一(yi)、定义(yi)与(yu)核(he)心作(zuo)用
集成电路(lu)（IC）用钛靶材(cai)是(shi)通过(guo)物理(li)气相沉(chen)积（PVD）工(gong)艺(yi)（如磁(ci)控(kong)溅(jian)射、离子(zi)镀）在硅(gui)基(ji)芯片表(biao)面(mian)沉(chen)积(ji)钛(tai)薄(bao)膜的(de)高纯度(du)材(cai)料(liao)，主(zhu)要用于导(dao)电(dian)粘附(fu)层、扩散阻(zu)挡(dang)层及(ji)接(jie)触孔填(tian)充。其核(he)心作(zuo)用包(bao)括(kuo)：
粘(zhan)附(fu)增强：钛层(ceng)（5-50nm）提(ti)升(sheng)铜(tong)/铝金(jin)属线与(yu)介电(dian)层(ceng)（如(ru)SiO₂）的结合强(qiang)度（附(fu)着力(li)＞50MPa）。
阻挡(dang)铜(tong)扩(kuo)散：TiN/Ti双层结(jie)构（厚(hou)度(du)＜3nm）抑制铜原(yuan)子(zi)向介(jie)电(dian)层(ceng)迁(qian)移(yi)，漏(lou)电流降低至(zhi)10⁻¹⁰ A/cm²以下(xia)（台(tai)积电5nm工(gong)艺(yi)数据）。
降(jiang)低接触(chu)电阻：钛(tai)与硅(gui)反(fan)应(ying)生(sheng)成(cheng)TiSi₂（C54相(xiang)），接(jie)触(chu)电(dian)阻＜1Ω·μm（英特(te)尔10nm FinFET技(ji)术(shu)）。
二(er)、材质(zhi)与(yu)牌(pai)号
| 牌号标准 | 典(dian)型牌号(hao) | 成分(fen)要求(qiu) | 应用场(chang)景(jing) |
| ASTM B265 (电(dian)子(zi)级) | Gr1 ELI | Ti≥99.99%, O≤50ppm, Fe≤30ppm | 7nm以下(xia)先(xian)进制程(cheng)阻(zu)挡层 |
| SEMI F47-0308 | 6N级(ji)钛(tai) | Ti≥99.9999%, 总杂质≤1ppm | EUV光(guang)刻(ke)掩模版镀膜 |
| JIS H4751 | TKS-270 | Ti≥99.995%, C≤10ppm, N≤15ppm | 3D NAND存(cun)储(chu)芯片通孔填充 |
关(guan)键特(te)性(xing)：
纯度：逻辑芯(xin)片(pian)要(yao)求≥5N（99.999%），DRAM/NAND需(xu)≥4N5（99.995%）。
晶(jing)粒取向(xiang)：优(you)先（002）取(qu)向(xiang)（XRD峰强(qiang)度(du)比(bi)＞90%），确保溅(jian)射膜(mo)均匀性。
微(wei)观缺(que)陷(xian)：晶(jing)界(jie)处氧(yang)含量(liang)＜20ppm，防(fang)止溅(jian)射(she)过程中(zhong)微(wei)电(dian)弧放电(dian)（Arcing）。
三(san)、性能参(can)数(shu)与(yu)特点
| 性(xing)能(neng)指标 | 典(dian)型(xing)值(zhi) | 技术(shu)意义 |
| 电阻率(lv)（薄(bao)膜(mo)） | 40-50μΩ·cm | 影(ying)响互(hu)连(lian)线(xian)电阻(zu)和(he)信号延迟(chi) |
| 热(re)膨胀系(xi)数 | 8.6×10⁻⁶/K（25-400℃） | 匹配硅基板（2.6×10⁻⁶/K），减少(shao)热(re)应力(li) |
| 溅射(she)产(chan)额(e) | 0.8 atoms/ion（Ar⁺, 500eV） | 决定(ding)沉积速(su)率(lv)和(he)靶(ba)材利用率 |
| 薄膜粗(cu)糙度（RMS） | ≤0.3nm（AFM测试） | 确保(bao)EUV光(guang)刻图(tu)形(xing)分(fen)辨率(lv)（CD≤10nm） |
核心特(te)点：
超高纯控(kong)制(zhi)：通(tong)过区(qu)域熔炼（Zone Refining）和(he)电子(zi)束悬浮熔(rong)炼（EBM）将(jiang)U、Th放(fang)射性元(yuan)素(su)降至ppt级(ji)。
纳(na)米结构调(diao)控：采用(yong)HIPIMS技术制(zhi)备(bei)纳米晶钛(tai)膜(mo)（晶粒尺(chi)寸2-5nm），提升(sheng)阻(zu)挡层(ceng)致(zhi)密(mi)性。
