集成电路电极用高纯钛靶材是以纯度≥99.995%（4N5）的钛或钛合金为材质，通过真空熔炼-熔模铸造工艺制成的致密度＞99.5%、晶粒度＜30μm的超精细溅射材料，具有优异导电性、抗腐蚀性和界面粘附力，符合半导体级杂质元素（Fe/Si/O等）＜100ppm标准，主要用于沉积电极界面层、铜互连阻挡膜及增强基底结合力的关键功能膜层。以下是中扬金属针对半导体与电子工业用钛靶材的详细介绍：
一、钛靶材在半导体与电子工业中的定义
| 项目 | 描述 |
| 定义 | 钛靶材是由高纯度钛（≥99.99%）或钛合金制成的平板或旋转靶材，通过物理气相沉积（PVD）或溅射工艺形成功能性薄膜，用于半导体器件、显示面板及电子元件的制造。 |
| 核心用途 | 导电层、阻挡层、钝化层、电极及光学涂层的关键成膜材料。 |
| 形态特征 | 尺寸：直径150-450mm（适配4-12英寸晶圆）、厚度5-30mm；表面粗糙度≤0.05μm（Ra）。 |
二、常用材质与成分
| 分类 | 成分与纯度 | 适用场景 |
| 纯钛靶（5N） | Ti≥99.999%，杂质总量≤100ppm | 先进制程（≤5nm）铜互连阻挡层（Ti/TiN） |
| 钛合金靶 | Ti-W（5-10% W）、Ti-Ta（3-5% Ta） | 高功率器件电极（降低电阻率、抗电迁移） |
| 反应溅射靶 | Ti-Al（Al 20-30%）、Ti-Si（Si 10%） | 光学薄膜（如TCO透明导电层）、介电层（Al₂O₃/SiO₂） |
| 高纯钛基复合靶 | Ti-石墨烯（0.1-1% C） | 高频芯片散热层、柔性电子透明电极 |
三、性能特点
| 性能指标 | 具体表现 |
| 纯度 | 5N级杂质（Fe、O、C、N等）总量≤100ppm，避免薄膜晶格缺陷导致器件失效。 |
| 结晶取向 | (002)或(110)择优取向控制，溅射膜厚度不均匀度≤2%（300mm晶圆内）。 |
| 密度 | ≥99%理论密度（4.51g/cm³），减少溅射颗粒飞溅，提高薄膜致密性。 |
| 热稳定性 | 高温退火（≤600℃）后无相变或晶粒异常生长，确保薄膜与基板结合力（≥50MPa）。 |
| 导电性 | 纯钛靶电阻率≤50nΩ·m，Ti-W靶可降至15nΩ·m（优于铝靶）。 |
四、执行标准
| 标准类型 | 标准编号 | 覆盖内容 |
| 国际标准 | SEMI F72-1101 | 半导体用钛靶材化学成分与表面缺陷规范 |
| 行业规范 | ASTM F76 | 高纯钛痕量元素检测方法（GDMS/ICP-MS） |
| 中国国标 | GB/T 3620-2016 | 钛及钛合金靶材尺寸公差与晶粒取向要求 |
| 特殊规范 | JIS H 2151 | 溅射靶材密度与显微组织检测标准（孔隙率≤0.1%） |
五、加工工艺与关键技术
| 工艺环节 | 关键技术 |
| 原料提纯 | 电子束熔炼（EBM）+ 区域熔炼（Zone Refining）提纯至6N级，氧含量≤50ppm。 |
| 粉末冶金 | 热等静压（HIP，1200℃/150MPa）致密化，晶粒尺寸≤50μm。 |
| 塑性加工 | 多向轧制（交叉轧制率≥75%）优化织构，真空退火（800℃/4h）消除内应力。 |
| 精密加工 | 纳米级金刚石砂轮磨削，平面度≤0.01mm/200mm，表面粗糙度Ra≤0.02μm。 |
| 洁净包装 | 超净间（Class 1）等离子清洗，真空充氮包装（水分≤10ppm）。 |
六、具体应用领域
| 应用场景 | 薄膜功能 | 靶材类型 | 性能要求 |
| 逻辑芯片 | 铜互连阻挡层（Ti/TiN） | 5N纯钛靶+反应溅射（N₂） | 抗铜扩散（≤1nm/100h）、均匀性≤2% |
| 存储芯片 | 3D NAND阶梯覆盖层 | Ti-W合金靶 | 高深宽比（40:1）台阶覆盖率＞90% |
| 显示面板 | TCO透明导电层（ITO替代） | Ti-Al合金靶+反应溅射（O₂） | 可见光透过率≥85%，电阻率≤5×10⁻⁴Ω·cm |
| 功率器件 | GaN HEMT欧姆接触层 | Ti-Al-N复合靶 | 比接触电阻＜1×10⁻⁶Ω·cm²，耐温＞300℃ |
| 传感器 | MEMS电极层 | 高纯钛靶 | 低应力（≤100MPa）、低缺陷密度 |
七、与其他靶材的对比分析
| 对比项 | 钛靶材 | 钽靶材（Ta） | 铝靶材（Al） |
| 电阻率 | 50nΩ·m | 15nΩ·m | 27nΩ·m |
| 抗电迁移 | 优（熔点1668℃） | 极优（熔点3017℃） | 差（熔点660℃） |
| 热膨胀系数 | 8.6×10⁻⁶/℃ | 6.5×10⁻⁶/℃ | 23.1×10⁻⁶/℃ |
| 成本 | 中高（提纯难度大） | 高（资源稀缺） | 低 |
| 工艺适配性 | 需反应溅射（如TiN） | 可直接溅射（TaN） | 易氧化需真空保护 |
八、未来发展新方向
| 方向 | 技术突破 | 潜在应用 |
| 超高纯度 | 7N级钛靶（杂质≤0.1ppm），悬浮区熔（FZ）技术 | 2nm以下制程量子芯片电极、单原子层器件 |
| 大尺寸靶材 | 18英寸（450mm）钛靶批量化制造技术 | 降低GAA晶体管制造成本 |
| 复合功能化 | 钛-二维材料（MoS₂、hBN）复合靶，兼具导电与绝缘特性 | 新型存储器（MRAM、ReRAM）电极 |
| 绿色制造 | 钛靶废料氢化-脱氢（HDH）回收技术（回收率＞98%） | 降低稀有金属依赖，满足ESG要求 |
| 低温成膜 | 低温溅射（≤150℃）钛靶适配柔性基板（PI、PET） | 可折叠OLED、印刷电子器件 |
| 智能检测 | AI驱动的靶材晶粒取向实时调控（基于EBSD数据反馈） | 零缺陷靶材按需定制生产 |
总结
半导体与电子工业用钛靶材是支撑微纳制造与高性能电子器件的核心材料，其技术壁垒集中于“超纯+超均匀+超稳定”三位一体性能。未来需聚焦以下方向：
极限性能突破：开发7N级超高纯钛靶与纳米晶钛合金靶，适配亚3nm制程需求；
功能复合化：融合导电、散热、光学特性于一体，推动新型器件集成；
可持续制造：通过靶材再生技术和大尺寸化降低资源消耗，构建绿色供应链。
