气相沉淀是什么

气相沉积法

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。

然而，实际上， 反应室中的反应是很复杂的，有很多必须考虑的因素，沉积参数的变化范围是很宽的：反应室内的压力、晶片的温度、气体的流动速率、气体通过晶片的路程(如图所示)、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率、反应的中间产品起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反应等。额外能量来源诸如等离子体能量，当然会产生一整套新变数，如离子与中性气流的比率，离子能和晶片上的射频偏压等。

然后，考虑沉积薄膜中的变数：如在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性(后者指跨图形台阶的覆盖)，薄膜的化学配比(化学成份和分布状态)，结晶晶向和缺陷密度等。当然，沉积速率也是一个重要的因素，因为它决定着反应室的产出量，高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。反应生成的膜不仅会沉积在晶片上，也会沉积在反应室的其他部件上，对反应室进行清洗的次数和彻底程度也是很重要的。

化学家和物理学家花了很多时间来考虑怎样才能得到高质量的沉积薄膜。他们已得到的结论认为：在晶片表面的化学反应首先应是形成“成核点”，然后从这些“成核点”处生长得到薄膜，这样淀积出来的薄膜质量较好。另一种结论认为，在反应室内的某处形成反应的中间产物，这一中间产物滴落在晶片上后再从这一中间产物上淀积成薄膜，这种薄膜常常是一种劣质薄膜。

CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)，常压CVD(APCVD)，亚常压CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD)。然后，还有金属有机物CVD(MOCVD)，根据金属源的自特性来保证它的分类，这些金属的典型状态是液态，在导入容器之前必须先将它气化。不过，容易引起混淆的是，有些人会把MOCVD认为是有机金属CVD(OMCVD)。

过去，对LPCVD和APCVD最常使用的反应室是一个简单的管式炉结构，即使在今天，管式炉也还被广泛地应用于沉积诸如Si3N4 和二氧化硅之类的基础薄膜(氧气中有硅元素存在将会最终形成为高质量的SiO2，但这会大量消耗硅元素；通过硅烷和氧气反应也可能沉积出SiO2 -两种方法均可以在管式炉中进行)。

而且，最近，单片淀积工艺推动并导致产生了新的CVD反应室结构。这些新的结构中绝大多数都使用了等离子体，其中一部分是为了加快反应过程，也有一些系统外加一个按钮，以控制淀积膜的质量。在PECVD和HDPCVD系统中有些方面还特别令人感兴趣是通过调节能量，偏压以及其它参数，可以同时有沉积和蚀刻反应的功能。通过调整淀积：蚀刻比率，有可能得到一个很好的缝隙填充工艺。

对许多金属和金属合金一个有趣的争论就是，他们是通过物理气相沉积(PVD)还是通过化学气相沉积(CVD)能得到最好的沉积效果。尽管CVD比PVD有更好的台阶覆盖特性，但目前诸如铜的子晶层和钽氮扩散层薄膜都是通过PVD来沉积的，因为现有的大量装置都是基于PVD系统的，工程技术人员对PVD方法也有较高的熟练程度。一些人建议，既然台阶覆盖特性越来越重要(尤其是在通孔边墙覆盖)，CVD方法将成为必不可少的技术。相似的争论也存在于产生低k值介质材料方面：是使用CVD方法好还是采用旋涂工艺好？

在化学气相沉积中，决定晶圆间薄膜均匀性的重要参数之一是晶圆间的气体是如何流动的。上图所示是Novellus概念下Three ALTUS系统中，一个晶圆及其基座上的SiH4集中度和钨沉积率的典型路径图。

气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质转变为气体，使之在气体状态下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。用该法可制备纯度高、颗粒分散性好、粒径分布窄、粒径小的纳米陶瓷粉体。气相法又可分为气体中蒸发法、化学气相反应法、溅射源法、流动油面上真空沉积法和金属蒸汽合成法。

沉淀法又分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法等，都是利用生成沉淀的液相反应来制取。共沉淀法可在制备过程中完成反应及掺杂过程，因此较多地应用于电子陶瓷的制备。BaTiO3是一种重要的电子陶瓷材料，具有高介电常数和优异的铁电和压电性能。用TiCl4,H2O2和BaCl2以共沉淀法制备过氧化钛前驱体，经无水乙醇分散脱水，热分解制备出颗粒直径小于30 nm的BaTi03纳米晶[3]。

化学气相沉积

定义

化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积（PVD）。

应用

现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，这些功能材料必须是高纯的，或者是在高纯材料中有意地掺人某种杂质形成的掺杂材料。但是，我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求，也难以保证得到高纯度的产品。因此，无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。

化学气相淀积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态天机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。目前，化学气相淀积已成为无机合成化学的一个新领域。

特点

1)在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。

2)可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好)。

3)采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。

4)涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。

5)可以控制涂层的密度和涂层纯度。

6)绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好，所以可涂覆带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的工件。

