在芯片制造的巨大產(chǎn)業(yè)鏈中，靶材是一個(gè)小而精的關(guān)鍵領(lǐng)域。它猶如芯片的「基因載體」，通過(guò)濺射工藝將自身原子一層層地沉積在硅片上，形成芯片內(nèi)部的導(dǎo)電層或阻擋層。

沒(méi)有高純度的靶材，就沒(méi)有先進(jìn)制程的芯片。

為何純度決定芯片命運(yùn)

半導(dǎo)體芯片行業(yè)是金屬濺射靶材核心應(yīng)用場(chǎng)景之一，同時(shí)也是對(duì)靶材成分純度、微觀組織均勻性及綜合性能要求最為嚴(yán)苛的領(lǐng)域。從半導(dǎo)體芯片的完整制造流程來(lái)看，可劃分為硅片制造、晶圓制造與芯片封裝三大核心環(huán)節(jié)，而金屬濺射靶材的應(yīng)用主要集中在晶圓制造和芯片封裝這兩個(gè)關(guān)鍵階段。

在半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)中，金屬濺射靶材的核心作用是為芯片構(gòu)建用于傳遞信息的金屬導(dǎo)線，其具體濺射過(guò)程需在高真空環(huán)境下完成：首先通過(guò)高速離子流對(duì)不同類(lèi)型的金屬濺射靶材表面進(jìn)行轟擊，使靶材表面的原子以層狀形式沉積在半導(dǎo)體芯片表面，形成金屬薄膜；隨后借助特殊的精密加工工藝，將芯片表面的金屬薄膜刻蝕成納米級(jí)別的金屬導(dǎo)線，最終實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部數(shù)以?xún)|計(jì)微型晶體管的相互連接，從而達(dá)成信號(hào)傳遞的功能。

從材質(zhì)分類(lèi)來(lái)看，半導(dǎo)體芯片行業(yè)常用的金屬濺射靶材主要包括兩大類(lèi)：一是高純?yōu)R射靶材，如銅、鉭、鋁、鈦、鈷、鎢等；二是合金類(lèi)濺射靶材，典型代表為鎳鉑合金、鎢鈦合金等。

在芯片生產(chǎn)的導(dǎo)電層工藝中，鋁和銅是目前主流的導(dǎo)線材質(zhì)，且不同技術(shù)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的工藝選擇：通常情況下，110nm 及以上晶圓技術(shù)節(jié)點(diǎn)的芯片采用鋁導(dǎo)線工藝，此時(shí)會(huì)以鈦材料作為阻擋層薄膜；而 110nm 以下晶圓技術(shù)節(jié)點(diǎn)的芯片則采用銅導(dǎo)線工藝，阻擋層薄膜一般選用鉭材料。在實(shí)際芯片應(yīng)用場(chǎng)景中，兩種工藝需結(jié)合使用——通過(guò)銅、鉭等材料對(duì)應(yīng)的先進(jìn)工藝，可實(shí)現(xiàn)芯片功耗降低、運(yùn)算速度提升的效果；同時(shí)依托鋁、鈦材料對(duì)應(yīng)的 110nm 以上節(jié)點(diǎn)工藝，能夠保障芯片的可靠性與抗干擾性能，二者共同支撐芯片的穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)芯片制造進(jìn)入 7 納米以下工藝時(shí)，對(duì)靶材純度的要求達(dá)到了近乎苛刻的程度：金屬雜質(zhì)需控制在十億分之一（ppb）級(jí)別，相當(dāng)于在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)奧運(yùn)游泳池中只能存在幾粒鹽的雜質(zhì)。

來(lái)源：江豐電子招股說(shuō)明書(shū)

這種極致的技術(shù)要求源于半導(dǎo)體工藝的物理極限。在先進(jìn)制程中，靶材原子通過(guò)濺射過(guò)程沉積在硅片上，形成納米級(jí)的薄膜電路。任何微小的雜質(zhì)都會(huì)導(dǎo)致電路短路或性能衰減。例如，在銅互連工藝中，即使微量的氧元素也會(huì)顯著增加電阻，直接影響芯片的運(yùn)算速度與功耗。

國(guó)內(nèi)靶材企業(yè)通過(guò)原創(chuàng)性技術(shù)突破，正在逐步攻克這些技術(shù)壁壘。江豐電子開(kāi)發(fā)的超高純鈦（5N 鈦）靶材純度達(dá)到 99.999%，創(chuàng)造了行業(yè)新紀(jì)錄；有研新材則通過(guò)真空熔煉技術(shù)，將鋁靶材的晶粒尺寸控制在 20 微米以下，顯著提高了薄膜均勻性。這些突破不僅體現(xiàn)了技術(shù)層面的進(jìn)步，更意味著中國(guó)企業(yè)在材料科學(xué)基礎(chǔ)研究上的持續(xù)投入開(kāi)始收獲成果。

