晶圆制造环节中最核心的高难度材料是什么?

李倩 发表于 2018-06-15 11:40:26 收藏 已收藏
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晶圆制造环节中最核心的高难度材料是什么?

李倩 发表于 2018-06-15 11:40:26

半导体材料可以分为晶圆材料和封装材料,封装材料相较于晶圆制造材料来说技术壁垒相对较低,所以我们主要讲的是晶圆制造材料。

先简单了解下什么是晶圆制造和封装测试,还是用pizza举例。

此前曾讲过硅晶圆就是饼底,在饼底的基础上扎几个孔,撒上各种料,再进行烘烤出炉,这个过程就是晶圆制造。晶圆制造厂出来的时候还是一个圆片,只是上面有了电路,有着几千颗或上万颗的晶粒。

封装测试就是把圆片上存在的几千颗或上万颗的晶粒切下来变成一颗一颗,再给每一颗穿个衣服(封装),并检测哪些是好的,哪些是坏的(测试),好的挑出来送到产业链的下一个环节。

在晶圆的生产环节主要涉及7类半导体材料、化学品,每一类在半导体材料市场规模占比大致如下:

1、硅晶圆:33%

2、特种气体:17%

3、掩膜版:15%

4、超净高纯试剂:13%

5、抛光液和抛光垫:7%

6、光阻材料:7%

7、溅射靶材:3%

今天咱们主要讲在半导体材料市场占比在3%左右的溅射靶材。

简单地说,靶材就是高速荷能粒子轰击的目标材料,通过更换不同的靶材(如铝、铜、不锈钢、钛、镍靶等),即可得到不同的膜系(如超硬、耐磨、防腐的合金膜等)。

目前,(高纯度)溅射靶材按照化学成分不同可分为:

①金属靶材(纯金属铝、钛、铜、钽等)

②合金靶材(镍铬合金、镍钴合金等)

③陶瓷化合物靶材(氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等)。

按开关不同可分为:长靶、方靶、圆靶。

按应用领域不同可分为:半导体芯片靶材、平面显示器靶材、太阳能电池靶材、信息存储靶材、工具改性靶材、电子器件靶材、其他靶材。

溅射:即集成电路制造过程中要反复用到的工艺;靶材:就是溅射工艺中必不可少的重要原材料。那么,不同应用领域,对材料的选择及性能要求也有一定差异,具体如下:

半导体内部是由长达数万米的金属配线而组成,而溅射靶材则是用于制作这些配线的关键消耗材料。如苹果A10处理器,指甲盖大小的芯片上密布着上万米金属导线,这些密布的电路必须要对高纯度的金属靶材通过溅射的方式形成。

据悉,苹果A10芯片的制造用的正是江丰电子高纯度溅射靶材。

溅射靶材是半导体晶圆制造环节核心的高难度材料,芯片对溅射靶材的要求非常之高,要求靶材纯度很高,一般在5N(99.999%)以上。

5N就是表示有5个9,4N表示有4个9即99.99%,哪个纯度更高,一看就明白了。

在提纯领域,小数点后面每多一个9,难度是呈指数级别的增加,技术门槛也就更高。

应用与市场格局

到这里,知道了高纯溅射靶材,知道了金属靶材的铝、钛、铜、钽,那怎么判断哪个金属应用几寸晶圆上,哪个用在先进制造工艺上?

半导体晶圆制造中,200mm(8寸)及以下晶圆制造通常以铝制程为主,使用的靶材以铝、钛元素为主。300mm(12寸)晶圆制造,多使用先进的铜互连技术,主要使用铜、钽靶材。

同时也用钛材料作为高介电常数的介质金属栅极技术的主要材料,铝材料作为晶圆接合焊盘工艺的主要材料。

总体来看,随着芯片的使用范围越来越广泛,芯片市场需求数量增长,对于铝、钛、钽、铜这四种业界主流的薄膜金属材料的需求也一定会有增长。且目前从技术上及经济规模上还未找到能够替代这四种薄膜金属材料的其他方案,所以这四种材料目前看不到被替代的风险。

在竞争格局上,由于溅射镀膜工艺起源于国外,所需要的溅射靶材产品性能要求高,长期以来全球溅射靶材研制和生产主要集中在美国、日本少数几家公司,产业集中度相当高。以霍尼韦尔(美国)、日矿金属(日本)、东曹(日本)等为代表的溅射靶材生产商占据全球绝大部分市场份额。

这些企业在掌握溅射靶材生产的核心技术以后,实施极其严格的保密措施,限制技术扩散,同时不断进行横向扩张和垂直整合,将业务触角积极扩展到溅射镀膜的各个应用领域,牢牢把握着全球溅射靶材市场的主动权,并引领着全球溅射靶材行业的技术进步。

至于其应用领域,主要集中在半导体产业、平板显示产业(含触摸屏产业)以及太阳能电池产业。

溅射靶材属于电子材料,其产业链上下游关系如下:

相关上市公司

国内溅射靶材行业起步较晚,经过多年的科技攻关和产业化应用,目前国内高纯溅射靶材生产企业已经逐渐突破关键技术门槛,突破了零的局面,拥有部分产品的规模化生产能力,可以预见未来会达到高速发展时期。

国内半导体靶材业务上市公司主要如下:

咱们着重讲一下江丰电子、有研新材及阿石创!

江丰电子:

国内最大的半导体芯片用溅射靶材生产商,主要产品为各种高纯溅射靶材,包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶、LCD用碳纤维支撑等,应用于半导体(主要为超大规模集成电路)、平板显示、太阳能等领域。在国产靶材领域实现了从0到1的突破,打破了美、日跨国公司的垄断格局。

集成电路28-14nm技术节点用钽环件在台积电16nm芯片中已经量产,14nm用钛靶材也已经在中芯国际进行评价,随着钽靶材、钛靶材在28-14nm技术节点的全面量产,将使公司业绩得到显著提升。

其主要客户为台积电、联电、格罗方德、中芯国际、索尼、东芝、瑞萨、美光、海力士、华虹宏力、意法半导体、英飞凌、京东方、华星光电等。

阿石创:

主导产品为溅射靶材和蒸镀材料两个系列产品,产品已在平板显示、光学元器件、节能玻璃等领域得到广泛应用,并已研发出应用于太阳能电池、半导体等领域的多款产品,是国内PVD镀膜材料行业产品品种较为齐全、应用领域较为广泛、工艺技术较为全面的综合型PVD镀膜材料生产商。

主要客户为京东方、群创光电、蓝思科技、伯恩光学、爱普生、水晶光电等。

有研新材:

子公司有研亿金主要产品为高纯金属靶材、蒸镀材料、口腔正畸器材、医疗用介入支架和贵金属合金、化合物等,其靶材产品包括铝及其合金靶材、钛靶、铜靶、钽靶等。

其钴靶材获得台积电验证通过,打破了台积电二十年来半导体用钴靶材没有第二供应商的历史。

主要客户为台积电、中芯国际、优美科、庄信万丰等。另外,还有安泰科技、贵研铂业等。

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