Le développement de la cible en titane pulvérisée par magnétron est examiné

Développement de la pulvérisation magnétron la cible en titane est passée en revue

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En tant que matériau de couche mince fonctionnel dans le domaine de l’information électronique, le titane de haute pureté est rapidement demandé, avec le développement rapide du circuit intégré chinois, de l’écran plat, de l’énergie solaire et d’autres industries. La technologie de pulvérisation magnétron (PVD) est l’une des technologies clés pour la préparation de matériaux en couches minces, et le matériau cible pour pulvérisation cathodique en titane de haute pureté est le principal consommable de la technologie de pulvérisation cathodique par magnétron, qui a de vastes perspectives sur le marché. Titane cible comme matériau de revêtement à haute valeur ajoutée, dans des aspects tels que la pureté chimique, la performance organisationnelle a des exigences strictes, un contenu technique élevé, la difficulté de traitement est grande, les entreprises de fabrication de matériau cible dans notre pays ont démarré relativement tard dans le domaine de la haute - la fabrication des matériaux cibles, relativement en arrière en termes de pureté des matières premières de base, de techniques de préparation telles que la cible de contrôle, la technologie de base de la technologie de moulage à l’étranger et à l’étranger présente également un certain fossé. En ce qui concerne les applications haut de gamme en aval, le développement d'un matériau cible de pulvérisation titane haute performance est une mesure importante pour mener à bien la recherche et le développement indépendants de matériaux clés dans l'industrie de la fabrication d'informations électroniques et pour promouvoir la transformation et la mise à niveau haut de gamme de l'industrie du titane. .

Application et performances requises de la cible en titane

Le matériau cible Ti à pulvérisation magnétron est principalement utilisé dans les domaines de l’électronique et de l’information, comme les circuits intégrés, les écrans plats et les revêtements de décoration pour l’industrie automobile de la décoration intérieure, tels que les revêtements de décoration en verre et les revêtements de décoration de moyeu. Les exigences en matière de matériau cible de différentes industries sont également très différentes, notamment en ce qui concerne: la pureté, la microstructure, les performances de soudage, la précision dimensionnelle et plusieurs autres aspects. Les exigences spécifiques de l’indice sont les suivantes :

1) Pureté: circuit non intégré: 99,9%; Circuit intégré pour: 99,995%, 99,99%.

2) Microstructure: circuit non intégré: grain moyen inférieur à 100 microns; Circuit intégré: le grain moyen est inférieur à 30 microns, le grain moyen ultra-fin est inférieur à 10 microns

3) performances de soudage: circuit non intégré: brasage, monomère; Circuit intégré pour: monomère, brasage, soudage par diffusion

4) précision dimensionnelle: pour les circuits non intégrés: 0,1 mm; Pour les circuits non intégrés: 0,01 mm.

1.1 Matériau cible Ti pour circuit intégré

La pureté du matériau intégré dans le circuit intégré Ti est principalement supérieure à 99,995% et supérieure et, actuellement, elle dépend principalement des importations. En 2013, le secteur des circuits intégrés en Chine a réalisé un chiffre d'affaires de 250,8 milliards de yuans et un volume d'importation de 231,3 milliards de dollars, devenant ainsi le plus important produit importé de Chine. En 2014, le chiffre d'affaires de l'industrie des circuits intégrés s'élevait à 267,2 milliards de yuans et le volume des importations atteignait encore 217,6 milliards de dollars. Le matériau cible pour les circuits intégrés occupe une large part du marché mondial des matériaux cibles.

Matériaux cibles en Ti: la production de Ti de haute pureté est principalement concentrée aux États-Unis, au Japon et dans d'autres pays, tels que Honeywell aux États-Unis, au Japon et à l'industrie du titane à Osaka au Japon. Depuis 2010, l'institut de recherche sur les métaux non ferreux de Beijing, l'industrie du titane zunyi et le ningbo chuangrun ont successivement lancé des produits domestiques en Ti d'une grande pureté, mais la stabilité des produits doit encore être améliorée.

