從"中國制造2025"的長期規(guī)劃來看,經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級之路已經(jīng)非常明確,尤其是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作為經(jīng)濟(jì)質(zhì)量提升的排頭兵,在未來十年應(yīng)該都處于黃金發(fā)展時期。高精尖的半導(dǎo)體技術(shù)涉及國家和社會安全,國家對于自主可控的需求愈發(fā)強(qiáng)烈。
原材料的價格壓力和中美之間愈發(fā)緊張的貿(mào)易戰(zhàn)局勢為國內(nèi)的廠商敲響了警鐘,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)意識到要實現(xiàn)"自主可控"的目標(biāo)就必須取得上游原材料和設(shè)備的控制權(quán)。
所以大力發(fā)展國產(chǎn)半導(dǎo)體材料和設(shè)備的重要性日趨明確,國產(chǎn)材料和設(shè)備實現(xiàn)進(jìn)口替代的長期趨勢不變。已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的半導(dǎo)體材料龍頭有望最先享受到國內(nèi)半導(dǎo)體材料在進(jìn)口替代過程中高速增長的紅利。
據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示,2018年半導(dǎo)體材料市場增長到519億美元,與2017年的470億美元相比增長了10.6%。2018年,中國大陸及臺灣地區(qū)半導(dǎo)體材料銷售額占比合計超過全球銷售額的38%。中國大陸成為全球僅次于臺灣地區(qū)的半導(dǎo)體材料市場。
在作為高技術(shù)制高點的芯片產(chǎn)業(yè)中,濺射靶材是超大規(guī)模集成電路制造的必需原材料。它利用離子源產(chǎn)生的離子,在高真空中經(jīng)過加速聚集,而形成高速度能的離子束流,轟擊固體表面,離子和固體表面原子發(fā)生動能交換,使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面,被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料,稱為濺射靶材。靶材是濺射過程的核心材料。
集成電路中單元器件內(nèi)部由襯底、絕緣層、介質(zhì)層、導(dǎo)體層及保護(hù)層等組成,其中,介質(zhì)層、導(dǎo)體層甚至保護(hù)層都要用到濺射鍍膜工藝,因此濺射靶材是制備集成電路的核心材料之一。集成電路領(lǐng)域的鍍膜用靶材主要包括鋁靶、鈦靶、銅靶、鉭靶、鎢鈦靶等,要求靶材純度很高,一般在5N(99.999%)以上。
靶材分類濺射靶材種類繁多,依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn),可以有不同的類別。濺射靶材可按形狀分類、按化學(xué)成份分類以及按應(yīng)用領(lǐng)域分類。
高純金屬濺射靶材主要應(yīng)用在晶圓制造和先進(jìn)封裝過程,以芯片制造為例,我們可以看到從一個硅片變成一個芯片需要經(jīng)歷7大生產(chǎn)過程,分別是擴(kuò)散(ThermalProcess),光刻(Photo-lithography),刻蝕(Etch),離子注入(IonImplant),薄膜生長(DielectricDeposition),化學(xué)機(jī)械拋光(CMP),金屬化(Metalization),每個環(huán)節(jié)需要用到的設(shè)備,材料和工藝一一對應(yīng)。濺射靶材就是被用在"金屬化"的過程中,通過薄膜沉積設(shè)備使用高能的粒子轟擊靶材然后在硅片上形成特定功能的金屬層,例如導(dǎo)電層,阻擋層。
濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈基本呈金字塔型分布。產(chǎn)業(yè)鏈主要包括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應(yīng)用等環(huán)節(jié)。
終端應(yīng)用環(huán)節(jié)是整個產(chǎn)業(yè)鏈中規(guī)模最大的領(lǐng)域,包括半導(dǎo)體芯片、平板顯示器、太陽能電池等領(lǐng)域。
原材料純度是影響薄膜材料性能的關(guān)鍵因素,高純金屬原材料是靶材生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)。
高純金屬提純分為化學(xué)提純和物理提純,在實際應(yīng)用中,通常使用多種物理、化學(xué)手段聯(lián)合提純實現(xiàn)高純材料的制備。
我國雖然擁有豐富的有色金屬礦產(chǎn)資源,但我國高純金屬制備技術(shù)與國外相比仍存在一定差距,高純金屬有較大比重需從國外進(jìn)口。
下游不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ谒铻R射靶材的要求不一,比如:半導(dǎo)體芯片對濺射靶材的金屬材料純度、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等方面都設(shè)定了極其苛刻的標(biāo)準(zhǔn),需要掌握生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)并經(jīng)過長期實踐才能制成符合工藝要求的產(chǎn)品,因此,半導(dǎo)體芯片對濺射靶材的要求是最高的,價格也最為昂貴。
