溅射靶材的应用(高纯金属溅射靶材之路漫漫)

Posted 2023-06-01

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溅射靶材的应用(高纯金属溅射靶材之路漫漫)

溅射靶材是集成电路的核心材料之一，有金属、合金、陶瓷化合物等。近年来向着高溅射率、晶粒晶向控制、大尺寸、高纯金属方向发展。产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜、终端应用，其中靶材制造、溅射镀膜是关键环节，生产工艺壁垒较高。目前主要的高纯金属溅射靶材有铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等。

溅射技术

溅射是制备薄膜材料的重要技术之一，利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子脱离固体，飞向基片淀积成膜。这种被轰击的固体就是溅射靶材。各种类型的溅射薄膜材料广泛应用于半导体集成电路、太阳能光伏、记录介质、平面显示、工件表面涂层等。集成电路中单元器件内部的介质层、导体层、保护层都要用到溅射镀膜工艺。

以半导体芯片用金属溅射靶材为例，高速离子流轰击不同种类的金属溅射靶材表面，靶材表面的原子一层一层地沉积在半导体芯片的表面上，再通过特殊加工，将沉积在芯片表面的金属薄膜刻蚀成纳米级别的金属线，芯片内部的微型晶体管相互连接起来后起到传递信号的作用。下图为溅射前（左）和溅射后（右）示意图。

主要应用

①半导体产业：

智能手机、平板电脑等终端消费领域的增长带来对半导体的需求增长，半导体行业所需的溅射靶材品种多、需求量大。半导体芯片制作可分为3个环节：硅片制造、晶圆制造、芯片封装，其中，晶圆制造、芯片封装都需要用到金属溅射靶材。

②显示器产业：

液晶显示器逐渐成为全球主流的显示技术，利用溅射技术可以保证平板显示器大面积膜层的均匀性。

高端靶材的生产主要集中在美国、日本等国家。国外知名靶材公司在靶材研发生产方面已有几十年的经验累计。日本日矿金属、东曹，美国霍尼韦尔、普莱克斯公司几乎垄断了全球80%的高端靶材市场份额。我国靶材制造领先企业有江丰电子、有研新材、贵研铂业等。2013-2020年之间，全球高纯金属溅射靶材的市场规模从75.6亿美元上升至195.6亿美元，复合增速为14.4%。

国内靶材市场需求同样呈现强劲势头，进口替代潜力很大。2019年国内需求占全球靶材市场规模超过30%，而国内厂商供给大约只占国内市场的30%，高端靶材主要还是依赖美日韩等国家的进口。此外，据中国电子材料行业协会统计，2020年国内半导体领域溅射靶材市场规模达16.15亿元人民币。预计到2025 年，国内晶圆制造用溅射靶材市场规模将增长至2.17亿美元。

高纯溅射靶材的制造环节技术门槛高、壁垒高、设备投资大，美国与日本企业都已经掌握核心技术，垄断全球市场多年。我国的溅射靶材产业起步较晚，具有规模化生产能力的企业数量相对较少，但我国的市场需求量很大。对于国内主要靶材制造商来说，还有漫长的路要走。逐渐突破技术瓶颈，实现材料的高纯化，充分发挥薄膜材料的优势。逐渐向高性能靶材过渡，使其在微观、宏观品质上均能满足溅射技术发展需求，同时提升材料使用寿命等性能。

参考文献：

[1]贵金属溅射靶材的研究进展[J].许彦亭,郭俊梅,王传军,沈月,管伟明,闻明,2021,45(08):8-14+102

[2]半导体芯片行业用金属溅射靶材市场分析[J].张卫刚,李媛媛,孙旭东,王鹏,闫文娟,2018(10):1-3

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