半導體靶材，如何左右7nm以下制程？

在芯片制造的巨大產業鏈中，靶材是一個小而精的關鍵領域。它猶如芯片的“基因載體”，通過濺射工藝將自身原子一層層地沉積在硅片上，形成芯片內部的導電層或阻擋層。

沒有高純度的靶材，就沒有先進制程的芯片。

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為何純度決定芯片命運

半導體芯片行業是金屬濺射靶材核心應用場景之一，同時也是對靶材成分純度、微觀組織均勻性及綜合性能要求最為嚴苛的領域。從半導體芯片的完整制造流程來看，可劃分為硅片制造、晶圓制造與芯片封裝三大核心環節，而金屬濺射靶材的應用主要集中在晶圓制造和芯片封裝這兩個關鍵階段。

在半導體芯片的生產中，金屬濺射靶材的核心作用是為芯片構建用于傳遞信息的金屬導線，其具體濺射過程需在高真空環境下完成：首先通過高速離子流對不同類型的金屬濺射靶材表面進行轟擊，使靶材表面的原子以層狀形式沉積在半導體芯片表面，形成金屬薄膜；隨后借助特殊的精密加工工藝，將芯片表面的金屬薄膜刻蝕成納米級別的金屬導線，最終實現芯片內部數以億計微型晶體管的相互連接，從而達成信號傳遞的功能。

從材質分類來看，半導體芯片行業常用的金屬濺射靶材主要包括兩大類：一是高純濺射靶材，如銅、鉭、鋁、鈦、鈷、鎢等；二是合金類濺射靶材，典型代表為鎳鉑合金、鎢鈦合金等。

在芯片生產的導電層工藝中，鋁和銅是目前主流的導線材質，且不同技術節點對應不同的工藝選擇：通常情況下，110nm 及以上晶圓技術節點的芯片采用鋁導線工藝，此時會以鈦材料作為阻擋層薄膜；而110nm 以下晶圓技術節點的芯片則采用銅導線工藝，阻擋層薄膜一般選用鉭材料。在實際芯片應用場景中，兩種工藝需結合使用 —— 通過銅、鉭等材料對應的先進工藝，可實現芯片功耗降低、運算速度提升的效果；同時依托鋁、鈦材料對應的 110nm 以上節點工藝，能夠保障芯片的可靠性與抗干擾性能，二者共同支撐芯片的穩定運行。

當芯片制造進入7納米以下工藝時，對靶材純度的要求達到了近乎苛刻的程度：金屬雜質需控制在十億分之一（ppb）級別，相當于在一個標準奧運游泳池中只能存在幾粒鹽的雜質。

來源：江豐電子招股說明書

這種極致的技術要求源于半導體工藝的物理極限。在先進制程中，靶材原子通過濺射過程沉積在硅片上，形成納米級的薄膜電路。任何微小的雜質都會導致電路短路或性能衰減。例如，在銅互連工藝中，即使微量的氧元素也會顯著增加電阻，直接影響芯片的運算速度與功耗。

國內靶材企業通過原創性技術突破，正在逐步攻克這些技術壁壘。江豐電子開發的超高純鈦（5N鈦）靶材純度達到99.999%，創造了行業新紀錄；有研新材則通過真空熔煉技術，將鋁靶材的晶粒尺寸控制在20微米以下，顯著提高了薄膜均勻性。這些突破不僅體現了技術層面的進步，更意味著中國企業在材料科學基礎研究上的持續投入開始收獲成果。

從全球技術格局看，靶材技術正朝著多元化方向發展。隨著三維芯片、異質集成等新興技術的崛起，對特種靶材的需求日益增長——硅通孔技術需要高深寬比的鉭阻擋層靶材，而晶圓級封裝則對低溫焊接用錫靶提出了新要求。

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應用在哪里？

靶材的形態與材質需適配不同應用場景，按形狀可分為長（正）方體形、圓柱體形、無規則形及實心、空心靶材；按材料可分為純金屬（鋁、鈦、銅、鉭等）、合金（鎳鉻、鎳鈷合金等）、無機非金屬（氧化物、硅化物、碳化物等陶瓷化合物）及復合材料靶材，廣泛應用于集成電路、平板顯示、太陽能電池等多領域，其中高純靶材主打對材料純度、穩定性要求高的場景，而半導體領域對靶材技術要求最高、價格最昂貴。

半導體靶材用于晶圓導電阻擋層及芯片封裝金屬布線層制作，雖在晶圓制造、封裝環節成本占比均僅約3%（SEMI數據），但品質直接影響導電層、阻擋層均勻性與性能，進而決定芯片傳輸速度及穩定性。

光伏靶材核心用途是形成太陽能薄膜電池背電極，晶體硅太陽能電池中僅PVD工藝高轉化率硅片電池可能用到，硅片涂覆型電池則無需使用，且對靶材純度要求低于半導體領域（99.99%（5N）以上即可），形態以方形板狀為主。

薄膜電池背電極兼具三大功能：作為單體電池負極、串聯導電通道、提升光反射率，所用靶材包括鋁靶、銅靶（導電層）、鉬靶、鉻靶（阻擋層）及ITO靶、AZO靶（氧化鋁鋅，透明導電層）。目前晶體硅太陽能電池因轉化效率高、性能穩定、產業鏈成熟，占據市場主導地位，薄膜電池靶材應用場景相對聚焦。