從全球技術(shù)格局看，靶材技術(shù)正朝著多元化方向發(fā)展。隨著三維芯片、異質(zhì)集成等新興技術(shù)的崛起，對(duì)特種靶材的需求日益增長(zhǎng)——硅通孔技術(shù)需要高深寬比的鉭阻擋層靶材，而晶圓級(jí)封裝則對(duì)低溫焊接用錫靶提出了新要求。

應(yīng)用在哪里？

靶材的形態(tài)與材質(zhì)需適配不同應(yīng)用場(chǎng)景，按形狀可分為長(zhǎng)（正）方體形、圓柱體形、無(wú)規(guī)則形及實(shí)心、空心靶材；按材料可分為純金屬（鋁、鈦、銅、鉭等）、合金（鎳鉻、鎳鈷合金等）、無(wú)機(jī)非金屬（氧化物、硅化物、碳化物等陶瓷化合物）及復(fù)合材料靶材，廣泛應(yīng)用于集成電路、平板顯示、太陽(yáng)能電池等多領(lǐng)域，其中高純靶材主打?qū)Σ牧霞兌取⒎€(wěn)定性要求高的場(chǎng)景，而半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)Π胁募夹g(shù)要求最高、價(jià)格最昂貴。

半導(dǎo)體靶材用于晶圓導(dǎo)電阻擋層及芯片封裝金屬布線層制作，雖在晶圓制造、封裝環(huán)節(jié)成本占比均僅約 3%（SEMI 數(shù)據(jù)），但品質(zhì)直接影響導(dǎo)電層、阻擋層均勻性與性能，進(jìn)而決定芯片傳輸速度及穩(wěn)定性。

光伏靶材核心用途是形成太陽(yáng)能薄膜電池背電極，晶體硅太陽(yáng)能電池中僅 PVD 工藝高轉(zhuǎn)化率硅片電池可能用到，硅片涂覆型電池則無(wú)需使用，且對(duì)靶材純度要求低于半導(dǎo)體領(lǐng)域（99.99%（5N）以上即可），形態(tài)以方形板狀為主。

薄膜電池背電極兼具三大功能：作為單體電池負(fù)極、串聯(lián)導(dǎo)電通道、提升光反射率，所用靶材包括鋁靶、銅靶（導(dǎo)電層）、鉬靶、鉻靶（阻擋層）及 ITO 靶、AZO 靶（氧化鋁鋅，透明導(dǎo)電層）。目前晶體硅太陽(yáng)能電池因轉(zhuǎn)化效率高、性能穩(wěn)定、產(chǎn)業(yè)鏈成熟，占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，薄膜電池靶材應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)聚焦。

光學(xué)器件靶材通過(guò)濺射鍍膜形成介電質(zhì)膜與金屬膜，組成膜系改變光波透射、反射、吸收、偏振等傳導(dǎo)特性，核心材料為硅、鈮、二氧化硅、鉭等。

其應(yīng)用覆蓋消費(fèi)電子（智能手機(jī)、車(chē)載鏡頭、安防監(jiān)控、數(shù)碼相機(jī)等）、高端裝備（航空航天監(jiān)測(cè)鏡頭、生物識(shí)別設(shè)備、DNA 測(cè)序儀器、醫(yī)療檢查鏡頭、半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備、IMAX 投影鏡頭、3D 打印機(jī)）等領(lǐng)域，是光學(xué)元器件與鏡頭實(shí)現(xiàn)特定光學(xué)功能的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。

國(guó)產(chǎn)力量，正搶灘

在移動(dòng)智能終端、平板電腦、消費(fèi)電子以及汽車(chē)電子產(chǎn)品等下游市場(chǎng)需求的持續(xù)拉動(dòng)下，高純?yōu)R射靶材行業(yè)整體呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，全球市場(chǎng)規(guī)模已逼近百億美元。根據(jù) QYR 的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)，2023 年全球半導(dǎo)體濺射靶材市場(chǎng)銷(xiāo)售額達(dá)到了 19.51 億美元，預(yù)計(jì) 2030 年將達(dá)到 32.58 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為 6.8%（2024-2030）。從增長(zhǎng)速度來(lái)看，過(guò)去 5 年間，半導(dǎo)體用靶材市場(chǎng)基本保持著 10% 以上的年均增速，展現(xiàn)出穩(wěn)定的增長(zhǎng)潛力。

當(dāng)前，中國(guó)集成電路靶材市場(chǎng)正處于高速發(fā)展與國(guó)產(chǎn)替代的關(guān)鍵時(shí)期。盡管?chē)?guó)際市場(chǎng)長(zhǎng)期由少數(shù)幾家巨頭壟斷，但國(guó)內(nèi)企業(yè)正奮力追趕。

