纯物(wu)会(hui)影响(xiang)金属互连线的可(ke)靠(kao)性(xing)或使(shi)用寿(shou)命(ming)，气体含量(liang)高或者(zhe)靶材表(biao)面状(zhuang)态不(bu)好在(zai)溅射过(guo)程(cheng)中容(rong)易(yi)形(xing)成(cheng)尖端(duan)放(fang)电损坏晶(jing)圆等(deng)。溅射(she)靶(ba)材(cai)使用中出(chu)现(xian)以(yi)上(shang)异(yi)常(chang)，也会和溅(jian)射(she)机台的(de)状态、磁(ci)场(chang)环(huan)境(jing)、工(gong)艺(yi)参(can)数(shu)等有(you)关，需要具(ju)体(ti)分(fen)析。
通常(chang)来说(shuo)，超高纯(chun)铝溅(jian)射靶(ba)材的晶粒(li)越小(xiao)越均(jun)匀，溅(jian)射(she)速率越(yue)快(kuai)、溅(jian)射薄膜(mo)均(jun)匀(yun)性越好(hao)。但是晶粒(li)不是越小对(dui)芯片制造(zao)厂就越(yue)合适的，靶(ba)材晶(jing)粒的(de)大(da)小(xiao)要匹配芯片制(zhi)造(zao)厂(chang)的(de)工艺(yi)、机(ji)台(tai)，甚至(zhi)会(hui)出(chu)现(xian)同一个芯片制(zhi)造(zao)厂(chang)需(xu)要两种不(bu)同(tong)晶(jing)粒(li)规格(ge)的相(xiang)同(tong)款(kuan)式(shi)溅(jian)射靶材。溅射靶材的(de)晶向(xiang)、不纯物含(han)量、尺寸、焊(han)接方(fang)式等(deng)和(he)微观晶(jing)粒一样，不(bu)同的芯片制造商、不同的机(ji)台(tai)、不同(tong)的(de)制程(cheng)要求是(shi)不(bu)一样的(de)。这种情(qing)况(kuang)需(xu)要(yao)溅(jian)射(she)靶材(cai)的(de)制造(zao)商(shang)和(he)芯片(pian)制造(zao)商(shang)需(xu)要紧密(mi)的(de)技术(shu)配(pei)合和交(jiao)流(liu)，特(te)别是(shi)在(zai)新(xin)靶材(cai)的导(dao)入(ru)过程中(zhong)，一(yi)般需(xu)要(yao)半年(nian)到两年时(shi)间(jian)的(de)验(yan)证(zheng)过程(cheng)，半导(dao)体溅射(she)靶(ba)材(cai)具有高(gao)度(du)定制(zhi)化的特点(dian)。超高(gao)纯铝(lv)及(ji)合(he)金溅(jian)射靶材(cai)最终的表(biao)面状(zhuang)态(tai)、晶(jing)粒、晶(jing)向(xiang)、尺(chi)寸等是(shi)通(tong)过塑(su)性(xing)变形(xing)、热(re)处理(li)、机(ji)加工(gong)等(deng)过程控制实(shi)现的，但(dan)是(shi)超高(gao)纯(chun)铝及合金铸(zhu)锭(ding)原(yuan)料对表面(mian)状态(tai)、晶(jing)粒、晶(jing)向(xiang)也(ye)起到(dao)间(jian)接(jie)的(de)影响(xiang)，超高(gao)纯铝(lv)及合(he)金(jin)铸锭(ding)原料中(zhong)的不纯物元(yuan)素含(han)量(liang)、气(qi)体(ti)含量、颗粒(li)夹杂等更(geng)是直接影响了溅(jian)射靶材的最终性(xing)能(neng)，由此(ci)可见质(zhi)量(liang)可(ke)靠的超(chao)高纯(chun)铝及(ji)合金铸锭原料(liao)是非常关键的(de)。
2、超(chao)高(gao)纯铝及(ji)合(he)金材(cai)料的制备
铝元素(su)是地(di)壳中(zhong)含量(liang)最(zui)多(duo)的金(jin)属元(yuan)素，主要以(yi)化(hua)合(he)物的(de)形(xing)态存(cun)在，通过(guo)采矿、提(ti)取(qu)氧化(hua)铝、电(dian)解氧(yang)化铝(lv)得到单质(zhi)的(de)铝金(jin)属，纯(chun)度(du)在(zai)2N-3N5，叫做(zuo)电解(jie)铝(lv)或(huo)者(zhe)原(yuan)铝(lv)。我(wo)国(guo)近(jin)些(xie)年来(lai)电(dian)解(jie)铝的产量一(yi)直占(zhan)全(quan)球(qiu)的(de)一(yi)半(ban)以(yi)上(shang)，但(dan)是这个(ge)纯(chun)度(du)的铝是无法(fa)满足半导体溅射(she)靶材(cai)要求的(de)，需要通过进一步(bu)的(de)提纯(chun)使铝的纯(chun)度达到(dao)5N5以(yi)上才(cai)行，提纯一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)偏(pian)析(xi)法(fa)和三层液(ye)电(dian)解法(fa)或(huo)者(zhe)相结合(he)的(de)工艺。
