半导体材料系列（四）：溅射靶材——半导体材料界的“扛靶子”

靶材是物理气相沉积（PVD）技术沉积薄膜需要用到的原材料，其中，PVD技术分为溅射法和蒸镀法，而靶材则是溅射法中必不可少的材料。

溅射法通常利用荷能粒子（通常是离子），在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的粒子束流，轰击固体表面，粒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板表面，这个被轰击的固体即为靶材，也称溅射靶材。

溅射靶材质量的好坏对薄膜的性能起着至关重要的决定作用，因此，溅射靶材也呈现了如下几个特点：

• 高纯度：半导体器件对材料的纯净度要求极高，因此靶材必须具备高纯特性。通常情况下，半导体芯片对靶材的纯度要求在99.9995%（5N5）以上，其他产品对靶材纯度的要求一般也在99.99%（4N）以上。

• 良好的物理和化学稳定性：靶材在溅射过程中需要承受高能粒子的轰击，因此必须具备良好的物理和化学稳定性，以保证溅射过程的顺利进行。

• 适合的溅射性能：靶材的溅射性能直接影响到薄膜的质量和厚度分布，因此，靶材必须具备良好的溅射性能以满足半导体制造的需求。

溅射靶材种类多样，按照材料材质，可分为金属靶材、陶瓷靶材、合金靶材三大材料种类。其中，在半导体领域，金属及合金靶材应用较多,如超高纯铝靶、钛靶等；而陶瓷靶材则在平板显示领域应用较多。

本文主要对半导体集成电路用靶材进行介绍。

根据SEMI统计，溅射靶材在全球半导体制造材料和封装测试材料市场的占比均接近3%，远低于硅片、特种气体、掩模版等其他半导体材料在其中的占比。

不过，基于溅射靶材在晶圆制造和封装测试中所具备的不可替代性，在全球集成电路行业不断发展、中下游市场需求不断增长的背景下，半导体用靶材市场的需求也在稳步增长。

根据国泰君安证券研报，未来随着全球集成电路市场规模的增长，半导体用靶材的市场规模预计将从2022年的18.46亿美元提升至2025年的26.61亿美元，年均复合增速约13%。

此外，从国内来看，随着国内原材料提纯技术的发展以及集成电路用靶材国产化进程的加快，预计国内集成电路靶材市场将从2022年的3.66亿美元提升至2025年的5.76亿美元，CAGR约为16.3%。

高纯靶材具有技术密集特性，这也使得该行业在有限的市场规模中形成了集中度较高的市场竞争格局。

根据智研瞻行业报告，在全球市场中，日本日矿金属、美国霍尼韦尔、日本东曹以及美国普莱克斯四家巨头企业，共同占有全球半导体靶材市场份额的4/5，寡头竞争属性明显。

相较而言，我国半导体靶材的生产企业在全球的市占率则相对较低，2022年，江丰电子、有研新材、隆华科技、阿石创四家企业在全球市场中的份额合计约8.4%。

其中，江丰电子和有研新材是半导体靶材生产的主力厂商，且其生产技术也在不断突破，这也进一步推进了高端靶材的国产替代进程，使得半导体用靶材成为了我国高端半导体制造产业链中少数“国产替代”完成度较高的行业之一。

根据江丰电子、有研新材发布的2023年半年报，其中，江丰电子的超高纯金属溅射靶材在技术门槛最高的半导体领域已具备了一定国际竞争力，例如，其拥有的超高纯钽靶材及环件、超高纯铜靶材及环件等产品的核心技术已经可以比拟头部跨国企业；而有研新材的12英寸高纯钴靶和钴阳极产品也已突破关键技术，产品性能达到国际先进水平。

此外，国内厂商生产的其他超高纯靶材包括铝靶、钛靶、铜靶、钴靶、镍靶等也逐渐在超大规模集成电路芯片制造领域得到了应用。

虽然我国半导体集成电路用靶材在一定程度上实现了国产化，但是部分材料包括钨、钽、其他高纯特种金属及合金溅射靶材还未全面实现国产化，进口依赖程度仍然较高。

不仅如此，近年来，由于半导体芯片的集成度越来越高，半导体芯片尺寸不断缩小，对高纯溅射靶材也提出了新的技术挑战。

因此，解决高纯靶材垄断问题、进一步实现高纯靶材技术突破以推动半导体芯片产业发展的目标仍然在继续。

其中，国家层面不断发布专门针对靶材行业的政策支持文件，例如《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》明确提出将高纯靶材作为重点攻关方向之一。

产业层面，《国家集成电路产业发展推进纲要》明确提出要加强集成电路材料领域的研发力度，提高包括靶材在内的关键材料国产化水平；《新材料产业发展指南》提出对第三代半导体等新型靶材的研发与产业化支持。

总之，作为我国半导体产业链中的关键一环，突破高纯靶材制备关键技术并实现自主可控对于推动集成电路产业安全和可持续发展具有非常重大的意义，我国仍然需要在加大研发投入、人才培养、资金支持、税收优惠、产业链协同等方面继续发力。