靶材：芯片制造的精细“基因载体”

在芯片制造的庞大产业链中，靶材作为关键一环，其重要性不言而喻。它犹如芯片的“基因载体”，通过精细的溅射工艺，将自身原子逐层沉积在硅片上，构筑起芯片内部的导电与阻挡层。

没有高纯度的靶材，就难以成就先进制程的芯片。

01 纯度如何决定芯片命运

半导体芯片行业是金属溅射靶材的核心应用领域，对靶材的纯度、微观组织及综合性能有着极高的要求。从半导体芯片的完整制造流程来看，可以划分为硅片制造、晶圆制造与芯片封装三大环节，而金属溅射靶材的应用则集中在晶圆制造和芯片封装这两个关键阶段。

在半导体芯片的生产过程中，金属溅射靶材的核心作用是为芯片构建用于信息传递的金属导线。这一过程需在高度真空的环境下进行：首先通过高速离子流对不同类型的金属溅射靶材表面进行轰击，使靶材表面的原子以层状形式沉积在半导体芯片表面，形成金属薄膜；随后借助精密的加工工艺，将芯片表面的金属薄膜刻蚀成纳米级的金属导线，实现芯片内部数以亿计的微型晶体管的相互连接，从而完成信号传递的功能。

从材质分类来看，半导体芯片行业常用的金属溅射靶材主要包括高纯溅射靶材（如铜、钽、铝、钛等）和合金类溅射靶材（如镍铂合金、钨钛合金等）。

在芯片生产的导电层工艺中，铝和铜是主流的导线材质。不同技术节点对应不同的工艺选择：通常，110nm及以上的晶圆技术节点采用铝导线工艺，此时会选用钛材料作为阻挡层薄膜；而110nm以下的晶圆技术节点则采用铜导线工艺，阻挡层薄膜一般选用钽材料。在实际应用中，两种工艺需结合使用——通过铜、钽等材料的先进工艺，可实现芯片功耗的降低和运算速度的提升；同时依托铝、钛材料在110nm以上节点的工艺，能够保障芯片的可靠性与抗干扰性能，二者共同支撑芯片的稳定运行。

当芯片制造进入7纳米以下工艺时，对靶材纯度的要求达到了前所未有的高度：金属杂质需控制在十亿分之一（ppb）级别，相当于在一个标准奥运游泳池中只能存在几粒盐的杂质。

来源：江丰电子招股说明书

这种极致的技术要求源于半导体工艺的物理极限。在先进制程中，任何微小的杂质都可能导致电路短路或性能衰减。例如，在铜互连工艺中，即使微量的氧元素也会显著增加电阻，直接影响芯片的运算速度与功耗。

国内靶材企业通过技术创新，正在逐步攻克这些技术壁垒。江丰电子开发的超高纯钛（5N钛）靶材纯度达到99.999%，创造了行业新纪录；有研新材则通过真空熔炼技术，将铝靶材的晶粒尺寸控制在20微米以下，显著提高了薄膜的均匀性。这些突破不仅体现了技术层面的进步，更意味着中国企业在材料科学基础研究上的持续投入开始收获成果。

02 应用领域广泛

靶材的形态与材质需适配不同应用场景。按形状可分为长（正）方体形、圆柱体形、无规则形及实心、空心靶材；按材料可分为纯金属（铝、钛、铜、钽等）、合金（镍铬、镍钴合金等）、无机非金属（氧化物、硅化物、碳化物等陶瓷化合物）及复合材料靶材。这些靶材广泛应用于集成电路、平板显示、太阳能电池等多个领域。其中，高纯靶材主打对材料纯度、稳定性要求高的场景，而半导体领域对靶材的技术要求最高、价格最昂贵。

半导体靶材用于晶圆导电阻挡层及芯片封装金属布线层制作。虽然其在晶圆制造、封装环节的成本占比均仅约3%（SEMI数据），但品质直接影响导电层、阻挡层的均匀性与性能，进而决定芯片的传输速度及稳定性。

光伏靶材的核心用途是形成太阳能薄膜电池背电极。在晶体硅太阳能电池中仅PVD工艺高转化率硅片电池可能用到，而硅片涂覆型电池则无需使用。此外，光伏靶材对纯度的要求低于半导体领域（99.99%（5N）以上即可），形态以方形板状为主。

光学器件靶材通过溅射镀膜形成介电质膜与金属膜，改变光波透射、反射、吸收、偏振等传导特性。其核心材料包括硅、铌、二氧化硅、钽等。这些材料广泛应用于消费电子（智能手机、车载镜头等）、高端装备（航空航天监测镜头等）等领域，是光学元器件与镜头实现特定光学功能的关键基础材料。

03 国产力量崛起

在移动智能终端、平板电脑等下游市场需求的持续拉动下，高纯溅射靶材行业呈现出高速增长态势。全球市场规模已逼近百亿美元。根据QYR的统计及预测，2023年全球半导体溅射靶材市场销售额达到了19.51亿美元，预计2030年将达到32.58亿美元，年复合增长率（CAGR）为6.8%（2024-2030）。

当前，中国集成电路靶材市场正处于高速发展与国产替代的关键时期。

国际市场方面，全球半导体用超高纯度金属靶材市场高度集中于少数几家国外企业。这些企业凭借长期的技术积累和国际主流芯片制造商的深度绑定，在高端靶材市场占据主导地位。而在国内，集成电路用高纯金属溅射靶材行业起步相对较晚但发展迅速。近年来受益于国家政策支持和行业成长，国内企业不仅突破了多项关键制备技术还构建了完整的高纯金属原料与溅射靶材研发制造体系。

国内企业如新疆众和股份有限公司等已熟练掌握多种高纯金属的制备技术并实现产业化应用：一方面通过严格控制有害杂质元素含量成功将金属纯度从工业级提升至电子级；另一方面完成了高纯铝等材料国产化的替代。

来源：方正证券半导体产业纵横制表

在溅射靶材领域以有研亿金新材料有限公司为代表的国内企业已在国际市场中占据一定份额。江丰电子的靶材出货量在时隔四年后以26.8%的占比达到世界第一。

来源：ICWORLD 江丰电子半导体靶材事业部总经理蒋剑勇发表演讲《半导体先进工艺与靶材升级的协同路径》

结语

在芯片制造这一庞大的产业链中，靶材作为关键材料扮演着不可或缺的角色。随着半导体技术日益向更小的工艺节点发展对靶材的要求也进入了精细化、高纯度的新阶段。正如我们所见靶材的纯度和质量直接决定了芯片的性能和稳定性甚至整个行业的竞争力。

国内企业在这一领域的不断突破标志着中国在全球高端材料技术中的崛起。通过技术创新与产业化应用的推进国内靶材制造商不仅填补了多项技术空白也为全球半导体产业提供了有力支撑。尤其是在高纯金属靶材的国产化替代上国内企业的进展让我们看到更多的希望和潜力。