半導體靶材淺析 | 半導體行業觀察

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來源：微信公眾號 半導體行業觀察（ID：icbank）

在當今及以後的半導體製造流程當中，濺射靶材無疑是重中之重的原材料，其質量和純度對半導體產業鏈的後續生產質量起著關鍵性作用。

靶材，特別是高純度濺射靶材應用於電子元器件製造的物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）工藝，是製備晶圓、面板、太陽能電池等表面電子薄膜的關鍵材料。

所謂濺射，是製備薄膜材料的主要技術，也是PVD的一種。它通過在PVD設備中用離子對目標物進行轟擊，使得靶材中的金屬原子以一定能量逸出，從而在晶圓表面沉積，濺鍍形成金屬薄膜，其中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。

相比PVD的另一種工藝——真空鍍膜，濺射鍍膜工藝可重複性好、膜厚可控制，可在大面積基板材料上獲得厚度均勻的薄膜，所製備的薄膜具有純度高、緻密性好、與基板材料的結合力強等優點，已成為製備薄膜材料的主要技術。

靶材有多種分類方法，如按化學成份分類，按形狀分類，以及按應用領域分類。本文內容主要是按應用領域分類展開的。

應用要求

對靶材用量較大的行業主要有半導體集成電路、平板顯示器、太陽能電池、磁記錄介質、光學器件等（這些就是按應用分類的）。其中，高純度濺射靶材主要用於對材料純度、穩定性要求更高的領域，如半導體、平板顯示器、太陽能電池、磁記錄介質等。

本文主要討論靶材在半導體當中的應用情況。

在所有應用中，半導體對濺射靶材的技術要求和純度最高，價格也最為昂貴，這方面的要求明顯高於平面顯示器、太陽能電池等其他應用領域。半導體晶元對濺射靶材的金屬材料純度、內部微觀結構等方面都設定了極其苛刻的標準，若濺射靶材的雜質含量過高，形成的薄膜就無法達到使用所要求的電性能，且在濺射過程中易在晶圓上形成微粒，導致電路短路或損壞，將嚴重影響薄膜的性能。

晶元製造對濺射靶材金屬純度的要求最高，通常要達到99.9995%以上，而平板顯示器、太陽能電池分別要求達到 99.999%、99.995%以上即可。

除了純度之外，晶元對濺射靶材內部微觀結構等也設定了極其苛刻的標準，需要掌握生產過程中的關鍵技術，並經過長期實踐才能製成符合工藝要求的產品。

超高純度金屬及濺射靶材是電子材料的重要組成部分，濺射靶材產業鏈主要包括金屬提純、靶材製造、濺射鍍膜和終端應用等環節，其中，靶材製造和濺射鍍膜環節是整個濺射靶材產業鏈中的關鍵環節。

市場規模

隨著消費電子等終端應用的飛速發展，高純度濺射靶材的市場銷售額日益擴大。據統計，2015 年，全球高純濺射靶材市場的銷售額達94.8億美元，其中，半導體用濺射靶材的市場銷售額為11.4億美元。

中國半導體行業協會的統計數據顯示，2015年，中國高純度濺射靶材的市場需求規模約為153.5億元人民幣，約佔當年全球市場的24.17%。

有預測顯示，未來5年，世界濺射靶材的市場規模將超過160億美元，高純度濺射靶材市場複合年均增長率CAGR可達13%。

來自WSTS的統計，預計全球靶材市場，在2017~2019年增速同上，也為13%。2016年全球濺射靶材市場容量為113.6億美元，相比於2015年的94.8億美元，增長了20%。可推算出2018年全球高純濺射靶材市場規模約145億美元，摺合人民幣約983億元。

靶材企業

目前，全球的靶材製造行業，特別是高純度的靶材市場，呈現寡頭壟斷格局，主要由幾家美日大企業把持著，如日本的三井礦業、日礦金屬、日本東曹、住友化學、日本愛發科，以及美國霍尼韋爾、普萊克斯等。

根據有研新材公告數據估算，日礦金屬是全球最大的靶材供應商，靶材銷售額約佔全球市場的30%，霍尼韋爾在併購Johnson Mattey、整合高純鋁、鈦等原材料生產廠後，佔到全球市約20%的份額，此外，東曹和普萊克斯分別佔20%和10%。

雖然市場主要被美日的幾家大企業把持，但隨著中國經濟的發展和工業化水平的不斷提升，特別是近些年半導體及相關產業的快速發展，我國國內也湧現出了一批優秀的靶材企業，如江豐電子、有研新材、隆華節能、阿石創、北京格林東輝真空科技、江西睿寧高新技術材料、江蘇比昂電子材料等。

