半导体材料(1)-溅射靶材-韭研公社

登录注册

半导体材料(1)-溅射靶材

踏浪修行王地瓜

中线波段的老韭菜

2023-03-16 21:59:07

靶材是薄膜沉积PVD工艺中溅射工艺的源头材料，又称溅射靶材，是制备晶圆、显示面板、太阳能电池等表面电子薄膜的关键材料。

溅射原理

溅射过程：真空状态下，用加速的离子(Ar离子)轰击靶材表面，离子和表面表面原子交换动量，使固体表面的原子离开靶材并沉积在基底表面形成所需要的薄膜，这一过程称为溅射。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。靶坯需要与背板通过不同的焊接工艺（行业俗称绑定技术）进行接合，背板起到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。

图1. 溅射镀膜原理

资料来源：网络资源

PVD 镀膜目前主要有三种形式，分别是溅射镀膜、蒸发镀膜以及离子镀膜。综合而言，蒸镀薄膜的密度最差，镀膜的附着力也最差，但是镀膜速率最快。离子镀不但密度最高、晶粒最小，而且镀膜与基板的附着力也是三种镀膜中最大的，只是离子镀膜最大的缺点是基板必须是导电材料，并且镀膜时基板的温度会升高到摄氏几百度，上述的缺点使离子镀的应用受到很大的限制。目前，溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，用溅射靶材沉积的薄膜致密度高，与基材之间的附着性好。

靶材种类及应用

根据化学成分的不同，靶材可分为单质金属靶材、合金靶材和陶瓷化合物靶材三种。单质金属靶材包括纯金属铝、钛、铜等；合金靶材包括镍铬合金和镍钴合金等；陶瓷化合物靶材包括氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等。

图2. 靶材分类

资料来源：网络资源

根据应用领域的不同，可以主要分为半导体芯片靶材、平板显示靶材、太阳能电池靶材、信息存储靶材、电子器件靶材等。各应用领域使用的靶材种类不同，对性能的要求也不尽相同。其中，半导体领域对靶材要求最高。对溅射靶材的金属材料纯度、内部微观结构等方面都设定了极其苛刻的标准，需要掌握生产过程中的关键技术并经过长期实践才能制成符合工艺要求的产品。因此，半导体芯片对溅射靶材的要求是最高的，价格也最为昂贵。

图3. 各应用领域靶材分类及性能要求

资料来源：江丰电子，华创证券

根据靶材制造工艺的不同，可分为粉末冶金法和熔融铸造法。粉末冶金法主要有热等静压法、热压法、冷压-烧结法三种方法，通过将各种原料粉混合再烧结成形的方式得到靶材，该方法优点是靶材成分较为均匀、机械性能好、生产效率高、节约原材料成本，缺点是含氧量量高、密度低。熔融铸造法主要有真空感应熔炼、真空电弧熔炼、真空电子束熔炼等方法，通过机械加工将熔炼后的铸锭制备成靶材，该制造方法的优点是靶材杂质含量低、密度高、可大型化，缺点是对两种合金密度相似度要求高、较难做到成分均匀化。

市场规模及结构

根据华经情报网数据，2020年全球靶材市场规模达196亿美元，同比增长15.29%，预计2021年将突破200亿美元，约为213亿美元。半导体靶材市场规模突破 10亿美元，同比上涨 4%，2021年预计达 10.4亿美元。

近年来我国靶材市场规模稳中有升，2016至2020年，中国靶材市场规模由177亿元增长至337亿元，年复合增长率约为17.5%，预计2021年将达370亿元。近年来国内半导体行业高速发展，半导体靶材市场规模不断扩大。自 2019 年起，受新冠疫情影响，国内市场芯片紧缺，上游半导体靶材行业迎来高速成长期，2020 年中国半导体靶材行业市场规模增长至 17 亿元，同比上升 12.88%，涨势明显。2022 年市场“缺芯”现象仍将持续，有望进一步促进半导体靶材市场需求量的上升。

图4. 全球靶材市场规模(左)及半导体靶材市场规模(右)（亿美元）及增速

资料来源：华经情报网，华创证券

图5. 中国靶材市场规模(左)及半导体靶材市场规模(右)（亿元）及增速

资料来源：华经情报网，华创证券

据东方证券测算，2020年全球靶材结构中平板显示靶材占比约39%、记录媒体靶材占比约 33%、太阳能电池靶材占比约 17%、半导体靶材占比约 8%。我国靶材市场结构中平板显示靶材占比约 48%、记录媒体靶材占比约 31%、太阳能电池靶材占比约 9%、半导体靶材占比约 9%。与全球靶材市场结构相比，我国靶材市场结构中平板显示靶材与半导体靶材比例相对较高，记录媒体靶材与太阳能电池靶材比例相对较低。

图6. 2020年全球(左)及中国(右)靶材市场结构

资料来源：阿石创、江丰电子，中国电子材料行业协会， MIR 睿工业、 SEMI、Frost&Sullivan， wind 等，东方证券研究所

市场竞争

目前全球的靶材制造行业，特别是高纯度的靶材市场，呈现寡头垄断格局，主要由几家美日大企业把持，如日本的三井矿业、日矿金属、东曹、住友化学、日本爱发科，以及美国霍尼韦尔、普莱克斯等。相关数据显示，日矿金属是全球最大的靶材供应商，靶材销售额约占全球市场的 30%，霍尼韦尔在并购 Johnson Mattey、整合高纯铝、钛等原材料生产厂后，占到全球市约 20%的份额，此外，东曹和普莱克斯分别占 20%和 10%。这些企业在掌握溅射靶材生产的核心技术以后，实施极其严格的保密措施，限制技术扩散，同时不断进行横向扩张和垂直整合，将业务触角积极扩展到溅射镀膜的各个应用领域，牢牢把握着全球溅射靶材市场的主动权，并引领着全球溅射靶材行业的技术进步。

图7. 全球半导体靶材市场份额

资料来源：华经产业研究院，华创证券

中国靶材市场呈外资垄断格局。海外靶材公司凭借先发优势和数十年技术研发的沉淀，在国内靶材市场中占据绝对优势，市场份额达 70%。国内靶材企业包括江丰电子、阿石创、有研新材、隆华科技等，市场份额在 1%-3%左右。美国、日本等高纯金属制造商主要集中在技术壁垒较高的高端靶材产品领域，国内厂商竞争集中在中低端产品领域。

图8. 中国靶材市场份额

资料来源：前瞻产业研究院，华创证券

高纯溅射靶材主要包括五大核心生产技术：a.超高纯金属控制和提纯技术、 b.晶粒晶向控制技术、 c.异种金属大面积焊接技术、 d.金属的精密加工及特殊处理技术、 e.靶材的清洗包装技术。由于靶材所用的原材料规格较高，且在成本中占比极高，原材料的自主供应是公司核心竞争力。以江丰电子为例，公司产品的直接材料占营业成本 75%以上，包括高纯铝、高纯钛、高纯钽等高纯金属。目前其在积极布局上游原材料，培养国产原材料供应商或参股国内原材料供应商，推进原材料的国产化。

参考资料：

1. 华创证券-半导体材料景气持续，国产替代正当时

2. 财通证券-辅芯助屏，溅射全球
3. 东方证券-国产替代+技术革新，高端靶材需求强劲

作者利益披露：原创，不作为证券推荐或投资建议，截至发文时，作者持有相关标的，下一个交易日内没有卖出计划。

声明：文章观点来自网友，仅为作者个人研究意见，不代表韭研公社观点及立场，站内所有文章均不构成投资建议，请投资者注意风险，独立审慎决策。

有研新材

江丰电子

工分