不用再看外国人脸色，制造芯片用的高纯度钨靶材已实现中国制造
中钨在线2018-06-01 22:26
半导体大规模集成电路（芯片）是全球最高端的制造技术。长期以来，中国在这个领域一直都落后于发达国家，世界最先进的芯片技术被欧美日所垄断，中国每年芯片进口的花费已经超过原油，而且还要时不时地担心外国人会不会对我们进行科技“断粮”,只能眼睁睁地“任人左右”，就如最近的中兴事件一样。
在半导体集成电路中，薄膜科学是开发制造半导体器件非常重要的科研领域。靶材是这种表面镀膜技术中的关键材料，靶材性能的优劣直接影响薄膜性能的好坏，进而影响到整个芯片制造的性能、成本、收益和综合竞争力。
用精密仪器设备在半导体芯片各个功能层上镀覆一层薄薄的透明金属导电膜，这层膜的厚度因功能需求而有不同，一般在30纳米至200纳米之间，不足头发丝直径五百分之一，以实现半导体金属的物理化学性能，业界将这种层称为薄膜。在半导体芯片制造的金属化工艺过程中，氧化钨薄膜是一种被广泛研究的功能材料，主要用作集成电路扩散阻挡层、粘结层和大型集成电路存储器电极等。
溅射法是制备薄膜材料的主要技术之一，它通过高速运动的离子轰击靶材，产生的原子放射出来累积在基体的表面，形成镀膜。被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，这种原材料称为溅射靶材，镀覆薄膜的关键就是这种被称为“靶材”的器件。
钨靶材是氧化钨薄膜在半导体器件实现其功能过渡的重要基体。由于钨的熔点高，钨靶材主要通过粉末冶金方法制备。之前应用于芯片制造领域的钨靶材，全球掌握相关制造技术的只有美国、日本等几家公司。但就在前些日子，中央电视台《辉煌中国》就报道了中国浙江宁波一家企业在芯片钨靶材领域实现突破，不仅结束了金属靶材必须依赖进口的历史，甚至冲进了这个领域的全球第一梯队。
钨靶材在半导体领域半导体集成电路对靶材的纯度有着很高的要求，一般要求靶材的纯度要在99.999%以上。同时，靶材的密实度也对镀膜过程及膜层的性能有着重要的影响，靶材的密实度不仅影响溅射时的沉积速率、溅射膜粒子的密度和放电现象等，还影响着溅射薄膜的电学和光学性能。靶材越密实，溅射膜粒子的密越低，放电现象越弱，而薄膜的性能也越好。
制造钨靶材的大致过程就是先按配比进行用粉末混合，再经高温烧结成形。看似简单的过程其制造技术细节却旁枝错节般复杂，各种参数控制要求极高，差之毫厘，失之千里。这些年随着国家的重视，我们在电子领域的靶材制造水平有了不小的进步，专利技术越来越多，但唯独用于大规模集成电路芯片制造的金属靶材仍受制于人。因为对于国内的企业来说，我们的技术积累仍薄弱，时间和经验积累是个难迈的坎。制造钨靶材最难的不是致密度和纯度的问题，而是如何制造大尺寸靶材的问题。
钨靶材一般是由粉末治金法高温烧结而成，但钨熔点很高，所以制造钨靶材的核心就是烧结技术。烧结技术工艺决定了产品质量，功夫不到家的话，容易出现致密度不稳定的问题。而且随着半导体技术的迅猛发展，集成化程度越来越高，单位面积单晶硅片集成器件数呈指数级增长，主流的硅片尺寸已从12英寸（300mm）逐渐迈向18英寸（450mm）或者更高，对溅射钨靶材的尺寸要求也越来越大，如果跟不上，那半导体制造企业的生产成本和工艺也就没有竞争力。
所幸的是，在中国制造“2025”政策扶持下，越来越多的有志有识之士回国创业，不仅带回了先进的技术经验，也创造了更好的研发氛围。在国人的努力下，我们终于守得云开见月明，本土企业终于突破了高纯度钨靶材的技术制造难关，彻底打破国外垄断，从此在这个关键器件上再也不用看外国人的脸色。最后笔者想说的是， 虽然目前在半导体领域我们的差距仍很明显，但是只要勤劳聪慧的中国人能不骄不躁不浮夸，低调努力踏实地去研究，我们在半导体芯片技术上没有理由不能迎头赶上发达国家。
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