在當今及以后的半導體制造流程當中倡鲸,濺射靶材無疑是重中之重的原材料筒捺,其質量和純度對半導體產(chǎn)業(yè)鏈的后續(xù)生產(chǎn)質量起著關鍵性作用。
靶材,特別是高純度濺射靶材應用于電子元器件制造的物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition抛猖,PVD)工藝茎匠,是制備晶圓、面板搁廓、太陽能電池等表面電子薄膜的關鍵材料引颈。
所謂濺射,是制備薄膜材料的主要技術境蜕,也是PVD的一種蝙场。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粱年,從而在晶圓表面沉積售滤,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台诗,稱為濺射靶材趴泌。
相比PVD的另一種工藝——真空鍍膜,濺射鍍膜工藝可重復性好拉庶、膜厚可控制嗜憔,可在大面積基板材料上獲得厚度均勻的薄膜,所制備的薄膜具有純度高氏仗、致密性好吉捶、與基板材料的結合力強等優(yōu)點,已成為制備薄膜材料的主要技術皆尔。
靶材有多種分類方法呐舔,如按化學成份分類,按形狀分類慷蠕,以及按應用領域分類珊拼。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(yè)主要有半導體集成電路流炕、平板顯示器澎现、太陽能電池、磁記錄介質每辟、光學器件等(這些就是按應用分類的)剑辫。其中,高純度濺射靶材主要用于對材料純度渠欺、穩(wěn)定性要求更高的領域妹蔽,如半導體、平板顯示器、太陽能電池胳岂、磁記錄介質等编整。
本文主要討論靶材在半導體當中的應用情況。
在所有應用中乳丰,半導體對濺射靶材的技術要求和純度最高闹击,價格也最為昂貴,這方面的要求明顯高于平面顯示器成艘、太陽能電池等其他應用領域赏半。半導體芯片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淆两,若濺射靶材的雜質含量過高断箫,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秋冰,導致電路短路或損壞仲义,將嚴重影響薄膜的性能。
芯片制造對濺射靶材金屬純度的要求最高剑勾,通常要達到99.9995%以上埃撵,而平板顯示器、太陽能電池分別要求達到 99.999%虽另、99.995%以上即可暂刘。
除了純度之外,芯片對濺射靶材內部微觀結構等也設定了極其苛刻的標準捂刺,需要掌握生產(chǎn)過程中的關鍵技術谣拣,并經(jīng)過長期實踐才能制成符合工藝要求的產(chǎn)品。
超高純度金屬及濺射靶材是電子材料的重要組成部分族展,濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈主要包括金屬提純森缠、靶材制造、濺射鍍膜和終端應用等環(huán)節(jié)仪缸,其中贵涵,靶材制造和濺射鍍膜環(huán)節(jié)是整個濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈中的關鍵環(huán)節(jié)。
市場規(guī)模
隨著消費電子等終端應用的飛速發(fā)展恰画,高純度濺射靶材的市場銷售額日益擴大宾茂。據(jù)統(tǒng)計,2015 年锣尉,全球高純?yōu)R射靶材市場的銷售額達94.8億美元刻炒,其中,半導體用濺射靶材的市場銷售額為11.4億美元自沧。
中國半導體行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2015年,中國高純度濺射靶材的市場需求規(guī)模約為153.5億元人民幣拇厢,約占當年全球市場的24.17%爱谁。
有預測顯示,未來5年孝偎,世界濺射靶材的市場規(guī)模將超過160億美元访敌,高純度濺射靶材市場復合年均增長率CAGR可達13%。
來自WSTS的統(tǒng)計衣盾,預計全球靶材市場寺旺,在2017~2019年增速同上,也為13%势决。2016年全球濺射靶材市場容量為113.6億美元阻塑,相比于2015年的94.8億美元,增長了20%果复〕旅В可推算出2018年全球高純?yōu)R射靶材市場規(guī)模約145億美元,折合人民幣約983億元虽抄。
靶材企業(yè)
目前走搁,全球的靶材制造行業(yè),特別是高純度的靶材市場迈窟,呈現(xiàn)寡頭壟斷格局私植,主要由幾家美日大企業(yè)把持著,如日本的三井礦業(yè)车酣、日礦金屬兵琳、日本東曹、住友化學骇径、日本愛發(fā)科躯肌,以及美國霍尼韋爾、普萊克斯等破衔。
根據(jù)有研新材公告數(shù)據(jù)估算清女,日礦金屬是全球最大的靶材供應商,靶材銷售額約占全球市場的30%晰筛,霍尼韋爾在并購Johnson Mattey嫡丙、整合高純鋁、鈦等原材料生產(chǎn)廠后读第,占到全球市約20%的份額曙博,此外,東曹和普萊克斯分別占20%和10%怜瞒。
雖然市場主要被美日的幾家大企業(yè)把持父泳,但隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提升般哼,特別是近些年半導體及相關產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,我國國內也涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的靶材企業(yè)惠窄,如江豐電子蒸眠、有研新材、隆華節(jié)能杆融、阿石創(chuàng)楞卡、北京格林東輝真空科技、江西睿寧高新技術材料脾歇、江蘇比昂電子材料等蒋腮。
中國靶材產(chǎn)業(yè)格局
中國半導體工業(yè)的相對落后導致了高純度濺射靶材產(chǎn)業(yè)起步較晚。受到技術藕各、資金和人才的限制池摧,多數(shù)國內廠商還處于企業(yè)規(guī)模較小、技術水平偏低座韵、以及產(chǎn)業(yè)布局分散的狀態(tài)险绘。