2.1三(san)层(ceng)液电(dian)解(jie)法(fa)制备(bei)高(gao)纯(chun)铝
用于三(san)层(ceng)液(ye)电解法制备(bei)超高(gao)纯铝的(de)装置如图(tu)2所示，其(qi)中下层(ceng)是(shi)作为阳(yang)极(ji)的(de)AlCu合(he)金，Cu的(de)含量(liang)一(yi)般(ban)在30%wt-35%wt，在700℃-750℃时(shi)液(ye)态(tai)密(mi)度约3g/cm3，熔(rong)点约550℃。上(shang)层为(wei)高纯(chun)铝液，其密(mi)度为2.3g/cm3，上方的石墨作为(wei)阴(yin)极(ji)。中层为电(dian)解(jie)液(ye)，电(dian)解(jie)液主(zhu)要(yao)是由AlF3、BaF2、BaCl2、NaF、CaF2、MgF2等成(cheng)分(fen)组(zu)成，通过不同(tong)成分的(de)配比以达(da)到(dao)如下(xia)效(xiao)果：密度介于(yu)下层(ceng)AlCu合(he)金液(ye)和(he)上(shang)层高纯(chun)铝(lv)液之间(jian)（即(ji)2.3g/cm3-3g/cm3之间），电(dian)阻值小，工作(zuo)时(shi)稳(wen)定不(bu)易(yi)挥(hui)发(fa)，与(yu)设备材料接触(chu)几(ji)乎不反(fan)应(ying)，化(hua)学(xue)活(huo)泼(po)性比铝(lv)要(yao)高的金属(shu)盐(yan)，熔(rong)点(dian)在(zai)670℃~740℃。由于(yu)三(san)层(ceng)存(cun)在密(mi)度差(cha)，从(cong)而(er)保(bao)证在工作的(de)过(guo)程(cheng)中保(bao)持(chi)相对(dui)稳定(ding)。在高温(wen)和电场的作(zuo)用，下(xia)层(ceng)作(zuo)为阳(yang)极(ji)的AlCu合(he)金(jin)液(ye)中的Al电化学(xue)溶(rong)解会(hui)失去电(dian)子(zi)成为Al离子，通(tong)过电解(jie)液后在阴极还(hai)原(yuan)为(wei)Al原子(zi)。Fe、Si、Cu等比Al更正(zheng)电(dian)性的(de)杂(za)质(zhi)不(bu)发生电化学溶解，留(liu)在(zai)阳(yang)极的合金(jin)中，Na、Ca、Mg等比(bi)Al电(dian)性(xing)弱的(de)杂(za)质(zhi)虽(sui)然(ran)会(hui)和铝一样发生电化(hua)学(xue)溶解(jie)，但(dan)是(shi)进入中层的(de)电解(jie)液(ye)后会保(bao)留在电解液中(zhong)不会在(zai)阴(yin)极(ji)析(xi)出(chu)，从(cong)而(er)在阴极得到高纯度的(de)铝(lv)[10]。在(zai)此(ci)过程(cheng)中(zhong)，电(dian)解(jie)液的(de)纯(chun)度(du)要(yao)求比较(jiao)高，否(fou)则难(nan)以(yi)达到提(ti)纯(chun)的(de)目的，另(ling)外(wai)需(xu)要(yao)定(ding)时往下(xia)层的AlCu液中补(bu)充(chong)原(yuan)铝(lv)，使下(xia)层的(de)合(he)金(jin)液(ye)的浓度和(he)密(mi)度(du)稳定在一定范围，以防(fang)止(zhi)Cu、Fe等(deng)元素(su)进入(ru)电解层(ceng)。
2.2偏析(xi)法制(zhi)备(bei)高(gao)纯(chun)铝(lv)
