聚焦發展“中國芯”的關鍵製程：濺射靶材

由於前一段中興晶片事件，引發了國人對於晶片的關注。晶片主要依賴進口，這種情況短時間內無法改變，因為晶片的關鍵製程需要技術積累以及雄厚的技術背景，這樣大家也就能明白為什麼國家短時間無法制造出自己的“中國芯”了。今天我就為大家詳細解析一下晶片的關鍵製程——濺射靶材。

一、濺射靶材簡介

隨著技術的進步，尤其是電子器件朝著小型化、整合化、低功耗的趨勢發展，電子薄膜材料越來越受到重視，電子薄膜材料的製備工藝也取得了很大的進展，已經應用於電子器件的大規模生產中。目前，電子薄膜材料的製備工藝主要包括物理氣相沉積技術（PVD）、化學氣相沉積技術（CVD）等。

濺射屬於物理氣相沉積技術的一種，是製備電子薄膜材料的主要技術之一，它利用離子源產生的離子，在高真空中經過加速聚集，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生動能交換，使固體表面的原子離開固體並沉積在基底表面，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。

濺射靶材工作原理基本情況如下：

一般來說，濺射靶材主要由靶坯、背板等部分構成，其中，靶坯是高速離子束流轟擊的目標材料，屬於濺射靶材的核心部分，在濺射鍍膜過程中，靶坯被離子撞擊後，其表面原子被濺射飛散出來並沉積於基板上製成電子薄膜；由於高純度金屬普遍較軟，而濺射靶材需要安裝在專用的機臺內完成濺射過程，機臺內部為高電壓、高真空環境，因此，背板主要起到固定濺射靶材的作用，且需要具備良好的導電、導熱效能。

濺射靶材的種類較多，即使相同材質的濺射靶材也有不同的規格。按照不同的分類方法，能夠將濺射靶材分為不同的類別，主要分類情況如下：

濺射靶材的應用領域廣泛，由於應用領域的不同，濺射靶材對金屬材料的選擇和效能要求存在一定的差異，具體情況如下：

在濺射靶材應用領域中，半導體晶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，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，因此，半導體晶片對濺射靶材的要求是最高的，價格也為昂貴；相較於半導體晶片，平面顯示器、太陽能電池對於濺射靶材的純度和技術要求略低一籌，但隨著靶材尺寸的增大，對濺射靶材的焊接結合率、平整度等指標提出了更高的要求。此外，濺射靶材需要安裝在濺射機臺內完成濺射過程，濺射機臺專用性強，對濺射靶材的形狀、尺寸和精度也設定了諸多限制。

二、產業鏈介紹

高純濺射靶材行業屬於電子材料領域，其產業鏈上下游關係如下：

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。

高純度乃至超高純度的金屬材料

是生產高純濺射靶材的基礎，以半導體晶片用濺射靶材為例，若濺射靶材雜質含量過高，在濺射過程中，易在晶圓上形成微粒，導致電路短路或損壞，嚴重影響薄膜的效能。通常情況下，高純金屬提純分為化學提純和物理提純，為了獲得更高純度的金屬材料，大限度地去除雜質，需要將化學提純和物理提純結合使用。在將金屬提純到相當高的純度後，往往還需配比其他金屬元素才能投入使用，在這個過程中，需要經過熔鍊、合金化和鑄造等步驟：透過精煉高純金屬，去除氧氣、氮氣等多餘氣體；再加入少量合金元素，使其與高純金屬充分結合並均勻分佈；後將其鑄造成沒有缺陷的錠材，滿足生產加工過程中對金屬成份、尺寸大小的要求。

濺射靶材製造

環節首先需要根據下游應用領域的效能需求進行工藝設計，然後進行反覆的塑性變形、熱處理，需要精確地控制晶粒、晶向等關鍵指標，再經過焊接、機械加工、清洗乾燥、真空包裝等工序。濺射靶材製造所涉及的工序精細且繁多，工序流程管理及製造工藝水平將直接影響到濺射靶材的質量和良品率。

濺射鍍膜

是指物體被離子撞擊時，被濺射飛散出，因被濺射飛散的物體附著於目標基板上而製成薄膜的過程，濺射靶材就是高速荷能粒子轟擊的目標材料。此環節是在濺射靶材產業鏈條中對生產裝置及技術工藝要求高的環節，濺射薄膜的品質對下游產品的質量具有重要影響。在濺射鍍膜過程中，濺射靶材需要安裝在機臺中完成濺射反應，濺射機臺專用性強、精密度高，市場長期被美國、日本跨國集團壟斷，主要裝置提供商包括AMAT（美國）、ANELVA（日本）、Varian（美國）、ULVAC（日本）等行業內知名企業。