7)沉积层通常具有柱状晶体结构，不耐弯曲，但可通过各种技术对化学反应进行气相扰动，以改善其结构。

8)可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。

等离子体技术用途广泛，即可利用等离子体产生的高温高速射流，还可可进行焊接、堆焊、喷涂、切割、加热切削等机械加工；同时，还可进行活性粒子和辐射来促成某些化学反应；再冶金领域的也应用到·；还可对金属、非金属表面进行处理等。

日本经济产业省在2019年7月1日宣布对韩国实行出口审查管制，将韩国自外汇出口贸易法令名单删除，并与2019年7月4日对出口韩国的OLED面板表层防护材料氟聚酰亚胺、半导体黄光制程关键材料光阻剂和刻蚀气体高纯度氟化氢等化学原料进行出口审查，一时间整个半导体市场炸了窝。此外有消息称韩国将从中国进口高纯度氟化氢等半导体材料，国内多氟多等相关公司股价一飞冲天。

除了氟聚酰亚胺和高纯氟化氢等外，另一种半导体材料溅射靶材也是必不可少的重要材料，江丰电子（300666.SZ）和阿石创（300706.SZ）、有研新材子公司有研亿金在溅射靶材领域已经颇具规模，在市场中也具有一定竞争优势，是半导体材料国产化中的重点企业。目前江丰电子和阿石创上半年业绩预告都已经披露，有研新材半年报业绩预告还不见踪迹，因此我们主要回顾下江丰电子和阿石创的业绩。

上半年业绩预告回顾

上市两个年头，江丰电子净利润减半

江丰电子业绩预告显示，公司2019年上半年归母净利润1598.59-1106.72万元，相比去年同期的2459.37万元，降幅35%-55%，业绩下降的原因主要是2019年实施了第一期股票期权激励计划，上半年摊销相关费用约为556.16万元，约占上年同期归母净利润的19.22%；报告期内随着公司产能和规模不断扩大、各项研发项目加大力度，导致报告期内研发费用、折旧等相关费用支出同比有所增加，再加上公司银行借款金额增加带来利息费用增加，以及预计公司今年1-6月份非经常性损益935万元，公司上半年业绩有较大幅度降低。

江丰电子的主营业务是高纯溅射靶材的研发、生产与销售，产品主要是各种高纯溅射靶材，包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等，主要用于集成电路、液晶面板、薄膜太阳能电池制造的物理气相沉积工艺即PVD，用于制备电子薄膜材料。

江丰电子是2017年6月上市的，上市之初公司净利润还有2000万元的规模，而上市刚满两个年头净利润就下滑至原来的一半，也显得不太正常。

售价下跌，阿石创利润跌破千万元

阿石创在业绩预告中提到，公司上半年归母净利润870-1250万元，相比去年同期的1919.88万元，归母净利润下降34.89%-54.68%，公司上半年业绩与江丰电子一样腰斩了。

阿石创在公告中提到，公司根据下游市场变化情况，不断优化产品销售结构，促使营收较上年同期相比稳定增长，但部分产品受到积极的销售政策影响导致销售单价下滑，同时由于优化产品结构所投入的高端大型设备产能未能完全释放导致折旧等固定成本增加，因此净利润较上年同期有所下降。

阿石创是一家专门从事各种PVD镀膜材料研发、生产与销售的企业，主要产品是溅射靶材和蒸镀材料，其中溅射靶材主要用于平板显示、光学光通讯、节能玻璃等行业，蒸镀材料主要用于LED、平板显示和半导体分立器件等领域，同时公司拟还加大力度，积极拓展半导体、光伏等行业。

阿石创2017年9月上市，比江丰电子晚了三个月，上市之初公司拟净利润3500万元左右，但倘若半年报披露后公司净利润真的降到800多万的话，公司的投资价值就要重估了。

什么是溅射靶材？

江丰电子、阿石创和另一家上市公司有研新材（600206.SH）子公司有研亿金均有溅射靶材这项业务，那么什么是溅射靶材，这三家公司的溅射靶材业务有什么区别，笔者下面做个简单介绍。

先说溅射靶材。溅射靶材主要应用在晶圆制造和先进封装过程中。以芯片制造为例，我们已经知道在芯片制造过程中有几大关键步骤：光刻、刻蚀、离子注入和抛光等，在抛光工艺CMP之后还有一个金属化的过程，溅射靶材就是在芯片金属化过程中，通过CVD设备使用高能粒子轰击靶材然后在硅片上形成特定功能的金属层，比如阻挡层和导电层。

溅射靶材产业链主要环节有金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用，其中靶材制造和溅射镀膜是关键环节，江丰电子给我们介绍了铝靶的制造过程如下（其他靶材制造过程类似）：

靶材的分类很多，按照应用领域分类，靶材可分为半导体用靶材、平板显示用靶材等不同类型，其性能一起也有较大差别：

智研咨询数据显示2016年全球溅射靶材市场规模达到113.6亿美元，其中平板显示、半导体、太阳能电池、记录媒体和其他用五大类型的靶材市场规模分别为38.1亿美元、11.9亿美元、23.4亿美元、33.5亿美元和6.7亿美元，平板显示市场容量占比达到33.54%，半导体市场占比仅有10%左右。相比于千亿美元级别的集成电路市场，溅射靶材的市场规模就小了很多，但其成长性较高，2016年智研咨询的数据显示，预计2016-2019年溅射靶材市场规模GAGR13%， 2019年达到160亿美元左右。

