由于前一段中兴芯片事件，引发了国人对于芯片的关注。芯片主要依赖进口，这种情况短时间内无法改变，因为芯片的关键制程需要技术积累以及雄厚的技术背景，这样大家也就能明白为什么国家短时间无法制造出自己的“中国芯”了。今天我就为大家详细解析一下芯片的关键制程——溅射靶材。

一、溅射靶材简介

随着技术的进步，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（PVD）、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如下：

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。

溅射靶材的种类较多，即使相同材质的溅射靶材也有不同的规格。按照不同的分类方法，能够将溅射靶材分为不同的类别，主要分类情况如下：

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的差异，具体情况如下：

在溅射靶材应用领域中，半导体芯片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，价格也为昂贵；相较于半导体芯片，平面显示器、太阳能电池对于溅射靶材的纯度和技术要求略低一筹，但随着靶材尺寸的增大，对溅射靶材的焊接结合率、平整度等指标提出了更高的要求。此外，溅射靶材需要安装在溅射机台内完成溅射过程，溅射机台专用性强，对溅射靶材的形状、尺寸和精度也设定了诸多限制。

二、产业链介绍

高纯溅射靶材行业属于电子材料领域，其产业链上下游关系如下：

溅射靶材产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用等环节，其中，靶材制造和溅射镀膜环节是整个溅射靶材产业链中的关键环节。

高纯度乃至超高纯度的金属材料是生产高纯溅射靶材的基础，以半导体芯片用溅射靶材为例，若溅射靶材杂质含量过高，在溅射过程中，易在晶圆上形成微粒，导致电路短路或损坏，严重影响薄膜的性能。通常情况下，高纯金属提纯分为化学提纯和物理提纯，为了获得更高纯度的金属材料，大限度地去除杂质，需要将化学提纯和物理提纯结合使用。在将金属提纯到相当高的纯度后，往往还需配比其他金属元素才能投入使用，在这个过程中，需要经过熔炼、合金化和铸造等步骤：通过精炼高纯金属，去除氧气、氮气等多余气体；再加入少量合金元素，使其与高纯金属充分结合并均匀分布；后将其铸造成没有缺陷的锭材，满足生产加工过程中对金属成份、尺寸大小的要求。

溅射靶材制造环节首先需要根据下游应用领域的性能需求进行工艺设计，然后进行反复的塑性变形、热处理，需要精确地控制晶粒、晶向等关键指标，再经过焊接、机械加工、清洗干燥、真空包装等工序。溅射靶材制造所涉及的工序精细且繁多，工序流程管理及制造工艺水平将直接影响到溅射靶材的质量和良品率。

溅射镀膜是指物体被离子撞击时，被溅射飞散出，因被溅射飞散的物体附着于目标基板上而制成薄膜的过程，溅射靶材就是高速荷能粒子轰击的目标材料。此环节是在溅射靶材产业链条中对生产设备及技术工艺要求高的环节，溅射薄膜的品质对下游产品的质量具有重要影响。在溅射镀膜过程中，溅射靶材需要安装在机台中完成溅射反应，溅射机台专用性强、精密度高，市场长期被美国、日本跨国集团垄断，主要设备提供商包括AMAT（美国）、ANELVA（日本）、Varian（美国）、ULVAC（日本）等行业内知名企业。

终端应用是针对各类市场需求利用封装好的元器件制成面向终用户的产品，包括汽车电子、智能手机、平板电脑、家用电器等终端消费电子产品。通常情况下，在半导体靶材溅射镀膜后，需要将镀膜硅片切割并进行芯片封装。封装是指将电路用导线连接到外部接头处，以便与其他器件连接的工序，不仅能够起到保护芯片的作用，还将芯片与外界隔离，防止空气中的杂质对芯片电路造成腐蚀而损害导电性能。此外，终端应用也包括制备太阳能电池、光学镀膜、工具改性、高档装饰用品等，此环节技术面较宽，呈现多样化特征。

三、行业竞争格局

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。随着半导体工业技术创新的不断深化，以美国、日本为代表的半导体厂商需要加强对上游原材料的创新力度，从而大限度地保证半导体产品的技术先进性，因此，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。

