各種PZT薄膜沉積技術及其應用趨勢分析

本報告評估了各種PZT薄膜沉積技術及其應用趨勢，并加以比較。此外，本報告提出了一個路線圖，涵蓋每個關鍵公司進入該市場的時間。最后，我們還給出2013-2018年PZT薄膜產量預測。

壓電效應：未來最有希望影響PZT薄膜應用

2013年9月，愛普生公司宣布其新一代噴墨打印技術：PrecisionCore，第一次推出采用PZT薄膜技術制造的MEMS噴墨打印頭。該發(fā)明已獲得廣泛宣傳：首先，薄膜壓電MEMS技術應用已在市場上出現(xiàn)，證明該技術的可靠性和成熟度。其次，更多噴墨打印頭制造商將很快跟進。

Yole半導體制造市場與技術分析師克萊爾?特羅阿代克說道：“薄膜壓電材料在MEMS產業(yè)中日益受到重視。盡管半導體制造公司在過去不愿意將這種特殊材料引入其生產線，但是現(xiàn)在每一個主要的MEMS代工企業(yè)都致力于在MEMS制造工藝中使用壓電薄膜。”

鋯鈦酸鉛（或稱PZT）是一種令人感興趣的鐵電材料。根據(jù)其組成，它具有組合3種不同材料特性的優(yōu)勢：高介電常數(shù)、熱釋電效應和壓電效應。其高介電常數(shù)特性仍然被廣泛用于PZT薄膜和集成無源器件（IPD）的集成，并在較小程度上用于鐵電存儲器（FeRAM）。這些是多年來PZT薄膜的兩個優(yōu)先應用領域。恩智浦半導體與意法半導體在此IPD市場處于主導地位。

英國Pyreos公司正在將PZT熱釋電效應用于基于PZT薄膜的非制冷紅外探測器，雖然PZT薄膜技術仍然位于這個領域的邊沿。PZT壓電效應將是在未來應用中最有前景的。Wavelens和PoLight兩家公司正致力于將基于PZT薄膜的自動聚焦執(zhí)行器推向市場。目前，PZT薄膜技術與MEMS應用才剛剛碰撞出“火花”，好戲還在后面。

圖1 各大半導體廠商發(fā)布PZT薄膜器件的時間

規(guī)?；a線仍在建設中

PZT薄膜技術的主要難點在于：將這種特殊材料與一套穩(wěn)定的、可重復的工藝流程相融合。以下列舉了將PZT薄膜集成到產品中所遇到的技術挑戰(zhàn)：
- 沉積（Deposition）
- 刻蝕（Etching）
- 工藝監(jiān)控（Process monitoring）
- 測試（Test）
- 可靠性（Reliability）

這些都是比較復雜的問題，雖然到目前為止，已經(jīng)在實驗室做了很多研發(fā)工作，但是仍然有一些工作有待設備制造商和材料供應商完成，以實現(xiàn)穩(wěn)定的、大批量生產。

在沉積方面，主要有2種技術競爭：溶膠-凝膠法（Sol-Gel）和濺射（Sputtering）。

采用溶膠-凝膠法沉積PZT薄膜具有較好的薄膜性能：良好的均勻性和較高的擊穿電壓。但是考慮到大批量生產時，吞吐量就成為一個重要的考慮因素，因此溶膠-凝膠法具有一定的局限性。

半導體行業(yè)內的很多設備制造商都習慣采用比較經(jīng)典的解決方案：濺射。

ULVAC公司是最早研發(fā)基于PVD工藝的PZT薄膜沉積的公司之一，如今他們已經(jīng)有了更可靠的PVD技術。大型半導體廠商，如應用材料公司，在18個月之前開始準備進入該市場，并正在加速PZT薄膜技術研發(fā)。同時，Oerlikon和SolMateS等公司持續(xù)改善他們的沉積技術：PVD或脈沖激光沉積技術（PLD）。

他們都有了一些可喜的成果。SolMateS是一個非常有趣的案例：他們獨特的PLD技術和較小的公司規(guī)模，卻與大型PVD設備制造商在PZT薄膜制造領域進行競爭。

圖2 薄膜PZT沉積技術

PZT薄膜制造的競爭才剛剛開始，并且未來5年內的走勢都非常有趣。

本報告評估了各種PZT薄膜沉積技術及其應用趨勢，并加以比較。此外，本報告提出了一個路線圖，涵蓋每個關鍵公司進入該市場的時間。最后，我們還給出2013-2018年PZT薄膜產量預測。

圖3 薄膜PZT市場中的主要競爭對手