光學器件靶材通過濺射鍍膜形成介電質膜與金屬膜，組成膜系改變光波透射、反射、吸收、偏振等傳導特性，核心材料為硅、鈮、二氧化硅、鉭等。

其應用覆蓋消費電子（智能手機、車載鏡頭、安防監控、數碼相機等）、高端裝備（航空航天監測鏡頭、生物識別設備、DNA測序儀器、醫療檢查鏡頭、半導體檢測設備、IMAX投影鏡頭、3D打印機）等領域，是光學元器件與鏡頭實現特定光學功能的關鍵基礎材料。

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國產力量，正搶灘

在移動智能終端、平板電腦、消費電子以及汽車電子產品等下游市場需求的持續拉動下，高純濺射靶材行業整體呈現高速增長態勢，全球市場規模已逼近百億美元。根據QYR的統計及預測，2023年全球半導體濺射靶材市場銷售額達到了19.51億美元，預計2030年將達到32.58億美元，年復合增長率（CAGR）為6.8%（2024-2030）。從增長速度來看，過去5 年間，半導體用靶材市場基本保持著 10% 以上的年均增速，展現出穩定的增長潛力。

當前，中國集成電路靶材市場正處于高速發展與國產替代的關鍵時期。盡管國際市場長期由少數幾家巨頭壟斷，但國內企業正奮力追趕。

國際市場看，全球半導體用超高純度金屬靶材市場高度集中于少數幾家國外企業，如日礦金屬（JX Nippon Mining & Metals）、霍尼韋爾（Honeywell）、普萊克斯（Praxair）、優美科（Umicore）等。這些企業憑借長期的技術積累、嚴格的品控和與國際主流芯片制造商的深度綁定，在高端靶材市場占據主導地位，尤其是在銅、鉭、鈷、鎳鉑、鎢等高純靶材方面具有較高市場份額。

來源：方正證券 半導體產業縱橫制表

在我國，集成電路用高純金屬濺射靶材行業起步相對較晚，早期產業基礎較為薄弱。不過近年來，受益于國家政策的大力支持以及行業自身的持續成長，該行業不僅成功突破了多項關鍵制備技術，還構建起完整的高純金屬原料與濺射靶材研發制造體系，產品性能與世界先進水平的差距正逐步縮小。

在高純金屬領域，國內企業緊密圍繞集成電路用靶材的需求，協同推動高純金屬材料行業向前發展，其中新疆眾和股份有限公司、有研億金新材料有限公司、寧夏東方鉭業股份有限公司、金川集團股份有限公司、寧波創潤新材料有限公司、廈門鎢業股份有限公司等企業是行業內的代表性力量。從整體發展情況來看，國內企業已熟練掌握多種高純金屬的制備技術，并實現了產業化應用：一方面，通過嚴格控制有害雜質元素的含量，成功將金屬純度從工業級提升至電子級；另一方面，完成了高純鋁、銅、鈦、鉭、鎳、鈷及貴金屬等材料的國產化替代，具體純度指標如下—— 鋁純度超過 5N5、銅純度超過 6N、鉭純度超過 4N5，鈦、鎳、鈷、金、銀、鉑、鎢等金屬純度均超過 5N，同時還制備出大尺寸、低缺陷、高純度的金屬坯料，為濺射靶材的生產提供了優質原料。

在濺射靶材領域，以有研億金新材料有限公司、寧波江豐電子材料股份有限公司為代表的國內企業，已在國際市場中占據了一定的份額。2024年，江豐電子靶材出貨量時隔四年以26.8%的占比達到世界第一。

來源：ICWORLD 江豐電子半導體靶材事業部總經理蔣劍勇發表演講《半導體先進工藝與靶材升級的協同路徑》

針對不同種類高純金屬的加工特性，相關企業制定了專屬的微觀組織控制策略，并不斷優化生產工藝，成功突破了晶粒細化與取向可控、高質量焊接、精密加工與檢測等關鍵制備技術。同時，這些企業還積極聯合產業鏈上下游企業，在靶材設計及制備、薄膜性能測試評價等全技術鏈條上開展深度合作，有效驅動了技術的迭代創新。目前，國內在高純鋁及鋁合金、鈦、銅及銅合金、鈷、鎳鉑及貴金屬等靶材的技術研發上均取得重大突破，產品性能已達到國外同類產品水平，且通過了國內外集成電路企業的嚴格驗證，實現了批量生產與穩定供應。

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結語

在芯片制造這一龐大的產業鏈中，靶材作為關鍵材料，扮演著不可或缺的角色。隨著半導體技術日益向更小的工藝節點發展，對靶材的要求已超越了傳統標準，進入了一個精細化、高純度的新階段。正如我們所見，靶材的純度和質量直接決定了芯片的性能和穩定性，甚至是整個行業的競爭力。

國內企業在這一領域的不斷突破，標志著中國在全球高端材料技術中的崛起。通過技術創新與產業化應用的推進，國內靶材制造商不僅填補了多項技術空白，也為全球半導體產業提供了有力的支撐。尤其是在高純金屬靶材的國產化替代上，國內企業的進展讓我們看到更多的希望和潛力。

未來，隨著3D芯片、異質集成等新興技術的不斷發展，靶材需求將更加多樣化、細分化。這對生產廠家提出了更高要求，同時也帶來了更大的市場機會。