自诞生之日起，以美国、日本为代表的高纯溅射靶材生产企业便对核心技术执行严格的保密措施，导致溅射靶材行业在全球范围内呈现明显的区域集聚特征，生产企业主要集中在美国和日本。全球范围内，霍尼韦尔、日矿金属、东曹、普莱克斯、住友化学、爱发科等资金实力雄厚、技术水平领先、产业经验丰富的跨国公司居于全球高纯溅射靶材行业的领导地位，属于溅射靶材的传统强势企业，凭借其强大的技术研发实力和市场影响力牢牢占据全球溅射靶材市场的绝大部分市场份额，主导着全球溅射靶材产业的发展，推动行业技术的进步。

2.国内专业厂商兴起，与跨国公司的差距逐步缩小

国内市场中，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。受到技术、资金和人才的限制，国内专业从事高纯溅射靶材的生产厂商数量仍然偏少，企业规模和技术水平参差不齐，多数国内厂商还处于企业规模较小、技术水平偏低、产业布局分散的状态，市场尚处于开拓初期，主要集中在低端产品领域进行竞争，在半导体芯片、液晶显示器和太阳能电池等市场还无法与国际巨头全面抗衡，但是依靠产业政策导向、产品价格优势已经在国内市场占有一定的市场份额，并逐步在个别产品或领域挤占国际厂商的市场空间。经过数年的科技攻关和产业化应用，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，拥有了部分产品的规模化生产能力，整体实力不断增强，形成了以本公司、有研新材等为代表的专业从事高纯溅射靶材的生产商，正在经历高速发展时期，上升势头较快，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。

3.行业市场化程度

溅射靶材是半导体、液晶显示、太阳能光伏等各应用行业的上游材料，溅射靶材的品质要求高、行业认证壁垒高，行业集中度也很高。同时，溅射靶材行业市场化程度很高，竞争较为激烈。长期以来，溅射靶材主要被日本、美国的国际化企业所垄断。公司成立后成功进入这一领域，填补了国内的空白。目前虽然在生产能力、品牌知名度方面公司还不能与霍尼韦尔等竞争对手全面竞争，但经过多年的技术积累、品牌建设，凭借在成本、管理以及客户服务等方面的优势，公司已在溅射靶材行业取得了一定的市场份额及品牌知名度。

四、我国溅射靶材行业发展概况

受到发展历史和技术限制的影响，溅射靶材行业在我国起步较晚，目前仍然属于一个较新的行业。与国际知名企业生产的溅射靶材相比，我国溅射靶材研发生产技术还存在一定差距，市场影响力相对有限，尤其在半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等领域，全球高纯溅射靶材市场依然被美国、日本的溅射靶材生产厂商所控制或垄断。随着溅射靶材朝着更高纯度、更大尺寸的方向发展，我国溅射靶材生产企业只有不断进行研发创新，具备较强的产品开发能力，研制出适用不同应用领域的溅射靶材产品，才能在全球溅射靶材市场中占得一席之地。

半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等下游工业对产品的品质和稳定性等方面有较高的要求，为了严格控制产品质量，下游客户尤其是全球知名厂商在选择供应商时，供应商资格认证壁垒较高，且认证周期较长。我国高纯溅射靶材企业要进入国际市场，首先要通过部分国际组织和行业协会为高纯溅射靶材设置的行业性质量管理体系标准；

其次，半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等下游知名客户均建立了十分完善的客户认证体系，在高纯溅射靶材供应商满足行业性质量管理体系认证的基础上，下游客户往往还会根据自身的质量管理要求再对供应商进行合格供应商认证。认证过程主要包括技术评审、产品报价、样品检测、小批量试用、批量生产等几个阶段，认证过程相当苛刻，从新产品开发到实现大批量供货，整个过程一般需要2-3年时间。为了降低供应商开发与维护成本，保证产品质量的持续性，溅射靶材供应商在通过下游客户的资格认证后，下游客户会与溅射靶材供应商保持长期稳定的合作关系，不会轻易更换供应商，并在技术合作、供货份额等方面向优质供应商倾斜。

