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(duì)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 ：?jiǎn)尉Ч杵闹圃爝^程，首先是將電子級(jí)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(duì)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(jí)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(hào)的作用。

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、鎢鈦靶材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(guó)際上，日本的日礦金屬、東曹公司以及美國(guó)的霍尼韋爾、普萊克斯公司，這四家靶材制造國(guó)際巨頭，占居了全球半導(dǎo)體芯片用靶材市場(chǎng)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(guó)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(chǎng)上占有了一席之地。具體如表 2 所示。

5、 供應(yīng)商認(rèn)證

（1）認(rèn)證周期較長(zhǎng) ：

半導(dǎo)體芯片制造企業(yè)對(duì)靶材合格供應(yīng)商的認(rèn)證過程非常漫長(zhǎng)和苛刻，一般至少需要 2-3 年以上。對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guó)家芯片制造企業(yè)的靶材供應(yīng)商，則必須通過日、韓本國(guó)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(tái)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(duì)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(gòu)量最大，從排名第二的供應(yīng)商處的采購(gòu)量較小，而排名第三的供應(yīng)商則基本相當(dāng)于備胎。

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(zhǎng)。

（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(guó)外方面，日本的日礦金屬、東曹公司以及美國(guó)的霍尼韋爾、普萊克斯公司，這四家靶材制造國(guó)際巨頭，占居了全球半導(dǎo)體芯片用靶材市場(chǎng)約 90% 的份額。而德國(guó)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(guó)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(guó)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(chǎng)占有了一席之地。

（7）半導(dǎo)體芯片制造企業(yè)對(duì)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(duì)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(duì)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(gòu)，從排名第二的供應(yīng)商處的采購(gòu)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]何金江 , 賀昕 , 熊曉東等 . 集成電路用高純金屬材料及高性能濺射靶材制備研究進(jìn)展 [J]. 新材料產(chǎn)業(yè) , 2015 (09): 47-52.

[2]盧建棟. TS 公司競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略研究[D]. 華東理工大學(xué) 2016

[3高巖 , 王欣平 , 何金江等 . 集成電路互連線用高純銅靶材及相關(guān)問題研究 [J]. 半導(dǎo)體技術(shù) , 2011 (09): 826-830.

[4]王一晴 , 郭俊梅 , 管偉明 , 聞明等 . 鎳鉑合金濺射靶材在半導(dǎo)體制造中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) [J]. 貴金屬 , 2016 (08): 87-92.

[5]魏修宇 . 半導(dǎo)體用高純鎢靶材的制備技術(shù)與應(yīng)用 [J]. 硬質(zhì)合金 , 2017(05): 353-359.

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