終端應用

是針對各類市場需求利用封裝好的元器件製成面向終使用者的產品，包括汽車電子、智慧手機、平板電腦、家用電器等終端消費電子產品。通常情況下，在半導體靶材濺射鍍膜後，需要將鍍膜矽片切割並進行晶片封裝。封裝是指將電路用導線連線到外部接頭處，以便與其他器件連線的工序，不僅能夠起到保護晶片的作用，還將晶片與外界隔離，防止空氣中的雜質對晶片電路造成腐蝕而損害導電效能。此外，終端應用也包括製備太陽能電池、光學鍍膜、工具改性、高檔裝飾用品等，此環節技術面較寬，呈現多樣化特徵。

三、行業競爭格局

1。跨國公司競爭優勢明顯，處於行業領導地位

高純濺射靶材是伴隨著半導體工業的發展而興起的，屬於典型的技術密集型產業，產品技術含量高，研發生產裝置專用性強。隨著半導體工業技術創新的不斷深化，以美國、日本為代表的半導體廠商需要加強對上游原材料的創新力度，從而大限度地保證半導體產品的技術先進性，因此，美國、日本的半導體工業相繼催生了一批高純濺射靶材生產廠商，並於當前居於全球市場的主導地位，在一定程度上，全球半導體工業的區域集聚性造就了高純濺射靶材生產企業的高度聚集。

自誕生之日起，以美國、日本為代表的高純濺射靶材生產企業便對核心技術執行嚴格的保密措施，導致濺射靶材行業在全球範圍內呈現明顯的區域集聚特徵，生產企業主要集中在美國和日本。全球範圍內，霍尼韋爾、日礦金屬、東曹、普萊克斯、住友化學、愛發科等資金實力雄厚、技術水平領先、產業經驗豐富的跨國公司居於全球高純濺射靶材行業的領導地位，屬於濺射靶材的傳統強勢企業，憑藉其強大的技術研發實力和市場影響力牢牢佔據全球濺射靶材市場的絕大部分市場份額，主導著全球濺射靶材產業的發展，推動行業技術的進步。

2。國內專業廠商興起，與跨國公司的差距逐步縮小

國內市場中，高純濺射靶材產業起步較晚，主要高純濺射靶材生產企業均由國有資本和少數民營資本所投資。受到技術、資金和人才的限制，國內專業從事高純濺射靶材的生產廠商數量仍然偏少，企業規模和技術水平參差不齊，多數國內廠商還處於企業規模較小、技術水平偏低、產業佈局分散的狀態，市場尚處於開拓初期，主要集中在低端產品領域進行競爭，在半導體晶片、液晶顯示器和太陽能電池等市場還無法與國際巨頭全面抗衡，但是依靠產業政策導向、產品價格優勢已經在國內市場佔有一定的市場份額，並逐步在個別產品或領域擠佔國際廠商的市場空間。經過數年的科技攻關和產業化應用，目前，國內高純濺射靶材生產企業已經逐漸突破關鍵技術門檻，擁有了部分產品的規模化生產能力，整體實力不斷增強，形成了以本公司、有研新材等為代表的專業從事高純濺射靶材的生產商，正在經歷高速發展時期，上升勢頭較快，打破了濺射靶材核心技術由國外壟斷、產品供應完全需要進口的不利局面，不斷彌補國內同類產品的技術缺陷，進一步完善濺射靶材產業發展鏈條，並積極參與國際技術交流和市場競爭。

3。行業市場化程度

濺射靶材是半導體、液晶顯示、太陽能光伏等各應用行業的上游材料，濺射靶材的品質要求高、行業認證壁壘高，行業集中度也很高。同時，濺射靶材行業市場化程度很高，競爭較為激烈。長期以來，濺射靶材主要被日本、美國的國際化企業所壟斷。公司成立後成功進入這一領域，填補了國內的空白。目前雖然在生產能力、品牌知名度方面公司還不能與霍尼韋爾等競爭對手全面競爭，但經過多年的技術積累、品牌建設，憑藉在成本、管理以及客戶服務等方面的優勢，公司已在濺射靶材行業取得了一定的市場份額及品牌知名度。

四、我國濺射靶材行業發展概況

受到發展歷史和技術限制的影響，濺射靶材行業在我國起步較晚，目前仍然屬於一個較新的行業。與國際知名企業生產的濺射靶材相比，我國濺射靶材研發生產技術還存在一定差距，市場影響力相對有限，尤其在半導體晶片、平板顯示器、太陽能電池等領域，全球高純濺射靶材市場依然被美國、日本的濺射靶材生產廠商所控制或壟斷。隨著濺射靶材朝著更高純度、更大尺寸的方向發展，我國濺射靶材生產企業只有不斷進行研發創新，具備較強的產品開發能力，研製出適用不同應用領域的濺射靶材產品，才能在全球濺射靶材市場中佔得一席之地。