低(di)应力(li)特(te)性：膜(mo)层残(can)余应(ying)力(li)＜100MPa（压应力），避免(mian)晶圆(yuan)翘(qiao)曲（Wafer Bow＜30μm）。
四、制(zhi)造工艺流(liu)程
1、原料(liao)提(ti)纯(chun)：
电子束(shu)熔(rong)炼(lian)（EBM）：去(qu)除(chu)高(gao)蒸气(qi)压(ya)杂(za)质（如Mg、Ca），纯度(du)提升(sheng)至5N级。
等离子(zi)体熔(rong)炼(lian)：去除(chu)低蒸(zheng)气(qi)压杂质（如Fe、Cr），实现(xian)6N级超高纯(chun)度(du)。
2、热机(ji)械(xie)加工(gong)：
多(duo)向(xiang)锻(duan)造（温度900-950℃）：细(xi)化晶粒至ASTM 10-12级（平(ping)均(jun)晶粒(li)尺寸≤20μm）。
热等(deng)静(jing)压(ya)（HIP，1100℃/150MPa）：消除内部孔隙，密度≥99.9%理(li)论值(zhi)。
3、精密(mi)加工(gong)：
超精(jing)密(mi)车削(xue)：靶(ba)材(cai)直(zhi)径公(gong)差±0.01mm，表面粗糙度Ra≤0.1μm。
背(bei)板(ban)焊(han)接(jie)：使(shi)用In-Ag合(he)金焊(han)料（熔(rong)点(dian)150℃），热导(dao)率＞300W/m·K。
4、检(jian)测与包(bao)装：
SIMS分(fen)析(xi)：检测(ce)B、Na等轻元素(su)杂质（＜0.1ppb）。
真(zhen)空封(feng)装：充(chong)入高纯氩气（露(lu)点(dian)＜-70℃），防(fang)止(zhi)氧化。
五、应(ying)用领(ling)域
1、逻(luo)辑芯(xin)片(pian)：
台积电(dian)3nm工艺(yi)中(zhong)，Ti/TiN双(shuang)层阻(zu)挡(dang)层(ceng)（总厚1.5nm）使铜(tong)互(hu)连电阻(zu)降(jiang)低15%。
英特尔(er)RibbonFET技(ji)术(shu)采用(yong)原(yuan)子(zi)层沉(chen)积（ALD）钛(tai)膜，覆(fu)盖深宽(kuan)比＞10:1的(de)通(tong)孔(kong)。
2、存储芯(xin)片(pian)：
三(san)星V-NAND 256层堆(dui)叠(die)中，钛(tai)靶(ba)溅射(she)用(yong)于字(zi)线（Word Line）粘附(fu)层(ceng)，提升阶梯覆(fu)盖(gai)性。
美光1β DRAM采(cai)用(yong)钛掺(can)杂Co合(he)金(jin)靶材(cai)，接(jie)触电(dian)阻(zu)降(jiang)低(di)20%。
3、先(xian)进封(feng)装：
硅通(tong)孔(kong)（TSV）侧(ce)壁(bi)钛阻挡层（厚(hou)度(du)50nm），耐电(dian)迁(qian)移(yi)寿命＞1×10⁶小(xiao)时。
2.5D封装(zhuang)中(zhong)钛(tai)基(ji)RDL（再(zai)分布层），线(xian)宽(kuan)/线距(ju)降至(zhi)1μm/1μm。
六、执(zhi)行标(biao)准
| 标准(zhun)类型 | 标准(zhun)号(hao) | 核心要(yao)求(qiu) |
| 材料(liao)纯度(du) | SEMI F47-0706 | 金(jin)属杂(za)质总量＜1ppm，U/Th＜0.01ppb |
| 晶(jing)粒(li)结构 | ASTM E112 | 晶(jing)粒(li)度评(ping)级≥10级（晶粒(li)尺(chi)寸≤23μm） |
| 溅(jian)射性(xing)能(neng) | SEMI M52-0318 | 靶材(cai)利用(yong)率(lv)≥90%，膜厚(hou)不(bu)均匀性≤2% |
| 洁(jie)净(jing)度 | IEST-STD-CC1246D | 颗(ke)粒污(wu)染（＞0.1μm）＜10个(ge)/cm² |
七、与(yu)半(ban)导体(ti)其(qi)他(ta)金(jin)属(shu)靶(ba)材(cai)对(dui)比
| 靶(ba)材(cai)类型 | 优(you)势(shi) | 劣势(shi) | 典(dian)型(xing)应用(yong)场(chang)景(jing) |
