Se revisa el desarrollo del objetivo de titanio de pulverización magnetrón.

- Dec 05, 2018-

Desarrollo de pulverización con magnetrón. Se revisa el objetivo de titanio.


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Objetivo de pulverización rotativa

Como un importante material funcional de película delgada en el campo de la información electrónica, el titanio de alta pureza tiene una rápida demanda con el rápido desarrollo del IC de China, la pantalla de avión, la energía solar y otras industrias. La tecnología de sputtering de magnetrón (PVD) es una de las tecnologías clave para la preparación de materiales de película delgada, y el material objetivo de sputtering de titanio de alta pureza es el material consumible clave en la tecnología de sputtering de magnetrón, que tiene una amplia perspectiva de aplicación en el mercado. El material objetivo de titanio como material de revestimiento de alto valor agregado, en aspectos tales como la pureza química, el desempeño organizacional tiene requisitos estrictos, alto contenido técnico, la dificultad de procesamiento es grande, las empresas de fabricación de material objetivo en nuestro país comenzaron relativamente tarde en el campo de alta - Finalizar la fabricación de material objetivo, relativamente atrasado en términos de pureza de materia prima básica, técnicas de preparación tales como objetivo de control, la tecnología central de la tecnología de moldeo en y en el extranjero también tiene cierta brecha. Con el objetivo de las aplicaciones de gama alta descendentes, el desarrollo de material objetivo de alto rendimiento de pulverización de titanio es una medida importante para realizar la investigación independiente y el desarrollo de materiales clave en la industria de fabricación de información electrónica y promover la transformación y mejora de alta calidad de la industria de titanio .

Objetivo de pulverización planar de alta pureza

Requisitos de aplicación y rendimiento del objetivo de titanio

 

La pulverización magnetrónica El material objetivo de Ti se utiliza principalmente en la industria de la electrónica y la información, como el circuito integrado, la pantalla de visualización plana y el campo de revestimiento de decoración de la industria automotriz de decoración del hogar, como el revestimiento de decoración de vidrio y el revestimiento de decoración de cubo. Los requisitos de material objetivo de las diferentes industrias también son muy diferentes, incluyendo principalmente: pureza, microestructura, rendimiento de soldadura, precisión dimensional y varios aspectos, los requisitos de índice específicos son los siguientes :

1) Pureza: circuito no integrado: 99.9%; Circuito integrado para: 99,995%, 99,99%.

2) Microestructura: circuito no integrado: grano promedio inferior a 100 micrones; Circuito integrado: el grano promedio es menos de 30 micrones, el grano ultrafino promedio es menos de 10 micrones

3) Rendimiento de soldadura: circuito no integrado: soldadura fuerte, monómero; Circuito integrado para: monómero, soldadura fuerte, soldadura por difusión.

4) Precisión dimensional: para circuitos no integrados: 0.1mm; Para circuitos no integrados: 0.01mm.

1.1 material objetivo Ti para circuito integrado

La pureza del material objetivo de Ti del circuito integrado es principalmente mayor que 99.995% y más, y actualmente depende principalmente de las importaciones. En 2013, la industria de circuitos integrados de China logró un ingreso por ventas de 250.8 mil millones de yuanes y un volumen de importación de 231.3 mil millones de dólares, convirtiéndose por primera vez en el principal producto de importación de China. En 2014, los ingresos por ventas de la industria de circuitos integrados fueron de 267,2 mil millones de yuanes, y el volumen de importación todavía alcanzó los 217,6 mil millones de dólares. El material objetivo para el circuito integrado ocupa una gran parte en el mercado global de material objetivo.

Objetivo multi-arco

Materiales objetivo de Ti: la producción de Ti de alta pureza se concentra principalmente en los Estados Unidos, Japón y otros países, como Honeywell de los Estados Unidos, Toho de Japón y la industria de titanio de Osaka de Japón. Desde 2010, el instituto de investigación de metales no ferrosos de Beijing, la industria de titanio zunyi y ningbo chuangrun han lanzado sucesivamente productos nacionales de Ti de alta pureza, pero la estabilidad de los productos aún debe mejorarse.