偏(pian)析(xi)法是(shi)利(li)用(yong)液态(tai)金(jin)属铝凝(ning)固的(de)过(guo)程(cheng)中，先凝固(gu)的(de)部分(fen)杂质浓度(du)低于还(hai)未(wei)凝(ning)固的液态(tai)铝，将先凝(ning)固的(de)部(bu)分提取出(chu)来(lai)，这(zhe)个过(guo)程(cheng)可(ke)以反复进(jin)行(xing)，从(cong)而达(da)到提(ti)纯的(de)目的(de)。一(yi)般将(jiang)CS代表(biao)一(yi)种(zhong)杂(za)质(zhi)元(yuan)素在(zai)固(gu)体铝(lv)中(zhong)的浓度，而(er)CL则(ze)代(dai)表(biao)在(zai)液态(tai)铝(lv)中(zhong)的浓(nong)度(du)，其比(bi)值（CS/CL）叫(jiao)做(zuo)平(ping)衡(heng)分(fen)配(pei)系(xi)数K0，当(dang)某(mou)种(zhong)杂(za)质元(yuan)素(su)的(de)K0小(xiao)于(yu)1时是(shi)可(ke)以(yi)直(zhi)接通(tong)过偏析(xi)去(qu)除的(de)，当K0大(da)于(yu)1时则不能(neng)直接(jie)通(tong)过偏析去除，需要反向偏(pian)析(xi)提(ti)纯或者(zhe)添加(jia)辅助剂间接(jie)去除杂质(zhi)，铝中(zhong)绝大(da)部分(fen)杂质(zhi)元素(su)的(de)K0是小(xiao)于1的(de)，所以偏析(xi)法是一(yi)种非(fei)常有效的(de)提(ti)纯方(fang)法，比(bi)如Si、Fe、P等(deng)元(yuan)素提纯(chun)率(lv)可(ke)以(yi)达(da)到(dao)90%以上[10-13]。利(li)用偏析法原(yuan)理(li)具体(ti)实(shi)施(shi)的(de)工(gong)艺有很多种，目前(qian)能够(gou)规(gui)模化(hua)批(pi)量(liang)生产的方法主(zhu)要有(you)两(liang)种，一(yi)种(zhong)是(shi)冷凝管法，另(ling)一(yi)种是分(fen)别(bie)结晶法。冷凝(ning)管法是向铝(lv)液(ye)中(zhong)插(cha)入(ru)一(yi)根(gen)可(ke)以(yi)旋(xuan)转的(de)结晶(jing)器，结晶器(qi)内(nei)通入空气或者(zhe)水(shui)等(deng)冷却(que)介质(zhi)，高纯度(du)的铝液(ye)会在结(jie)晶器上(shang)凝(ning)固，杂质元素(su)留(liu)在了(le)铝液中(zhong)，等凝固的(de)部(bu)分(fen)长(zhang)大到(dao)一定重量后(hou)提出(chu)来(lai)得(de)到高纯(chun)度的铝（如(ru)图(tu)3）。
分步(bu)结晶法则(ze)是(shi)向铝(lv)液中放入冷却用的结(jie)晶器(qi)，铝(lv)液在(zai)结(jie)晶(jing)器(qi)上凝固(gu)生(sheng)长，长大到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)后采(cai)用刮除法将长大部分(fen)从结晶(jing)器(qi)上(shang)刮(gua)除(chu)收集(ji)到容(rong)器(qi)的(de)底(di)部并用(yong)重物挤压(ya)，然后反复进行得到(dao)高纯铝(lv)[10]（如图(tu)4）。
2.3超高纯(chun)铝制备特(te)点及现状(zhuang)
国内利(li)用偏析法和三(san)层(ceng)液电(dian)解(jie)法(fa)的(de)基(ji)本原(yuan)理(li)设计(ji)的(de)提(ti)纯(chun)装备(bei)有(you)很多专(zhuan)利(li)，但(dan)不(bu)管(guan)是(shi)偏(pian)析法还(hai)是三(san)层液电(dian)解法(fa)提(ti)纯出的(de)铝(lv)锭，都是不能(neng)直(zhi)接(jie)用(yong)来(lai)做(zuo)超(chao)高纯(chun)铝(lv)溅射靶材(cai)的，需要进(jin)一步(bu)通过(guo)熔炼、除(chu)气(qi)、铸(zhu)造等工艺将提纯后的(de)铝锭(ding)铸造成(cheng)合(he)格的(de)铸锭(ding)才能使(shi)用。和传(chuan)统铝(lv)铸(zhu)造(zao)的(de)去气去(qu)夹杂(za)、控(kong)制铸(zhu)锭内部缺陷等(deng)要求(qiu)相比，超高(gao)纯铝(lv)及铝(lv)合金(jin)铸(zhu)锭的(de)要(yao)求(qiu)更为(wei)严(yan)格(ge)。