随着半导体技术的不断进步，集成电路(IC)制造对材料精确度与性能的要求日益严苛。12英寸超高纯铜靶材因其在物理气相沉积（PVD）过程中的关键作用，已成为先进制程中不可或缺的材料。此类靶材不仅保证了铜互连层的高质量制备，而且对提高芯片的整体性能与可靠性起着至关重要的作用。尤其在FinFET与GAA等先进三维晶体管结构的生产中，12英寸铜靶材的使用更是提供了高纯度、高均匀性的铜膜，确保电子设备达到更高的传输效率和速度。
铜靶材的定义与分类
超高纯铜靶材是指纯度达到极高水平的铜材料，通常用于半导体制造业。纯度标准包括6N（99.9999%）和7N（99.99999%），这些超高标准确保了材料的优异电气性能。形态上，靶材可分为块状、薄片等多种形式，其中12英寸圆盘状靶材最为常见，以满足大规模生产的需求。
12英寸靶材的规格要求
12英寸靶材的生产需严格遵守尺寸精确度（±0.1mm）、平整度（≤10μm）与表面粗糙度（≤0.5nm）的标准，以保证溅射过程中的均匀性和效率。纯度检测则依赖于ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）和XRD（X射线衍射）等高端分析手段，确保每一批次都符合严格的半导体行业标准。
制备工艺与技术挑战A. 原材料选择与提纯技术创新流程
1.原材料精选与预处理：原材料选取遵循严格的供应商评估体系，确保电解铜的原始纯度满足高标准。预处理阶段包括去油、除湿等，为后续提纯奠定基础。
2.电化学提纯技术：
原理：利用电解池中电流通过溶液时的电化学反应，使不纯物质在阳极或阴极上析出或溶解，从而达到提纯目的。
过程：通过控制电压和电流密度，精确调控反应条件，有效去除铜中的杂质离子，如铁、锌、镍等。
3.区域熔炼技术：
原理：基于熔点差异和杂质元素在固液界面上的富集效应，通过反复熔化和凝固过程，逐步富集纯净铜，逐层提升材料纯度。
实施：采用高精度温度控制的区域熔炼炉，每熔炼一次后去除表层非纯净部分，循环操作直至达到7N纯度标准。
B. 成型与加工技术创新流程
1.热轧与冷轧工艺：
热轧：在高温下进行，以提高材料的可塑性，初步形成靶材的大致形状和尺寸。
冷轧：在室温或低温下进行，多次反复，逐步减薄材料并提高其机械强度和表面光洁度。
2.精密加工与表面处理：
精密磨削与抛光：采用金刚石工具进行精细磨削，辅以化学机械抛光(CMP)，确保靶材表面粗糙度低于0.5nm，平整度≤10μm。
靶材绑定技术：针对12英寸大尺寸靶材，采用高性能陶瓷粘合剂或激光焊接技术，确保靶材在溅射过程中的结构稳定，减少碎片风险。
C. 质量控制与检测系统化流程
1.X射线荧光光谱分析(XRF)：对靶材进行全面元素分析，精确测量铜及其他元素的含量，验证纯度是否达到预定标准（如6N、7N）。
2.电子显微镜检查：
SEM（扫描电子显微镜）：检查靶材表面及断面的微观形貌，识别任何微裂纹、夹杂物等缺陷。
TEM（透射电子显微镜）：深入分析晶粒结构和晶界状态，评估晶格完整性，确保材料性能。
3.纯度与晶格完整性综合评估：
ICP-MS（电感耦合等离子体质谱仪）：提供超痕量元素分析，确保杂质元素含量极低。
XRD（X射线衍射）：分析靶材的晶体结构，通过布拉格方程计算晶格参数，验证晶格无畸变，确保材料性能的一致性。
在半导体制造中的应用A. 物理气相沉积(PVD)与铜互连
PVD是通过物理过程将靶材原子沉积到基板上，形成铜薄膜，是现代集成电路制造中铜互连的核心步骤。高速溅射与均匀性是关键技术挑战，要求靶材在长时间溅射过程中保持稳定的沉积速率，且薄膜厚度均匀分布。
B. 对芯片性能的影响
低电阻率的铜互连显著提高了信号传输效率，降低了功耗，同时其良好的热稳定性确保了芯片在高负荷工作下的可靠运行。随着芯片集成度的提升，铜互连的热管理成为设计中的重要考虑因素。
C. 适应先进节点的需求
从微米到纳米级互连技术的演变，对铜靶材提出了更高要求。面对FinFET、GAA（环绕栅极晶体管）等复杂三维结构，靶材需要具备更好的适配性和一致性，以支持更细小、更复杂的电路设计。这不仅要求材料本身的高质量，还涉及到溅射工艺的持续创新，以适应先进节点对互连密度和性能的极限追求。