 

Ti: la estructura del desarrollo inicial del material objetivo el espacio de ganancias de la fundición es grande, el uso principal de la máquina de pulverización magnetrón de 100 ~ 150 mm, y la pequeña potencia, la película de pulverización catódica es más grande, el tamaño de la viruta es mayor, el rendimiento individual del material objetivo puede satisfacer el requisito de uso de la máquina en ese momento, el circuito integrado con material objetivo de Ti principalmente de 100 ~ 150 mm de monómero y combinación de objetivo, como el tipo típico 3180, el tipo de objetivo objetivo 3290, etc. La segunda etapa, según el desarrollo de la ley de Moore, chip, ancho de línea estrecho, fundición utiliza principalmente una máquina de sputtering de 150 ~ 200 mm, para mejorar el espacio de ganancias, la máquina de la potencia de sputtering aumenta, esto requiere que el tamaño del objetivo aumente, mientras se mantiene la alta conductividad térmica, precios bajos y A cierta resistencia, se le da prioridad a este período material Ti por soldadura de difusión de plano posterior de aleación de aluminio y soldadura fuerte del tablero de aleación de cobre a dos estructuras, como el TN típico, TTN tipo, tipo Endura5500, material objetivo, etc. En la tercera etapa, con el desarrollo del circuito integrado, el ancho de línea del chip se vuelve más estrecho. En este momento, las fábricas de fundición de chips utilizan principalmente máquinas de sputtering de 200 ~ 300 mm. Para aumentar aún más el espacio de ganancias, aumenta el poder de pulverización de las máquinas, lo que requiere que se aumente el tamaño del material objetivo, mientras se mantiene una alta conductividad térmica y una intensidad suficiente. En este período, el objetivo Ti se suelda principalmente con una placa posterior de aleación de cobre, como el objetivo de tipo SIP convencional.

 

Aspectos de procesamiento y fabricación de material objetivo de Ti: mercado inicial en el país y en el extranjero, por parte de Estados Unidos, Japón y otros grandes fabricantes de material objetivo de monopolio, después de 2000 años de industria manufacturera nacional gradualmente en el mercado objetivo, objetivo final para comenzar a importar alta pureza En los últimos años, gracias al rápido desarrollo de las empresas nacionales de fabricación de material objetivo de Ti, la cuota de mercado se expandió gradualmente a Taiwán, Europa y los Estados Unidos y otros mercados, como YouYan million gold y Jiang Feng electronic objetivo de enfoque de dos empresas. Fabricación de material durante muchos años. Las empresas domésticas de manufactura de destino también están desarrollando materiales de destino conjuntamente con los fabricantes nacionales de máquinas de pulverización catódica de magnetrón para promover el desarrollo de la industria nacional de pulverización catastral de circuito integrado.

 

1.2 Material objetivo de Ti para visualización de plano

 

Las pantallas planas incluyen: pantalla de cristal líquido (LCD), pantalla de plasma (PDP), pantalla de luminiscencia de campo (EL), pantalla de emisión de campo (FED).

 

En la actualidad, el mercado de LCD es el más grande en el mercado de pantallas planas con una participación de más del 90%. Se cree que la pantalla LCD es la mejor opción para aplicaciones de pantalla plana, amplía enormemente la gama de aplicaciones de monitores, monitores de computadoras portátiles, monitores de computadoras de escritorio, televisores LCD de alta definición y comunicaciones móviles, todo tipo de productos LCD de tipo nuevo están afectando a los hábitos de vida de las personas y promueven el rápido desarrollo de la industria de la información del mundo. La tecnología Tft-lcd es un tipo de tecnología que combina hábilmente la tecnología microelectrónica y la tecnología de cristal líquido. En la actualidad, se ha convertido en la tecnología principal de visualización de planos, que se divide en al-mo, al-ti, cu-mo y otros procesos.

 

La película delgada de la pantalla plana está formada principalmente por pulverización catódica. Al, Cu, Ti, Mo y otros objetivos son los principales objetivos metálicos para la visualización del plano en la actualidad. La pureza de los objetivos de Ti para la visualización del plano es más del 99.9%. Esta materia prima se puede hacer en China. La línea de generación Tft-lcd6 UTILIZA material objetivo de Ti plano con gran tamaño, se utiliza material objetivo de placa trasera enfriada con agua de aleación de cobre y se aplica panda de CLP.

 

En la actualidad, la línea de generación más alta del mundo construida independientemente por China: la línea de generación hefei 10.5 produce principalmente pantallas de cristal líquido de definición ultraalta (uhd) de gran tamaño, con una capacidad de diseño de 90,000 sustratos de vidrio por mes. El tamaño de los sustratos de vidrio es de 3.370x2,940 mm, con una inversión total de 40 mil millones de yuanes. Se pondrá en producción en el segundo trimestre de 2018.

