磁控溅射方法是薄膜材料制备的重要方法之一。这个原理是在真空腔体中,离子源产生的离子束轰击到靶材表面,然后靶材表面的原子被碰撞轰击下来,原子离开材料表面沉积到基底表面,这种用于沉积薄膜的固体原材料,称为溅射靶材,溅射时使用的气体为氩气。氩原子与阴极靶材发射的电子发生碰撞,碰撞后把氩原子转变成氩离子,带正电的氩离子被加速撞击到靶材表面,靶材原子与氩离子都被弹出,而靶材原子则沉积在基片表面,形成薄膜,这个过程称为溅射,如图1 所示。
磁控溅射原理图
半导体行业的发展是国家高科技产业发展的关键,也是一个国家科技水平的重要衡量标准,随着电子信息行业的快速发展,各种材料的薄膜材料广泛应用在半导体领域中,高新材料向薄膜转移,使得薄膜沉积用的器件快速发展起来。而随着超大规模集成电路的技术进步以及层数的增加,半导体器件的特征尺寸越来越小,这样的背景下,对器件的金属互连线也提出了更严苛的要求。近几年,芯片最小线宽已经达到纳米级,其中 45nm 以下线宽代表了先进的半导体芯片制造工艺,半导体金属互连线用溅射靶材有广阔的前景,目前全球只有少数几家位于美国、日本、中国宁波等厂家拥有自主制造靶材的技术,随着国内芯片市场和芯片制造市场的繁荣,国内对溅射靶材的需求也越来越大,12 英寸晶圆用的 Al、Ti、Ta、Cu 等材料的靶材已经成为主流的产品。
在超级规模集成电路的技术上,一直受美国和日本等国家在技术上的封锁,且技术上落后于世界先进技术。并且用于芯片制造过程的各种关键设备、关键工艺以及关键原材料对进口依赖性很强,包括了金属互连线用的原材料靶材、键合靶材以及背装和封装用的靶材等材料,受到国外供应商和技术的严重制约。对我国集成电路产业的技术发展以及效益的提高有着严重的限制。因此,为了提高我国产业的竞争力,必须进行前瞻性的技术开发,以提升我国金属产业的深加工以及产业相关的技术延伸,为我国高科技制造技术的快速发展奠定基础,来填补国内相关领域的空白。
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