靶材：芯片制造中的关键材料与国产技术突破

在芯片制造的庞大产业链中，靶材虽然规模不大，却是一个极其精密的要害环节。它如同芯片的“基因传递者”，借助溅射工艺将自身原子逐层沉积于硅片表面，构建出芯片内部的导电层或阻挡层。

没有高纯度的靶材，先进制程芯片就无从谈起。

01 为何纯度决定芯片命运

半导体芯片行业是金属溅射靶材的核心应用领域，也对靶材的纯度、微观组织均匀性及综合性能有着最为严苛的要求。从芯片的完整制造流程看，可分为硅片制造、晶圆制造和芯片封装三大环节，而金属溅射靶材主要应用于晶圆制造和芯片封装这两个阶段。

在芯片生产中，金属溅射靶材的关键作用是形成传递信号的金属导线。其溅射过程需在高真空环境下进行：首先利用高速离子流轰击各类金属靶材表面，使靶材原子以薄膜形式沉积在芯片表面；随后通过精密加工技术，将金属薄膜刻蚀成纳米级导线，从而连接芯片内部数十亿晶体管，实现信号传输功能。

从材料类型看，半导体芯片常用的金属溅射靶材主要包括两类：一是高纯溅射靶材，例如铜、钽、铝、钛、钴、钨等；二是合金类溅射靶材，如镍铂合金、钨钛合金等。

在芯片导电层工艺中，铝和铜是主流导线材料，且不同技术节点对应不同选择：通常110nm及以上节点芯片采用铝导线工艺，并以钛作为阻挡层；110nm以下节点芯片则采用铜导线工艺，阻挡层多选用钽。实际应用中，两种工艺需结合使用——铜、钽工艺可降低功耗、提升运算速度；铝、钛工艺则能保障芯片可靠性和抗干扰能力，共同确保芯片稳定运行。

当芯片制造进入7纳米以下先进制程时，对靶材纯度的要求近乎极致：金属杂质需控制在ppb（十亿分之一）级别，相当于一个奥运游泳池中仅允许存在几粒盐的杂质。

来源：江丰电子招股说明书

这种严苛要求源于半导体工艺的物理极限。在先进制程中，靶材原子溅射沉积形成纳米级薄膜电路，任何微小杂质都可能导致电路短路或性能下降。例如，铜互连工艺中，微量氧元素便会显著增加电阻，影响芯片速度与功耗。

国内靶材企业通过原创技术突破，正逐步攻克这些壁垒。江丰电子研发的超高纯钛（5N钛）靶材纯度达99.999%，创下行业新高；有研新材则通过真空熔炼技术，将铝靶材晶粒尺寸控制在20微米以下，大幅提升薄膜均匀性。这些成果不仅彰显了技术进步，更体现了中国企业在材料科学基础研究上的持续投入初见成效。

从全球技术趋势看，靶材技术正朝多元化发展。随着三维芯片、异质集成等新兴技术兴起，对特种靶材的需求日益增长——硅通孔技术需要高深宽比钽阻挡层靶材，晶圆级封装则对低温焊接用锡靶提出了新要求。

02 应用在哪里？

靶材的形态与材质需适应不同应用场景。按形状可分为长（正）方体、圆柱体、不规则形及实心、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，广泛应用于集成电路、平板显示、太阳能电池等领域。其中高纯靶材主要用于对纯度、稳定性要求高的场景，而半导体领域对靶材技术要求最高、价格也最昂贵。

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，尽管在晶圆制造和封装环节成本占比仅约3%（SEMI数据），但其品质直接影响导电层、阻挡层的均匀性与性能，进而决定芯片传输速度和稳定性。

光伏靶材主要作用是形成太阳能薄膜电池背电极。晶体硅太阳能电池中，仅PVD工艺的高转化率硅片电池可能用到靶材，硅片涂覆型电池则无需使用，且对靶材纯度要求低于半导体领域（99.99%以上即可），形态以方形板状为主。

薄膜电池背电极兼具三大功能：作为单体电池负极、串联导电通道、提升光反射率。所用靶材包括铝靶、铜靶（导电层）、钼靶、铬靶（阻挡层）及ITO靶、AZO靶（透明导电层）。目前晶体硅太阳能电池因转化效率高、性能稳定、产业链成熟，占据市场主导地位，薄膜电池靶材应用相对聚焦。