中國靶材產業格局

中國半導體工業的相對落後導致了高純度濺射靶材產業起步較晚。受到技術、資金和人才的限制，多數國內廠商還處於企業規模較小、技術水平偏低、以及產業布局分散的狀態。

究其原因，一方面，濺射鍍膜工藝起源於國外，對所需濺射靶材的性能要求高、專業性強，屬於技術密集型產業，而我國企業都為新進入者，在技術、人才等方面差距明顯。另外，靶材行業下遊客戶認證周期長，定製化程度高，要成為正式供應商，一般需要2~3 年，且一旦成為供應商，將保持相對穩定的關係，難以被打破，這對後來者是個不小的挑戰。

目前，國內靶材廠商主要聚焦在低端產品領域，在半導體、液晶顯示器和太陽能電池等市場還無法與國際巨頭全面競爭，但是，依靠國內的巨大市場潛力和利好的產業政策，以及產品價格優勢，它們已經在國內市場佔有一定的市場份額，並逐步在個別細分領域搶佔了部分國際大廠的市場空間。

近年來，我國政府制定了一系列產業政策，如863計劃、02專項基金等來加速濺射靶材供應的本土化進程，推動國產靶材在多個應用領域實現從無到有的跨越。這些都從國家戰略高度扶植並推動著濺射靶材產業的發展壯大。

目前國內靶材行業已經初具規模，隨著國內靶材企業的技術創新，在半導體、面板以及光學器件等領域出現了具備和日美跨國集團競爭的本土靶材企業。

以我國靶材龍頭企業江豐電子為例，該公司的半導體靶材產品已應用於以台積電為代表的著名晶圓代工廠商的先進位造工藝，在14/16nm技術節點實現批量供貨，聯電也是該公司的大客戶，此外，格芯、意法半導體也都採用了其產品，同時，該公司也是本土晶圓代工龍頭企業中芯國際、華宏等的優質供應商，滿足了國內廠商在28nm技術節點的量產需求。有統計顯示，江豐電子的產品已經成功打入了全球280多個半導體晶元製造工廠。

江豐電子還完成了國家02重大專項（300mm矽片工藝用Al、Ti、Ta靶材製造技術研發與產業化）項目驗收，所生產的產品直接用於iphone6、奧迪等產品，iPhone 7核心處理器A10晶元也採用了該公司的產品，這是中國電子材料第一次大規模應用在16nm FinFET+技術產品上。

此外，有研億金也實現了為本土晶元封測廠長電科技等的批量供貨。

另外，我國的隆華節能、有研新材、阿石創等也已經進入國內外主流半導體、平板顯示、光伏、光學器件企業供應鏈體系，且已經在部分企業本土產線實現大批量供貨。在面板靶材領域，隆華節能子公司四豐電子實現了高純鉬靶材向三星、LG、京東方、國星光電等國內外顯示龍頭的直接供貨。此外，江豐生產用於G8.5代、G6代液晶面板的超高純鋁濺射靶材也已開始給國內液晶面板的龍頭企業供貨。在光學器件領域，阿石創已經實現為群創、藍思科技、伯恩光學等光學器件龍頭企業批量供貨。

半導體驅動靶材市場快速增長

WSTS預計，2018年全球半導體規模增速達12.4%。2010~2016年，全球半導體銷售額保持平穩發展，而2017年全球市場增速超預期，達21.62%，特別是存儲器市場，增速高達61.49%。一方面，存儲晶元需求旺盛，產品價格大幅上漲，另一方面，物聯網、汽車電子、AI等新應用拉動下游需求，WSTS 預計，在AI、智能駕駛、5G、VR/AR等需求持續帶動下，2018年全球半導體行業將實現12.4%的增速，2019年的增速預估為4.4%。

此外，中國大陸地區近些年迎來了建廠熱潮。SEMI數據顯示，2016~2017年，全球新建了17座12英寸晶圓代工廠，其中有10座位於中國大陸。從未來的投資計劃看，2017~2020是晶圓廠投資的高峰期，預計全球新增半導體產線62條，其中有26條位於中國大陸，佔總數的42%。

在這樣的產業背景下，全球對於晶圓的需求量將不斷提升。據SEMI預測，未來兩年，全球晶圓出貨量將從2017年的11448百萬平方英寸上升到2019年的12235百萬平方英寸.年複合增長率為3.38%。

基於此，2017年，全球晶圓製造材料市場規模達到259.8億美元，其中，靶材在晶圓製造和封測中佔比均在3%左右，預計2018年全球晶圓製造用靶材的市場增速可達19%，封測用靶材增速更高，將達到26%。

我國國內的靶材市場需求也會大幅增加，同時，隨著國內濺射靶材技術的不斷成熟，再加上其先天的性價比優勢，預計2018年中國半導體靶材市場增速有望達到60%，遠高於全球平均水平。

結語

綜上，未來的2~3年，全球靶材製造產業的產能增速會保持在3%~5%，而中國靶材市場的產能複合年增長率將達到30%以上，風景這邊獨好！