电子材料产业的发展建议:应形成半导体靶材产业链各关键端的反馈机制

 江丰电子材料股份有限公司董事长姚力军:要更加注重电子材料产业的发展


集成电路微细化制程技术日新月异,产业技术持续遵循摩尔定律快速更新,配线特征尺寸不断减小,使得芯片具有更高运转速度、更强性能、更低功耗。

电子材料产业的发展建议:应形成半导体靶材产业链各关键端的反馈机制_业界动态_数字化

在市场需求拉动和国家相关政策的支持下,中国集成电路行业保持着平稳快速、稳中有进的发展态势。我国是全球半导体材料第二大市场,但国产材料占全球份额却极低,市场几乎被美日等发达国家占据。我国芯片产业落后于发达国家的主要原因是缺乏芯片制造的装备和材料等方面的核心技术,溅射靶材是制约芯片产业发展的关键材料之一。


可喜的是,国内集成电路技术近几年不断取得突破,产品质量不断提升。以江丰电子为代表的靶材企业,使国产半导体靶材进入高端应用领域并让用户批量使用,挤占了国际厂商的市场空间,并出口到韩国、日本及我国台湾。


江丰电子攻克了芯片制造用超高纯金属材料的提纯及溅射靶材制备的核心技术,开发出用于芯片制造的超高纯金属溅射靶材的全套生产工艺,建立了拥有自主知识产权的研发、生产、品质管理等体系,设计并建设了完全基于国产装备的世界一流的溅射靶材生产基地,实现了超高纯铝、钛、钽、铜等全系列先端靶材的产业化,打破了美日对我国的垄断。目前,江丰电子芯片用溅射靶材在中国市场份额处于领先位置,居全球市场第二,把一个完全依赖从国外进口的短板产业,做成了可以大规模出口并参与国际竞争的优势产业。

电子材料产业的发展建议:应形成半导体靶材产业链各关键端的反馈机制_业界动态_数字化

尽管如此,为迎接溅射靶材巨大的产业化机遇,缩小国内外溅射靶材的差距,国内企业需在产品、工艺、应用上突破技术瓶颈。作为新兴的、蓬勃发展的靶材产业,必然会遇到各种各样的技术难题。攻克靶材产业发展过程中遇到的技术难题,可以采用自主研发和国外引进相结合的方法。由于靶材产业技术更新换代较快,国外对核心技术设置壁垒,引进难度很大;另外,国内外设备、技术、人员情况存在或多或少的差异,引进的技术也不能完全照搬,必须经过消化、吸收才能转化成适用的技术。这就需要一个平台,凝聚一批专家,通过坚持不懈的研究努力,创造出切实可行、经济适用的材料解决方案。


研制靶材既要重视应用研究,也要重视基础研究。基础研究取得成果所需周期较长,且不能直接带来经济效益,难以满足企业要求见效快、追逐利润的目标。但如果缺乏基础研究,应用研究的发展就会遇到一定的研发瓶颈,从而限制应用研究的发展。这就需要国家及地方给予扶持,搭建专业化研发平台,集中优势资源,保障研发资源专用,产学研开放合作,积极推进科技成果产业化,使基础研究及应用研究取得双丰收。


 宁夏东方钽业股份有限公司金属制品分厂厂长杜领会:应形成半导体靶材产业链各关键端的反馈机制


物理气相沉积(PVD)是半导体芯片生产过程中最关键的工艺之一,溅射靶材就是用于上述工艺中的一个关键耗材。


一方面,应半导体芯片制造商对降低成本的要求,晶圆直径已由原来的2英寸增加到目前的12英寸,这使一个晶圆上一次生产的芯片数量大幅增加,进而大幅降低成本;另一方面,伴随技术进步,在130nm、90nm制程中,各厂家主要使用8英寸晶圆,对应8英寸靶材,在65nm、45nm及目前最先进的7nm线宽工艺,集成度大幅提高,各厂家主要使用12英寸晶圆,对应12英寸靶材。这一变化,虽然降低了半导体芯片制造商的成本,但对溅射靶材而言,要求其尺寸增大,其溅射薄膜面积增大,对靶材性能要求也大幅提高。

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特别是,当芯片线宽由原来的180~130nm减小到45~28nm时,半导体用溅射靶材由原来的Al/Ti系列向Cu/Ta系列发展,这是半导体芯片镀膜技术发展的必由之路。钽材料作为制备防止Cu原子向Si扩散的阻挡层薄膜材料被引入半导体行业,使得半导体钽靶材成为以CPU为代表的集成电路制造过程中一种关键的溅射靶材。


