隨著電子信息和新興高技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，薄膜科學應用日益廣泛。電子、磁性、光電、光學薄膜等已經(jīng)廣泛應用于以集成電路、分立器件等為主的半導體制造、以TFT-LCD、OLED等為主的平面顯示面板制造和以薄膜太陽能電池為主的新能源制造等領域。近年來，在國家政策大力支持下，高新技術產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，我國逐漸成為世界上薄膜材料的最大需求地區(qū)之一。貴金屬具有良好的化學穩(wěn)定性，高電導率和熱導率，特有的電學、磁學、光學等性能，廣泛應用于高性能薄膜材料的制備，各種高純單質(zhì)貴金屬及新型合金及化合物功能薄膜不斷得到開發(fā)。

圖1 田中貴金屬工業(yè)TRuST 2段成膜工藝

物理氣相沉積(PVD)是制備薄膜材料的關鍵技術之一，濺射鍍膜和蒸發(fā)鍍膜是目前最主流的兩種 PVD 鍍膜方式。

一、釕在濺射鍍膜中的應用-釕靶材

濺射靶材是用于PVD工藝中的一個非常重要的關鍵耗材。在半導體制造中常用的貴金屬靶材包括金、銀、鉑、釕等金屬及合金。隨著我國半導體工業(yè)技術的不斷進步和升級，貴金屬靶材作為工藝制程中的重要支撐材料，其需求量越來越大。

靶材材料與技術的發(fā)展趨勢與其應用領域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及薄膜技術的發(fā)展趨勢息息相關。

圖2 濺射靶材鍍膜原理

隨著極大規(guī)模集成電路ULSI的發(fā)展，芯片特征尺寸縮小到深亞微米和納米時，互連線RC延遲和電遷移引起的可靠性問題成為影響芯片性能的主要因素。與鋁相比，銅具有更高的抗電遷移能力及更低的電阻率，銅金屬互連在集成電路的設計和制造中正逐步取代鋁金屬互連。在130 nm技術節(jié)點后銅是主流的布線材料。銅布線的過程包括阻擋層與種子層的沉積和銅的電化學鍍。當銅互連工藝的特征尺寸到達45 nm節(jié)點及以下時，由于銅大馬士革工藝中通孔的橫向尺寸及界面積大大縮小，從而要求擴散阻擋層減薄至5 nm甚至以下，因此傳統(tǒng)的擴散阻擋層材料及其PVD制備方法已經(jīng)不能滿足需要。

對阻擋層的基本要求是：有很好的阻擋擴散特性；高電導率，低歐姆接觸電阻；與上下層材料有很好黏附性；抗電遷移；很薄并高溫下的穩(wěn)定性。釕作為一種難熔的貴金屬，熔點約為2427℃，HCP結構，具有良好的導電性和熱穩(wěn)定性，釕與銅在高溫下仍具有極低的互溶度且保持界面穩(wěn)定。同時還與銅具有良好的粘附性，在釕上有利于實現(xiàn)Cu(111)晶向的擇優(yōu)生長。由于具有可直接電鍍特性，以及良好粘附性和良好擴散阻擋特性的潛能，釕是無籽晶銅電鍍工藝中擴散阻擋層兼籽晶層的理想選擇，采用Ru/Ta、Ru/Ti等的復合擴散阻擋層將在無籽晶銅互連工藝中逐步得到應用。

此外，由于具有較高的功函數(shù)(4.7 eV)及易刻蝕性，金屬釕可作為PMOS器件的柵電極材料，還可作為動態(tài)隨機存儲器(DRAM)和鐵電隨機存取存儲器(FRAM)中電容的電極材料。

釕靶

二、釕在蒸發(fā)鍍膜中的應用-釕顆粒

真空蒸發(fā)鍍膜是指在真空條件下，通過蒸發(fā)源加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在基板材料表面來獲得薄膜的一種技術。被蒸發(fā)的物質(zhì)被稱為蒸鍍材料。蒸發(fā)鍍膜最早由 M.法拉第在 1857年提出，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為主流鍍膜技術之一。蒸發(fā)鍍膜是PVD真空鍍膜方式的一種，其特點是在真空條件下，材料蒸發(fā)并在玻璃表面上凝結成膜，再經(jīng)高溫熱處理后，在玻璃表面形成附著力很強的膜層。

圖3 蒸發(fā)鍍膜原理

在電子制造領域，釕顆粒蒸發(fā)鍍膜材料被廣泛應用于制造高性能的電子元件和電路。由于釕具有優(yōu)異的導電性和穩(wěn)定性，它可以在高溫和惡劣環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能，確保電子設備的可靠運行。例如，在制造高性能的集成電路時，釕顆粒蒸發(fā)鍍膜材料可以形成精確的導電層，提高電路的性能和可靠性。

在光學領域，釕顆粒蒸發(fā)鍍膜材料也發(fā)揮了重要作用。它可以用于制造光學薄膜，如反射鏡、濾波器等，以提高光學系統(tǒng)的性能。由于釕具有穩(wěn)定性和均勻性，它能夠在光學薄膜上形成均勻的鍍層，有效改善光學元件的反射和透射性能。

