Sviluppo del materiale del bersaglio in titanio Sputtering Magnetron

Sviluppo del materiale target in titanio con sputtering di magnetron

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Come importante materiale cinematografico funzionale nel campo dell'informazione elettronica, il titanio ad elevata purezza è cresciuto rapidamente negli ultimi anni con il rapido sviluppo di circuiti integrati, schermi piatti e industrie dell'energia solare in Cina. La tecnologia Magnetron Sputtering Technology (PVD) è una delle tecnologie chiave per la preparazione di materiali a film sottile. Gli obiettivi di sputtering al titanio di elevata purezza sono i principali materiali di consumo nel processo di sputtering del magnetron e hanno ampie prospettive di applicazione sul mercato. Come materiale di rivestimento ad alto valore aggiunto, il target in titanio ha requisiti rigorosi in termini di purezza chimica e microstruttura. Ha un alto contenuto tecnico e un'elaborazione difficile. Le imprese manifatturiere cinesi target hanno iniziato relativamente tardi nel settore della produzione target di fascia alta. La purezza delle materie prime è relativamente arretrata e ci sono alcune lacune nelle principali tecnologie di processo come il controllo dei tessuti e lo stampaggio dei processi. Per le applicazioni di fascia alta a valle, lo sviluppo di obiettivi di sputtering al titanio ad alte prestazioni è una misura importante per realizzare la ricerca indipendente e lo sviluppo di materiali chiave nell'industria di produzione di informazioni elettroniche e per promuovere la trasformazione e l'aggiornamento dell'industria del titanio in fascia alta.

Applicazione del target in titanio e requisiti prestazionali

Gli obiettivi di Magnetron Sputtering Ti sono principalmente utilizzati nel settore dell'elettronica e dell'informazione, come rivestimenti decorativi per circuiti integrati, schermi piatti e industrie automobilistiche per il miglioramento della casa, come rivestimenti decorativi in vetro e rivestimenti decorativi per ruote. Diverse industrie hanno requisiti diversi per gli obiettivi Ti, tra cui: purezza, microstruttura, prestazioni di saldatura e accuratezza dimensionale. I requisiti specifici sono i seguenti:

1) Purezza: circuito non integrato: 99,9%; Per circuiti integrati: 99,995%, 99,99%.

2) Microstruttura: per circuiti non integrati: la granulometria media è inferiore a 100 μm; per circuiti integrati: la granulometria media è inferiore a 30 μm e la granulometria media dei grani ultrafini è inferiore a 10 μm.

3) Prestazioni di saldatura: per circuiti non integrati: brasatura, monomero; per circuiti integrati: monomero, brasatura, saldatura per diffusione.

4) Precisione dimensionale: circuito non integrato: 0,1 mm; Circuito integrato: 0,01 mm.

1,1 Obiettivo Ti per circuiti integrati

La purezza degli obiettivi Ti del circuito integrato è principalmente superiore al 99,995% e attualmente si basa principalmente sulle importazioni. Nel 2013, l'industria cinese della Cina ha realizzato un fatturato di 250,8 miliardi di yuan e le importazioni sono state pari a 231,3 miliardi di dollari, rendendola per la prima volta la più grande merce importata in Cina. Nel 2014, il fatturato delle vendite dell'industria del circuito integrato è stato di 267,2 miliardi di yuan, e il volume delle importazioni ha raggiunto ancora 217,6 miliardi di dollari. Gli obiettivi per i circuiti integrati rappresentano una larga fetta del mercato target globale.

Ti materie prime target: La produzione di Ti elevata purezza è concentrata principalmente negli Stati Uniti, in Giappone e in altri paesi, come gli Stati Uniti Honeywell, il Giappone Toho, l'industria giapponese del titanio Osaka; In seguito, dopo il 2010, l'Istituto di ricerca sui metalli non ferrosi di Pechino, Zunyi Titanium, Ningbo Chuangrun ha successivamente lanciato prodotti a elevata purezza fabbricati in Cina, ma la stabilità dei prodotti non è ancora stata migliorata.