| 钛(tai)靶(ba) | 粘附(fu)性(xing)强(qiang)、阻挡性能优 | 电(dian)阻(zu)率(lv)较高 | 铜(tong)互连阻(zu)挡(dang)层、接(jie)触孔 |
| 铜(tong)靶 | 导(dao)电性最佳(jia)（1.7μΩ·cm） | 易(yi)扩散、需阻挡层 | 互连金(jin)属(shu)线 |
| 钽靶(ba) | 抗(kang)扩(kuo)散(san)能力极强(qiang) | 成(cheng)本(ben)高（￥5000/kg） | 高端(duan)逻辑(ji)芯(xin)片阻(zu)挡层 |
| 钴靶(ba) | 接触电阻低、填充(chong)性好(hao) | 易(yi)氧(yang)化 | 先进节(jie)点(dian)接(jie)触(chu)孔填(tian)充(chong) |
技(ji)术(shu)差(cha)异(yi)：
工艺(yi)温(wen)度：钛(tai)靶溅(jian)射需低(di)温（＜150℃），而(er)钽靶(ba)需高温(wen)（＞300℃）以(yi)提(ti)升致密性(xing)。
靶材寿(shou)命(ming)：钛(tai)靶因(yin)溅射(she)速率(lv)高(gao)（比钽(tan)快3倍(bei)），单靶(ba)寿(shou)命可达8000kWh。
八、选购(gou)方(fang)法与注(zhu)意(yi)事(shi)项
1、选购(gou)决(jue)策树：
纯(chun)度(du)验(yan)证：要求(qiu)供应商(shang)提(ti)供GDMS/SIMS报(bao)告，确(que)认(ren)U、Th、K等(deng)关(guan)键杂(za)质(zhi)达(da)标。
晶(jing)粒(li)检测：EBSD分析晶粒取(qu)向分(fen)布(bu)，（002）取(qu)向(xiang)占(zhan)比＞85%。
溅射测试(shi)：在(zai)客(ke)户(hu)设备(bei)上试镀，评估膜(mo)层(ceng)电阻率(lv)、阶梯(ti)覆(fu)盖(gai)性（＞80%）。
供(gong)应(ying)链审(shen)核：确认原材料来(lai)源（需原生(sheng)钛(tai)矿(kuang)，禁用(yong)回(hui)收料(liao)），通(tong)过SEMI SEMI S2认(ren)证。
2、关(guan)键注意(yi)事(shi)项(xiang)：
放(fang)射(she)性控(kong)制(zhi)：要(yao)求(qiu)铀（U）、钍（Th）含(han)量(liang)＜0.01ppb，防(fang)止(zhi)α粒(li)子诱(you)发(fa)软(ruan)错(cuo)误。
微缺(que)陷(xian)检(jian)测：采用(yong)激(ji)光(guang)散射仪(yi)（Laser Scattering）检测表面(mian)微(wei)裂纹（尺(chi)寸(cun)＜1μm）。
设备(bei)兼容(rong)性：靶(ba)材(cai)尺(chi)寸需(xu)匹配(pei)机台（如(ru)Applied Materials Endura® 靶座(zuo)公差(cha)±0.05mm）。
污染防控：拆(chai)包(bao)需在(zai)Class 1洁净室(shi)进行，避免(mian)颗(ke)粒污(wu)染(ran)导(dao)致(zhi)晶圆(yuan)缺陷(xian)。
九(jiu)、前沿(yan)趋(qu)势
原子级(ji)镀膜(mo)：开(kai)发(fa)单(dan)原子层(ceng)钛(tai)靶(ba)（厚(hou)度＜0.5nm），用于(yu)GAA晶体管(guan)界(jie)面工程(cheng)。
复合(he)靶材(cai)：Ti-Al-O合(he)金(jin)靶（Al 5at%）提升(sheng)阻(zu)挡层抗电迁(qian)移能(neng)力(li)（＞10⁷ A/cm²）。
再生(sheng)循环：采(cai)用等(deng)离(li)子体(ti)刻蚀(shi)回(hui)收(shou)废(fei)靶材，钛(tai)回收率＞98%，成本降低50%。
据(ju)Yole预(yu)测，2025年(nian)全(quan)球(qiu)半导体钛(tai)靶市场(chang)规模(mo)将(jiang)达(da)12亿美(mei)元(yuan)，技(ji)术突(tu)破点(dian)在于开(kai)发(fa)超低(di)粗(cu)糙度(du)（RMS＜0.2nm）靶(ba)材(cai)，满足2nm及(ji)以下(xia)制程的原子(zi)级(ji)镀(du)膜(mo)需(xu)求(qiu)。
