电闪雷鸣　作者　

发表于 2020-02-23 12:56:01

正在发生格局变化的靶材产业
　　半导体分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四大类，2018年全球半导体市场规模4688.4亿＄，四大类占比分别是83.9%（常常有人把集成电路说成半导体）、8.1%、5.1%和2.9%。集成电路（芯片）按技术含量可分为逻辑芯片、存储芯片、模拟芯片、MPU芯片、MCU芯片和DSP芯片等，其占比分别是：23.25%、33.7%、12.58%、10.02%、3.63%和0.72%。集成电路属技术密集、资金密集、知识密集、规模经济、高风险高回报的当今最高端制造业，具有产业技术壁垒高、产业链上诸多节点都存在寡头垄断局面的特点。芯片产业链主要包括设计、制造和封测，其价值比分别是3:4:3，芯片的全产业链还包括设备和材料，其中2018年设备占半导体的13.34%、材料占11.07%。
　　作为集成电路产业的基础，芯片材料包括晶圆材料（芯片制造用的核心材料，占芯片材料的54%）和封装材料（占芯片材料的46%）。其中晶圆（芯片）材料又分为主体材料（硅片）占晶圆材料的32%、制造材料占68%（其中电子特种气体占晶圆材料的14%、光掩膜14%、CMP抛光材料7%、光刻胶配套试剂6%、光刻胶5%、湿电子化学品4%、薄膜靶材3%、其他15%）。封装材料又分为基板、引线框架、树脂、键合丝、锡球、电镀液等。芯片薄膜靶材与硅片一样，纯度越高、尺寸越大技术难度越大，不但是芯片的关键核心材料，还是典型的技术密集型产品。全球芯片靶材市场（中国电子材料协会估计全球2019 年靶材163 亿＄），随着中国企业在技术和市场上的崛起，以前霍尼韦尔（占20%）、日矿金属（占30%）、东曹（占20%）、普莱克斯（占10%）、住友化学、爱发科等美国、欧洲、日本、韩国等国外知名企业垄断市场的格局正在发生改变。但新产品开发则仍以日本JX公司（占靶材新品约60%）为代表的国外企业继续保持着技术原发性优势而处于主导地位。
　　作为制备芯片和显示面板、太阳能电池等表面电子薄膜的核心关键材料，金属溅射靶材是采用物理气相沉积技术（PVD），用高速离子轰击靶坯、使原子溅射飞散在硅基底片上沉积形成，整个金属靶材制造包括金属提纯、靶材制作、溅射镀膜和终端应用等工艺环节。其中，金属提纯是制造高纯度靶材的关键，靶材制作和溅射镀膜是溅射靶材制造的关键。金属溅射靶材按材质分为单质靶材（铜、钴、金、银、铂、钌、钛、铝、钨等）、合金靶材（镍铂靶、镍铁靶、钨钛靶、钛镍靶、钛硅靶等）和化合物靶材（氧化镝、氧化铽、氧化铈、氮化钛等）等，按金属的纯度分为普通金属靶材、高纯金属靶材和超高纯金属靶材，按面积大小的常用溅射靶材分为2吋、4吋、6吋、8吋、12吋（18吋已开始研发）等。
　　高纯\超高纯度的金属材料是生产高纯\超高纯溅射靶材的基础（金属材料杂质影响溅射靶材电性能和寿命），利用不同纯度的金属材料可制备不同纯度的金属溅射靶材，越高端（规模、制程）的芯片要求靶材纯度越高，通常超大规模集成电路芯片用的靶材金属纯度要求6N（99.9999%）及其以上（现在最高已达12N），平板显示器5N（99.999%）、太阳能电池4N5（99.995%）以上；面积越大其金属提纯过程中对金属成分均匀度掌控和靶材制作中对金属内部微观组织结构塑性变形和热处理（决定靶材可靠性和稳定性）的金属晶粒和晶向均匀分布以及溅射镀膜中原子溅射沉积均匀度（影响靶材质量和良品率）的控制难度越大。所以，在芯片金属靶材制造中，金属提纯技术和大面积金属成份均匀分布制造技术是芯片溅射靶材的关键性大难度技术（一般不具备该技术的靶材制造企业，需要购买高纯度金属作为原材料），靶材制作和溅射镀膜则是制造溅射靶材的又一关键技术。金属靶材的纯度、靶材制作和溅射镀膜共同构建了芯片溅射靶材的高技术壁垒。
　　作为半导体芯片制造环节核心的高难度材料，芯片溅射靶材纯度和溅射薄膜品质对下游产品的质量具有重要影响，不但制造难度大，而且还受到在推广应用中需要用户对靶材包括质量、品质、组合匹配以及芯片产品制造全过程检验及其芯片产品爬坡的长时间近乎苛刻的艰难技术配达的挑战。芯片靶材产品的一般应用认证流程包括高纯溅射靶材供应商满足行业质量管理体系认证、客户根据自身质量要求对靶材产品进行技术评审、产品询价、样品检测、小批量试用的产品合格认证以及批量订货几个阶段，从用户新产品开发（用户老产品确定的其他靶材一般不会更改）到产品量产的靶材实现批量供货的认证周期一般需要2-3年时间，多的需要5年时间。芯片靶材的用户认证构建了产品应用的进入高技术壁垒。