现代生活中人们每时每刻离不开溅射靶材。智能手机、信用卡、照相机、二代身份证……它们都有一颗“芯”。而芯片中长度近万米的超细金属导线,就是由溅射靶材制造。
随着半导体行业的迅速发展,对溅射靶材的需求越来越大,已成为半导体工业的战略性关键材料。但是长期以来,我国的溅射靶材完全依赖美国、日本进口,不制了我国电子材料及半导体行业的发展,更影响到国家半导体信息产业及战略安全。
有人曾戏言,我国的半导体芯片产业除了水和空气来自中国,其余所有的设备、材料和工艺都来自国外。但中国需要半导体材料产业的发展,它是国家安全和所有信息产业进步的基础。
一、高纯金属靶材简介
随着科学技术的进步,尤其是电子器件朝着小型化、集成化、低功耗的趋势发展,电子薄膜材料越来越受到重视,电子薄膜材料的制备工艺也取得了很大的进展,已经应用于电子器件的大规模生产中。目前,电子薄膜材料的制备工艺主要包括物理气相沉积技术(pVO)、化学气相沉积技术(CVD)等。
溅射属于物理气相沉积技术的一种,是制备电子薄膜材料的主要技术之一,它利用离子源产生的离子,在高真空中经过加速聚集,而形成高动能的离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。
溅射靶材工作原理基本情况
一般来说,溅射靶材主要由靶坯、背板等部分构成,其中,靶坯是高速离子束流轰击的目标材料,属于溅射靶材的核心部分,在溅射镀膜过程中,靶坯被离子撞击后,其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜;由于高纯度金属普遍较软,而溅射靶材需要安装在专用的机台内完成溅射过程,机台内部为高电压、高真空环境,因此,背板主要起到固定溅射靶材的作用,且需要具备良好的导电、导热性能。
二、高纯金靶材应用
溅射靶材的应用领域广泛,由于应用领域的不同,溅射靶材对金属材料的选择和性能要求存在一定差异。
三、产业链及工艺流程图
高纯金属靶材产业链
相关工艺流程
四、高纯金属靶材市场分析
20世纪90年代以来,随着消费电子等终端应用市场的飞速发展,高纯溅射靶材的市场规模日益扩大,呈现高速增长的势头。据统计,2014年世界高纯溅射靶材市场的年销售额约85.7亿美元。据预测,未来5年,世界溅射靶材的市场规模将超过160亿美元,高纯溅射靶材市场规模年复合增长率可达到13%。
国际半导体设备与材料协会(SEMI)2014年4月公布统计数据:2013年全球半导体材料销售额为434.6亿美元,其中晶圆制造材料销售额为227.6亿美元,封装材料为207亿美元。在晶圆制造材料中,溅射靶材约占芯片制造材料市场的2.6%。在封装测试材料中,溅射靶材约占封装测试材料市场的2.3%。2014年全球半导体用溅射靶材销售额为11.6亿美元。
中国半导体产业的持续发展也为半导体制造材料市场的发展奠定了良好的基础。2013年,我国半导体制造材料市场规模达到485.34亿元,较2011年上涨了22.0%。预计到2015年,市场规模将达到619.57亿元。其中,2014年,我国集成电路用溅射靶材市场规模为11.3亿元,较2011年上涨了36.1%,预计到2016年将达到14.8亿元。
太阳能光伏产业的快速发展给太阳能电池用溅射靶材市场带来了巨大的成长空间,2014年全球太阳能电池用溅射靶材市场规模15.2亿美元,比2013年增长31.2%。
五、高纯金属靶材行业格局
①跨国公司竞争优势明显处于行业领导地位
高纯溅射靶材是伴随着半导体工业的发展而兴起的,属于典型的技术密集型产业,产品技术含量高,研发生产设备专用性强。美国、日本的半导体工业相继催生了一批高纯溅射靶材生产厂商,并于当前居于全球市场的主导地位,在一定程度上,全球半导体工业的区域集聚性造就了高纯溅射靶材生产企业的高度聚集。
②国内专业厂商兴起与跨国公司的差距逐步缩小
中,高纯溅射靶材产业起步较晚,主要高纯溅射靶材生产企业均由国有资本和少数民营资本所投资。目前,国内高纯溅射靶材生产企业已经逐渐突破关键技术门槛,打破了溅射靶材核心技术由国外垄断、产品供应完全需要进口的不利局面,不断弥补国内同类产品的技术缺陷,进一步完善溅射靶材产业发展链条,并积极参与国际技术交流和市场竞争。
技术发展方向
①提高溅射靶材利用率
②控制溅射靶材晶粒晶向
③溅射靶材大尺寸、高纯度化发展
六、相关政策解读
①《新材料产业“十二五“发展规划》
积极发展高纯稀有金属及靶材,大规格钼电极、高品质钼丝、高精度钨窄带、钨钼大型板材和制件、高纯睐及合金制品等高技术含量深加工材料;积极开发高导热铜合金引线框架、键合丝、稀贵金属钎焊材料、钢锡氧化物(ITO)靶材、电磁屏蔽材料,满足信息产业需要。
②《新材料产业“+二五“重点产品目录》
高性能靶材(包括超高纯铝、钛、铜溅射靶材,超大尺寸高纯铝、铜、铬、钼溅射靶材,高纯相及其靶材等)被列为新材料产业“十二五“重点产品。
③《“十二五“国家战略性新兴产业发展规划》
积极发展高纯稀有金属及靶材、原子能级锆材、高端钨钼材料及制品等,加快推进高纯硅材料、新型半导体材料、磁敏材料、高性能膜材料等产业化。