各种PZT薄膜沉积技术及其应用趋势分析

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本报告评估了各种PZT薄膜沉积技术及其应用趋势,并加以比较。此外,本报告提出了一个路线图,涵盖每个关键公司进入该市场的时间。最后,我们还给出2013-2018年PZT薄膜产量预测。

压电效应:未来最有希望影响PZT薄膜应用

2013年9月,爱普生公司宣布其新一代喷墨打印技术:PrecisionCore,第一次推出采用PZT薄膜技术制造的MEMS喷墨打印头。该发明已获得广泛宣传:首先,薄膜压电MEMS技术应用已在市场上出现,证明该技术的可靠性和成熟度。其次,更多喷墨打印头制造商将很快跟进。

Yole半导体制造市场与技术分析师克莱尔•特罗阿代克说道:“薄膜压电材料在MEMS产业中日益受到重视。尽管半导体制造公司在过去不愿意将这种特殊材料引入其生产线,但是现在每一个主要的MEMS代工企业都致力于在MEMS制造工艺中使用压电薄膜。”

锆钛酸铅(或称PZT)是一种令人感兴趣的铁电材料。根据其组成,它具有组合3种不同材料特性的优势:高介电常数、热释电效应和压电效应。其高介电常数特性仍然被广泛用于PZT薄膜和集成无源器件(IPD)的集成,并在较小程度上用于铁电存储器(FeRAM)。这些是多年来PZT薄膜的两个优先应用领域。恩智浦半导体与意法半导体在此IPD市场处于主导地位。

英国Pyreos公司正在将PZT热释电效应用于基于PZT薄膜的非制冷红外探测器,虽然PZT薄膜技术仍然位于这个领域的边沿。PZT压电效应将是在未来应用中最有前景的。Wavelens和PoLight两家公司正致力于将基于PZT薄膜的自动聚焦执行器推向市场。目前,PZT薄膜技术与MEMS应用才刚刚碰撞出“火花”,好戏还在后面。

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图1 各大半导体厂商发布PZT薄膜器件的时间

规模化生产线仍在建设中

PZT薄膜技术的主要难点在于:将这种特殊材料与一套稳定的、可重复的工艺流程相融合。以下列举了将PZT薄膜集成到产品中所遇到的技术挑战:
- 沉积(Deposition)
- 刻蚀(Etching)
- 工艺监控(Process monitoring)
- 测试(Test)
- 可靠性(Reliability)

这些都是比较复杂的问题,虽然到目前为止,已经在实验室做了很多研发工作,但是仍然有一些工作有待设备制造商和材料供应商完成,以实现稳定的、大批量生产。

在沉积方面,主要有2种技术竞争:溶胶-凝胶法(Sol-Gel)和溅射(Sputtering)。

采用溶胶-凝胶法沉积PZT薄膜具有较好的薄膜性能:良好的均匀性和较高的击穿电压。但是考虑到大批量生产时,吞吐量就成为一个重要的考虑因素,因此溶胶-凝胶法具有一定的局限性。

半导体行业内的很多设备制造商都习惯采用比较经典的解决方案:溅射。

ULVAC公司是最早研发基于PVD工艺的PZT薄膜沉积的公司之一,如今他们已经有了更可靠的PVD技术。大型半导体厂商,如应用材料公司,在18个月之前开始准备进入该市场,并正在加速PZT薄膜技术研发。同时,Oerlikon和SolMateS等公司持续改善他们的沉积技术:PVD或脉冲激光沉积技术(PLD)。

他们都有了一些可喜的成果。SolMateS是一个非常有趣的案例:他们独特的PLD技术和较小的公司规模,却与大型PVD设备制造商在PZT薄膜制造领域进行竞争。

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图2 薄膜PZT沉积技术

PZT薄膜制造的竞争才刚刚开始,并且未来5年内的走势都非常有趣。

本报告评估了各种PZT薄膜沉积技术及其应用趋势,并加以比较。此外,本报告提出了一个路线图,涵盖每个关键公司进入该市场的时间。最后,我们还给出2013-2018年PZT薄膜产量预测。

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图3 薄膜PZT市场中的主要竞争对手

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