半導體晶片、平板顯示器、太陽能電池等下游工業對產品的品質和穩定性等方面有較高的要求，為了嚴格控制產品質量，下游客戶尤其是全球知名廠商在選擇供應商時，供應商資格認證壁壘較高，且認證週期較長。我國高純濺射靶材企業要進入國際市場，首先要透過部分國際組織和行業協會為高純濺射靶材設定的行業性質量管理體系標準；

其次，半導體晶片、平板顯示器、太陽能電池等下游知名客戶均建立了十分完善的客戶認證體系，在高純濺射靶材供應商滿足行業性質量管理體系認證的基礎上，下游客戶往往還會根據自身的質量管理要求再對供應商進行合格供應商認證。認證過程主要包括技術評審、產品報價、樣品檢測、小批次試用、批次生產等幾個階段，認證過程相當苛刻，從新產品開發到實現大批次供貨，整個過程一般需要2-3年時間。為了降低供應商開發與維護成本，保證產品質量的持續性，濺射靶材供應商在透過下游客戶的資格認證後，下游客戶會與濺射靶材供應商保持長期穩定的合作關係，不會輕易更換供應商，並在技術合作、供貨份額等方面向優質供應商傾斜。

近年來，受益於國家從戰略高度持續地支援電子材料行業的發展及應用推廣，我國國內開始出現少量專業從事高純濺射靶材研發和生產的企業，併成功開發出一批能適應高階應用領域的濺射靶材，為高純濺射靶材大規模產業化提供了良好的研發基礎和市場化條件。透過將濺射靶材研發成果產業化，積極參與濺射靶材的國際化市場競爭，我國濺射靶材生產企業在技術和市場方面都取得了長足的進步，改變了高純濺射靶材長期依賴進口的不利局面。

五、行業技術水平及技術特點

1、技術水平及技術特點

先進技術是保證行業快速發展的重要條件。高純濺射靶材製造是一個多學科知識綜合運用、先進技術和手段融合的高科技行業，涉及金屬提純、材料科學、資訊科技等領域融合應用，技術含量豐富。半導體晶片是高純濺射靶材的主要應用領域之一，對濺射靶材的技術要求苛刻。近年來，隨著資訊科技的飛速發展，對半導體晶片的整合度越來越高，使得半導體晶片尺寸不斷縮小，對高純濺射靶材提出了新的技術挑戰，濺射靶材中的晶粒、晶向對濺射薄膜的製備和效能有很大的影響，濺射靶材

的晶粒、晶向主要透過反覆的塑性變形、熱處理工藝進行調整和控制，為了保證薄膜質量及引數的一致性，必須對濺射靶材加工過程進行精細控制，保證同一靶材微觀結構的均質性以及不同批次靶材之間質量的穩定性。

2、技術發展趨勢

（1）提高濺射靶材利用率

由於濺射離子不規則的作用關係，濺射靶材在濺射過程中容易產生不均勻的沖蝕現象，從而造成濺射靶材的利用率普遍偏低。近年來，透過改善濺射機臺和加強產品研發，使得濺射靶材的利用率有所提高，但仍然有很大的提升空間。怎樣提高濺射靶材的利用率將是今後研究設計濺射靶材、濺射機臺的主要課題。

（2）精確控制濺射靶材晶粒晶向

當濺射靶材受到高速度能的離子束流轟擊時，由於濺射靶材內部空隙記憶體在的氣體突然釋放，造成大尺寸的濺射靶材微粒飛濺，這些微粒的出現會降低濺射薄膜的品質甚至導致產品報廢，例如在極大規模積體電路製作工藝過程中，每150mm直徑矽片所能允許的微粒數必須小於30個。怎樣控制濺射靶材的晶粒，解決濺射過程中的微粒飛濺現象成為濺射靶材的研發方向之一。在濺射過程中，濺射靶材中的原子容易沿著特定的方向濺射出來，而濺射靶材的晶向能夠對濺射速率和濺射薄膜的均勻性產生影響，終決定產品的品質，因此，獲得一定晶向的靶材結構至關重要。但要使濺射靶材內部獲得一定晶向，存在較大的難度，需要根據濺射靶材的組織結構特點，採用不同的成型方法，進行反覆的塑性變形、熱處理工藝加以控制。

（3）濺射靶材大尺寸、高純度化發展

濺射靶材的技術發展趨勢與下游應用領域的技術革新息息相關，隨著應用市場在薄膜產品或元件上的技術進步，濺射靶材也需要隨之變化。在下游應用領域中，半導體產業對濺射靶材和濺射薄膜的品質要求高，隨著更大尺寸的矽晶圓片製造出來，相應地要求濺射靶材也朝著大尺寸方向發展，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，為了滿足半導體更高精度、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。

透過上面詳細的介紹，大家應該對濺射靶材這一晶片關鍵製程有了比較全面的瞭解，也就能理解短時間內國內暫時無法制造出自己的晶片的原因了。“中國芯”需要技術的不斷積累和發展，請我們給它點時間。