Sviluppo della struttura del target Ti: la prima fonderia di chip ha un ampio margine di profitto, principalmente utilizzando una macchina sputtering con magnetron da 100-150 mm, e la potenza è ridotta, il film sputtering è spesso, le dimensioni del chip sono grandi e le prestazioni del singolo l'obiettivo è grande Può soddisfare i requisiti di utilizzo della macchina in quel momento. A quel tempo, l'obiettivo di Ti per i circuiti integrati era principalmente un monomero da 100-150 mm e un target combinato, come il tipo tipico 3180 e il target di tipo 3290. Nella seconda fase, secondo la legge di Moore, la larghezza della linea di trucioli viene ridotta. La fonderia di chip utilizza principalmente una sputtering machine da 150-200 mm. Per aumentare il margine di profitto, aumenta il potere di sputtering della macchina, che richiede un aumento della dimensione di destinazione. Allo stesso tempo, mantiene alta conducibilità termica, basso prezzo e certa resistenza. In questo periodo, l'obiettivo di Ti è composto principalmente da saldatura per diffusione della piastra posteriore in lega di alluminio e brasatura e saldatura della piastra posteriore in lega di rame, come tipo tipico TN, tipo TTN, tipo Endura 5500 e altri target. . Nella terza fase, con lo sviluppo di circuiti integrati, la larghezza della linea truciolo viene ulteriormente ridotta. In questo momento, la fonderia di chip utilizza principalmente una macchina per sputtering da 200-300 mm. Per aumentare ulteriormente il margine di profitto, aumenta il potere di sputtering della macchina, che richiede l'obiettivo. La dimensione viene aumentata mantenendo un'elevata conduttività termica e una resistenza sufficiente. In questo periodo, l'obiettivo Ti è costituito principalmente da saldature a diffusione sul retro della piastra in lega di rame, come l'obiettivo del tipo SIP mainstream.

Elaborazione e produzione degli obiettivi Ti: i primi mercati nazionali e internazionali erano sostanzialmente monopolizzati da grandi produttori target come gli Stati Uniti e il Giappone. Dopo il 2000, l'industria manifatturiera nazionale è entrata gradualmente nel mercato di riferimento e ha iniziato a importare materie prime Ti a elevata purezza per elaborare obiettivi di fascia bassa. Negli ultimi anni, le imprese manifatturiere locali di Ti hanno sviluppato rapidamente, e la loro quota di mercato si è gradualmente estesa a Taiwan, Europa e Stati Uniti, ecc. Se ci sono due aziende, Yanyijin e Jiangfeng Electronics, si concentrano su produzione target per molti anni. Le aziende manifatturiere di destinazione interna stanno anche collaborando con i produttori di macchine per sputtering di magnetron per lo sviluppo di obiettivi per promuovere lo sviluppo del settore dello sputtering del magnetron nel circuito integrato domestico.

1,2 Ti target per display a schermo piatto

Il display a schermo piatto include un display a cristalli liquidi (LCD), un display al plasma (PDP), un display elettroluminescente (EL) e un display di emissione sul campo (FED).

Allo stato attuale, il mercato dei display LCD a cristalli liquidi è il più grande nel mercato dei display a schermo piatto, con una quota superiore al 90%. Lo schermo LCD è considerato il dispositivo di visualizzazione a schermo piatto più promettente e il suo aspetto ha notevolmente ampliato il campo di applicazione dei display. Dai monitor per notebook, monitor desktop, TV LCD ad alta definizione e comunicazioni mobili, vari nuovi prodotti LCD stanno avendo un impatto. Abitudini di vita delle persone e promuovere il rapido sviluppo dell'industria dell'informazione mondiale. La tecnologia TFT-LCD è una tecnologia che combina tecnologia microelettronica e tecnologia a cristalli liquidi. È diventata la tecnologia principale del display piatto ed è divisa in AL-Mo, AL-Ti, Cu-Mo e altri processi.

Il film del display a schermo piatto è per lo più formato da sputtering. Obiettivi come Al, Cu, Ti e Mo sono i principali target metallici per i display a schermo piatto e la purezza dei target Ti per i monitor a schermo piatto è superiore al 99,9%. Questa materia prima può essere prodotta in Cina. La dimensione del bersaglio planare Ti per la linea di generazione TFT-LCD6 è relativamente grande e la struttura utilizza un bersaglio con piastra di supporto raffreddato ad acqua in lega di rame e viene utilizzato un panda CLP.

Attualmente, la linea di generazione più alta del mondo auto-costruita in Cina - la linea Hefei 10.5 genera principalmente display a cristalli liquidi ad altissima definizione di grandi dimensioni, con una capacità di progettazione di 90.000 substrati di vetro al mese, dimensioni del substrato di vetro di 3370 × 2940 mm, totale investimento di 40 miliardi di yuan, 2018 Il secondo trimestre dell'anno, l'uso di macchine sputtering e la tecnologia e gli obiettivi corrispondenti sono ancora incerti.

