半導(dǎo)體芯片行業(yè)用金屬濺射靶材市場分析

張衛(wèi)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(fù)合材料有限公司，西安710201）

1 應(yīng)用背景

半導(dǎo)體芯片行業(yè)是金屬濺射靶材的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，也是對靶材的成分、組織和性能要求最高的領(lǐng)域。具體地，半導(dǎo)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(huán)節(jié)，其中，在晶圓制造和芯片封裝這兩個(gè)環(huán)節(jié)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(yīng)6寸、8寸、12寸以及18寸等規(guī)格）。

（2）晶圓制造：每個(gè)晶圓片上一般包含成百上甚至千個(gè)芯片，而每個(gè)芯片的內(nèi)部又包含著數(shù)以億計(jì)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(shè)計(jì)要求在每個(gè)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(nèi)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(lián)接芯片內(nèi)部與外部電路并且保護(hù)芯片的作用。

2 濺射原理

半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(nèi)部數(shù)以億計(jì)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(dǎo)體芯片用靶材的濺射原理圖

3 靶材分類

半導(dǎo)體芯片行業(yè)用的金屬濺射靶材，主要種類包括：銅、鉭、鋁、鈦、鈷和鎢等高純?yōu)R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(yīng)格局

當(dāng)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(dǎo)體芯片用靶材市場約90%的份額。同時(shí)，近年來，以江豐電子、有研新材以及貴研鉑業(yè)等為代表的國內(nèi)靶材制造企業(yè)也在快速崛起，并已經(jīng)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(dǎo)體芯片行業(yè)常用的金屬濺射靶材

5 供應(yīng)商認(rèn)證

（1）認(rèn)證周期較長：

半導(dǎo)體芯片制造企業(yè)對靶材合格供應(yīng)商的認(rèn)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(shù)靶材生產(chǎn)企業(yè)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(shí)間成本，而對芯片制造企業(yè)來說，開發(fā)新的合格供應(yīng)商的時(shí)間成本和風(fēng)險(xiǎn)也很高，在現(xiàn)有靶材供應(yīng)商能夠滿足其生產(chǎn)需求的情況下，對引入新的供應(yīng)商幾乎沒有興趣。這些也是造成該行業(yè)高技術(shù)壁壘的原因之一。

（2）認(rèn)證模式各異：

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

（3）供應(yīng)商的份額：

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

表1 半導(dǎo)體芯片行業(yè)用主要金屬濺射靶材簡介

6 結(jié)論

（1）半導(dǎo)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(gè)環(huán)節(jié)，其中，在晶圓制造和芯片封裝兩個(gè)環(huán)節(jié)中都需要用到金屬濺射靶材。

（2）半導(dǎo)體芯片行業(yè)用的金屬濺射靶材，主要種類包括：銅、鉭、鋁、鈦、鈷和鎢等高純?yōu)R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(fā)展，銅導(dǎo)線工藝的應(yīng)用量在逐步增大，因此，銅和鉭靶材的需求將有望持續(xù)增長。

表2 國內(nèi)外半導(dǎo)體芯片用靶材的主要供應(yīng)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(shù)節(jié)點(diǎn)來保證其穩(wěn)定性和抗干擾性的領(lǐng)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(dǎo)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(lǐng)先的鎢、鉬鉭、鈮、錸及陶瓷粉提供商，并幾乎壟斷著全球半導(dǎo)體芯片用鉭靶材的鉭粉原料和鉭靶坯的供應(yīng)。

（6）國內(nèi)方面，以江豐電子、有研新材以及貴研鉑業(yè)等為代表的國內(nèi)靶材制造企業(yè)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(dǎo)體芯片制造企業(yè)對其靶材合格供應(yīng)商的認(rèn)證過程十分苛刻，且各家認(rèn)證模式也各不相同，絕大多數(shù)供應(yīng)商都難以承受認(rèn)證過程中的巨大資金和時(shí)間成本，而芯片制造企業(yè)也對引入新的供應(yīng)商興趣不大。

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