光学器件靶材通过溅射镀膜形成介电质膜与金属膜，构成膜系以改变光波的透射、反射、吸收、偏振等特性，核心材料包括硅、铌、二氧化硅、钽等。

其应用覆盖消费电子（智能手机、车载镜头、安防监控、数码相机等）和高端装备（航空航天监测镜头、生物识别设备、DNA测序仪、医疗检查镜头、半导体检测设备、IMAX投影镜头、3D打印机）等领域，是光学元器件实现特定功能的关键基础材料。

03 国产力量，正抢滩

在移动智能终端、平板电脑、消费电子及汽车电子产品等下游需求持续拉动下，高纯溅射靶材行业呈现高速增长态势，全球市场规模已接近百亿美元。根据QYR统计及预测，2023年全球半导体溅射靶材市场销售额达19.51亿美元，预计2030年将增至32.58亿美元，年复合增长率（CAGR）为6.8%（2024-2030）。过去5年间，半导体用靶材市场年均增速保持在10%以上，显示出稳健增长潜力。

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阶段。尽管国际市场长期由少数巨头垄断，但国内企业正迎头赶上。

从国际市场看，全球半导体用超高纯金属靶材市场高度集中，日矿金属、霍尼韦尔、普莱克斯、优美科等国外企业凭借长期技术积累、严格品控和与芯片制造商的深度合作，在高端靶材市场占据主导，尤其在铜、钽、钴、镍铂、钨等高纯靶材方面优势显著。

来源：方正证券半导体产业纵横制表

在我国，集成电路用高纯金属溅射靶材行业起步较晚，早期基础薄弱。但近年来，受益于国家政策支持和行业自身成长，该行业已突破多项关键制备技术，构建了完整的高纯金属原料与靶材研发制造体系，产品性能与国际先进水平的差距不断缩小。

在高纯金属领域，国内企业围绕集成电路靶材需求，协同推动行业发展，新疆众和、有研亿金、宁夏东方钽业、金川集团、宁波创润、厦门钨业等企业是代表性力量。从整体发展看，国内企业已掌握多种高纯金属制备技术并实现产业化：一方面通过严格控制杂质，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、铜、钛、钽、镍、钴及贵金属等材料的国产化替代，具体纯度指标为——铝纯度超5N5、铜纯度超6N、钽纯度超4N5，钛、镍、钴、金、银、铂、钨等金属纯度均超5N，同时制备出大尺寸、低缺陷、高纯度的金属坯料，为靶材生产提供优质原料。

在溅射靶材领域，以有研亿金、宁波江丰电子为代表的国内企业，已在国际市场占据一定份额。2024年，江丰电子靶材出货量以26.8%的占比跃居世界第一。

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》

针对不同高纯金属的加工特性，相关企业制定了专属的微观组织控制策略，并不断优化工艺，成功突破晶粒细化与取向可控、高质量焊接、精密加工与检测等关键技术。同时，这些企业积极联合产业链上下游，在靶材设计制备、薄膜性能测试评价等全技术链深化合作，驱动技术迭代创新。目前，国内在高纯铝及铝合金、钛、铜及铜合金、钴、镍铂及贵金属等靶材研发上均取得重大进展，产品性能达国际同类水平，并通过国内外集成电路企业验证，实现批量生产与稳定供应。

04 结语

在芯片制造这一庞大产业链中，靶材作为关键材料，扮演着不可或缺的角色。随着半导体技术向更小工艺节点演进，对靶材的要求已超越传统标准，进入精细化、高纯度的新阶段。靶材的纯度和质量直接决定芯片性能、稳定性乃至行业竞争力。

国内企业在该领域的持续突破，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推进，国产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有力支撑。尤其在高纯金属靶材国产化替代方面，国内企业的进展展现出巨大潜力与希望。

未来，随着3D芯片、异质集成等新技术发展，靶材需求将更加多样化、细分化。这对生产厂商提出了更高要求，同时也带来了更广阔的市场机遇。