科研实验中为什么有些靶材要绑定背靶呢？

上一篇讲了光刻胶作用、分类、和市场前景，这一篇我们继续来看半导体制造材料的一种——靶材。靶材虽然不像光刻胶那么出名，但它也一样是制造芯片过程中必不可少的材料，靶材的好坏同样会影响芯片成品的性能。01 靶材靶材是制作薄膜的材料，利用高速荷能粒子轰击的目标材料，通过不同的激光（离子光束）和不同的靶材相互作用得到不同的膜系，实现导电和阻挡的功能。所以靶材又称为“溅射靶材”，他的工作原理就是利用离子源产生的离子，在真空中聚集并提速，用形成的高速离子束流来轰击靶材表面，发生动能交换，让靶材表面的原子沉积在基底。一块靶材由“靶坯”和“背板”组成，靶坯是由高纯金属制作而来，是高速离子束流轰击的目标；背板通过焊接工艺和靶坯连接，起到固定靶坯的作用，并且背板需要具备导热导电性。02 薄膜沉积再看一下薄膜沉积技术，薄膜沉积也是必不可少的环节，分为PVD（物理气相沉积）和CVD（化学气相沉积）。通俗来说就是分为物理沉积和化学沉积，物理沉积是指在真空条件下，运用物理方法将材料源转换为气态粒子沉积在基板上。常见的PVD方法有溅射（直流物理气相沉积、射频物理气相沉积、磁控溅射、离子化物理气相沉积）和蒸镀（真空蒸镀、电子束蒸镀）。化学沉积是指将含有薄膜元素的几种气相化合物或单质在衬底表面进行化学反应生成薄膜的方法。常见CVD方法有化学气相沉积（常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、金属化学气相沉积、光化学气相沉积、激光化学气相沉积）和原子层沉积（ALD沉积可看作变相的CVD化学沉积）。03 靶材产业链靶材的产业链可以笼统地看成4个部分，分别是金属提纯、靶材制造、溅射镀膜、终端应用。从高纯度金属提炼出靶材再采用溅射工艺镀膜后，被芯片、平板显示器、太阳能电池、存储、光学等领域应用。这其中技术要求最严格的是金属提纯和溅射镀膜这两个环节。金属提纯的意思是将不规则的金属通过化学的电解、热分解或者物理的蒸发结晶、电迁移、真空熔融等方法得到更纯，更规则的主金属。现有的金属提纯产能普遍集中于日本、美国等国家，他们高纯金属的资源和产业更集中；国内靶材厂商大多依赖进口，只有个别的高纯金属材料能自给。靶材制造是靶材厂商要做的事情，下游对靶材纯度的要求相当高。一般来说，太阳能电池和平板显示器对靶材的要求是4N，集成电路芯片对靶材的要求是6N，纯度更高。（4N就是99.99%，6N就是99.9999%）溅射镀膜是代工厂商的事情，也就是台积电、中芯国际这类公司。目前国内靶材厂商分为两类，一类是内部负责金属提纯，原材料是从金属粉末、金属、非金属、合金、化合物等材料开始，厂商自己提纯后再把靶材制作出来；另一种是内部不负责金属提纯，原材料从靶坯开始，厂商只负责焊接、机加、检测、清洗等工作将靶材制作出来。（靶材厂商制作靶材工艺流程图 · 阿石创招股说明书）靶材产业链的终端应用主要有5大类，分别是显示面板靶材（LCD）、半导体靶材、太阳能电池靶材（光伏）、磁记录靶材（机械键盘）、节能玻璃靶材。这其中平板显示（28%）、记录媒体（30%）、和太阳能电池（27%）占大头，半导体用靶材（9%）比例较小。04 靶材市场规模和前景2020年全球靶材市场规模约为196亿美元，从2013年的75.6亿美元，上升至196亿美元，复合增速超14%。我国溅射靶材市场规模从2013年106.3亿元上升至2020年337.38亿元，复合增速为17.94%。并且预计到2026年，我国溅射靶材市场规模有望突破650亿元，年复合增速为11.55%。再细分到靶材的每一个应用领域：我国显示面板靶材市场规模从39.40亿元上升至165.89亿元，年均复合增长率22.8%；记录媒体靶材市场规模从53.50亿元上升至95.63亿元，年均复合增长率8.65%；半导体靶材市场规模从9.40亿元上升至29.86亿元，年均复合增长率17.95%；太阳能电池靶材市场规模从3.50亿元上升至37.54亿元，年均复合增长率40.35%。从四大细分领域市场规模变化图里看，尽管部分数据是靠预测来的，但也可以很明显地看出我国靶材的市场规模增速没有明显的增加，一直保持稳定的速率增长。而这其中半导体靶材和太阳能电池靶材的市场增速最快；这主要是因为半导体和光伏市场近两年来的迅速发展所推动的。从国内自给率来看，显示面板靶材自给率49.05%，记录媒体靶材自给率25.28%，半导体靶材自给率29.31%，太阳能电池靶材自给率10.11%，也就是说半导体和太阳能电池未来的增速依旧会保持高增长。05 靶材市场竞争格局靶材和光刻胶一样，全球产能多集中在美日韩德手中，基本上以低端靶材国内自给，高端靶材依赖进口模式为主。