濺射靶材：半導(dǎo)體芯片材料王者

發(fā)布于： 2023-05-18 14:12

濺射靶材：半導(dǎo)體芯片材料王者

從"中國制造2025"的長期規(guī)劃來看，經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級之路已經(jīng)非常明確，尤其是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作為經(jīng)濟質(zhì)量提升的排頭兵，在未來十年應(yīng)該都處于黃金發(fā)展時期。高精尖的半導(dǎo)體技術(shù)涉及國家和社會安全，國家對于自主可控的需求愈發(fā)強烈。

原材料的價格壓力和中美之間愈發(fā)緊張的貿(mào)易戰(zhàn)局勢為國內(nèi)的廠商敲響了警鐘，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)意識到要實現(xiàn)"自主可控"的目標就必須取得上游原材料和設(shè)備的控制權(quán)。

所以大力發(fā)展國產(chǎn)半導(dǎo)體材料和設(shè)備的重要性日趨明確，國產(chǎn)材料和設(shè)備實現(xiàn)進口替代的長期趨勢不變。已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的半導(dǎo)體材料龍頭有望最先享受到國內(nèi)半導(dǎo)體材料在進口替代過程中高速增長的紅利。

據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，2018年半導(dǎo)體材料市場增長到519億美元，與2017年的470億美元相比增長了10.6%。2018年，中國大陸及臺灣地區(qū)半導(dǎo)體材料銷售額占比合計超過全球銷售額的38%。中國大陸成為全球僅次于臺灣地區(qū)的半導(dǎo)體材料市場。

在作為高技術(shù)制高點的芯片產(chǎn)業(yè)中，濺射靶材是超大規(guī)模集成電路制造的必需原材料。它利用離子源產(chǎn)生的離子，在高真空中經(jīng)過加速聚集，而形成高速度能的離子束流，轟擊固體表面，離子和固體表面原子發(fā)生動能交換，使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面，被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料，稱為濺射靶材。靶材是濺射過程的核心材料。

集成電路中單元器件內(nèi)部由襯底、絕緣層、介質(zhì)層、導(dǎo)體層及保護層等組成，其中，介質(zhì)層、導(dǎo)體層甚至保護層都要用到濺射鍍膜工藝，因此濺射靶材是制備集成電路的核心材料之一。集成電路領(lǐng)域的鍍膜用靶材主要包括鋁靶、鈦靶、銅靶、鉭靶、鎢鈦靶等，要求靶材純度很高，一般在5N（99.999%）以上。

靶材分類濺射靶材種類繁多，依據(jù)不同的分類標準，可以有不同的類別。濺射靶材可按形狀分類、按化學(xué)成份分類以及按應(yīng)用領(lǐng)域分類。

濺射靶材：體量雖小，核心技術(shù)

高純金屬濺射靶材主要應(yīng)用在晶圓制造和先進封裝過程，以芯片制造為例，我們可以看到從一個硅片變成一個芯片需要經(jīng)歷7大生產(chǎn)過程，分別是擴散（ThermalProcess），光刻（Photo-lithography），刻蝕（Etch），離子注入（IonImplant），薄膜生長（DielectricDeposition），化學(xué)機械拋光（CMP），金屬化（Metalization），每個環(huán)節(jié)需要用到的設(shè)備，材料和工藝一一對應(yīng)。濺射靶材就是被用在"金屬化"的過程中，通過薄膜沉積設(shè)備使用高能的粒子轟擊靶材然后在硅片上形成特定功能的金屬層，例如導(dǎo)電層，阻擋層。

濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈

濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈基本呈金字塔型分布。產(chǎn)業(yè)鏈主要包括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應(yīng)用等環(huán)節(jié)。

終端應(yīng)用環(huán)節(jié)是整個產(chǎn)業(yè)鏈中規(guī)模最大的領(lǐng)域，包括半導(dǎo)體芯片、平板顯示器、太陽能電池等領(lǐng)域。

原材料純度是影響薄膜材料性能的關(guān)鍵因素，高純金屬原材料是靶材生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)。

高純金屬提純分為化學(xué)提純和物理提純，在實際應(yīng)用中，通常使用多種物理、化學(xué)手段聯(lián)合提純實現(xiàn)高純材料的制備。

我國雖然擁有豐富的有色金屬礦產(chǎn)資源，但我國高純金屬制備技術(shù)與國外相比仍存在一定差距，高純金屬有較大比重需從國外進口。

下游不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ谒铻R射靶材的要求不一，比如：半導(dǎo)體芯片對濺射靶材的金屬材料純度、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等方面都設(shè)定了極其苛刻的標準，需要掌握生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)并經(jīng)過長期實踐才能制成符合工藝要求的產(chǎn)品，因此，半導(dǎo)體芯片對濺射靶材的要求是最高的，價格也最為昂貴。

