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濺射靶材:芯片制造材料王者
2020.9.19

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樂晴智庫發布時間:04-0611:02優質原創作者隨著全球晶圓制造廠產能逐步轉移至中國大陸,我國靶材等半導體核心材料將持續受益。5G時代到來,需求進一步釋放,靶材行業將迎來高速發展,其中預計2023年僅5G智能手機設備更新的對靶材的需求為9.56億美金,所有設備更迭將產生18.7億美金的市場空間。據公開數據,2018 年的整體市場規模或在148.5 億美元,整體市場規模或達千億人民幣。其中平板顯示(含觸控屏)用靶材為42.8 億美元、半導體用靶材13.7 億美元、太陽能電池用靶材37.5 億美元、記錄媒體靶材44.3 億美元。濺射靶材產業鏈基本呈金字塔型分布。產業鏈主要包括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應用等環節,其中,靶材制造和濺射鍍膜環節是整個濺射靶材產業鏈中的關鍵環節。金屬提純靶材制造對金屬材料純度的要求很高,需要通過化學提純與物理提純結合以最大限度地剔除雜質,才能投入后續使用。中國雖然擁有生產濺射靶材所需的各種基礎礦源,但金屬提純技術有限,提純出來的金屬材料絕大部分達不到高純濺射靶材的生產要求,長期以來,中國廠商主要通過從國外進口獲得高純金屬供給。而高純金屬產業集中度較高,美國、日本等國家的高純金屬生產商依托先進的提純技術在整個產業鏈中居于十分有利的地位。靶材制造首先需要根據下游應用領域的性能需求進行工藝設計,然后進行反復的塑性變形、熱處理,需要精確地控制晶粒、晶向等關鍵指標,再經過焊接、機械加工、清洗干燥、真空包裝等工序。靶材制造涉及的工序精細繁多,技術門檻高、設備投資大,而工序流程管理及制造工藝水平將直接影響到濺射靶材的質量和良品率,因此,具有規模化生產能力的企業數量相對較少。濺射鍍膜濺射鍍膜的品質對下游產品的質量具有重要影響。目前全球市場有色金屬總體供應較為充裕,但是濺射鍍膜材料中的部分產品對金屬材料純度的要求較高,高純金屬成為了靶材制造的核心原材料。濺射靶材客戶端的濺射鍍膜環節具有規模化生產能力的企業數量相對較多,但質量參差不齊,美國、歐洲、日本、韓國等知名企業居于技術領先地位,品牌知名度高、市場影響力大,通常會將產業鏈擴展至下游應用領域,利用技術先導優勢和高端品牌迅速占領終端消費市場,如IBM、飛利浦、東芝、三星等。在濺射鍍膜過程中,濺射靶材需要安裝在機臺中完成濺射反應,濺射機臺專用性強、精密度高,市場長期被美國、日本跨國集團壟斷,主要設備提供商包括AMAT(美國)、ULVAC(日本)、ANELVA(日本)、Var ian(美國)等行業內知名企業。終端應用終端應用環節是整個產業鏈中規模最大的領域。其產品的開發與生產分散在各個行業領域,同時,此環節具有突出的勞動密集性特點,參與企業數量最多,機器設備投資一般,主要分布在日本、中國臺灣和中國大陸等,并逐漸將生產工廠向人力成本低的國家和地區轉移。全球范圍內高純金屬產業集中度較高,美國、日本、德國等國家的高純金屬生產商依托先進的提純技術在整個產業鏈中居于有利的地位,牢牢占據全球濺射靶材的主要市場份額,同時具有較強的議價能力。如霍尼韋爾、普萊克斯、住友化學、日礦金屬、東曹、三井礦業、愛發科、世泰科、賀利氏、攀時、優美科、佳能、默克。同時,包括霍尼韋爾、日礦金屬等全球靶材制造龍頭也積極向上游延伸,把控上游高純金屬生產制造環節。例如,超高純鈦屬國家戰略性新材料,長期以來只有美國霍尼韋爾、日本東邦和大阪鈦業3家公司能生產,并對我國嚴格限制出口。國內市場競爭方面,濺射靶材的準入門檻較高,行業的龍頭公司具有一定程度的先發優勢。半導體芯片制造企業對靶材合格供應商的認證過程非常漫長和苛刻,一般至少需要2-3年以上。