目前,芯片制造大厂如英特尔、台积电、意法半导体等国际大厂陆续在中国大陆建立工厂。但是,以12英寸为代表的、制备芯片非常关键的半导体用Al、Ti、Cu、Ta、W等金属靶材,国内主要依赖进口,这使我国芯片安全存在重大隐患。目前,我国还没有一个国家或全行业层面的联盟或协会,组织联合国内半导体产业链上的上、下游企业,实施顶层设计,推动我国半导体靶材本土化。


在产业链上,钽靶材的市场一般分为三段,钽靶坯制造商(负责靶坯制备,包括组织性能控制),钽靶材制造商(负责成品钽靶材制备,包括焊接、成品加工及清洗),芯片制造商(负责钽靶材溅射镀膜)。目前,世界范围内12英寸钽靶材制造商主要有日本Tosoh、美国Honeywell、日本Nikko、德国H.C.Starck四家,他们均通过专利进行技术保护,或进行技术保密。国内中色东方作为钽靶坯制造商,12英寸钽靶坯技术研发取得长足进步,但无机会和平台进入市场;宁波江丰电子作为靶材制造商,拥有钽靶材制造能力,并已进入中芯国际等IC制造企业。


希望国内靶材行业能凝心聚力,建立半导体靶材产业链各关键端的反馈机制,形成技术合力,攻克技术壁垒;对包括钽靶材在内的半导体靶材的本土化,在初始阶段请求国家给予政策资金支持,帮助企业突破成本壁垒,进入市场,进而再做大做强。


 有研新材料股份有限公司战略投资部部长何金江:在前沿材料研发方面还需要进一步努力


作为集成电路镀膜用关键配套材料之一,高纯溅射靶材消耗量不断增加,其市场规模不断扩大,目前已蓬勃发展成为一个专业化产业。在相当长的一段时期,我国从高纯原材料到靶材制备技术均落后于国外,高纯金属靶材的生产企业主要集中在美日德等国家。这些发达国家的靶材生产企业从金属材料的高纯化制备到靶材制造生产线具备了完备的技术垂直整合能力,控制着全球高端电子制造用靶材的主要市场。


随着国内靶材企业的技术实力持续提升、市场开拓不断加强,全球集成电路高端靶材市场以国外靶材公司为主的格局正在改变,中国靶材企业将扮演越来越重要的角色。有研新材料股份有限公司的全资控股子公司有研亿金新材料有限公司是靶材领域领军企业。公司是国内综合实力、材料种类、技术实力均领先的高端电子信息用高纯金属材料研发制造基地,也是全球第三家、中国唯一一家具备从高纯/超高纯原材料到溅射靶材垂直一体化研发、生产能力的产业化平台。


我国对于半导体产业高度重视,各项鼓励半导体行业发展的政策密集出台。特别是自2014年以来,在国家大基金的指引下,该领域的投资持续加速,中国半导体业的崛起不可逆转。国家对半导体发展政策和资金并举,也为配套企业的发展提供了巨大商机。在这样的大环境下,靶材作为重要的半导体薄膜制备材料,将会获得巨大的成长机会。国内半导体用高纯溅射靶材市场未来几年将持续保持两位数增长。据统计,我国在不断投资新建300mm晶圆厂,预计2020年总产能预计将达到百万片/月以上,对高端大尺寸靶材的需求将会有数倍的增长。同时,随着新技术、新器件的开发应用不断加速,对材料提出更高要求,高附加值新材料靶材产品的需求也将与日俱增。


对于国内靶材企业,要求能够实现超高纯金属原材料的自主供应,不能完全依赖国外进口。高纯金属原材料是靶材生产制造的基础,集成电路所用有色金属材料包括Al、Cu、Ti、Ta、Ni、Co、W、Au、Ag、Pt、Ru以及稀土金属等,对这些金属材料的纯度要求越来越高,能够以薄膜形态充分发挥材料的本征特性。材料的杂质元素、缺陷的稳定控制以及稳定批量化生产是关键。有研亿金已经能够掌握多种超高纯金属提纯技术并实现量产,在电子级超高纯材料的产业化方面做出了突出贡献,开发的高性能靶材产品在台积电、中芯国际、长电科技等先进半导体企业中实现批量应用。


未来,随着5G、物联网等新领域的开拓,新型器件及制造技术的开发越来越离不开具有优异特殊性能的新型材料,国内企业在前沿材料研发方面还需要进一步努力,有研亿金将积极与国内外先进的设备制造商和集成电路制造企业合作,进行高端新品的研发,全面满足集成电路产业的需求,成为国际上具有重要影响力的靶材研发与制造企业。


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