半导体芯片行业用金属溅射靶材市场分析

张卫刚，李媛媛＊，孙旭东，王鹏，闫文娟

（西部金属材料股份有限公司，西安710201；2西安天力金属复合材料有限公司，西安710201）

1 应用背景

半导体芯片行业是金属溅射靶材的主要应用领域之一，也是对靶材的成分、组织和性能要求最高的领域。具体地，半导体芯片的制作过程可分为硅片制造、晶圆制造和芯片封装等三大环节，其中，在晶圆制造和芯片封装这两个环节中都需要用到金属溅射靶材[1]。

（1）硅片制造：单晶硅片的制造过程，首先是将电子级高纯多晶硅通过重熔拉成单晶硅棒，切割成厚度为0.5～1.5mm的薄圆片，常见的晶圆直径包括：150mm、200mm、300mm和450mm等（分别对应6寸、8寸、12寸以及18寸等规格）。

（2）晶圆制造：每个晶圆片上一般包含成百上甚至千个芯片，而每个芯片的内部又包含着数以亿计的微型晶体管。晶圆的制造可分为前、后端两大工序。其中，前端工序，就是按照设计要求在每个芯片上制作出大量微型晶体管的过程。后端工序，是将芯片内部的晶体管用金属线连接成电路的过程。

（3）芯片封装：是将芯片上的电路管脚接到芯片封装外壳的引脚上，从而起到联接芯片内部与外部电路并且保护芯片的作用。

2 溅射原理

半导体芯片用金属溅射靶材的作用，就是给芯片上制作传递信息的金属导线。

具体的溅射过程，如图1所示，首先利用高速离子流，在高真空条件下分别去轰击不同种类的金属溅射靶材的表面，使各种靶材表面的原子一层一层地沉积在半导体芯片的表面上，然后再通过的特殊加工工艺，将沉积在芯片表面的金属薄膜刻蚀成纳米级别的金属线，将芯片内部数以亿计的微型晶体管相互连接起来，从而起到传递信号的作用。

图1 半导体芯片用靶材的溅射原理图

3 靶材分类

半导体芯片行业用的金属溅射靶材，主要种类包括：铜、钽、铝、钛、钴和钨等高纯溅射靶材，以及镍铂、钨钛等合金类的溅射靶材[2]。具体图2和表1所示：

4 供应格局

当前国际上，日本的日矿金属、东曹公司以及美国的霍尼韦尔、普莱克斯公司，这四家靶材制造国际巨头，占居了全球半导体芯片用靶材市场约90%的份额。同时，近年来，以江丰电子、有研新材以及贵研铂业等为代表的国内靶材制造企业也在快速崛起，并已经在全球靶材市场上占有了一席之地。具体如表2所示。

图2 半导体芯片行业常用的金属溅射靶材

5 供应商认证

（1）认证周期较长：

半导体芯片制造企业对靶材合格供应商的认证过程非常漫长和苛刻，一般至少需要2-3年以上。对绝大多数靶材生产企业来说，都难以承受在此期间所要付出的巨大资金、人力以及时间成本，而对芯片制造企业来说，开发新的合格供应商的时间成本和风险也很高，在现有靶材供应商能够满足其生产需求的情况下，对引入新的供应商几乎没有兴趣。这些也是造成该行业高技术壁垒的原因之一。

（2）认证模式各异：

半导体芯片制造企业对靶材合格供应商的认证模式各不相同。其中，要进入日、韩等国家芯片制造企业的靶材供应商，则必须通过日、韩本国的中间商或者商社来间接供应；要进入英特尔的靶材供应商，则必须通过应用材料（AM）的推荐；要进入全世界最大的晶圆代工企业台积电的靶材供应商，则需要通过其最终客户（苹果和华为等）的认可。

（3）供应商的份额：

半导体芯片制造企业对其所需要的每一种溅射靶材，一般都会选择三家左右的稳定供应商。并且，从排名第一的供应商处的采购量最大，从排名第二的供应商处的采购量较小，而排名第三的供应商则基本相当于备胎。

表1 半导体芯片行业用主要金属溅射靶材简介

6 结论

（1）半导体芯片的制作过程可大致分为硅片制造、晶圆制造和芯片封装等三个环节，其中，在晶圆制造和芯片封装两个环节中都需要用到金属溅射靶材。

（2）半导体芯片行业用的金属溅射靶材，主要种类包括：铜、钽、铝、钛、钴和钨等高纯溅射靶材，以及镍铂、钨钛等合金类的溅射靶材。

（3）铜靶和钽靶通常配合起来使用。目前晶圆的制造正朝着更小的制程方向发展，铜导线工艺的应用量在逐步增大，因此，铜和钽靶材的需求将有望持续增长。

表2 国内外半导体芯片用靶材的主要供应商介绍

（4）铝靶和钛靶通常配合起来使用。目前，在汽车电子芯片等需要110nm以上技术节点来保证其稳定性和抗干扰性的领域，仍需大量使用铝、钛靶材。

（5）国外方面，日本的日矿金属、东曹公司以及美国的霍尼韦尔、普莱克斯公司，这四家靶材制造国际巨头，占居了全球半导体芯片用靶材市场约90%的份额。而德国世泰科公司是全球领先的钨、钼钽、铌、铼及陶瓷粉提供商，并几乎垄断着全球半导体芯片用钽靶材的钽粉原料和钽靶坯的供应。

（6）国内方面，以江丰电子、有研新材以及贵研铂业等为代表的国内靶材制造企业近年来正在快速崛起，其铝、钛、铜、钽、钴等高纯靶材以及钨钛、镍铂等合金靶材，已在全球市场占有了一席之地。

（7）半导体芯片制造企业对其靶材合格供应商的认证过程十分苛刻，且各家认证模式也各不相同，绝大多数供应商都难以承受认证过程中的巨大资金和时间成本，而芯片制造企业也对引入新的供应商兴趣不大。

（8）半导体芯片制造企业对其所需要的每一种溅射靶材，一般都会选择三家左右的稳定供应商。但主要从排名第一的供应商处的大量采购，从排名第二的供应商处的采购份额较小，排名第三及以后的供应商则基本相当于备胎。