 

2. Tecnología de preparación de blancos de pulverización magnetrón Ti

 

La tecnología de preparación de la materia prima Ti y los métodos del material objetivo de acuerdo con el proceso de producción se pueden dividir en (en lo sucesivo, billet EB) y billet de fusión de haz de electrones de vacío de la fundición del horno de arco eléctrico gris (en adelante, billet (VAR)) dos clases grandes, en el proceso de preparación del material objetivo, además de controlar estrictamente la pureza del material, la densidad, el tamaño del grano y la orientación del cristal, la condición del proceso de tratamiento térmico, el proceso de conformación posterior deberá ser estrictamente controlado, para garantizar el Calidad del material de destino.

 

Para las materias primas de Ti de alta pureza, los elementos de impureza con alto punto de fusión en la matriz de Ti generalmente se eliminan mediante electrólisis en fusión, y luego se purifican más mediante fusión con haz de electrones al vacío. La fusión con haz de electrones al vacío consiste en utilizar bombardeos con haz de electrones de alta energía en la superficie del metal, y luego la temperatura aumenta gradualmente hasta que el metal se derrite. Los elementos con alta presión de vapor serán los primeros en evaporarse, y los elementos con baja presión de vapor permanecerán en la masa fundida. Cuanto mayor sea la diferencia entre los elementos de impureza y la presión de vapor de la matriz, mejor será el efecto de purificación. Sin embargo, la ventaja del refinado al vacío después de la fusión es que los elementos de impureza en la matriz de Ti pueden eliminarse sin introducir otras impurezas. Por lo tanto, cuando el 99,99% de Ti electrolítico se electroliza por fusión de haz de electrones en un entorno de alto vacío (10-4 arriba), los elementos de impureza (Fe, Co, Cu) con una presión de vapor de saturación mayor que la presión de vapor de saturación del elemento Ti en sí ( Fe, Co, Cu) en la materia prima se dará prioridad a la onda, a fin de reducir el contenido de impurezas en la matriz y lograr el propósito de la purificación. El metal de alta pureza Ti con una pureza de 99.995 + se puede obtener combinando los dos métodos.

 

Para las materias primas con una pureza del 99,9% de Ti, la esponja de grado 0 Ti se utiliza principalmente para ser fundida por un horno de arco eléctrico consumible al vacío, y luego el blanco se abre mediante forjado en caliente para formar un blanco de pequeño tamaño. La materia prima de metal Ti de la preparación de los dos métodos a través del control térmico de deformación mecánica es consistente en toda su microestructura de superficie de pulverización, luego se mecaniza, se une, se limpia y se empaqueta el proceso en la preparación del circuito integrado con Ti de pulverización de magnetrón, material objetivo de 300 mm la máquina se utiliza para material objetivo especial con alto contenido de Ti, antes de la pulverización de la superficie del material objetivo antes de empacar y reducir la pulverización instalado en la máquina de pulverización catódica se utiliza para quemar el tiempo objetivo del objetivo (Tiempo de quemado).

 

El método de preparación del material objetivo del circuito integrado tiene una tecnología compleja y un costo relativamente alto .

 

3. Requisitos técnicos para los materiales objetivo de Ti

 

Para garantizar la calidad de la película depositada, la calidad del material objetivo debe controlarse estrictamente. Después de mucha práctica, los principales factores que influyen en la calidad del material objetivo de Ti incluyen la pureza, el tamaño de grano promedio, la orientación del cristal y la uniformidad de la estructura, la forma y el tamaño geométricos, etc.

 

3.1 Pureza

 

La pureza del material diana Ti tiene una gran influencia en las propiedades de las películas de pulverización catódica.

Cuanto mayor sea la pureza del material diana de Ti, menor será la cantidad de partículas de elementos de impureza en la película de pulverización catódica, lo que se traduce en mejores propiedades de la película, incluida la resistencia a la corrosión y las propiedades eléctricas y ópticas. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, los requisitos de pureza de los materiales objetivo de Ti para diferentes aplicaciones son diferentes. Por ejemplo, el revestimiento de decoración general con los requisitos de pureza del material objetivo de Ti no es exigente, y el circuito integrado, el cuerpo de la pantalla y otros campos con los requisitos de pureza del material objetivo de Ti son mucho más altos. Como fuente de cátodo en la pulverización, los elementos de impureza y las inclusiones de los poros son las principales fuentes de contaminación. Las inclusiones estomáticas se eliminarán básicamente en el proceso de detección de defectos no destructivos de lingotes. Las inclusiones estomáticas no removidas producirán un fenómeno de descarga de la punta (Arcing) durante la pulverización y luego afectarán la calidad de la película delgada. Sin embargo, el contenido del elemento de impureza solo puede reflejarse en los resultados del análisis de todo el elemento. Cuanto menor sea el contenido total de impurezas, mayor será la pureza del material objetivo de Ti. Los primeros materiales domésticos no son de alta pureza para la pulverización catódica de titanio, son una referencia a la compañía nacional y extranjera de fabricación de material objetivo de Ti, después de la norma 2013 emitida por la película electrónica YS / T893-2013 con materiales de alta precisión para la pulverización de titanio, reglamentación tres pureza Ti material objetivo El contenido de impureza única y el contenido de impureza total satisfacen las diferentes demandas, esta norma está estandarizando gradualmente la intensa pureza de la demanda del mercado objetivo.