相比之下，平板顯示器、太陽能電池對于濺射靶材的純度和技術(shù)要求略低一籌，但隨著靶材尺寸的增大，對濺射靶材的焊接結(jié)合率、平整度等指標提出了更高的要求。

下游需求全線增長驅(qū)動濺射靶材市場規(guī)模高速增長。

據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2016年全球高純?yōu)R射靶材市場規(guī)模約為113.6億美元，同比增長接近20%，其中平板顯示（含觸控屏）用靶材為38.1億美元，占比34%、半導(dǎo)體用靶材11.9億美元、占比10%，太陽能電池用靶材23.4億美元、記錄媒體靶材33.5億美元。預(yù)計到2019年，全球高純?yōu)R射靶材市場規(guī)模將超過163億美元，年復(fù)合增長率達13%。

中國利用龐大的消費需求，利于下游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移至本土，從而提升國內(nèi)濺射靶材增速。近年來濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈下游工業(yè)面臨著不同程度的成本壓力，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)存在產(chǎn)業(yè)向市場轉(zhuǎn)移的趨勢，我國是世界最大的集成電路第一手交易市場，銷售額超過全球銷售額的50%，對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移具有較大的吸引力，因此國內(nèi)靶材市場增速還將高于全球增速。

濺射靶材市場格局

濺射鍍膜工藝所需要的濺射靶材原材料純度高、專業(yè)應(yīng)用性強。自誕生之日起，以美國、日本為代表的高純?yōu)R射靶材生產(chǎn)企業(yè)便對核心技術(shù)執(zhí)行嚴格的保密措施，導(dǎo)致濺射靶材行業(yè)在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)明顯的區(qū)域集聚特征。

以霍尼韋爾（美國）、日礦金屬（日本）、東曹（日本）等跨國集團為代表的濺射靶材生產(chǎn)商，較早涉足該領(lǐng)域從事相關(guān)業(yè)務(wù)。前五大廠商占比超過80%。

美日跨國集團產(chǎn)業(yè)鏈完整，囊括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應(yīng)用各個環(huán)節(jié)。依托先進的提純技術(shù)在整個產(chǎn)業(yè)鏈中居于十分有利的地位，具有較強的議價能力。

國內(nèi)濺射靶材制造水平達到國際先進水平，但規(guī)模和體量尚小，目前處于快速成長階段。

濺射靶材行業(yè)在我國起步較晚，目前仍然屬于一個較新的行業(yè)。近年來，隨著下游產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，國產(chǎn)靶材已開始實現(xiàn)突破。

前有市場格局優(yōu)化、國內(nèi)企業(yè)技術(shù)突破和政策支撐等良好基礎(chǔ)，后有中美貿(mào)易摩擦作為催化劑，靶材國產(chǎn)化替代正在加速中。相對于全球130億美金的市場，國內(nèi)50億美金左右的市場而言，行業(yè)還有巨大的替代空間。

國內(nèi)的濺射靶材主要有兩類：半導(dǎo)體用靶材由江豐電子，有研億金生產(chǎn)；另一類是面板靶材，生產(chǎn)商主要是阿石創(chuàng)，四豐電子，晶聯(lián)光電。領(lǐng)先企業(yè)如江豐電子等高純?yōu)R射靶材廠商實現(xiàn)技術(shù)突破之后已經(jīng)開始進入各大晶圓代工廠的供應(yīng)商名單。

靶材技術(shù)發(fā)展趨勢

濺射靶材向大尺寸、高純度化發(fā)展

濺射靶材的技術(shù)發(fā)展趨勢與下游應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)革新息息相關(guān)，隨著應(yīng)用市場在薄膜產(chǎn)品或元件上的技術(shù)進步，濺射靶材也需要隨之變化。

在下游應(yīng)用領(lǐng)域中，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對濺射靶材和濺射薄膜的品質(zhì)要求最高，隨著更大尺寸的硅晶圓片制造出來，相應(yīng)地要求濺射靶材也朝著大尺寸方向發(fā)展，同時也對濺射靶材的晶粒晶向控制提出了更高的要求。

濺射薄膜的純度與濺射靶材的純度密切相關(guān)，為了滿足半導(dǎo)體更高精度、更細小微米工藝的需求，所需要的濺射靶材純度不斷攀升，甚至達到99.9999%(6N)純度以上。

靶材作為重點鼓勵發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并出臺產(chǎn)業(yè)政策，"十三五"提出，到2020年重大關(guān)鍵材料自給率達到70%以上，初步實現(xiàn)我國從材料大國向材料強國的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。目前我國企業(yè)在靶材領(lǐng)域已陸續(xù)取得突破，在現(xiàn)在的經(jīng)濟背景下，國產(chǎn)靶材必將取得長足發(fā)展。