全球溅射靶材市场集中度很高，CR4高达80%，前四家厂商占据了整个市场的8成，这四家企业是：JX日矿金属、霍尼韦尔、东曹、和普莱克斯。2019年全球溅射靶材市场规模160亿美元左右，国内对靶材的总需求约在30%，也就是50亿美元，合计人民币325亿元；国内头部企业合计营收在30~40亿美元，国内自给率在10%左右。这是我国未来靶材市场的机会所在，有90%的国产替代市场空间可以提升，而我国本土企业也正处在加速替代过程中。在疫情的背景下，全球产能供不应求，国内厂商更是加快脚步抢占市场份额。06 政策国家对靶材整个行业也一直保持高度关注，从“八五”规划中提出在信息技术、新材料技术等领域安排一批专题研究项目，到去年的“十四五”中首次提出了研发“高纯靶材”等关键材料的发展方向。纵观整个“十四五”规划对于集成电路的描述全集中在以下这段话里面提到了芯片设计、设备、IGBT、MEMS、存储芯片、第三代半导体、以及高纯靶材。这充分地说明了国家对高纯靶材这一关键材料的重视，未来五年内高纯靶材会加速国产化。具体到实际的政策利好方面，2021年3月份发布的对集成电路的支持政策中提到：对国内不能生产或性能不能满足需求的原材料、消耗品的进口免征关税；通俗来说就是进口不需要交关税了，这会大幅下降靶材制造商的成本。07 相关公司1.江丰电子：公司自成立以来一直从事高纯溅射靶材的研发、生产和销售业务；主要产品为各种高纯溅射靶材，包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等。目前，公司的超高纯金属溅射靶材产品已应用于世界著名半导体厂商的先端制造工艺，在7纳米技术节点实现批量供货。2018~2020年度，江丰电子营业收入分别是6.5亿元、8.25亿元、11.67亿元。2.有研新材：公司旗下全资子公司有研亿金是国内规模最大、材料种类最齐全的高端电子信息材料研发制造企业；产品包括全系列高纯金属材料、溅射靶材和蒸发镀膜材料；其靶材产品主要包括铝及其合金靶材、钛靶、铜靶、钽靶等。3.阿石创：公司是国内PVD镀膜材料行业产品品种较为齐全、应用领域较为广泛、工艺技术较为全面的综合型PVD镀膜材料生产商；主导产品为溅射靶材和蒸镀材料两个系列产品，已在平板显示、光学元器件、节能玻璃等领域得到广泛应用，并已研发出应用于太阳能电池、半导体等领域的多款产品。下游客户包括蓝思科技、伯恩光学、宸鸿科技、爱普生、水晶光电等。4.隆华科技：公司全资子公司四丰电子是国内唯一一家实现完全替代进口、已量产供应高端钼靶材的企业；主要产品包括高纯钼/铜/钛，系列靶材产品；其中钼靶材已普遍应用于TFT-LCD行业平面溅射生产线；四丰电子钼靶材在国内市场占有率已超过30%。公司旗下子公司晶联光电成为国内唯一在TFT领域获得客户认可并开始批量供货的国产氧化铟锡（ITO）靶材服务商。公司旗下子公司丰联科负责对靶材绑定，采用钎焊技术进行靶材绑定加工。2018~2020年度，隆华科技营业收入分别是1.86亿元、2.30亿元、2.80亿元。（特别说明：文章中的数据和资料来自于公司财报、券商研报、行业报告、企业官网、百度百科等公开资料，本报告力求内容、观点客观公正，但不保证其准确性、完整性、及时性等。文章中的信息或观点不构成任何投资建议，投资人须对任何自主决定的投资行为负责，本人不对因使用本文内容所引发的直接或间接损失负任何责任。）

镀膜工艺一般是PVD和CVD。PVD：物理气相沉积。通过plasm轰击金属靶材（金靶，铜靶，Al，Cr.....），金属原子脱离靶材，落在wafer表明，形成薄膜。CVD：化学气相沉积。这个是通过化学反应，在晶圆表面张氧化薄膜。

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:

按形状分类:长靶、方靶、圆靶

按化学成份分类: 金属靶材(纯金属铝、钛、铜、钽等)、合金靶材(镍铬合金、镍钴合金等)、陶瓷化合物靶材(氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等)按应用领域分类: 半导体芯片靶材、平面显示器靶材、太阳能电池靶材、信息存储靶材、工具改性靶材、电子器件靶材、其他靶材.

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,价格也最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.

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