濺射靶材行業(yè)的技術(shù)水平

濺射靶材行業(yè)的技術(shù)水平濺射靶材行業(yè)的技術(shù)水平濺射靶材是各類薄膜材料的關(guān)鍵材料，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，種類繁多，其純度、密度、品質(zhì)等對(duì)最終的電子器件的質(zhì)量和性能起著至關(guān)重要的作用。目前高端濺射靶材產(chǎn)品純度一般在99．99%-99．9999%（即4N-6N），其質(zhì)量對(duì)膜層性能有很大的影響，同時(shí)會(huì)影響到鍍膜的生產(chǎn)效率和成本。濺射靶材的研發(fā)涉及到電性、磁性、熱性、反射率及顏色外觀等多個(gè)技術(shù)特性。此外，濺射靶材生產(chǎn)企業(yè)必須針對(duì)客戶的各種需求，針對(duì)不同靶材應(yīng)用不同的工藝及材質(zhì)，譬如金屬靶材需使用塑性加工、熱處理等技術(shù)；陶瓷靶材需要使用到粉體處理、燒結(jié)等技術(shù)；部分特殊合金由于成份均勻性的要求更須使用到復(fù)合粉體制備技術(shù)，其目的即在控制材料微結(jié)構(gòu)，譬如晶粒尺寸、密度、結(jié)構(gòu)的控制等，以達(dá)到客戶的產(chǎn)品要求。記錄媒體靶材應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可分為光存儲(chǔ)、磁存儲(chǔ)與半導(dǎo)體存儲(chǔ)，近年來半導(dǎo)體存儲(chǔ)發(fā)展迅速。從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量來看，目前磁記錄仍然占據(jù)主導(dǎo)記錄。按記錄媒體的機(jī)械形狀和驅(qū)動(dòng)方式的不同，磁記錄可分為磁鼓、磁帶（錄音機(jī)、錄像機(jī)、數(shù)據(jù)記錄）、磁盤（硬盤、軟盤）、磁卡等，其中，高密度硬盤領(lǐng)域的磁性薄膜幾乎都是以濺射法制作的，這些磁記錄薄膜材料有很高的記錄密度。因此也要求濺射靶材具有高純度、低氣體含量、細(xì)晶微結(jié)構(gòu)、均勻的金相、高磁穿透和使用率、優(yōu)異的電性與機(jī)械特性等特點(diǎn)。磁記錄靶材常用材料為鈷（3N）/鎳/鐵合金/鉻/碲、硒（4N）/稀土-遷移金屬（3N）等，主要包括鉻靶、鎳靶、鈷靶。濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈中國濺射靶材上游為各種原材料，包括金屬、合金、陶瓷化合物；中游主要為靶材制造、濺射鍍膜；下游廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片、平面顯示、信息存儲(chǔ)、太陽能電池、智能玻璃等。中國濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈上游金屬上市企業(yè)包括新疆眾和、天山鋁業(yè)、銅陵有色、安寧股份、中環(huán)股份等，合金企業(yè)包括江贛鋒鋰業(yè)、興業(yè)礦業(yè)、浙富控股、廈門鉤業(yè)、寒銳鉆業(yè)等。中游的濺射靶材企業(yè)主要為日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯、有研新材、金鉬股份、新疆眾和、隆華科技、江豐電子、康達(dá)新材、阿石創(chuàng)、超卓航科等。下游集成電路企業(yè)包括中芯國際、長(zhǎng)電科技、韋爾股份、通富微電、華天科技等，太陽能電池企業(yè)包括通威股份、隆基綠能、天合光能、晶科能源、TCL中環(huán)等。光伏靶材應(yīng)用場(chǎng)景光伏領(lǐng)域?qū)Π胁牡氖褂弥饕潜∧る姵睾虷IT光伏電池（本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池），目前市場(chǎng)主流的晶體硅太陽能電池較少用到濺射靶材。其中自2015年三洋的HIT專利保護(hù)結(jié)束后，技術(shù)壁壘消除，HIT電池電池開始推廣，近年來發(fā)展迅速。光伏電池用靶材形成背電極，靶材濺射鍍膜形成的太陽能薄膜電池的背電級(jí)主要有三個(gè)用途：第一，它是各單體電池的負(fù)極；第二，它是各自電池串聯(lián)的導(dǎo)電通道；第三，它可以增加太陽能電池對(duì)光的反射。目前太陽能薄膜電池用濺射靶材主要為方形板狀，純度要求一般在99．99%（4N）以上。其中薄膜電池較為常用的濺射靶材包括鋁靶、銅靶、鉬靶、鉻靶以及ITO靶、AZO靶（氧化鋁鋅）等，HIT電池則主要使用ITO靶材作為其透明導(dǎo)電薄膜。鋁靶、銅靶主要用于導(dǎo)電層薄膜，鉬靶、鉻靶用于阻擋層薄膜，ITO靶、AZO靶用于透明導(dǎo)電層薄膜。濺射靶材應(yīng)用場(chǎng)景半導(dǎo)體芯片是對(duì)濺射靶材的成分、組織和性能要求的最高的領(lǐng)域。