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靶材是 PVD 的核心材料

发布时间:2022-12-01阅读:832

靶材:PVD 沉积核心材料,薄膜沉积重要组成部分
靶材是 PVD 的核心材料。物理气相沉积(Physical Vapor Deposition)技术是制备电子薄膜材料的主要技术之一,是利用物理方法在基板表面沉积薄膜的方式,根据沉积方式的不同,PVD 分为溅射法和蒸镀法,被沉积的材料称为靶材。靶材是 PVD 的核心材料。
溅射法是利用离子源产生的离子,在真空中加速聚集成高速离子流,轰击固体表面,离子和固体表面的原子发生动能交换,使固体表面的原子离开靶材并沉积在基材表面,从而形成纳米(或微米)薄膜。被轰击的固体是 PVD 沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。靶材质量的好坏对薄膜的性能起着至关重要的决定作用
真空蒸发镀膜是指在真空条件下,利用膜材加热装置(称为蒸发源)的热能,通过加热蒸发某种物质使其沉积在基板材料表面的一种沉积技术。被蒸发的物质是用真空蒸发镀膜法沉积薄膜材料的原材料,称之为蒸镀材料。真空蒸发镀膜技术具有简单便利、操作方便、成膜速度快等特点,主要应用于小尺寸基板材料的镀膜。
按照应用不同、化学成分不同、形状不同,靶材产品有三种分类方式。按下游应用可分为半导体靶材、平面显示靶材、太阳能靶材和其他类;按形状不同可分为长靶、方靶和圆靶;按照化学成分不同,可分为金属靶材、化合物靶材和合金靶材。
靶材产业链可以分为金属提纯、靶材制造、镀膜和终端应用四个环节。首先是金属提纯,原材料铝、铜、钽、钛等金属以金属提纯方式形成高纯金属,作为靶材制造的原材料;第二环节是靶材制造,将高纯金属通过加工形成溅射靶材,制造好的靶材包括靶坯和背板两部分,靶坯是溅射靶材的主体,背板起固定靶坯的作用。第三个环节是镀膜,以溅射镀膜为例,以高速离子束流轰击靶坯,溅射出靶坯表面原子,沉积于基板从而制成电子薄膜,电子薄膜按照应用不同有不同分类;最后将薄膜材料应用于半导体芯片、平板显示器、信息存储、光学元器件、薄膜太阳能等不同领域。
靶材市场主要分布于平板显示、记录媒体、太阳能电池和半导体四大领域,其中半导体占比约 10%。根据华经产业研究院数据,截至 2021 年,四大领域靶材市场占比约 94%,其中平板显示、记录媒体和太阳能电池占比较高,分别为 34%、29%和 21%,半导体占比约 10%。
1、半导体靶材市场发展迅速,制造与封装不可或缺
根据 SEMI 数据,全球半导体靶材市场规模整体保持增长态势。2021 年为 16.95亿美元,同比增长超过 20%,其中晶圆制造用靶材 10.5 亿美元,封装用靶材 6.45亿美元。
根据智研咨询数据,2021 年中国半导体靶材市场约,预计 2022 年中国半导体靶材的市场规模将达到 75.1 亿元,同比增长 19%,2018-2022 年,中国半导体靶材市场规模一直保持较快增速,CAGR 值为 22.1%。一方面系消费电子、5G、新能源等半导体下游应用快速发展,另一方面由于国内政策推动了半导体产业进一步向国内转移。
靶材在晶圆制造与芯片封装中均有应用。在晶圆制造过程中,靶材主要用于晶圆导电层、阻挡层的沉积以及金属栅极的溅镀,在封装过程中主要用于贴片焊线过程中的镀膜。其中铜靶、铝靶常作为导电层,钽靶、钛靶常作为阻挡层,镍铬合金靶、钴靶、钨钛合金靶等常作为接触层。
铜、钽靶材受益于先进制程发展,铝、钛靶材受益于汽车电子发展。在晶圆制造过程中,在 110nm 以上的技术节点,常以铝和钛作为一组导电层和阻挡层来使用,进入 110nm 以下的技术节点后,出于对更高导电性能的要求,用铜替换铝作为导电层,用钽替换钛作为阻挡层。因此,先进制程的发展将刺激铜靶、钽靶的需求量增加,而汽车电子所需的功率芯片通常 110nm 以上制程即可满足,铝靶、钛靶将受益于汽车电子发展。
2、靶材市场国产化率偏低,国内头部企业成长迅速
目前国内靶材市场 80%被美日企业所垄断,国产化率不足 20%。由于溅射镀膜工艺起源于国外,国外靶材公司相较于国内拥有更长时间的成长历史和技术积淀,在靶材市场处于主导地位,根据华经产业研究院数据,截至 2021 年,美日头部靶材企业占据了全球市场的 80%,其中 JX 日矿金属、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯分别占比 30%、20%、20%和 10%。国内企业虽然处于国产替代初期,但头部厂商成长迅速,目前江丰电子、有研新材、阿石创、隆华科技、映日科技等在下游各领域国产企业均打开了一定市场。
国家政策推进靶材发展,推动靶材国产化。近年来,国家不断出台新的政策法规,来推动靶材行业国产化的发展,特别是集成电路产业的靶材国产化。2021 年颁布的《“十四五”规划和 2035 年远景目标纲要》中,重点提到了集成电路攻关方面,高纯靶材为重点攻关方向之一,国家政策的大力扶持进一步助力靶材产业的国产替代发展。
在国家政策的支持下,国内企业在高纯靶材市场已打开一定空间,江丰电子、有研新材等厂商在国内外多家头部厂商已经具备一定的高纯靶材供货规模,随着晶圆集成度提升,靶材需求将继续向多品类、高纯度发展。
 

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