Ti: structure de la cible de développement de matériaux de début de l'espace de profit de fonderie précoce est grande, l'utilisation principale de 100 ~ 150 mm machine de pulvérisation magnétron, et petite puissance, film de pulvérisation plus épais, la taille de la puce est plus grande, performance simple du matériau cible peut satisfaire les exigences d'utilisation de la machine à ce moment-là, le circuit intégré avec le matériau cible en Ti provenant principalement d'un monomère de 100 ~ 150 mm et d'une combinaison de cible, tel que le matériau cible typique de type 3180, type 3290, etc. Le deuxième stade, en fonction de l'évolution de la loi de Moore, puce, largeur de trait étroite, la fonderie utilise principalement une machine de pulvérisation de 150 ~ 200 mm, afin d'améliorer l'espace de profit, la machine de la puissance de la pulvérisation augmente, cela nécessite que la taille de la cible augmente, tout en conservant la conductivité thermique élevée, les prix bas et une certaine résistance, cette période Ti matériau cible par soudage par diffusion de fond de panier en alliage d'aluminium et le brasage de deux panneaux de panneau en alliage de cuivre est prioritaire, comme le typique TN, TTN type, type de matériau cible Endura5500, etc. Dans la troisième étape, avec le développement du circuit intégré, la largeur de la ligne de puces devient plus étroite. A cette époque, les usines de fonderie de puces utilisent principalement des machines de pulvérisation cathodique de 200 ~ 300mm. Afin d'augmenter encore l'espace de profit, le pouvoir de pulvérisation des machines augmente, ce qui nécessite d'augmenter la taille du matériau cible, tout en maintenant une conductivité thermique élevée et une intensité suffisante. Pendant cette période, la cible en Ti est principalement soudée avec une plaque arrière en alliage de cuivre, telle que la cible de type SIP classique.

Aspects liés à la transformation et à la fabrication des matériaux cibles: début du marché intérieur et à l’étranger, par les États-Unis, le Japon et les autres grands fabricants, monopole du matériau cible, après 2000 ans d’industrie manufacturière nationale progressivement sur le marché cible, objectif bas de gamme pour importer des produits de grande pureté Ti traitement de la matière première, au cours des dernières années par le développement rapide des entreprises de fabrication de matériau cible Ti nationale, la part de marché s'est progressivement étendue à Taiwan, en Europe et aux États-Unis et d'autres marchés, tels que YouYan million d'or et Jiang Feng électronique cible de deux entreprises fabrication de matériaux pendant de nombreuses années. Les entreprises de fabrication nationales ciblées développent également les matériaux cibles conjointement avec les fabricants nationaux de machines de pulvérisation cathodique par magnétron afin de promouvoir le développement de l’industrie nationale de la pulvérisation cathodique par magnétron à circuit intégré.

Matériau cible 1,2 Ti pour affichage en plan

Les écrans plats incluent: écran à cristaux liquides (LCD), écran à plasma (PDP), écran à luminescence de champ (el), écran à émission de champ (FED).

À l’heure actuelle, le marché des écrans à cristaux liquides est le plus important du marché des écrans plats avec une part de marché supérieure à 90%. L’écran LCD est considéré comme la perspective la plus applicative du périphérique d’affichage à écran plat, il étend considérablement la gamme d’applications de moniteur, d’écran pour ordinateur portable, d’écran d’ordinateur de bureau, de téléviseur LCD haute définition et de communication mobile, toutes sortes de nouveaux produits LCD frappent les habitudes de vie des gens et favorisent le développement rapide de l'industrie de l'information du monde. La technologie TFT-LCD est un type de technologie combinant habilement la technologie de la microélectronique et la technologie des cristaux liquides. À l'heure actuelle, il est devenu la technologie principale d'affichage de l'avion, qui est divisé en al-mo, al-ti, cu-mo et autres processus.

Le film mince d’affichage planaire est principalement formé par pulvérisation cathodique. Les cibles Al, Cu, Ti, Mo et autres sont actuellement les principales cibles métalliques pour l'affichage plan. La pureté des cibles Ti pour l'affichage des plans est supérieure à 99,9%. Cette matière première peut être fabriquée en Chine. La génération Tft-lcd6 UTILISE un matériau cible de Ti plat avec un matériau cible de plaque arrière en alliage de cuivre de grande taille refroidi par eau, utilisé dans la structure et un panda CLP appliqué.

À l'heure actuelle, la ligne de génération hefei 10,5 de la génération la plus élevée au monde, construite indépendamment par la Chine, produit principalement des écrans à cristaux liquides de très grande taille à définition ultra-haute (uhd), d'une capacité nominale de 90 000 substrats en verre par mois. La taille des substrats de verre est de 3 370 x 2 940 mm, pour un investissement total de 40 milliards de yuans. Il sera mis en production au deuxième trimestre de 2018.

