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溅射靶材:半导体芯片材料王者

从“中国制造2025”的长期规划来看,经济转型升级之路已经非常明确,尤其是半导体产业作为经济质量提升的排头兵,在未来十年应该都处于黄金发展时期。高精尖的半导体技术涉及国家和社会安全,国家对于自主可控的需求愈发强烈。

溅射靶材:半导体芯片材料王者

原材料的价格压力和中美之间愈发紧张的贸易战局势为国内的厂商敲响了警钟,半导体产业已经意识到要实现“自主可控”的目标就必须取得上游原材料和设备的控制权。

溅射靶材:半导体芯片材料王者

所以大力发展国产半导体材料和设备的重要性日趋明确,国产材料和设备实现进口替代的长期趋势不变。已经实现商业化的半导体材料龙头有望最先享受到国内半导体材料在进口替代过程中高速增长的红利。
据SEMI数据显示,2018年半导体材料市场增长到519亿美元,与2017年的470亿美元相比增长了10.6%。2018年,中国大陆及台湾地区半导体材料销售额占比合计超过全球销售额的38%。中国大陆成为全球仅次于台湾地区的半导体材料市场。

溅射靶材:半导体芯片材料王者

在作为高技术制高点的芯片产业中,溅射靶材是超大规模集成电路制造的必需原材料。它利用离子源产生的离子,在高真空中经过加速聚集,而形成高速度能的离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。靶材是溅射过程的核心材料。集成电路中单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层等组成,其中,介质层、导体层甚至保护层都要用到溅射镀膜工艺,因此溅射靶材是制备集成电路的核心材料之一。集成电路领域的镀膜用靶材主要包括铝靶、钛靶、铜靶、钽靶、钨钛靶等,要求靶材纯度很高,一般在5N(99.999%)以上。
靶材分类溅射靶材种类繁多,依据不同的分类标准,可以有不同的类别。溅射靶材可按形状分类、按化学成份分类以及按应用领域分类。

溅射靶材:半导体芯片材料王者

溅射靶材:体量虽小,核心技术高纯金属溅射靶材主要应用在晶圆制造和先进封装过程,以芯片制造为例,我们可以看到从一个硅片变成一个芯片需要经历7大生产过程,分别是扩散(ThermalProcess),光刻(Photo-lithography),刻蚀(Etch)、离子注入(IonImplant),薄膜生长(DielectricDeposition)、化学机械抛光(CMP),金属化(Metalization),每个环节需要用到的设备,材料和工艺一一对应。溅射靶材就是被用在”金属化“的过程中,通过薄膜沉积设备使用高能的粒子轰击靶材然后在硅片上形成特定功能的金属层,例如导电层,阻挡层。

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溅射靶材产业链
溅射靶材产业链基本呈金字塔型分布。产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用等环节。终端应用环节是整个产业链中规模最大的领域,包括半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等领域。

溅射靶材:半导体芯片材料王者

原材料纯度是影响薄膜材料性能的关键因素,高纯金属原材料是靶材生产制造的基础。
高纯金属提纯分为化学提纯和物理提纯,在实际应用中,通常使用多种物理、化学手段联合提纯实现高纯材料的制备。
我国虽然拥有丰富的有色金属矿产资源,但我国高纯金属制备技术与国外相比仍存在一定差距,高纯金属有较大比重需从国外进口。
下游不同应用领域对于所需溅射靶材的要求不一,比如:半导体芯片对溅射靶材的金属材料纯度、内部微观结构等方面都设定了极其苛刻的标准,需要掌握生产过程中的关键技术并经过长期实践才能制成符合工艺要求的产品,因此,半导体芯片对溅射靶材的要求是最高的,价格也最为昂贵。
相比之下,平板显示器、太阳能电池对于溅射靶材的纯度和技术要求略低一筹,但随着靶材尺寸的增大,对溅射靶材的焊接结合率、平整度等指标提出了更高的要求。

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下游需求全线增长驱动溅射靶材市场规模高速增长。
据中国电子材料行业协会数据,2016年全球高纯溅射靶材市场规模约为113.6亿美元,同比增长接近20%,其中平板显示(含触控屏)用靶材为38.1亿美元,占比34%、半导体用靶材11.9亿美元、占比10%,太阳能电池用靶材23.4亿美元、记录媒体靶材33.5亿美元。预计到2019年,全球高纯溅射靶材市场规模将超过163亿美元,年复合增长率达13%。
中国利用庞大的消费需求,利于下游产业转移至本土,从而提升国内溅射靶材增速。近年来溅射靶材产业链下游工业面临着不同程度的成本压力,半导体产业存在产业向市场转移的趋势,我国是世界最大的集成电路第一手交易市场,销售额超过全球销售额的50%,对产业转移具有较大的吸引力,因此国内靶材市场增速还将高于全球增速。

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溅射靶材市场格局

溅射镀膜工艺所需要的溅射靶材原材料纯度高、专业应用性强。自诞生之日起,以美国、日本为代表的高纯溅射靶材生产企业便对核心技术执行严格的保密措施,导致溅射靶材行业在全球范围内呈现明显的区域集聚特征。
以霍尼韦尔(美国)、日矿金属(日本)、东曹(日本)等跨国集团为代表的溅射靶材生产商,较早涉足该领域从事相关业务。前五大厂商占比超过80%。
美日跨国集团产业链完整,囊括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用各个环节。依托先进的提纯技术在整个产业链中居于十分有利的地位,具有较强的议价能力。
国内溅射靶材制造水平达到国际先进水平,但规模和体量尚小,目前处于快速成长阶段。
溅射靶材行业在我国起步较晚,目前仍然属于一个较新的行业。近年来,随着下游产业向中国转移,国产靶材已开始实现突破。
前有市场格局优化、国内企业技术突破和政策支撑等良好基础,后有中美贸易摩擦作为催化剂,靶材国产化替代正在加速中。相对于全球130亿美金的市场,国内50亿美金左右的市场而言,行业还有巨大的替代空间。
国内的溅射靶材主要有两类:半导体用靶材由江丰电子,有研亿金生产;另一类是面板靶材,生产商主要是阿石创,四丰电子,晶联光电。领先企业如江丰电子等高纯溅射靶材厂商实现技术突破之后已经开始进入各大晶圆代工厂的供应商名单。

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靶材技术发展趋势
溅射靶材向大尺寸、高纯度化发展
溅射靶材的技术发展趋势与下游应用领域的技术革新息息相关,随着应用市场在薄膜产品或元件上的技术进步,溅射靶材也需要随之变化。
在下游应用领域中,半导体产业对溅射靶材和溅射薄膜的品质要求最高,随着更大尺寸的硅晶圆片制造出来,相应地要求溅射靶材也朝着大尺寸方向发展,同时也对溅射靶材的晶粒晶向控制提出了更高的要求。
溅射薄膜的纯度与溅射靶材的纯度密切相关,为了满足半导体更高精度、更细小微米工艺的需求,所需要的溅射靶材纯度不断攀升,甚至达到99.9999%(6N)纯度以上。
靶材作为重点鼓励发展的战略性新兴产业,并出台产业政策,“十三五”提出,到2020年重大关键材料自给率达到70%以上,初步实现我国从材料大国向材料强国的战略转变。目前我国企业在靶材领域已陆续取得突破,在现在的经济背景下,国产靶材必将取得长足发展。

来源:PVD镀膜,本文观点不代表自营销立场,网址:https://www.zyxiao.com/p/14549

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