超(chao)高(gao)纯(chun)铝及(ji)铝合(he)金铸锭通(tong)常使(shi)用(yong)半(ban)连续(xu)铸(zhu)造的方(fang)式(shi)铸造(zao)而(er)成(cheng)，所用(yong)的熔(rong)炼炉(lu)比(bi)较(jiao)小，熔炼(lian)炉容量(liang)一(yi)般在(zai)0.5-2吨(dun)，比(bi)目(mu)前国内铝(lv)合金(jin)铸(zhu)造常用的10吨甚至(zhi)20吨以(yi)上(shang)的炉子(zi)比(bi)起来小很多(duo)。超(chao)高纯(chun)铝(lv)及合(he)金的熔(rong)炼炉(lu)容(rong)量小(xiao)有(you)其(qi)优(you)势和特(te)殊性(xing)，容量(liang)小有利(li)于充(chong)分去气和去(qu)夹杂(za)，有利(li)于控制(zhi)合(he)金和不(bu)纯物(wu)成(cheng)分(fen)，也能(neng)够减(jian)少因(yin)铸(zhu)锭(ding)质(zhi)量问题(ti)带(dai)来(lai)的(de)损失。不同于(yu)平(ping)板显(xian)示用(yong)的(de)大尺寸(cun)方(fang)形截面高纯(chun)铝(lv)铸锭，半导体(ti)超(chao)高纯(chun)铝(lv)铸锭(ding)规(gui)格(ge)一(yi)般(ban)是(shi)直径150mm-200mm的(de)棒状(zhuang)铸(zhu)锭，随着(zhe)半(ban)导体溅射(she)靶材(cai)尺(chi)寸(cun)越(yue)来(lai)越大，为(wei)了(le)匹(pi)配靶(ba)材加(jia)工(gong)的塑(su)性(xing)变形(xing)要(yao)求，铸(zhu)锭(ding)的尺寸也有(you)增大的(de)需(xu)求趋(qu)势。虽(sui)然溅(jian)射靶材的(de)晶粒(li)控(kong)制(zhi)是通过(guo)塑性变(bian)形和(he)热处理实(shi)现(xian)的(de)，但(dan)是铸(zhu)锭的(de)原始(shi)晶粒(li)对后续的靶(ba)材晶粒(li)控制(zhi)也有(you)间(jian)接(jie)的(de)影响，应(ying)尽量减少羽(yu)状晶(jing)、粗(cu)大(da)柱状(zhuang)晶(jing)粒(li)等(deng)宏(hong)观组织(zhi)的(de)出(chu)现，细化(hua)铸锭(ding)的(de)宏观(guan)晶(jing)粒。半(ban)导体(ti)溅(jian)射(she)靶材(cai)用的(de)超(chao)高纯(chun)铝(lv)及(ji)合(he)金除了(le)主成分铝(lv)和(he)合金(jin)元素外(wai)，需(xu)要(yao)使(shi)用辉光(guang)放(fang)电质谱(pu)仪(yi)在(zai)检(jian)测40个以(yi)上(shang)不纯物元素(su)基(ji)础上总(zong)量不超过(guo)10ppm甚(shen)至(zhi)5ppm，另(ling)外对(dui)单(dan)个不(bu)纯物元(yuan)素含(han)量也有(you)要(yao)求(qiu)，很(hen)多元素(su)含量要(yao)求(qiu)限制(zhi)到(dao)ppb级(ji)，所(suo)以整个熔(rong)炼(lian)、除气(qi)和(he)铸(zhu)造(zao)过(guo)程(cheng)所(suo)涉(she)及(ji)的工(gong)具(ju)和(he)设(she)备(bei)都(dou)有(you)特(te)殊要求(qiu)以减(jian)少(shao)不纯物的引入。同一炉生(sheng)产的(de)超高纯铝及合金铸(zhu)锭(ding)一般(ban)可以(yi)加(jia)工(gong)50-200个(ge)半(ban)导(dao)体溅射(she)靶(ba)材，每(mei)个(ge)靶材(cai)会参(can)与(yu)几(ji)千(qian)甚(shen)至(zhi)上(shang)万(wan)片(pian)晶(jing)圆(yuan)的溅射(she)过程(cheng)，每个晶圆(yuan)一般又(you)能加工成(cheng)几(ji)百(bai)到几千个芯片(pian)。半导(dao)体(ti)行业对品质(zhi)管(guan)控极为(wei)苛(ke)刻的(de)要(yao)求(qiu)，若材料性能不符(fu)合要(yao)求(qiu)，其(qi)经济损失是(shi)非常大的，所(suo)以靶(ba)材(cai)厂(chang)对(dui)半(ban)导(dao)体用超(chao)高(gao)纯铝及合(he)金铸(zhu)锭的质(zhi)量稳(wen)定(ding)性(xing)要(yao)求(qiu)是(shi)极高的(de)。