在集成电路用高纯金属靶材领域，江丰电子打破了美日跨国公司的垄断，填补了国内电子材料行业的空白，解决了从无到有的问题，但若要想在该行业内竞争，现有实力还是远远不够。毕竟在全球范围内，美国霍尼韦尔、普莱克斯、日本日矿金属、东曹、住友化学等无论是技术水平还是研发实力、资金实力等都是全球领先，也占据着全球溅射靶材市场绝大部分份额，2015年日本日矿金属在整个溅射靶材市场的份额高达55%，前五大厂商市场份额达到80%。实际上包括溅射靶材在内的半导体材料领域，中国占全球市场的比例2016年仅有2%左右，国产化率也仅有20%左右，还以中低端为主，在高端领域，国内企业想做的功课还很多。

在国内江丰电子还面临诸多国内企业的竞争。除了江丰电子，国内目前做溅射靶材的公司主要有有研新材和阿石创，其中有研新材子公司有研亿金生产半导体用溅射靶材，阿石创主要生产平板显示用溅射靶材，而江丰电子半导体溅射靶材和平板显示溅射靶材均有。

靶材三杰的比较

业务差异

招股书资料显示，江丰电子的靶材主要分为铝靶、钛靶（包括钛环）、钽靶（包括钽环）、钨钛靶，其中钛靶和钽靶主要用于半导体领域，铝靶和钨钛靶有一部分可用于太阳能电池领域，下游客户半导体领域江丰电子的产品进入台积电、格罗方德、中芯国际等一线半导体企业，太阳能用靶材的主要客户是SunPower：

阿石创是从事PVD镀膜材料的研发，目前该产品分为两大类：溅射靶材和蒸镀材料，其中溅射靶材主要是用于平面显示，按照原材质种类阿石创将溅射靶材分为以下三个种类，分类标准与江丰电子不同：

蒸镀材料是阿石创的另一大产品，按照材质公司也将蒸镀材料分为氧化物蒸镀材料等三大类，蒸镀材料主要用于光学元器件、LED、平板显示等：

在收入构成上，2018年阿石创主要的收入是PVD镀膜材料，占到公司营收的96.84%，其中溅射靶材收入占比77.93%，蒸镀材料收入占比18.91%。

客户群体上阿石创与江丰电子相比稍逊一些，招股书显示公司主要客户为北方光电、中电 科技 （南京）电子信息发展有限公司、湖北森浤光学有限公司和南玻集团和蓝思 科技 等，而江丰电子在平面显示领域的客户为京东方和华星光电。

有研新材的业务比江丰电子和阿石创更复杂，其主要业务是高纯金属及稀贵金属材料、高端稀土功能材料等，其全资子公司有研亿金从事的是溅射靶材及蒸发材料等微电子用薄膜材料，目前有研亿金的主要产品有以下几种：

其中在4-8寸芯片制造用靶材市场有研亿金市国内占率第一，在8-12寸先进封装行业用靶材市场公司同样市占率第一。在客户方面，有研新材的主要客户有日立材料、日本先进材料株式会社、优美科等，客户质地同样要好于阿石创。

营收规模有研亿金最高

既然说到了公司就不能不说营收规模。有研新材业务多，体量大，其营收规模也是三个公司中最大的，2018年有研新材、阿石创和江丰电子的营收分别为47.68亿元、2.56亿元和6.50亿元，营收规模阿石创最小。

有研亿金是有研新材体系中从事溅射靶材的主体，如果将有研亿金与阿石创和江丰电子对比，从营收规模上来看有研亿金还是最大的，2018年其营收规模达到17.01亿元，远高于阿石创和江丰电子：

从营收增速来看，阿石创、江丰电子和有研亿金2016年以来的营收增速是放缓的，这与过去几年整个半导体行业景气度下行相关。有研新材复杂的业务体系决定了，即便个别业务下降，但在其他业务增长之下，整体业务还是可以保持增长。

综合盈利能力江丰电子最稳定

笔者简单对照了下这几家公司的综合毛利率，发现江丰电子的综合毛利率一直维持在31%左右，其他公司毛利率近几年均有不同程度的下滑，这个可能与江丰电子优质的客户资源有关，毕竟其最主要的产品半导体溅射靶材已经进入台积电等供应链体系，平面显示溅射靶材的客户也是京东方这样的优质客户。但是ROE方面这三家公司都出现一定幅度的下降，尤其是江丰电子和阿石创，ROE下降幅度很大，这与公司成本费用控制能力、原材料价格波动等因素有关，鉴于时间太晚的缘故，笔者就不展开了，等这三家公司半年报正式发布了，再依次讨论：

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