2 Magnetron sputtering Ti tecnologia di preparazione target

Secondo il processo di produzione, la tecnologia di preparazione delle materie prime del target Ti può essere suddivisa in due categorie: fusione a fusione di elettroni (abbreviazione EB blank) e vuoto di fusione con forno elettrico a vuoto (abbreviazione (VAR) blank). Nel processo di preparazione del target, oltre al rigoroso controllo di purezza del materiale, densità, granulometria e orientamento del cristallo, le condizioni del processo di trattamento termico e i successivi processi di stampaggio devono essere rigorosamente controllati per garantire la qualità del target.

Per le materie prime Ti di elevata purezza, gli elementi di impurità ad alto punto di fusione nella matrice Ti vengono solitamente rimossi mediante elettrolisi del fuso e ulteriormente purificati mediante fusione del fascio di elettroni del vuoto. La fusione del fascio di elettroni del vuoto consiste nel bombardare la superficie metallica con un fascio di elettroni ad alta energia, quindi la temperatura aumenta gradualmente fino a quando il metallo non si scioglie. L'elemento con una grande pressione di vapore si volatilizzerà preferibilmente, e l'elemento con una piccola pressione di vapore rimane nel fuso, e l'elemento di impurità e la matrice Quanto maggiore è la differenza nella pressione del vapore, tanto migliore è l'effetto di purificazione. La raffinazione sotto vuoto dopo la fusione ha il vantaggio di rimuovere elementi di impurità nella matrice Ti senza introdurre altre impurità. Pertanto, quando il 99,99% di Ti elettrolitico viene fuso dal fascio di elettroni in un ambiente con alto vuoto (10-4 o più), l'elemento di impurità (Fe, Co, Cu) la cui pressione di vapore saturo nella materia prima è superiore al vapore saturo la pressione dell'elemento Ti stesso si preferibilmente volatilizzerà. Il contenuto di impurità nella matrice viene ridotto per raggiungere lo scopo della purificazione. Una combinazione dei due metodi può fornire un metallo Ti ad alta purezza con una purezza di 99.995 o più.

Per la purezza delle materie prime Ti al 99,9%, la spugna Ti a 0 fasi viene fusa in un forno ad arco elettrico consumabile sotto vuoto, e quindi vengono utilizzati grezzi forgiati a caldo per formare uno sbozzato di piccole dimensioni. Le materie prime Ti di metallo preparate con i due metodi sono controllate dalla deformazione termomeccanica per controllare la microstruttura dell'intera superficie di polverizzazione e quindi trasformate in un bersaglio Ti di polverizzazione di magnetron per l'elaborazione di circuiti integrati attraverso processi di lavorazione, legatura, pulizia e confezionamento. Per un target Ti con un requisito particolarmente elevato per una macchina da 300 mm, la superficie di polverizzazione del target prima del pre-imballaggio viene anche pre-spruzzata per ridurre il tempo target (tempo di combustione) del target montato sulla macchina per sputtering.

L'obiettivo preparato dal metodo di preparazione del target Ti del circuito integrato ha un processo complicato e un costo relativamente elevato.

3. Requisiti tecnici per gli obiettivi Ti

Per garantire la qualità del film depositato, la qualità dell'obiettivo deve essere rigorosamente controllata. Dopo un gran numero di pratiche, i principali fattori che influenzano la qualità dell'obiettivo Ti comprendono purezza, granulometria media, orientamento cristallino e uniformità strutturale, geometria e dimensione.

3.1 purezza

La purezza del bersaglio Ti ha una grande influenza sulle proprietà del film sputtered.

Maggiore è la purezza del target Ti, minore è la presenza di particelle di elementi di impurità nel film Ti spruzzato, con il risultato di migliori proprietà del film, tra cui la resistenza alla corrosione e le proprietà elettriche e ottiche. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, i diversi usi degli obiettivi Ti hanno requisiti di purezza diversi. Ad esempio, gli obiettivi Ti per i rivestimenti decorativi generali non sono critici in termini di purezza, e gli obiettivi Ti hanno un requisito di purezza molto più elevato in campi come circuiti integrati e corpi display. L'obiettivo funge da sorgente catodica nello sputtering e gli elementi di impurità e inclusioni dei pori nel materiale sono le principali fonti di contaminazione del film depositato. Le inclusioni stomatiche sono sostanzialmente rimosse durante i test non distruttivi del lingotto. I pori non rimossi causeranno il fenomeno di scarica della punta (Arcing) durante il processo di sputtering, che influirà sulla qualità del film. Il contenuto dell'elemento impurità può essere analizzato solo nell'elemento completo. I risultati del test mostrano che minore è il contenuto totale di impurità, maggiore è la purezza del target Ti. Agli inizi non esisteva uno standard per gli obiettivi di sputtering al titanio di elevata purezza in Cina, che si basava sui requisiti dei produttori target di Ti in patria e all'estero. Dopo il 2013, è stato emesso lo standard "YS / T893-2013 obiettivi di polverizzazione del titanio di elevata purezza per film elettronici". Vengono specificati i requisiti per il diverso contenuto di impurezze e il contenuto totale di impurezze di tre obiettivi di purezza Ti. Questo standard sta gradualmente uniformando i requisiti di purezza del mercato degli obiettivi Ti caotico.

