溅射靶材：芯片制造材料王者…………来源：乐晴智库………04-06 11:02随着全球晶圆制造厂产能逐步转移至中国大陆，我国靶材等半导体核心材料将持续受益。5G时代到来，需求进一步释放，靶材行业将迎来高速发展，其中预计2023年仅5G智能手机设备更新的对靶材的需求为9.56亿美金，所有设备更迭将产生18.7亿美金的市场空间。据公开数据，2018 年的整体市场规模或在148.5 亿美元，整体市场规模或达千亿人民币。其中平板显示（含触控屏）用靶材为42.8 亿美元、半导体用靶材13.7 亿美元、太阳能电池用靶材37.5 亿美元、记录媒体靶材44.3 亿美元。溅射靶材产业链基本呈金字塔型分布。产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用等环节，其中，靶材制造和溅射镀膜环节是整个溅射靶材产业链中的关键环节。金属提纯靶材制造对金属材料纯度的要求很高，需要通过化学提纯与物理提纯结合以最大限度地剔除杂质，才能投入后续使用。中国虽然拥有生产溅射靶材所需的各种基础矿源，但金属提纯技术有限，提纯出来的金属材料绝大部分达不到高纯溅射靶材的生产要求，长期以来，中国厂商主要通过从国外进口获得高纯金属供给。而高纯金属产业集中度较高，美国、日本等国家的高纯金属生产商依托先进的提纯技术在整个产业链中居于十分有利的地位。靶材制造首先需要根据下游应用领域的性能需求进行工艺设计，然后进行反复的塑性变形、热处理，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。靶材制造涉及的工序精细繁多，技术门槛高、设备投资大，而工序流程管理及制造工艺水平将直接影响到溅射靶材的质量和良品率，因此，具有规模化生产能力的企业数量相对较少。溅射镀膜溅射镀膜的品质对下游产品的质量具有重要影响。目前全球市场有色金属总体供应较为充裕，但是溅射镀膜材料中的部分产品对金属材料纯度的要求较高，高纯金属成为了靶材制造的核心原材料。溅射靶材客户端的溅射镀膜环节具有规模化生产能力的企业数量相对较多，但质量参差不齐，美国、欧洲、日本、韩国等知名企业居于技术领先地位，品牌知名度高、市场影响力大，通常会将产业链扩展至下游应用领域，利用技术先导优势和高端品牌迅速占领终端消费市场，如IBM、飞利浦、东芝、三星等。在溅射镀膜过程中，溅射靶材需要安装在机台中完成溅射反应，溅射机台专用性强、精密度高，市场长期被美国、日本跨国集团垄断，主要设备提供商包括AMAT（美国）、ULVAC（日本）、ANELVA（日本）、Var ian（美国）等行业内知名企业。终端应用终端应用环节是整个产业链中规模最大的领域。其产品的开发与生产分散在各个行业领域，同时，此环节具有突出的劳动密集性特点，参与企业数量最多，机器设备投资一般，主要分布在日本、中国台湾和中国大陆等，并逐渐将生产工厂向人力成本低的国家和地区转移。全球范围内高纯金属产业集中度较高，美国、日本、德国等国家的高纯金属生产商依托先进的提纯技术在整个产业链中居于有利的地位，牢牢占据全球溅射靶材的主要市场份额，同时具有较强的议价能力。如霍尼韦尔、普莱克斯、住友化学、日矿金属、东曹、三井矿业、爱发科、世泰科、贺利氏、攀时、优美科、佳能、默克。同时，包括霍尼韦尔、日矿金属等全球靶材制造龙头也积极向上游延伸，把控上游高纯金属生产制造环节。例如，超高纯钛属国家战略性新材料，长期以来只有美国霍尼韦尔、日本东邦和大阪钛业3家公司能生产，并对我国严格限制出口。国内市场竞争方面，溅射靶材的准入门槛较高，行业的龙头公司具有一定程度的先发优势。半导体芯片制造企业对靶材合格供应商的认证过程非常漫长和苛刻，一般至少需要2-3年以上。