半導體芯片行業用金屬濺射靶材市場分析

張衛剛，李媛媛＊，孫旭東，王鵬，閆文娟

（西部金屬材料股份有限公司，西安710201；2西安天力金屬復合材料有限公司，西安710201）

1 應用背景

半導體芯片行業是金屬濺射靶材的主要應用領域之一，也是對靶材的成分、組織和性能要求最高的領域。具體地，半導體芯片的制作過程可分為硅片制造、晶圓制造和芯片封裝等三大環節，其中，在晶圓制造和芯片封裝這兩個環節中都需要用到金屬濺射靶材[1]。

（1）硅片制造：單晶硅片的制造過程，首先是將電子級高純多晶硅通過重熔拉成單晶硅棒，切割成厚度為0.5～1.5mm的薄圓片，常見的晶圓直徑包括：150mm、200mm、300mm和450mm等（分別對應6寸、8寸、12寸以及18寸等規格）。

（2）晶圓制造：每個晶圓片上一般包含成百上甚至千個芯片，而每個芯片的內部又包含著數以億計的微型晶體管。晶圓的制造可分為前、后端兩大工序。其中，前端工序，就是按照設計要求在每個芯片上制作出大量微型晶體管的過程。后端工序，是將芯片內部的晶體管用金屬線連接成電路的過程。

（3）芯片封裝：是將芯片上的電路管腳接到芯片封裝外殼的引腳上，從而起到聯接芯片內部與外部電路并且保護芯片的作用。

2 濺射原理

半導體芯片用金屬濺射靶材的作用，就是給芯片上制作傳遞信息的金屬導線。

具體的濺射過程，如圖1所示，首先利用高速離子流，在高真空條件下分別去轟擊不同種類的金屬濺射靶材的表面，使各種靶材表面的原子一層一層地沉積在半導體芯片的表面上，然后再通過的特殊加工工藝，將沉積在芯片表面的金屬薄膜刻蝕成納米級別的金屬線，將芯片內部數以億計的微型晶體管相互連接起來，從而起到傳遞信號的作用。

圖1 半導體芯片用靶材的濺射原理圖

3 靶材分類

半導體芯片行業用的金屬濺射靶材，主要種類包括：銅、鉭、鋁、鈦、鈷和鎢等高純濺射靶材，以及鎳鉑、鎢鈦等合金類的濺射靶材[2]。具體圖2和表1所示：

4 供應格局

當前國際上，日本的日礦金屬、東曹公司以及美國的霍尼韋爾、普萊克斯公司，這四家靶材制造國際巨頭，占居了全球半導體芯片用靶材市場約90%的份額。同時，近年來，以江豐電子、有研新材以及貴研鉑業等為代表的國內靶材制造企業也在快速崛起，并已經在全球靶材市場上占有了一席之地。具體如表2所示。

圖2 半導體芯片行業常用的金屬濺射靶材

5 供應商認證

（1）認證周期較長：

半導體芯片制造企業對靶材合格供應商的認證過程非常漫長和苛刻，一般至少需要2-3年以上。對絕大多數靶材生產企業來說，都難以承受在此期間所要付出的巨大資金、人力以及時間成本，而對芯片制造企業來說，開發新的合格供應商的時間成本和風險也很高，在現有靶材供應商能夠滿足其生產需求的情況下，對引入新的供應商幾乎沒有興趣。這些也是造成該行業高技術壁壘的原因之一。

（2）認證模式各異：

半導體芯片制造企業對靶材合格供應商的認證模式各不相同。其中，要進入日、韓等國家芯片制造企業的靶材供應商，則必須通過日、韓本國的中間商或者商社來間接供應；要進入英特爾的靶材供應商，則必須通過應用材料（AM）的推薦；要進入全世界最大的晶圓代工企業臺積電的靶材供應商，則需要通過其最終客戶（蘋果和華為等）的認可。

（3）供應商的份額：

半導體芯片制造企業對其所需要的每一種濺射靶材，一般都會選擇三家左右的穩定供應商。并且，從排名第一的供應商處的采購量最大，從排名第二的供應商處的采購量較小，而排名第三的供應商則基本相當于備胎。

表1 半導體芯片行業用主要金屬濺射靶材簡介

6 結論

（1）半導體芯片的制作過程可大致分為硅片制造、晶圓制造和芯片封裝等三個環節，其中，在晶圓制造和芯片封裝兩個環節中都需要用到金屬濺射靶材。

（2）半導體芯片行業用的金屬濺射靶材，主要種類包括：銅、鉭、鋁、鈦、鈷和鎢等高純濺射靶材，以及鎳鉑、鎢鈦等合金類的濺射靶材。

（3）銅靶和鉭靶通常配合起來使用。目前晶圓的制造正朝著更小的制程方向發展，銅導線工藝的應用量在逐步增大，因此，銅和鉭靶材的需求將有望持續增長。

表2 國內外半導體芯片用靶材的主要供應商介紹

（4）鋁靶和鈦靶通常配合起來使用。目前，在汽車電子芯片等需要110nm以上技術節點來保證其穩定性和抗干擾性的領域，仍需大量使用鋁、鈦靶材。

（5）國外方面，日本的日礦金屬、東曹公司以及美國的霍尼韋爾、普萊克斯公司，這四家靶材制造國際巨頭，占居了全球半導體芯片用靶材市場約90%的份額。而德國世泰科公司是全球領先的鎢、鉬鉭、鈮、錸及陶瓷粉提供商，并幾乎壟斷著全球半導體芯片用鉭靶材的鉭粉原料和鉭靶坯的供應。

（6）國內方面，以江豐電子、有研新材以及貴研鉑業等為代表的國內靶材制造企業近年來正在快速崛起，其鋁、鈦、銅、鉭、鈷等高純靶材以及鎢鈦、鎳鉑等合金靶材，已在全球市場占有了一席之地。

（7）半導體芯片制造企業對其靶材合格供應商的認證過程十分苛刻，且各家認證模式也各不相同，絕大多數供應商都難以承受認證過程中的巨大資金和時間成本，而芯片制造企業也對引入新的供應商興趣不大。

（8）半導體芯片制造企業對其所需要的每一種濺射靶材，一般都會選擇三家左右的穩定供應商。但主要從排名第一的供應商處的大量采購，從排名第二的供應商處的采購份額較小，排名第三及以后的供應商則基本相當于備胎。