1、高端制造应用，市场前景广阔
磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种，是现代半导体芯片生产过程中常用的一种薄膜沉积技术，其利用高能粒子轰击高纯度的靶材，使靶材原子从表面逸出来并均匀地沉积于衬底上形成均匀的薄膜层，并在研磨抛光等工序后，在衬底上形成集成电路的各阻挡层、互联线、接触层、通孔、抗反射层及籽晶层等。然而在溅射过程中，由于高能粒子由各个方向轰击靶材，导致从靶材表面逸出的靶材原子会从各个方向脱离靶材表面，之后沿直线到达晶圆表面。当芯片特征尺寸越来越窄，填孔深宽比越来越大，对镀膜的填孔能力要求也越高。靶材溅射出的原子或原子团向多个方向飞出，仅部分垂直沉积到衬底上，这样高深宽比的台阶孔很容易在孔口形成封闭（Overhang），而在孔内部形成孔洞（Void）。尤其是在特征尺寸为45nm以下的半导体集成电路器件制备中，其对于钛金属薄膜层的均匀性具有很大的影响。
图1 PVD台式磁控溅射系统
为解决该问题，一种方法是在靶材与衬底间置入材质同靶材的溅射环（Coil），溅射环上施加射频电源（RF），形成高密度等离子区将溅射出的中性原子离子化，这样大部分靶材离子在靶材与衬底间施加的电场作用下，以垂直角度填充深孔。例如在金属等离子体（Ionized Metal Plasma，IMP）工艺中为了提高钛金属薄膜层的均匀性，通常会在钛靶材和晶圆之间设置一个钛磁控溅射环。溅射环是配合平面靶材溅射使用的部件，其主要作用是通过其产生的电磁场对溅射出的靶材原子运动进行约束，同时吸附溅射过程中有可能出现的大的颗粒。
图2 溅射靶材、溅射环、晶圆衬底的相对位置示意图
随着我国微电子信息产业的飞速发展，我国已逐渐成为电子薄膜材料需求最大的国家，中国的高纯钛磁控溅射环市场也将随之日益扩大，高纯钛溅射靶材及高纯钛磁控溅射环更多地应用在高端产线，包含8英寸及12英寸产线，大陆客户群体如中芯国际（SMIC）、厦门士兰集科、华润上华、和舰科技等；高纯钛磁控溅射环在台湾半导体市场需求量逐渐增加，如台湾力积电（PSMC）；同时，国外市场也有大量应用，如Microchip、Atmel等。通常高纯钛磁控溅射环由国外厂家供应，近年来国内研发和生产的高纯钛磁控溅射环质量不断提升，已经可以替代国外进口产品。
在集成电路制备过程中，溅射靶材用于制备互联线薄膜和阻挡层薄膜。目前集成电路制造用的最多的互联线材料是Al及Al合金，相应的阻挡层金属是Ti或WTi。因此高纯钛磁控溅射环产品市场广阔，全球年产量达到1.4万件/年，随着我国高端集成电路生产线的大规模投入使用，我国高纯钛磁控溅射环市场将快速增加，预计年增速可达10%以上，经济效益和社会效益可观。
2、关键技术突破，推进产业发展
近年来随着微电子产业的迅速发展，硅片尺寸迅速由6英寸、8英寸进步到12英寸，布线宽度由0.5μm减小到0.25μm、0.18μm甚至0.13μm；在溅射沉积过程中，对于如此不断扩大的沉积面积，对成膜面积的薄膜均匀性要求必须提高，才能确保如此细小的布线质量。以前99.995%（4N5）的靶材纯度可满足0.35μm IC的工艺要求，现在制备0.18μm线条的靶材纯度则要求在99.999%（5N）及以上。因此，钛溅射环的纯度越高，所含杂质越少，电学性能越优异，越能运用在线宽更窄的半导体产品上，意味着集成度更高，技术更高端。因而应尽可能降低钛溅射环中的杂质含量，控制材料的纯度，才能提升和保证钛金属薄膜电子产品的品质。
高纯钛磁控溅射环的加工过程主要包括：锯切割、压力加工、焊接工艺、机械加工等过程，在严格控制靶材纯度的基础上，通过选择不同的压力加工过程、热处理条件、焊接工艺参数、机械加工条件，调整溅射环的几何尺寸、晶粒尺寸、硬度等，最终满足溅射工艺的要求。
目前国内以有研亿金新材料有限公司为代表的高纯钛靶材及高纯钛溅射环生产企业，现已突破高纯钛磁控溅射环制备的关键核心技术。有研亿金数年前投入大量的研发经费用于高纯钛磁控溅射环的研发生产，经过几年的努力，现已攻克高纯钛溅射环产品内部组织控制、焊接技术、精加工技术、表面清洁处理技术等高纯钛磁控溅射环产业化方面的关键技术，年产量可达到2000件以上。目前高纯钛磁控溅射环可以实现批量化生产。
除有研亿金新材料有限公司外，目前我国国内已有数家靶材制造企业也纷纷加入高纯钛磁控溅射环制造行业，如宁波江丰电子材料股份有限公司，各项技术不断被研究摸索并取得重要突破，打破长期以来高纯钛磁控溅射环需从国外进口的局面，实现国产化。从长期来看，高纯钛行业势必会有更好的发展，进一步带动高纯钛溅射靶材及溅射环等下游加工产品的发展进程。
图3 12英寸（规格300mm）高纯钛磁控溅射环外观
图4 8英寸（规格200mm）高纯钛磁控溅射环外观
图5 高纯钛磁控溅射环的包装形式
3、推进标准进程，保护知识产权
我国政府高度重视电子制造业新材料产业的发展，在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《中国制造2025》和《新材料产业发展指南》等国家层面的相关规划中均将“高纯金属及合金等新材料”作为重点领域急需突破的材料。但迄今为止，市场上已有多家企业可提供该类产品，但由于未对高纯钛磁控溅射环制定相应的标准，也未检索到相应的国际标准或国外先进标准，因此严重制约了国内外高纯钛磁控溅射环用户对高纯钛磁控溅射环制造商的产品实力、技术成熟度的评判。因此需要建立我国高纯钛磁控溅射环行业标准，促进现有产品质量的提高，确保产品生产、检验和验收的规范和统一。
高纯钛磁控溅射环的产品标准的建立，将树立我国自主知识产权的标准，补充我国在高纯钛磁控溅射环领域标准的缺失，填补国内空白，建立符合我国的高纯钛供应产业链，补齐我国在该领域的短板，实现国产高纯钛磁控溅射环的自主可控。