目前全球(qiu)半(ban)导体(ti)溅射(she)靶材(cai)用超高纯铝及合金(jin)材(cai)料(liao)最(zui)大的(de)生(sheng)产商是(shi)欧洲(zhou)的海德鲁(lu)公司，日(ri)本的住友化学也(ye)有生产(chan)半(ban)导体(ti)溅(jian)射靶(ba)材用(yong)超高纯铝的(de)能力(li)。长期(qi)以来(lai)，国内对(dui)半(ban)导(dao)体溅(jian)射(she)靶材(cai)用超高(gao)纯(chun)铝的(de)批量化生产(chan)应(ying)用(yong)很(hen)少(shao)，近些年来总(zong)体(ti)纯度(du)要(yao)求、单(dan)个(ge)元(yuan)素控(kong)制和(he)材料(liao)性能稳(wen)定(ding)性(xing)等基本(ben)满(man)足了(le)光伏用靶(ba)材(cai)或(huo)者(zhe)液晶面(mian)板(ban)用靶(ba)材(cai)的要(yao)求(qiu)，但(dan)是(shi)距(ju)离半导(dao)体用溅(jian)射靶(ba)材的(de)要求(qiu)还有(you)很(hen)大(da)的(de)差距(ju)。随(sui)着国家(jia)对(dui)芯片产业链(lian)的重(zhong)视(shi)，国(guo)内(nei)企(qi)业和学界(jie)对超(chao)高纯(chun)铝(lv)材(cai)料的(de)研(yan)发和应用(yong)关注(zhu)也逐(zhu)渐多(duo)起(qi)来[14-18]。
3、超高(gao)纯(chun)铝及合金(jin)材料(liao)发展趋势(shi)
中(zhong)国半(ban)导(dao)体(ti)芯(xin)片进口金(jin)额(e)已(yi)经超(chao)过原油成(cheng)为第(di)一(yi)大进(jin)口(kou)商(shang)品，“华为(wei)和(he)中兴”被制(zhi)裁(cai)的(de)事(shi)件让国(guo)内(nei)进一步(bu)深(shen)刻认识到半(ban)导(dao)体芯(xin)片自主(zhu)可(ke)控(kong)的(de)重要性(xing)，《十(shi)四五规(gui)划(hua)和2035远景(jing)目(mu)标纲要(yao)》中提到从(cong)国(guo)家急迫需(xu)要(yao)和长远需(xu)求(qiu)出(chu)发，集中(zhong)优势(shi)资(zi)源在(zai)集成(cheng)电(dian)路(lu)领(ling)域(yu)进(jin)行“集成(cheng)电路(lu)设(she)计(ji)工具(ju)、重(zhong)点装备(bei)和高纯(chun)靶材(cai)等关(guan)键材料(liao)研(yan)发(fa)”攻(gong)关(guan)，高纯金属(shu)溅射(she)靶(ba)材的国产(chan)化(hua)是(shi)近年(nian)来(lai)国家产(chan)业(ye)政(zheng)策大力支(zhi)持(chi)和(he)鼓励(li)的方向(xiang)。超高(gao)纯(chun)铝及合金作(zuo)为制造(zao)半导体芯(xin)片用溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)关(guan)键(jian)原(yuan)材料，实(shi)现国产化是(shi)解决芯片行业(ye)上游供(gong)应(ying)链(lian)自主可控(kong)的(de)关(guan)键(jian)一环(huan)。
随着半(ban)导(dao)体技术的发展，半导(dao)体溅(jian)射(she)靶(ba)材用超(chao)高(gao)纯(chun)铝(lv)及合金(jin)材料会越(yue)来(lai)越(yue)需(xu)要依据芯片(pian)厂的实际需求(qiu)进(jin)行(xing)定制(zhi)化(hua)研发(fa)生产。铸(zhu)锭尺寸逐(zhu)渐大型(xing)化、铸锭(ding)原(yuan)始(shi)晶(jing)粒细(xi)小(xiao)均匀(yun)化、内(nei)部(bu)质(zhi)量(liang)要求(qiu)更(geng)严格化、单个(ge)杂(za)质元素(su)管控(kong)收(shou)紧化(hua)、合(he)金(jin)元素(su)多(duo)种类化、上(shang)下(xia)游产(chan)业(ye)链配合(he)更(geng)紧密化的趋势，对超高纯铝(lv)及(ji)合金的(de)生产提(ti)出了(le)更(geng)高(gao)的技(ji)术和品(pin)质(zhi)要求。
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