在生成式人工智能时代，芯片作为算力和存储单元，性能与能效快速演进，带动芯片制造和封装工艺持续迭代。而芯片的制造流程中，有一种材料是制作芯片导线、使其实现导电和阻挡功能的关键，那就是溅射靶材。
11月23日，第二十二届中国国际半导体博览会（IC China 2025）在北京国家会议中心开幕。在同期举办的第七届全球IC企业家大会上，宁波江丰电子材料股份有限公司总工程师王学泽分享了对于溅射靶材及其采用的超高纯金属材料的认知，并阐释了溅射靶材的市场动能与技术升级方向。
半导体对靶材的技术要求最高
溅射靶材是在溅射过程中受到高速离子束轰击的靶材，是薄膜沉积的原材料，在半导体、显示面板、光伏等领域得到广泛应用。
根据所使用的材料，溅射靶材可分为金属及合金靶材、化合物靶材等。在半导体领域，溅射靶材是芯片互连导线的原材料，主要用于晶圆制备过程中“金属化”工艺的导电层、阻挡层和接触层的制备。在芯片封装过程中，溅射靶材常用于贴片焊线的镀膜。
“半导体用的溅射靶材，主要是金属类，包括超高纯的铝、钛、钽、铜、钨、钴、镍、金、银、铂等。制备工艺根据材料属性而有所不同，有些材料直接熔炼铸锭成靶材；有些材料，如钨、钼等，绝大部分是通过粉末冶金来成形。”王学泽说道。
据王学泽介绍，铝靶材是集成电路导电层最常用的材料；钛靶材是集成电路阻挡层最常用的材料；钽靶材是先进制程芯片阻挡层最常用的材料；铜靶材是先进工艺芯片导电层最常用的材料。
相比显示、光伏等应用领域，半导体领域的导线加工最为精细，对于靶材的技术要求也就最高，金属纯度通常需达到99.9995%（5N5）乃至99.9999%（6N）以上，同时对尺寸精度、结晶取向控制也有着极高标准。
王学泽指出，靶材主要通过PVD（物理气相沉积）工艺来形成薄膜，将芯片放入PVD镀膜机的高真空腔体中，在高电压、高真空、高磁场环境下，用氩离子轰击靶材的金属表面，使其变为等离子体，为硅片镀膜。
“光刻是芯片制造的核心工艺，而光刻可能接近一半的时间都在刻用靶材制备的薄膜，加上后续的刻蚀，才能将金属薄膜一步步刻成导线。”王学泽说道。
基于以上技术标准和工艺流程，要用靶材制备出符合半导体要求的导线，一方面需要超高纯的材料——一旦以纳米计量尺寸的导线掺了杂质，导电性能等各个方面就会受到影响；另一方面要控制好原子排列的方向——如果材料的原子排列出现问题，会导致镀膜不均匀，无法通过光刻、刻蚀制备导线。
此外，超高纯材料硬度很低，需要焊接高强度的铜合金或者铝合金的材料才能用于溅射。
溅射靶材呈现三个发展方向
在人工智能、新能源汽车等市场动能的驱动下，芯片用量稳步提升，靶材需求量随之扩容。根据弗若斯特沙利文报告，预计到2027年，全球半导体溅射靶材市场规模将达到251.10亿元。
在市场容量提升的同时，下游产品及行业应用对于芯片的性能及能效要求越来越高。靶材作为半导体制造的核心材料，也需要随之迭代。王学泽表示，溅射靶材呈现出三个发展方向：
一是纯度要求更高。随着芯片制程的线宽越来越细，晶圆制造环节对于溅射靶材的纯度要求不断提升。
二是尺寸要求更大。12英寸硅片具有更大的面积，能够实现最佳效率（硅片的利用率是之前的2.5倍），因而逐步超越8英寸硅片成为市场主流。靶材需要随着12英寸硅片的普及而同步扩大尺寸。
三是高度定制化。随着云计算、大数据、人工智能等应用市场的持续增长，下游产品和需求日益多样化，靶材生产企业需围绕金属纯度、稳定性、使用寿命等维度生产更多定制化的溅射靶材产品。
“溅射靶材的特点是完全客户定制化，每一家芯片公司的PVD工艺参数都不一样，即便采用同样的设备，材料也要根据每家芯片公司的工艺要求进行定制化生产。”王学泽表示。
为应对上述技术趋势，江丰电子已实现从6英寸到18英寸半导体用靶材的产业化。其先端芯片制造用超高纯金属溅射靶材已经应用于先端技术节点，并形成销售额。日本富士经济2024年靶材市场报告显示，江丰电子主流靶材（铝、钛、钽、铜等）出货量位列全球第一。