國(guó)際市場(chǎng)看，全球半導(dǎo)體用超高純度金屬靶材市場(chǎng)高度集中于少數(shù)幾家國(guó)外企業(yè)，如日礦金屬（JX Nippon Mining & Metals）、霍尼韋爾（Honeywell）、普萊克斯（Praxair）、優(yōu)美科（Umicore）等。這些企業(yè)憑借長(zhǎng)期的技術(shù)積累、嚴(yán)格的品控和與國(guó)際主流芯片制造商的深度綁定，在高端靶材市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，尤其是在銅、鉭、鈷、鎳鉑、鎢等高純靶材方面具有較高市場(chǎng)份額。

來(lái)源：方正證券半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫制表

在我國(guó)，集成電路用高純金屬濺射靶材行業(yè)起步相對(duì)較晚，早期產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱。不過(guò)近年來(lái)，受益于國(guó)家政策的大力支持以及行業(yè)自身的持續(xù)成長(zhǎng)，該行業(yè)不僅成功突破了多項(xiàng)關(guān)鍵制備技術(shù)，還構(gòu)建起完整的高純金屬原料與濺射靶材研發(fā)制造體系，產(chǎn)品性能與世界先進(jìn)水平的差距正逐步縮小。

在高純金屬領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)緊密?chē)@集成電路用靶材的需求，協(xié)同推動(dòng)高純金屬材料行業(yè)向前發(fā)展，其中新疆眾和股份有限公司、有研億金新材料有限公司、寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司、金川集團(tuán)股份有限公司、寧波創(chuàng)潤(rùn)新材料有限公司、廈門(mén)鎢業(yè)股份有限公司等企業(yè)是行業(yè)內(nèi)的代表性力量。從整體發(fā)展情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)企業(yè)已熟練掌握多種高純金屬的制備技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用：一方面，通過(guò)嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)元素的含量，成功將金屬純度從工業(yè)級(jí)提升至電子級(jí)；另一方面，完成了高純鋁、銅、鈦、鉭、鎳、鈷及貴金屬等材料的國(guó)產(chǎn)化替代，具體純度指標(biāo)如下——鋁純度超過(guò) 5N5、銅純度超過(guò) 6N、鉭純度超過(guò) 4N5，鈦、鎳、鈷、金、銀、鉑、鎢等金屬純度均超過(guò) 5N，同時(shí)還制備出大尺寸、低缺陷、高純度的金屬坯料，為濺射靶材的生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)原料。

在濺射靶材領(lǐng)域，以有研億金新材料有限公司、寧波江豐電子材料股份有限公司為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)，已在國(guó)際市場(chǎng)中占據(jù)了一定的份額。2024 年，江豐電子靶材出貨量時(shí)隔四年以 26.8% 的占比達(dá)到世界第一。

來(lái)源：ICWORLD 江豐電子半導(dǎo)體靶材事業(yè)部總經(jīng)理蔣劍勇發(fā)表演講《半導(dǎo)體先進(jìn)工藝與靶材升級(jí)的協(xié)同路徑》

針對(duì)不同種類(lèi)高純金屬的加工特性，相關(guān)企業(yè)制定了專(zhuān)屬的微觀組織控制策略，并不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，成功突破了晶粒細(xì)化與取向可控、高質(zhì)量焊接、精密加工與檢測(cè)等關(guān)鍵制備技術(shù)。同時(shí)，這些企業(yè)還積極聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，在靶材設(shè)計(jì)及制備、薄膜性能測(cè)試評(píng)價(jià)等全技術(shù)鏈條上開(kāi)展深度合作，有效驅(qū)動(dòng)了技術(shù)的迭代創(chuàng)新。目前，國(guó)內(nèi)在高純鋁及鋁合金、鈦、銅及銅合金、鈷、鎳鉑及貴金屬等靶材的技術(shù)研發(fā)上均取得重大突破，產(chǎn)品性能已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，且通過(guò)了國(guó)內(nèi)外集成電路企業(yè)的嚴(yán)格驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)與穩(wěn)定供應(yīng)。

結(jié)語(yǔ)

在芯片制造這一龐大的產(chǎn)業(yè)鏈中，靶材作為關(guān)鍵材料，扮演著不可或缺的角色。隨著半導(dǎo)體技術(shù)日益向更小的工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)展，對(duì)靶材的要求已超越了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入了一個(gè)精細(xì)化、高純度的新階段。正如我們所見(jiàn)，靶材的純度和質(zhì)量直接決定了芯片的性能和穩(wěn)定性，甚至是整個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

國(guó)內(nèi)企業(yè)在這一領(lǐng)域的不斷突破，標(biāo)志著中國(guó)在全球高端材料技術(shù)中的崛起。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)靶材制造商不僅填補(bǔ)了多項(xiàng)技術(shù)空白，也為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供了有力的支撐。尤其是在高純金屬靶材的國(guó)產(chǎn)化替代上，國(guó)內(nèi)企業(yè)的進(jìn)展讓我們看到更多的希望和潛力。

未來(lái)，隨著 3D 芯片、異質(zhì)集成等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，靶材需求將更加多樣化、細(xì)分化。這對(duì)生產(chǎn)廠家提出了更高要求，同時(shí)也帶來(lái)了更大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。