其中,要進入日、韓等國家芯片制造企業的靶材供應商,則必須通過日、韓本國的中間商或者商社來間接供應;要進入英特爾的靶材供應商,則必須通過應用材料(AM)的推薦;要進入全世界最大的晶圓代工企業臺積電的靶材供應商,則需要通過其最終客戶(蘋果和華為等)的認可。中國靶材市場未來或將保持快速增長中國高純濺射靶材產業起步較晚,專業從事高純濺射靶材的生產廠商數量仍然偏少,市場尚處于開拓初期。依靠產業政策導向、產品價格優勢已經在國內市場占有一定的市場份額,并逐步在個別產品或領域擠占國際廠商的市場空間。國產靶材廠商主要集中在低端產品領域進行競爭,在半導體芯片、液晶顯示器和太陽能電池等市場還無法與國際巨頭全面抗衡。近年來中高端靶材產品領域部分開始進入用戶批量使用,國內生產商主要有有研新材子公司有研億金、隆華科技子公司四豐電子和晶聯光電、江豐電子和阿石創。產品性能方面,江豐電子和有研新材的生產技術水平均較高,其部分靶材產品已經可以達到國際最先進制程的技術要求,已成功實現國產替代。隨著國內企業技術進步,預計與海外靶材生產商差距進一步縮小,預計未來幾年中國靶材市場或將保持快速增長。按照靶材應用領域的不同,以及對材料純度、穩定性要求的不同,濺射靶材可分為半導體用濺射靶材、平板顯示器用濺射靶材、太陽能電池用濺射靶材、磁記錄介質用建設靶材等。其對金屬材料的選擇和性能要求也因應用領域的不同而存在一定的差異。其中,半導體芯片對靶材的技術要求最高,對金屬的純度、內部微觀結構等都有極高的標準。根據SEMI統計數據,2016-2018年全球半導體芯片用濺射靶材產值從6.7億美元增長至8億美元,CAGR為9.3%。半導體制備過程中,在晶圓制造及芯片封裝兩大環節均需用到濺射靶材。在晶圓制造環節,濺射靶材主要用于制作晶圓導電層、阻擋層以及金屬柵極,通常要求靶材純度在5N(99.999%)以上,主要使用銅靶、鋁靶、鈦靶、鉭靶等;在芯片封裝環節,濺射靶材主要用于貼片焊線的鍍膜,多使用銅靶、鋁靶、鈦靶等靶材。相較于半導體芯片,平面顯示器、太陽能電池對于濺射靶材的純度和技術要求略低一籌,但隨著靶材尺寸的增大,對濺射靶材的焊接結合率、平整度等指標提出了更高的要求。此外,濺射靶材需要安裝在濺射機臺內完成濺射過程,濺射機臺專用性強,對濺射靶材的形狀、尺寸和精度也設定了諸多限制。濺射靶材生產工藝較為復雜,高純度乃至超高純度的金屬材料是生產高純濺射靶材的基礎。以半導體芯片用濺射靶材為例,若濺射靶材雜質含量過高,則形成的薄膜無法達到使用所要求的電性能,并且在濺射過程中易在晶圓上形成微粒,導致電路短路或損壞,嚴重影響薄膜的性能。通常情況下,高純金屬提純分為化學提純和物理提純,為了獲得更高純度的金屬材料,最大限度地去除雜質,需要將化學提純和物理提純結合使用。在將金屬提純到相當高的純度后,往往還需配比其他金屬元素才能投入使用,在這個過程中,需要經過熔煉、合金化和鑄造等步驟:通過精煉高純金屬,去除氧氣、氮氣等多余氣體;再加入少量合金元素,使其與高純金屬充分結合并均勻分布;最后將其鑄造成沒有缺陷的錠材,滿足生產加工過程中對金屬成份、尺寸大小的要求。具備純度高、密度高、晶粒取向、結構均勻的大尺寸靶材是產業發展必然。由于每次濺射鍍膜過程所生產的器件數量,與靶材的尺寸成平方關系。因此,靶材愈大,器件生產的成本越低,產品競爭力越強。這是電子、平板顯示器、太陽能電池板生產企業不斷追求的目標。由于單個平板顯示器、太陽能電池板等面積越來越大,需要的靶材尺寸也越大,才能滿足膜性能的均勻致性。大尺寸靶材是未來發展方向,但對靶材的生產設備、制備技術、靶材結構、及靶材性能要求也越來越高。伴隨新一代靶材的密度更高,成份更純、結構均勻性更好等,資金投入也更大,行業壁壘逐步提升。半導體濺射靶材市場增長主要得益于下游晶圓廠產能增長。在下游市場持續增長,國有產品替代化率和產品水平均較高,政策向國內企業傾斜,國內市場競爭壁壘高的背景下,預計未來隨半導體產業鏈繼續向中國轉移,將推動濺射靶材市場進一步增長。相關搜索靶材是什麼濺射靶材是什麼靶材的用途金屬濺射靶材種類濺射靶材制造工藝濺射靶材的用意

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