3.2 Granulometria media

Di solito, il target Ti ha una struttura policristallina e la dimensione del grano può essere dell'ordine di micrometri in millimetri. La velocità di spruzzatura del bersaglio di cristallo di dimensioni fini è più veloce di quella del bersaglio a grana grossa e il bersaglio con una piccola differenza nella dimensione del grano sulla superficie di spruzzamento è schizzato. Anche la distribuzione dello spessore del film depositato è relativamente uniforme. Si è trovato che se la dimensione dei grani del bersaglio di titanio è controllata per essere inferiore a 100 um e la variazione della dimensione del grano è mantenuta entro il 20%, la qualità del film ottenuto mediante sputtering può essere notevolmente migliorata. La dimensione media dei grani del target Ti per i circuiti integrati è generalmente richiesta entro i 30 μm e la dimensione media dei grani del target Ti del grano ultrafine è 10 μm o meno.

3.3 Orientamento del cristallo

Il metallo Ti è una struttura esagonale molto compatta, e poiché gli atomi del bersaglio Ti sono preferibilmente spruzzati nella direzione in cui gli atomi sono più strettamente disposti nello sputtering, il metodo per cambiare la struttura cristallina del bersaglio può essere ottenuto in ordine per ottenere il più alto tasso di sputtering. Aumentare la velocità di sputtering. Attualmente, la maggior parte della famiglia di facce di cristallo con superficie di spruzzatura target di Ti del circuito integrato (1013) è superiore al 60%, l'orientamento del bersaglio prodotto da diversi produttori è leggermente diverso, e l'orientamento del cristallo del bersaglio Ti è uniforme al spessore dello strato di pellicola spruzzata. L'impatto è anche maggiore. La dimensione del film del display piatto e il rivestimento decorativo sono relativamente spessi, quindi i requisiti di orientamento dei grani del corrispondente bersaglio Ti sono relativamente bassi.

3.4 Uniformità strutturale

L'uniformità strutturale è anche uno degli indicatori importanti per l'esame della qualità degli obiettivi. Per il target Ti, non sono richiesti solo il piano dello sputtering del target ma anche la componente di direzione normale, l'orientamento del grano e l'uniformità della granulometria media della superficie dello sputtering. Solo in questo modo, il target Ti può ottenere un film Ti con spessore uniforme e qualità affidabile e granulometria uniforme nello stesso periodo di tempo.

3.5 Geometria e dimensioni

Principalmente riflesso nella precisione di elaborazione e qualità di elaborazione, come le dimensioni di elaborazione, planarità della superficie, rugosità e così via. Se la deviazione dell'angolo del foro di montaggio è troppo grande, non può essere installata correttamente; il piccolo spessore influirà sulla durata del bersaglio; la superficie di tenuta e la dimensione della gola di tenuta saranno troppo ruvide, causando problemi nel vuoto dopo l'installazione del target, causando gravi perdite d'acqua; Il trattamento di irruvidimento della superficie può rendere la superficie del bersaglio piena di punte convesse. Sotto l'azione dell'effetto punta, il potenziale di queste punte sollevate sarà notevolmente aumentato, rompendo così la scarica dielettrica, ma l'eccessiva sporgenza è per lo sputtering. La qualità e la stabilità sono sfavorevoli.

3.6 giunto di saldatura

Al momento, ci sono molti articoli sulla ricerca della saldatura per diffusione di metalli dissimili Ti / Al. Generalmente, la saldatura per diffusione di materiali in alluminio ad alto punto di fusione e in alluminio a basso punto di fusione si basa principalmente sulla tecnologia di incollaggio a diffusione sottovuoto di pressione unidirezionale o bidirezionale o isostatica termica. La tecnologia di pressione realizza la connessione di diffusione diretta a media e bassa pressione ad alta pressione di materiali in titanio e alluminio. Ci sono molti produttori nazionali di saldatura di lega Ti / Cu e Cu, ma ci sono pochi documenti di ricerca.

