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溅射靶材是PVD核心耗材,半导体领域用溅射靶材技术壁垒最高

发布时间:2023-03-21  来源:立鼎产业研究网  点击量: 1252 

溅射工艺属于物理气相沉积(PVD)技术的一种,是制备电子薄膜材料的主要技术之一,其利用离子源产生的离子,在真空中加速聚集成高速离子流,轰击固体表面,离子和固体表面的原子发生动能交换,使固体表面的原子离开靶材并沉积在基材表面,从而形成纳米(或微米)薄膜。被轰击的固体是溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。靶材质量的好坏对薄膜的性能起着至关重要的决定作用。

溅射靶材工作原理


来源:江丰电子招股说明书

溅射靶材产业链包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用四个环节高纯、超高纯金属是溅射靶材的基础,若靶材杂质过高则会影响导电性,甚至导致电路损坏。高纯金属提纯难度高,需要将物理提纯和化学提纯结合使用,经过熔炼、合金化和铸造等步骤,才能满足高纯度要求。目前该领域主要被日本三菱、H.C Stark 等海外公司垄断。

溅射靶材产业链包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用


来源:江丰电子招股说明书

靶材制造所需工艺繁琐、技术难度较高。靶材制造环节首先需要根据下游应用领域的性能、需求进行特有的工艺设计,然后再进行反复的塑性变形、热处理等,过程中需要精确地控制晶粒、晶向等关键指标,再经过焊接、机械加工、清洗干燥、真空包装等工序。目前制备靶材的方法主要有铸造法和粉末冶金法。半导体用的超高纯溅射靶材过去被日矿、霍尼韦尔、东曹等公司垄断。

溅射镀膜是应用溅射法给物体表面镀膜,溅射镀膜的品质对下游产品的质量具有重要影响。

溅射靶材下游应用领域广泛,在半导体芯片(10%)、平面显示(34%)、信息存储(29%)、太阳能电池(21%)和智能玻璃(6%)等行业被广泛应用。

半导体占靶材行业下游应用10%


来源:SEMI

溅射靶材应用领域和主要用途


来源:IC insights

半导体领域用溅射靶材技术门槛最高。不同行业对靶材的纯度要求不同,半导体行业中靶材用于晶圆制造和芯片封装。溅射靶材用在晶圆制造的“金属化”过程中,主要用于制备导电层、阻挡层和接触层等,对靶材要求高纯度、高精度和高集成度。在封装中,溅射靶材用于键合线的镀层。半导体芯片对靶材纯度要求达 5N599.9995%)以上,价格也最为昂贵,平面显示器、太阳能电池对靶材纯度和技术要求略低,分别达到 5N99.999%)和 4N599.995%)。

溅射靶材在晶圆制造环节用于“金属化”过程中


来源:公开资料

高端制程中,铜靶代替铝靶为未来发展方向。靶材主要种类包括铜、钽、铝、钛、钴等。在半导体芯片领域按照硅片尺寸的不同所用到的靶材类别也有差异,8 英寸(200mm)晶圆生产中用到的铝靶和钛靶较多,铝靶主要用作 110nm 以上技术节点的布线材料,钛靶作为其配套的阻挡层材料;而 12 英寸(300mm)晶圆生产中对于钽和铜靶材的需求较大,铜靶主要用于 110nm 以下,钽靶与之配套。在半导体制程日渐缩小的趋势下,铜靶代替铝靶是明确的发展方向。

高端制程中主要用铜靶


来源:公开资料


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