相比之下,平板顯示器、太陽能電池對于濺射靶材的純度和技術(shù)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(jié)合率、平整度等指標(biāo)提出了更高的要求。
下游需求全線增長驅(qū)動濺射靶材市場規(guī)模高速增長。
據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù),2016年全球高純?yōu)R射靶材市場規(guī)模約為113.6億美元,同比增長接近20%,其中平板顯示(含觸控屏)用靶材為38.1億美元,占比34%、半導(dǎo)體用靶材11.9億美元、占比10%,太陽能電池用靶材23.4億美元、記錄媒體靶材33.5億美元。預(yù)計到2019年,全球高純?yōu)R射靶材市場規(guī)模將超過163億美元,年復(fù)合增長率達(dá)13%。
中國利用龐大的消費需求,利于下游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移至本土,從而提升國內(nèi)濺射靶材增速。近年來濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈下游工業(yè)面臨著不同程度的成本壓力,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)存在產(chǎn)業(yè)向市場轉(zhuǎn)移的趨勢,我國是世界最大的集成電路第一手交易市場,銷售額超過全球銷售額的50%,對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移具有較大的吸引力,因此國內(nèi)靶材市場增速還將高于全球增速。
濺射鍍膜工藝所需要的濺射靶材原材料純度高、專業(yè)應(yīng)用性強(qiáng)。自誕生之日起,以美國、日本為代表的高純?yōu)R射靶材生產(chǎn)企業(yè)便對核心技術(shù)執(zhí)行嚴(yán)格的保密措施,導(dǎo)致濺射靶材行業(yè)在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)明顯的區(qū)域集聚特征。
以霍尼韋爾(美國)、日礦金屬(日本)、東曹(日本)等跨國集團(tuán)為代表的濺射靶材生產(chǎn)商,較早涉足該領(lǐng)域從事相關(guān)業(yè)務(wù)。前五大廠商占比超過80%。
美日跨國集團(tuán)產(chǎn)業(yè)鏈完整,囊括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應(yīng)用各個環(huán)節(jié)。依托先進(jìn)的提純技術(shù)在整個產(chǎn)業(yè)鏈中居于十分有利的地位,具有較強(qiáng)的議價能力。
國內(nèi)濺射靶材制造水平達(dá)到國際先進(jìn)水平,但規(guī)模和體量尚小,目前處于快速成長階段。
濺射靶材行業(yè)在我國起步較晚,目前仍然屬于一個較新的行業(yè)。近年來,隨著下游產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移,國產(chǎn)靶材已開始實現(xiàn)突破。
前有市場格局優(yōu)化、國內(nèi)企業(yè)技術(shù)突破和政策支撐等良好基礎(chǔ),后有中美貿(mào)易摩擦作為催化劑,靶材國產(chǎn)化替代正在加速中。相對于全球130億美金的市場,國內(nèi)50億美金左右的市場而言,行業(yè)還有巨大的替代空間。
國內(nèi)的濺射靶材主要有兩類:半導(dǎo)體用靶材由江豐電子,有研億金生產(chǎn);另一類是面板靶材,生產(chǎn)商主要是阿石創(chuàng),四豐電子,晶聯(lián)光電。領(lǐng)先企業(yè)如江豐電子等高純?yōu)R射靶材廠商實現(xiàn)技術(shù)突破之后已經(jīng)開始進(jìn)入各大晶圓代工廠的供應(yīng)商名單。
濺射靶材的技術(shù)發(fā)展趨勢與下游應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)革新息息相關(guān),隨著應(yīng)用市場在薄膜產(chǎn)品或元件上的技術(shù)進(jìn)步,濺射靶材也需要隨之變化。
在下游應(yīng)用領(lǐng)域中,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對濺射靶材和濺射薄膜的品質(zhì)要求最高,隨著更大尺寸的硅晶圓片制造出來,相應(yīng)地要求濺射靶材也朝著大尺寸方向發(fā)展,同時也對濺射靶材的晶粒晶向控制提出了更高的要求。
濺射薄膜的純度與濺射靶材的純度密切相關(guān),為了滿足半導(dǎo)體更高精度、更細(xì)小微米工藝的需求,所需要的濺射靶材純度不斷攀升,甚至達(dá)到99.9999%(6N)純度以上。
靶材作為重點鼓勵發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),并出臺產(chǎn)業(yè)政策,"十三五"提出,到2020年重大關(guān)鍵材料自給率達(dá)到70%以上,初步實現(xiàn)我國從材料大國向材料強(qiáng)國的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。目前我國企業(yè)在靶材領(lǐng)域已陸續(xù)取得突破,在現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)背景下,國產(chǎn)靶材必將取得長足發(fā)展。