其中，要进入日、韩等国家芯片制造企业的靶材供应商，则必须通过日、韩本国的中间商或者商社来间接供应；要进入英特尔的靶材供应商，则必须通过应用材料（AM）的推荐；要进入全世界最大的晶圆代工企业台积电的靶材供应商，则需要通过其最终客户（苹果和华为等）的认可。中国靶材市场未来或将保持快速增长中国高纯溅射靶材产业起步较晚，专业从事高纯溅射靶材的生产厂商数量仍然偏少，市场尚处于开拓初期。依靠产业政策导向、产品价格优势已经在国内市场占有一定的市场份额，并逐步在个别产品或领域挤占国际厂商的市场空间。国产靶材厂商主要集中在低端产品领域进行竞争，在半导体芯片、液晶显示器和太阳能电池等市场还无法与国际巨头全面抗衡。近年来中高端靶材产品领域部分开始进入用户批量使用，国内生产商主要有有研新材子公司有研亿金、隆华科技子公司四丰电子和晶联光电、江丰电子和阿石创。产品性能方面，江丰电子和有研新材的生产技术水平均较高，其部分靶材产品已经可以达到国际最先进制程的技术要求，已成功实现国产替代。随着国内企业技术进步，预计与海外靶材生产商差距进一步缩小，预计未来几年中国靶材市场或将保持快速增长。按照靶材应用领域的不同，以及对材料纯度、稳定性要求的不同，溅射靶材可分为半导体用溅射靶材、平板显示器用溅射靶材、太阳能电池用溅射靶材、磁记录介质用建设靶材等。其对金属材料的选择和性能要求也因应用领域的不同而存在一定的差异。其中，半导体芯片对靶材的技术要求最高，对金属的纯度、内部微观结构等都有极高的标准。根据SEMI统计数据，2016-2018年全球半导体芯片用溅射靶材产值从6.7亿美元增长至8亿美元，CAGR为9.3%。半导体制备过程中，在晶圆制造及芯片封装两大环节均需用到溅射靶材。在晶圆制造环节，溅射靶材主要用于制作晶圆导电层、阻挡层以及金属栅极，通常要求靶材纯度在5N（99.999%）以上，主要使用铜靶、铝靶、钛靶、钽靶等；在芯片封装环节，溅射靶材主要用于贴片焊线的镀膜，多使用铜靶、铝靶、钛靶等靶材。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。溅射靶材生产工艺较为复杂，高纯度乃至超高纯度的金属材料是生产高纯溅射靶材的基础。以半导体芯片用溅射靶材为例，若溅射靶材杂质含量过高，则形成的薄膜无法达到使用所要求的电性能，并且在溅射过程中易在晶圆上形成微粒，导致电路短路或损坏，严重影响薄膜的性能。通常情况下，高纯金属提纯分为化学提纯和物理提纯，为了获得更高纯度的金属材料，最大限度地去除杂质，需要将化学提纯和物理提纯结合使用。在将金属提纯到相当高的纯度后，往往还需配比其他金属元素才能投入使用，在这个过程中，需要经过熔炼、合金化和铸造等步骤：通过精炼高纯金属，去除氧气、氮气等多余气体；再加入少量合金元素，使其与高纯金属充分结合并均匀分布；最后将其铸造成没有缺陷的锭材，满足生产加工过程中对金属成份、尺寸大小的要求。具备纯度高、密度高、晶粒取向、结构均匀的大尺寸靶材是产业发展必然。由于每次溅射镀膜过程所生产的器件数量，与靶材的尺寸成平方关系。因此，靶材愈大，器件生产的成本越低，产品竞争力越强。这是电子、平板显示器、太阳能电池板生产企业不断追求的目标。由于单个平板显示器、太阳能电池板等面积越来越大，需要的靶材尺寸也越大，才能满足膜性能的均匀致性。大尺寸靶材是未来发展方向，但对靶材的生产设备、制备技术、靶材结构、及靶材性能要求也越来越高。伴随新一代靶材的密度更高，成份更纯、结构均匀性更好等，资金投入也更大，行业壁垒逐步提升。半导体溅射靶材市场增长主要得益于下游晶圆厂产能增长。在下游市场持续增长，国有产品替代化率和产品水平均较高，政策向国内企业倾斜，国内市场竞争壁垒高的背景下，预计未来随半导体产业链继续向中国转移，将推动溅射靶材市场进一步增长。