溅射靶材是在集成电路制作过程中用于溅射沉积的必不可少的材料。在一定的真空环境下，利用荷能粒子轰击溅射靶材表面，粒子和靶材原子会发生动能交换，使靶材表面溅射出粒子并沉积在基底表面形成的薄膜，而这层薄膜的性能对于构建集成电路中的各种组件至关重要，因此集成电路用的溅射靶材在纯度、致密度、晶粒尺寸及取向、表面质量等方面有着一套严格的要求：
溅射原理
（1）纯度：
金属溅射靶材的纯度与溅射镀膜的纯度息息相关，杂质含量高的靶材可能会影响溅射过程中的辉光放电，且易在溅射薄膜上形成微粒，而使得溅射过程不稳定，薄膜沉积不均匀，导致局部区域性能存在差异，甚至还会造成互连线短路或断路，因此高纯度乃至超高纯度的金属材料是生产高纯金属靶材的基础。集成电路用贵金属靶材的纯度一般要求在5N(99.999%）甚至6N(99.9999%）以上。除此之外，集成电路用金属靶材还需要对碱金属(K、Na、Li等)、放射性元素（U、Th等）、过渡族金属(Fe、Ni、Cr等)、卤素（Cl等）离子、气体元素（C、O、N等）等至少40个杂质元素的含量进行分析，避免个别杂质元素的不利影响。
（2）晶粒尺寸及取向
晶粒尺寸直接影响溅射速度。溅射时晶界处的原子比晶粒内的原子更容易剥离刻蚀，而细晶粒的晶界要更多，因此晶粒越细小的金属靶材，溅射速率越快，并且晶粒尺寸越均匀，沉积的薄膜厚度分布也比较均匀。通常，用于集成电路的金属靶材的晶粒尺寸在100μm以下。
晶粒取向同样也会影响溅射沉积速率。通常在溅射时原子会倾向于沿着最紧密排列方向优先溅射，因此为了提高溅射镀膜速率，需要尽可能调整靶材结构使具有一定的晶体取向。例如，铝靶材最佳晶面取向为{200}，而钌靶材最佳晶面是(112)、(002)、(004)。
（3）致密度
致密度低的靶材拥有较多的孔隙接口，孔隙内壁也会吸附一些难以消除的杂质元素，而使溅射时发生不正常放电，影响薄膜性能。
（4）表面质量
靶材表面的尖端或凸起会存在尖端效应，在溅射过程中击穿介质放电，因此需要保证良好的平面度、直线度以及粗糙度。
不同金属溅射靶材在集成电路中的应用
靶材的种类繁多，每一种都有其独特的化学和物理属性，目前，集成电路所用金属材料包括铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)、钨(W)等。
1.铜、铝及其合金靶材
铝和铜都是集成电路中主要的互连线材料，其中铝的价格较低，主要用于90 nm技术节点以上。而铜的导电性和热导性较为出色，常常用于90nm技术节点以下高端集成电路，不仅可以降低延迟、提高运算效率，还能提高集成电路的可靠性。
铝互连和铜互连
铝互连和铜互连（来源：泛林集团）
但值得注意的是，纯铝、纯铜会产生“电迁移”等问题，掺杂Cu、Si等元素的铝合金以及Al、Mn等元素的铜合金成为互连工艺的重要发展方向，以改善半导体结构漏电现象，同时有效控制金属互连线之间的接触电阻。
2.钛及其合金靶材
钛靶材具有良好的抗腐蚀性及黏附性，常用于溅射沉积纯钛膜或反应溅射沉积具有高密度的Ti N膜，主要用作8英寸晶圆130、180nm技术节点的阻挡层，防止铝等在高温下扩散，导致器件物理失效。除此之外，还可用于钨塞的底线层及黏附层、钛硅化物接触层及抗反射层等
3.钽及其合金靶材
钽是一种过渡族稀有难熔金属，具有较高的熔点、密度、抗腐蚀性以及优异的延展能力，可防止铜向硅基底扩散，因此常在90nm技术节点以下的高端集成电路中用作铜互连的扩散阻挡层。此外近年来，钽还被用于制备高介电栅介质层的氧化物薄膜，有助于进一步缩小晶体管的关键尺寸、有效改善晶体管的驱动能力。
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