在航空航天領域，釕顆粒蒸發(fā)鍍膜材料同樣具有廣泛的應用。航空航天設備需要承受極端的環(huán)境條件，如高溫、高壓和強烈的輻射。釕顆粒蒸發(fā)鍍膜材料可以在這些設備上形成耐腐蝕、耐高溫的保護層，提高設備的耐用性和可靠性。例如，在制造發(fā)動機葉片和渦輪部件時，釕顆粒蒸發(fā)鍍膜材料可以提供優(yōu)異的抗氧化和耐腐蝕性能，延長設備的使用壽命。

此外，釕顆粒蒸發(fā)鍍膜材料還可以用于制造其他高性能的產(chǎn)品，如精密儀器、醫(yī)療器械等。在這些領域，釕的穩(wěn)定性和均勻性同樣能夠發(fā)揮重要作用，提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。

三、釕在厚膜技術中的應用-釕系電阻漿料

厚膜技術主要是指用絲網(wǎng)印刷的方法將導體漿料、電阻漿料或介質(zhì)漿料等材料轉移到陶瓷基板上，這些材料經(jīng)過高溫燒成后，會在陶瓷電路板上形成粘附牢固的膜。重復多次后，就會形成多層互連結構的包含電阻或電容的電路。

貴金屬電阻漿料是以貴金屬為導電相，用于制造厚膜電阻的漿料。主要用作厚膜電阻器、電阻網(wǎng)絡、混合集成電路以及特殊用途的電阻器和電極。導電相包含擴散系數(shù)大、電阻系數(shù)低的貴金屬導電組分和電阻系數(shù)高的鉑族金屬或其化合物電阻組分?，F(xiàn)在有的已采用化學穩(wěn)定性更高的金屬及其硫化物和高分子有機化合物作為導電相。分為銀鈀漿料、二氧化釕漿料、釕酸鹽漿料以及銥和銠的漿料。其中以釕系漿料應用最多。

圖4 厚膜多層制作步驟

1. 釕合金粉末

釕系電阻漿料的主要成分是釕合金粉末，其特性在于較高的電阻率和溫度系數(shù)。這使得釕系電阻漿料在制造電阻元件時能提供精確的電阻值，并且阻值范圍寬，能夠滿足不同電子器件對電阻值的需求。此外，其電阻溫度系數(shù)低，確保了電路的穩(wěn)定性和可靠性。

釕系電阻漿料還具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，能夠耐受多種化學腐蝕劑和高溫環(huán)境。阻值重現(xiàn)性好，即在相同的制備條件下，不同批次的釕系電阻漿料所制成的電阻元件具有相近的電阻值，這有利于保證電子產(chǎn)品的一致性和可靠性。

釕系電阻漿料的應用廣泛，包括制造高性能電阻和高可靠精密電阻網(wǎng)絡，如厚膜混合集成電路、電阻網(wǎng)絡等。同時，它還能應用于高溫環(huán)境下的電阻加熱器，如真空爐、高溫熔煉爐和高溫氣體發(fā)生器等。在電化學傳感器領域，釕系電阻漿料也用于制備電極材料，用于檢測和測量環(huán)境中的化學物質(zhì)濃度和pH值等。

2. 二氧化釕漿料

二氧化釕在電阻漿料中的應用同樣顯著。其出色的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性保證了電阻元件在各種環(huán)境條件下都能保持穩(wěn)定的性能。無論是高溫、高濕還是其他極端條件，二氧化釕電阻漿料都能保持其電阻值的穩(wěn)定性和可靠性。

通過精確控制二氧化釕的配比和工藝參數(shù)，可以制備出具有特定阻值范圍的電阻漿料，以滿足不同電子元件對電阻值的需求。同時，二氧化釕電阻漿料的阻值精度較高，確保了電阻元件的阻值精確可靠，從而提高了電子產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。

此外，二氧化釕電阻漿料還具有較小的電阻溫度系數(shù)和低阻噪音的特點，這有利于保持電阻的穩(wěn)定性和可靠性，并提高電子產(chǎn)品的性能和使用效果。與銀基導帶等常用導電材料具有良好的兼容性，使得在電子元件的制造過程中可以方便地將二氧化釕電阻漿料與其他導電材料集成在一起，形成完整的電路結構。

我們不難發(fā)現(xiàn)釕及其化合物在薄膜材料領域展現(xiàn)出了廣泛的應用潛力和顯著的優(yōu)勢，釕無疑為現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展提供了重要的支持。隨著科技的進步和研究的深入，釕及其化合物在薄膜材料領域的應用將會更加廣泛和多樣化。我們期待著通過不斷的創(chuàng)新和探索，進一步挖掘釕在薄膜材料中的潛力，為未來的電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的活力。

參考文獻：

1. 何金江，陳明，朱曉光，羅俊鋒，尚再艷，賀昕，熊曉東. 高純貴金屬靶材在半導體制造中的應用與制備技術[A].