具體來講，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。靶材在晶圓制造環(huán)節(jié)主要被用作金屬濺鍍，常采用PVD工藝進(jìn)行鍍膜，通常使用純度在99．9995%（5N5）及以上的銅靶、鋁靶、鉭靶、鈦靶以及部分合金靶等；靶材在芯片封裝環(huán)節(jié)常用作貼片焊線的鍍膜，常采用高純及超高純金屬銅靶、鋁靶、鉭靶等。具體來看，半導(dǎo)體領(lǐng)域用量較多的濺射靶材主要有鉭靶、銅靶、鋁靶、鈦靶等，其中銅靶和鉭靶多配合起來使用，分別用于生成銅導(dǎo)電層和鉭阻擋層，在110nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)中大量使用；鋁靶和鈦靶則主要用于8英寸晶圓110nm以上技術(shù)節(jié)點(diǎn)中導(dǎo)電層和阻擋層的制備。隨著芯片制程持續(xù)微縮，銅靶和鉭靶需求有望持續(xù)增長(zhǎng)，而汽車芯片等仍廣泛使用成熟制程，鋁靶和鈦靶仍有大量應(yīng)用。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。具體工藝過程為，在完成濺射工藝后，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。濺射靶材種類和規(guī)格按材質(zhì)可分為金屬靶材（純金屬鋁、鈦、銅、鉭等）、合金靶材（鎳鉻合金、鎳鈷合金等）、陶瓷化合物靶材（氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等）。按下游終端應(yīng)用可分為半導(dǎo)體靶材、平板顯示靶材、太陽能電池靶材、記錄存儲(chǔ)靶材等，四大板塊約合占比97%。按形狀分類可分為長(zhǎng)靶、方靶、圓靶和管靶。其中常見的靶材多為方靶、圓靶，均為實(shí)心靶材。近年來，空心圓管型濺射靶材由于具有較高的回收利用率，也在國內(nèi)外得到了一定推廣。在鍍膜作業(yè)中，圓環(huán)形的永磁體在靶材的表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)為環(huán)形，會(huì)發(fā)生不均勻沖蝕現(xiàn)象，濺射的薄膜厚度均勻性不佳，靶材的使用效率大約只有20%～30%。目前，為了提高靶材的利用率，國內(nèi)外都在推廣可圍繞固定的條狀磁鐵組件旋轉(zhuǎn)的空心圓管型濺射靶材，此種靶材由于靶面360°都可被均勻刻蝕，因而利用率可由通常的20%～30%提高到75%～80%。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ跒R射靶材的材料和性能要求存在一定差異。如半導(dǎo)體芯片對(duì)于靶材的純度和精度要求最高，技術(shù)難度也最高，通常為圓靶；而面板則要求材料面積大、均勻性好，技術(shù)難度不如芯片但要求也很高，形狀常為長(zhǎng)靶。靶材制備濺射靶材上游原材料為高純金屬，若金屬雜質(zhì)含量過高，則形成的薄膜無法達(dá)到使用所要求的電性能，且在濺射過程中易在晶圓上形成微粒，導(dǎo)致電路短路或損壞，嚴(yán)重影響薄膜的性能。而這對(duì)金屬提純的要求極高，且提純后往往還需配比其他金屬元素才能投入使用，這個(gè)過程中需經(jīng)過熔煉、合金化和鑄造等步驟，對(duì)配比和工藝控制都有極高要求，因此目前高純銅、高純鉭等原材料都很大程度上由海外廠商把控，國內(nèi)靶材廠商的采購容易受到限制。繼上游高純金屬原材料環(huán)節(jié)后，在濺射靶材制造環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行反復(fù)的塑性變形、熱處理，需要精確地控制晶粒、晶向等關(guān)鍵指標(biāo)，再經(jīng)過焊接、機(jī)械加工、清洗干燥、真空包裝等工序，工序繁多且精細(xì)，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(zhì)量和良品率。濺射靶材是一種新型的物理氣相鍍膜方式，主要是指用電子槍系統(tǒng)把電子發(fā)射并聚焦在被鍍的材料上，使其被濺射出來的原子遵循動(dòng)量轉(zhuǎn)換原理以較高的動(dòng)能脫離材料飛向基片淀積成膜。濺射靶材的要求較行業(yè)高，一般要求如，尺寸、純度、各項(xiàng)雜質(zhì)含量、密度、N/O/、尺寸與缺陷控制；較高要求或特殊要求包含、電阻值、晶粒尺寸均勻性、成份與組織均勻性、異物（氧化物）含量與尺寸、超高密度與超細(xì)晶粒等等。濺射靶材根據(jù)形狀分，可分為方靶，圓靶，異型靶；根據(jù)成份分，可分為金屬靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材；根據(jù)應(yīng)用不同分，可分為半導(dǎo)體關(guān)聯(lián)陶瓷靶材、記錄介質(zhì)陶瓷靶材、顯示陶瓷靶材、超導(dǎo)陶瓷靶材和巨磁電阻陶瓷靶材等；根