4, prospettive di destinazione Ti

Le basi manifatturiere target globali si stanno rapidamente accumulando in Asia. Con il rapido sviluppo di industrie high-tech come circuiti integrati di semiconduttori domestici, schermi piatti e rivestimenti decorativi, il mercato target cinese si sta espandendo e gradualmente è diventato una delle aree più richieste al mondo per gli obiettivi dei film sottili. Lo sviluppo offre opportunità e sfide.

Negli ultimi anni, sotto la guida del fondo per il settore dei circuiti integrati, i principali progetti nazionali di scienza e tecnologia (01, 02, 03) e i fondi locali, l'investimento nel settore dei circuiti integrati può essere descritto come caldo. Secondo le statistiche, solo nei due anni dal 2015 al 2016, Domestic ha annunciato che ci sono ben 44 linee di produzione di wafer in costruzione o programmate per iniziare, tra cui 300mm, 18mm, 200mm20 e 150mm. Spinto da questa enorme domanda di mercato, l'industria target attirerà sicuramente l'attenzione e l'attenzione degli istituti di ricerca e delle imprese pertinenti in Cina e investirà in risorse umane, risorse materiali e risorse finanziarie per sviluppare e produrre obiettivi splash controllati magneticamente.

Essendo un ramo unico del campo obiettivo, gli obiettivi Ti vengono utilizzati sia nei processi Al che Cu a semiconduttore e sono ampiamente utilizzati nell'industria dei display a cristalli liquidi e nell'industria dei rivestimenti decorativi. Attualmente, le basi per la ricerca e lo sviluppo e la produzione di obiettivi Ti sono concentrate principalmente a Pechino, Guangdong, Jiangsu, Zhejiang e Gansu. A causa dei limiti della purezza delle materie prime, delle apparecchiature di produzione e della tecnologia di ricerca e sviluppo dei processi, l'industria manifatturiera cinese di punta Ti è ancora agli inizi. Le imprese di produzione locali di Ti sono fondamentalmente di bassa qualità e tecnologia, utilizzando metodi di elaborazione tradizionali e facendo affidamento sul prezzo da vincere. Produttori target di polverizzazione di basso grado o impianti di lavorazione di fonderia a costo limitato. La scala di produzione è piccola, la varietà è unica e la tecnologia è ancora instabile. Finora, la Cina (inclusa Taiwan, Cina) ha solo poche aziende professionali che producono obiettivi, come Yanyijin, Jiangfeng Electronics, ecc., Che producono obiettivi di Ti molto lontani. Lungi dal soddisfare le esigenze di sviluppo del mercato, un gran numero di obiettivi di Ti devono ancora essere importati dall'estero. Le materie prime degli obiettivi Ti in metallo purissimo hanno già raggiunto traguardi importanti, ma la maggior parte di esse deve fare affidamento sulle importazioni.

Come materiale per scopi speciali, il target Ti ha un forte scopo applicativo e uno sfondo chiaro. Tecnologia di purificazione metallurgica per il distacco dal metallo Tecnologia di fusione a vuoto Ti, EB, tecnologia di prova non distruttiva per lingotti di Ti, tecnologia di analisi delle impure per Ti a elevata purezza, tecnologia di preparazione per target Ti, tecnologia di preparazione per sputtering machine, processo di sputtering e test delle prestazioni del film tecnologia Lo studio dell'obiettivo Ti in sé non ha alcun senso. Lo sviluppo e la produzione degli obiettivi Ti e dei successivi miglioramenti delle applicazioni coinvolgono un'intera filiera industriale, dalle materie prime upstream ai produttori di apparecchiature midstream industriali e ai produttori target per sviluppare e a valle chip di rivestimento target di Ti. Il rapporto tra le prestazioni del target Ti e le proprietà del film spruzzato è utile per ottenere le proprietà del film che soddisfano i requisiti dell'applicazione, ed è anche vantaggioso per un uso migliore del target, esercitando pienamente i suoi effetti e promuovendo lo sviluppo di l'industria di destinazione.

Allo stato attuale, l'industria dei circuiti integrati è in piena espansione in Cina. Opportunità e sfide coesistono. Se non riusciamo a cogliere l'opportunità di localizzare la produzione target, la produzione di film e le apparecchiature di prova, il divario tra la Cina e il livello internazionale diventerà sicuramente più grande. Non solo è in grado di riconquistare il mercato domestico occupato da investitori stranieri, ma anche di competere sul mercato internazionale.