2. Technologie de préparation de cible Ti à pulvérisation magnétron

La technologie de préparation de la matière première Ti et les méthodes de préparation du matériau cible en fonction du processus de production peuvent être divisées en (appelée ci-après billette EB) et en une billette de fusion par faisceau d'électrons sous vide à partir d'une fusion au four à arc électrique (ci-après appelée billette (VAR)) les types gros, dans le processus de préparation du matériau cible, en plus de contrôler strictement la pureté du matériau, la densité, la taille du grain et l’orientation des cristaux, les conditions du processus de traitement thermique, le processus de formage ultérieur devra être strictement contrôlé qualité du matériau cible.

Pour les matières premières de Ti de haute pureté, les éléments d'impuretés à point de fusion élevé dans la matrice de Ti sont généralement éliminés par électrolyse en fusion, puis purifiés davantage par fusion sous faisceau d'électrons sous vide. La fusion par faisceau d'électrons sous vide consiste à utiliser un bombardement par faisceau d'électrons à haute énergie sur la surface du métal, puis la température augmente progressivement jusqu'à ce que le métal fonde. Les éléments à pression de vapeur élevée seront les premiers à s'évaporer, et les éléments à pression de vapeur faible resteront dans la masse fondue. Plus la différence entre les éléments d'impureté et la pression de vapeur de la matrice est grande, meilleur sera l'effet de purification. Cependant, l'avantage de l'affinage sous vide après la fusion est que les éléments d'impureté dans la matrice de Ti peuvent être éliminés sans introduire d'autres impuretés. Par conséquent, lorsque 99,99% de Ti électrolytique est électrolysé par fusion par faisceau d'électrons dans un environnement sous vide poussé (10-4 ci-dessus), les éléments d'impureté (Fe, Co, Cu) ayant une pression de vapeur saturante supérieure à la pression de vapeur saturante de l'élément Ti lui-même ( Fe, Co, Cu) dans la matière première auront la priorité sur l’ondulation, de manière à réduire la teneur en impuretés de la matrice et à atteindre le but de la purification. Le métal Ti de haute pureté avec une pureté de 99,995+ peut être obtenu en combinant les deux méthodes.

Pour les matières premières d’une pureté de 99,9% Ti, l’éponge Ti de grade 0 est principalement utilisée pour la fusion par un four à arc électrique consommable sous vide, puis l’ébauche est ouverte par forgeage à chaud pour former une ébauche de petite taille. Ti métal matière première de la préparation des deux méthodes à travers le contrôle de déformation thermo-mécanique toute sa microstructure de surface de pulvérisation est cohérente, puis usinée, liaison, nettoyage et processus d'emballage dans la préparation de circuit intégré avec pulvérisation magnétron Ti, matériau cible de 300 mm La machine est utilisée pour le matériau cible spécial à haute teneur en Ti. Avant la pulvérisation, la surface du matériau cible avant emballage et la réduction de la pulvérisation cathodique installée sur la machine de pulvérisation cathodique sont utilisées pour graver le temps cible de la cible (temps de combustion).

La méthode de préparation du matériau intégré du circuit intégré Ti a une technologie complexe et un coût relativement élevé .

3. Exigences techniques pour les matériaux cibles Ti

Afin de garantir la qualité du film déposé, la qualité du matériau cible doit être strictement contrôlée. Après beaucoup de pratique, les principaux facteurs influençant la qualité du matériau cible en Ti sont la pureté, la taille moyenne des grains, l’orientation des cristaux et l’uniformité de la structure, la forme et la taille géométriques, etc.

3.1 pureté

La pureté du matériau cible Ti a une grande influence sur les propriétés des films de pulvérisation.

Plus la pureté du matériau cible de Ti est élevée, moins il y a de particules d'impuretés dans le film de Ti pulvérisé, ce qui donne de meilleures propriétés, notamment la résistance à la corrosion, ainsi que les propriétés électriques et optiques. Toutefois, dans les applications pratiques, les exigences de pureté des matériaux cibles en Ti pour différentes applications sont différentes. Par exemple, le revêtement de décoration général avec les exigences de pureté du matériau cible en Ti n'est pas exigeant, et les exigences de pureté des circuits intégrés, du corps d'affichage et d'autres champs avec la cible en Ti sont beaucoup plus élevées. En tant que source de cathode lors de la pulvérisation cathodique, les impuretés et les inclusions de pores sont les principales sources de pollution. Les inclusions stomatiques seront essentiellement éliminées au cours du processus de détection des défauts non destructifs dans les lingots. Les inclusions stomatiques non éliminées produiront un phénomène de décharge de la pointe (formation d'arc) lors de la pulvérisation, puis affecteront la qualité du film mince. Cependant, le contenu en impuretés ne peut être reflété que dans les résultats de l'analyse en éléments entiers. Plus la teneur totale en impuretés est faible, plus la pureté du matériau cible en Ti sera élevée. Premiers matériaux de pulvérisation cathodiques en titane de haute pureté nationale, est une référence à la société de fabrication de matériaux cibles de Ti nationale et étrangère, après la norme 2013 émise par le film électronique YS / T893-2013 avec des matériaux cibles de pulvérisation de titane de haute pureté, réglementation teneur en impuretés simples et teneur en impuretés totale différentes exigences, cette norme standardise progressivement la pureté Ti occupée de la demande du marché cible.