近年来，受益于国家从战略高度持续地支持电子材料行业的发展及应用推广，我国国内开始出现少量专业从事高纯溅射靶材研发和生产的企业，并成功开发出一批能适应高端应用领域的溅射靶材，为高纯溅射靶材大规模产业化提供了良好的研发基础和市场化条件。通过将溅射靶材研发成果产业化，积极参与溅射靶材的国际化市场竞争，我国溅射靶材生产企业在技术和市场方面都取得了长足的进步，改变了高纯溅射靶材长期依赖进口的不利局面。

五、行业技术水平及技术特点

1、技术水平及技术特点

先进技术是保证行业快速发展的重要条件。高纯溅射靶材制造是一个多学科知识综合运用、先进技术和手段融合的高科技行业，涉及金属提纯、材料科学、信息技术等领域融合应用，技术含量丰富。半导体芯片是高纯溅射靶材的主要应用领域之一，对溅射靶材的技术要求苛刻。

​近年来，随着信息技术的飞速发展，对半导体芯片的集成度越来越高，使得半导体芯片尺寸不断缩小，对高纯溅射靶材提出了新的技术挑战，溅射靶材中的晶粒、晶向对溅射薄膜的制备和性能有很大的影响，溅射靶材的晶粒、晶向主要通过反复的塑性变形、热处理工艺进行调整和控制，为了保证薄膜质量及参数的一致性，必须对溅射靶材加工过程进行精细控制，保证同一靶材微观结构的均质性以及不同批次靶材之间质量的稳定性。

2、技术发展趋势

（1）提高溅射靶材利用率

由于溅射离子不规则的作用关系，溅射靶材在溅射过程中容易产生不均匀的冲蚀现象，从而造成溅射靶材的利用率普遍偏低。近年来，通过改善溅射机台和加强产品研发，使得溅射靶材的利用率有所提高，但仍然有很大的提升空间。怎样提高溅射靶材的利用率将是今后研究设计溅射靶材、溅射机台的主要课题。

（2）精确控制溅射靶材晶粒晶向

当溅射靶材受到高速度能的离子束流轰击时，由于溅射靶材内部空隙内存在的气体突然释放，造成大尺寸的溅射靶材微粒飞溅，这些微粒的出现会降低溅射薄膜的品质甚至导致产品报废，例如在极大规模集成电路制作工艺过程中，每150mm直径硅片所能允许的微粒数必须小于30个。怎样控制溅射靶材的晶粒，解决溅射过程中的微粒飞溅现象成为溅射靶材的研发方向之一。在溅射过程中，溅射靶材中的原子容易沿着特定的方向溅射出来，而溅射靶材的晶向能够对溅射速率和溅射薄膜的均匀性产生影响，终决定产品的品质，因此，获得一定晶向的靶材结构至关重要。但要使溅射靶材内部获得一定晶向，存在较大的难度，需要根据溅射靶材的组织结构特点，采用不同的成型方法，进行反复的塑性变形、热处理工艺加以控制。

（3）溅射靶材大尺寸、高纯度化发展

溅射靶材的技术发展趋势与下游应用领域的技术革新息息相关，随着应用市场在薄膜产品或元件上的技术进步，溅射靶材也需要随之变化。在下游应用领域中，半导体产业对溅射靶材和溅射薄膜的品质要求高，随着更大尺寸的硅晶圆片制造出来，相应地要求溅射靶材也朝着大尺寸方向发展，同时也对溅射靶材的晶粒晶向控制提出了更高的要求。溅射薄膜的纯度与溅射靶材的纯度密切相关，为了满足半导体更高精度、更细小微米工艺的需求，所需要的溅射靶材纯度不断攀升，甚至达到99.9999%（6N）纯度以上。

通过上面详细的介绍，大家应该对溅射靶材这一芯片关键制程有了比较全面的了解，也就能理解短时间内国内暂时无法制造出自己的芯片的原因了。“中国芯”需要技术的不断积累和发展，请我们给它点时间。

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