 

Tamaño medio de grano 3.2

 

Generalmente, el material diana de Ti es de estructura policristalina, con un tamaño de grano que varía de micras a milímetro. La velocidad de pulverización del objetivo de grano pequeño es más rápida que la de grano grueso, y la distribución del espesor de la película depositada por pulverización es más uniforme para objetivos con una pequeña diferencia en el tamaño del grano en la superficie de pulverización. Se encontró que si el tamaño de grano del objetivo de titanio se controla por debajo de 100 micrones, y el cambio del tamaño de grano se mantiene dentro del 20%, la calidad de las películas de pulverización catódica puede mejorarse considerablemente. En general, se requiere que los tamaños de grano promedio de las dianas de Ti que se usen en circuitos integrados sean menores a 30 micrones, y que los tamaños de grano promedio sean menores a 10 micrones.

 

3.3 orientacion de cristalizacion

 

El metal Ti es una estructura hexagonal densamente dispuesta. Dado que es fácil que los átomos objetivo de Ti se pulvericen preferentemente a lo largo de la dirección de los átomos hexagonales más estrechamente dispuestos durante la pulverización, la velocidad de pulverización puede aumentarse cambiando la estructura cristalina del material objetivo para lograr la mayor velocidad de pulverización. En la actualidad, la familia de cristales de la superficie de pulverización del objetivo de Ti {1013} de la mayoría de los circuitos integrados es más del 60%, la orientación del grano de los materiales del blanco producidos por diferentes fabricantes es ligeramente diferente, y la dirección del cristal del objetivo de Ti también tiene una gran influencia en la uniformidad de espesor de la película de pulverización catódica. El tamaño de la película de la pantalla plana y el recubrimiento de decoración es relativamente grueso, por lo que el requisito de orientación del grano del material objetivo de Ti es relativamente bajo.

 

3.4 uniformidad de estructura

 

La uniformidad de la estructura es también uno de los índices importantes para evaluar la calidad del material objetivo. Para el objetivo de Ti, no solo se requiere el plano de pulverización del material objetivo, sino también la composición en la dirección normal, la orientación del grano y la uniformidad promedio del tamaño del grano en el plano de pulverización. Solo de esta manera se puede obtener una película de Ti con un espesor uniforme, calidad confiable y tamaño de grano constante al mismo tiempo dentro de la vida útil del material objetivo de Ti.

 

3.5 forma y tamaño geométrico

 

Se refleja principalmente en la precisión y calidad del mecanizado, como el tamaño del mecanizado, la planitud de la superficie, la rugosidad, etc. Si la desviación del ángulo del orificio de montaje es demasiado grande, no se puede instalar correctamente; Pequeño espesor afectará la vida útil del objetivo; El tamaño de la superficie de sellado y la ranura de sellado es demasiado áspero, lo que provocará problemas de vacío después de que se instale el material objetivo y provoque fugas de agua. El tratamiento de rugosidad de la superficie de la pulverización puede hacer que la superficie del material objetivo esté llena de puntas convexas ricas, bajo el efecto del efecto de la punta, el potencial de estas puntas convexas se verá muy mejorado, por lo tanto, la descarga del medio de descomposición, pero la calidad de la pulverización convexa es demasiado grande. La estabilidad es adversa.

 

3.6 soldadura de unión

En la actualidad, el papel de investigación de soldadura por difusión de metales disímiles Ti / Al es más común, generalmente para el punto de fusión alto del titanio y la soldadura de difusión del punto de fusión bajo del material de aluminio, principalmente basado en la tecnología de unión por difusión de vacío o presión de una vía o de dos vías del calor. La tecnología de prensado isostático se adoptó para realizar materiales de titanio, aluminio y metal de alta presión en uniones de difusión directa a baja temperatura. Los fabricantes nacionales de soldadura de aleación de Ti / Cu y Cu tienen muchas aplicaciones, pero pocos trabajos de investigación.