3.2 taille moyenne des grains

En général, le matériau cible en Ti est de structure polycristalline, avec une taille de grain allant du micron au millimètre. Le taux de pulvérisation de la cible de grain de petite taille est plus rapide que celui de la cible de grain grossier, et la distribution d'épaisseur du film déposé de pulvérisation est plus uniforme pour les cibles présentant une petite différence de taille de grain sur la surface de pulvérisation. On constate que si la taille de grain de la cible en titane est contrôlée en dessous de 100 microns et que le changement de taille de grain est maintenu à moins de 20%, la qualité des films de pulvérisation peut être grandement améliorée. Les tailles de grain moyennes des cibles en Ti à utiliser dans les circuits intégrés doivent généralement être inférieures à 30 microns et les tailles de grain moyennes à moins de 10 microns.

3.3 orientation de la cristallisation

Le métal Ti est une structure hexagonale densément disposée. Comme il est facile pour les atomes cibles de Ti d'être préférentiellement pulvérisés dans la direction des atomes hexagonaux les plus rapprochés au cours de la pulvérisation cathodique, la vitesse de pulvérisation cathodique peut être augmentée en modifiant la structure cristalline du matériau cible afin d'obtenir le taux de pulvérisation cathodique le plus élevé. Actuellement, la famille de cristaux de la surface de pulvérisation cathodique cible {1013} de la plupart des circuits intégrés est supérieure à 60%, l’orientation des grains des matériaux cibles produits par différents fabricants est légèrement différente et la direction des cristaux de la cible Ti a également une grande influence. sur l'uniformité d'épaisseur du film de pulvérisation. La taille du film de la surface d'affichage et du revêtement de décoration est relativement épaisse, de sorte que les exigences en matière d'orientation des grains du matériau cible en Ti sont relativement faibles.

3.4 uniformité de la structure

L'uniformité de la structure est également l'un des indices importants pour évaluer la qualité du matériau cible. Pour la cible Ti, non seulement le plan de pulvérisation du matériau cible, mais également la composition dans le sens normal, l'orientation des grains et l'uniformité de la taille moyenne des grains sur le plan de pulvérisation sont nécessaires. Ce n'est qu'ainsi que l'on pourra obtenir un film de titane d'épaisseur, de qualité fiable et de granulométrie constante en même temps pendant la durée de vie du matériau cible de Ti.

3.5 forme géométrique et taille

Cela se reflète principalement dans la précision et la qualité de l'usinage, telles que la taille d'usinage, la planéité de la surface, la rugosité, etc. Si l'écart d'angle du trou de montage est trop grand, il ne peut pas être installé correctement; Une faible épaisseur affectera la durée de vie de la cible; La taille de la surface et de la gorge d’étanchéité est trop rugueuse, ce qui posera des problèmes de vide après l’installation du matériau cible et entraînera des fuites d’eau. Le traitement de rugosité de la surface de pulvérisation cible peut rendre la surface du matériau cible regorgeant d’embouts convexes riches; sous l’effet de l’effet de pointe, le potentiel de ces astuces convexes sera grandement amélioré, ce qui permettra une décharge du média de dégradation, mais une qualité de pulvérisation convexe trop grande la stabilité est défavorable.

3.6 soudage

À l'heure actuelle, nous travaillons davantage sur le papier de recherche sur le soudage par diffusion de métaux dissemblables Ti / Al, généralement pour le point de fusion élevé du titane et le soudage par diffusion de l'aluminium à point de fusion bas, reposant principalement sur la technologie de soudage par diffusion à chaud un ou deux voies La technologie de pressage isostatique a été adoptée pour la fabrication de matériaux métalliques à haute pression en titane et aluminium, destinés au collage par diffusion directe à basse température. Soudage Ti / Cu et alliage de Cu Les fabricants nationaux ont de nombreuses applications, mais peu de documents de recherche.