究其原因,一方面誉碴,濺射鍍膜工藝起源于國外宦棺,對所需濺射靶材的性能要求高、專業(yè)性強黔帕,屬于技術密集型產(chǎn)業(yè)代咸,而我國企業(yè)都為新進入者,在技術成黄、人才等方面差距明顯呐芥。另外,靶材行業(yè)下游客戶認證周期長奋岁,定制化程度高思瘟,要成為正式供應商,一般需要2~3 年闻伶,且一旦成為供應商滨攻,將保持相對穩(wěn)定的關系,難以被打破蓝翰,這對后來者是個不小的挑戰(zhàn)光绕。
目前,國內靶材廠商主要聚焦在低端產(chǎn)品領域畜份,在半導體诞帐、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,但是爆雹,依靠國內的巨大市場潛力和利好的產(chǎn)業(yè)政策停蕉,以及產(chǎn)品價格優(yōu)勢愕鼓,它們已經(jīng)在國內市場占有一定的市場份額,并逐步在個別細分領域搶占了部分國際大廠的市場空間谷徙。
近年來拒啰,我國政府制定了一系列產(chǎn)業(yè)政策驯绎,如863計劃完慧、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(chǎn)靶材在多個應用領域實現(xiàn)從無到有的跨越剩失。這些都從國家戰(zhàn)略高度扶植并推動著濺射靶材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大屈尼。
目前國內靶材行業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模,隨著國內靶材企業(yè)的技術創(chuàng)新拴孤,在半導體脾歧、面板以及光學器件等領域出現(xiàn)了具備和日美跨國集團競爭的本土靶材企業(yè)。
以我國靶材龍頭企業(yè)江豐電子為例演熟,該公司的半導體靶材產(chǎn)品已應用于以臺積電為代表的著名晶圓代工廠商的先進制造工藝鞭执,在14/16nm技術節(jié)點實現(xiàn)批量供貨,聯(lián)電也是該公司的大客戶芒粹,此外兄纺,格芯、意法半導體也都采用了其產(chǎn)品化漆,同時估脆,該公司也是本土晶圓代工龍頭企業(yè)中芯國際、華宏等的優(yōu)質供應商座云,滿足了國內廠商在28nm技術節(jié)點的量產(chǎn)需求疙赠。有統(tǒng)計顯示,江豐電子的產(chǎn)品已經(jīng)成功打入了全球280多個半導體芯片制造工廠朦拖。
江豐電子還完成了國家02重大專項(300mm硅片工藝用Al圃阳、Ti、Ta靶材制造技術研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化)項目驗收璧帝,所生產(chǎn)的產(chǎn)品直接用于iphone6捍岳、奧迪等產(chǎn)品,iPhone 7核心處理器A10芯片也采用了該公司的產(chǎn)品裸弦,這是中國電子材料第一次大規(guī)模應用在16nm FinFET+技術產(chǎn)品上祟同。
此外,有研億金也實現(xiàn)了為本土芯片封測廠長電科技等的批量供貨理疙。
另外晕城,我國的隆華節(jié)能、有研新材窖贤、阿石創(chuàng)等也已經(jīng)進入國內外主流半導體砖顷、平板顯示贰锁、光伏、光學器件企業(yè)供應鏈體系滤蝠,且已經(jīng)在部分企業(yè)本土產(chǎn)線實現(xiàn)大批量供貨豌熄。在面板靶材領域,隆華節(jié)能子公司四豐電子實現(xiàn)了高純鉬靶材向三星物咳、LG锣险、京東方、國星光電等國內外顯示龍頭的直接供貨览闰。此外芯肤,江豐生產(chǎn)用于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(yè)供貨压鉴。在光學器件領域崖咨,阿石創(chuàng)已經(jīng)實現(xiàn)為群創(chuàng)、藍思科技油吭、伯恩光學等光學器件龍頭企業(yè)批量供貨击蹲。
半導體驅動
靶材市場快速增長
WSTS預計,2018年全球半導體規(guī)模增速達12.4%婉宰。2010~2016年歌豺,全球半導體銷售額保持平穩(wěn)發(fā)展,而2017年全球市場增速超預期芍阎,達21.62%世曾,特別是存儲器市場,增速高達61.49%谴咸。一方面轮听,存儲芯片需求旺盛,產(chǎn)品價格大幅上漲岭佳,另一方面血巍,物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子珊随、AI等新應用拉動下游需求述寡,WSTS 預計,在AI叶洞、智能駕駛鲫凶、5G、VR/AR等需求持續(xù)帶動下衩辟,2018年全球半導體行業(yè)將實現(xiàn)12.4%的增速螟炫,2019年的增速預估為4.4%。
此外艺晴,中國大陸地區(qū)近些年迎來了建廠熱潮昼钻。SEMI數(shù)據(jù)顯示掸屡,2016~2017年,全球新建了17座12英寸晶圓代工廠然评,其中有10座位于中國大陸仅财。從未來的投資計劃看,2017~2020是晶圓廠投資的高峰期碗淌,預計全球新增半導體產(chǎn)線62條盏求,其中有26條位于中國大陸,占總數(shù)的42%贯莺。
在這樣的產(chǎn)業(yè)背景下风喇,全球對于晶圓的需求量將不斷提升宁改。據(jù)SEMI預測缕探,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.年復合增長率為3.38%还蹲。
基于此爹耗,2017年,全球晶圓制造材料市場規(guī)模達到259.8億美元谜喊,其中潭兽,靶材在晶圓制造和封測中占比均在3%左右,預計2018年全球晶圓制造用靶材的市場增速可達19%斗遏,封測用靶材增速更高山卦,將達到26%。
我國國內的靶材市場需求也會大幅增加诵次,同時账蓉,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(yōu)勢逾一,預計2018年中國半導體靶材市場增速有望達到60%铸本,遠高于全球平均水平。