 

4. Perspectiva de los materiales objetivo de Ti

 

Las bases de fabricación objetivo globales se están reuniendo rápidamente en Asia. Con el rápido desarrollo de industrias nacionales de alta tecnología como el circuito integrado de semiconductores, la pantalla plana y el revestimiento decorativo, el mercado de materiales objetivo de China se está expandiendo día a día y se ha convertido gradualmente en una de las áreas de mayor demanda del mundo para material objetivo de película delgada. proporciona oportunidades y desafíos para el desarrollo de la industria de fabricación de material objetivo de China.

 

En los últimos años, en los fondos de la industria de circuitos integrados, los grandes proyectos nacionales de ciencia y tecnología (01, 02, 03) y los fondos locales, los líderes de los equipos, la inversión en la industria de circuitos integrados es un gran calor, según las estadísticas, solo 2015, 2016 dos años, el nacional ha declarado en construcción o planea comenzar la línea de producción de obleas hasta 44, 300 de ellos mm18 artículo, artículo 200 mm20, 6 150 mm. Impulsada por la enorme demanda del mercado, la industria de material objetivo está destinada a atraer la atención y la atención de los institutos y empresas de investigación científica relevantes en China, y ha invertido recursos humanos, materiales y financieros en la investigación y el desarrollo y la producción de salpicaduras controladas magnéticamente. objetivo.

 

El material objetivo de Ti, como una rama única del campo de material objetivo, se ha aplicado tanto en el proceso de semiconductores Al como en el proceso de Cu, y se ha utilizado ampliamente en la industria de LCD y en la industria de recubrimientos decorativos. En la actualidad, las bases de I + D y las bases de producción de Ti Target se concentran principalmente en Beijing, Guangdong, Jiangsu, Zhejiang, Gansu y otros lugares. Debido a la pureza del objetivo de la materia prima, la limitación de la tecnología de investigación y desarrollo de equipos de producción y tecnología de producción, la industria de fabricación de material objetivo de Ti en nuestro país aún se encuentra en una etapa temprana, la empresa nacional de producción de material objetivo de Ti pertenece a la calidad y lo básico. el umbral técnico es bajo, el método de procesamiento tradicional, en el precio para ganar el bajo nivel de productores de materiales objetivo de pulverización catódica, o la fábrica OEM con fines de lucro limitada. La pequeña escala de producción, la variedad, la tecnología tampoco es estable, hasta el momento, China (incluyendo Taiwán), solo una pequeña empresa especializada en la producción de material objetivo, como YouYan millones de oro, empresa electrónica Jiang Feng, producción de material objetivo Ti lejos de poder satisfacer las necesidades del desarrollo del mercado, una gran cantidad de material objetivo de Ti todavía debe importar desde el exterior, las materias primas de metal objetivo de alta pureza tienen un gran avance, pero la mayoría aún tiene que depender de las importaciones.

 

El material objetivo de Ti, como un tipo de material con propósito especial, tiene un propósito de aplicación fuerte y un claro fondo de aplicación. Tecnología de purificación metalúrgica separada del metal Ti, tecnología de fundición al vacío EB, tecnología de detección de fallas no destructiva de lingotes de Ti, tecnología de análisis de impurezas de Ti de alta pureza, tecnología de preparación de objetivo de Ti, tecnología de preparación de máquinas de pulverización, tecnología de pulverización y tecnología de prueba de rendimiento de película delgada que simplemente estudia Ti El objetivo en sí no tiene importancia. La I + D y la producción de material objetivo de Ti y su posterior mejora en la aplicación involucran a toda una cadena industrial, desde materias primas ascendentes hasta fabricantes de equipos intermedios y fabricantes de material objetivo, y la aplicación de chips de revestimiento de objetivo descendentes Ti. La relación entre las propiedades del material objetivo de Ti y las propiedades de la película de pulverización catódica no solo es propicia para obtener propiedades de la película que cumplan con los requisitos de la aplicación, sino también para un mejor uso del material objetivo, dando pleno juego a su función y promoviendo el desarrollo de la industria del material objetivo.

 

Actualmente se encuentra en la industria del IC en la etapa de auge de China continental, las oportunidades y los desafíos coexisten, si no puede aprovechar la oportunidad de apuntar a la fabricación de materiales, la fabricación de películas y los equipos de prueba, la brecha entre nuestro país y el nivel internacional será cada vez mayor. No solo no puede recuperar la ocupación extranjera del mercado interno, sino que más no puede participar en la competencia del mercado internacional.