4. Perspectives des matériaux cibles Ti

Les bases de fabrication cibles mondiales se rassemblent rapidement en Asie. Avec le développement rapide des industries nationales de haute technologie telles que les circuits intégrés à semi-conducteurs, les écrans plats et les revêtements décoratifs, le marché des matériaux de base en Chine se développe de jour en jour et est progressivement devenu l’un des plus grands secteurs de la demande mondiale en matériaux de films minces, qui offre des opportunités et des défis pour le développement de l'industrie de fabrication de matériaux cibles en Chine.

Au cours des dernières années, dans les fonds de l'industrie des circuits intégrés, les grands projets nationaux de science et technologie (01, 02, 03) et les fonds locaux, les chefs d'équipe, l'investissement dans l'industrie des circuits intégrés est une grosse chaleur, selon les statistiques, seulement 2015, 2016, deux ans, le domestique a déclaré en construction ou sur le point de commencer la ligne de production de plaquettes est jusqu'à 44, 300 d'entre eux mm18 article, article 200 mm20, 6 150 mm. Poussée par la demande énorme du marché, l'industrie des matériaux cibles attirera sans aucun doute l'attention des instituts de recherche scientifique et des entreprises chinoises compétents. Elle a investi des ressources humaines, matérielles et financières dans la recherche, le développement et la production d'éclaboussures à commande magnétique. cible.

Le matériau cible Ti, en tant que branche unique du domaine des matériaux cibles, a été appliqué à la fois au procédé Al à semi-conducteur et au procédé Cu, et a été largement utilisé dans l’industrie des écrans à cristaux liquides et des revêtements décoratifs. À l’heure actuelle, les bases de la recherche-développement et de la production de Ti sont principalement concentrées à Beijing, au Guangdong, au Jiangsu, au Zhejiang, au Gansu et dans d’autres lieux. En raison de la pureté de la matière première de la cible, de la limitation des équipements de production et de la technologie de recherche et développement, l'industrie de fabrication de la matière cible de Ti dans notre pays en est encore à ses débuts, l'entreprise nationale de production de la matière cible de Ti appartient à la qualité et à la base. seuil technique est faible, la méthode de traitement traditionnelle, sur le prix pour gagner le faible niveau de producteurs de matériaux cible de pulvérisation cathodique, ou usine OEM à profit limité. Seule la petite échelle de production, la variété, la technologie n'est pas stable, jusqu'à présent, la Chine (y compris Taiwan), seulement quelques entreprises spécialisées dans la production de matériaux cibles, tels que YouYan million d'or, l'entreprise électronique Jiang Feng, la production de matériaux cibles en Ti de loin ne peuvent pas satisfaire les besoins du développement du marché, un grand nombre de matériaux cibles de Ti doivent encore être importés de l'étranger, les matières premières de matériaux de métal de haute pureté Ti ont percé, mais la plupart doivent encore compter sur des importations.

Le matériau cible Ti, en tant que type de matériau à usage spécifique, a un objectif d'application fort et un arrière-plan d'application clair. Technologie de purification métallurgique séparée du métal Ti, technologie de fusion sous vide EB, technologie de détection non destructive des imperfections par lingot Ti, technologie d’analyse des impuretés de haute pureté Ti, technologie de préparation de la cible Ti, technologie de préparation de la machine à pulvérisation cathodique, technologie de test de la performance des couches minces simplement à Ti la cible elle-même n'a aucune signification. La recherche et le développement et la production de matériau cible en Ti, ainsi que l’amélioration ultérieure de son application, concernent toute une chaîne industrielle allant des matières premières en amont aux fabricants d’équipements en milieu de projet et aux fabricants de matériaux cibles, ainsi qu’à l’application de puces de revêtement cibles en Ti en aval. La relation entre les propriétés du matériau cible et les propriétés du film de pulvérisation est non seulement propice à l’obtention de propriétés de film répondant aux exigences de l’application, mais également à une meilleure utilisation du matériau cible, en mettant pleinement à profit son rôle et en promouvant le développement de l’industrie du matériau cible.

Est actuellement dans l'industrie des circuits intégrés en Chine continentale en plein essor, les opportunités et les défis coexistent, si vous ne pouvez pas saisir l'occasion de cibler la fabrication de matériaux, la fabrication de films et les équipements de test, l'écart entre notre pays et le niveau international sera de plus en plus grand , non seulement incapables de regagner l'occupation étrangère du marché intérieur, mais davantage ne peuvent pas participer à la concurrence du marché international.