在电子设备普及的当下，集成电路（IC）作为 “电子大脑” 支撑智能终端运行。而 IC 制造的精密工序中，溅射靶材通过溅射工艺形成导电、绝缘或阻挡层，直接决定 IC 性能、功耗与可靠性。随着 IC 制程向 3 纳米、2 纳米突破，溅射靶材技术门槛与市场价值持续攀升。本文拆解其核心作用、严苛技术要求与市场趋势，揭开这一 “IC 材料命脉” 的面纱。
一、核心作用：支撑 IC 制造全流程的关键层
在 IC 晶圆制造的前道工序中，溅射靶材主要形成三类关键功能层，缺一不可：
1. 导电层：IC 的 “电流通道”
通过物理气相沉积（PVD）工艺，高纯度金属靶材在晶圆表面形成纳米级导电层，实现电流传输：
• 铝靶：适配 28 纳米以上成熟制程，导电性稳定、成本低，满足简单互联线路需求；
• 铜靶：14 纳米及以下先进制程主流选择，电阻率比铝低 40%，节能且抗电迁移能力强，延长 IC 寿命，已广泛用于 7 纳米、5 纳米制程。
2. 阻挡层：IC 的 “绝缘屏障”
防止导电层金属离子扩散至硅基材，保护晶体管性能，核心依赖钛靶、钽靶：
• 钛靶形成硅化钛层，增强导电层与基材结合力；
• 钽靶阻挡能力更强，先进制程中钽层厚度控制在 5-10 纳米，确保 IC 在极端环境下稳定工作。
3. 绝缘层与电极层：IC 的 “功能延伸”
• 绝缘层：氧化硅靶、氮化硅靶形成绝缘薄膜，分隔导电线路防短路；
• 电极层：高纯度钨靶等制备晶体管源极、漏极与栅极电极，精准控制晶体管通断，是 IC 逻辑运算的基础。
无高质量溅射靶材，IC 的 “微型化” 与 “高性能化” 无从谈起。
二、技术要求：IC 制程越先进，标准越严苛
IC 用溅射靶材以 “三个极致” 为核心要求，随制程向纳米级升级，标准呈指数级提升：
1. 纯度：99.999% 仅为 “入门”
纯度直接影响 IC 良率，微量杂质易致颗粒缺陷：
• 28 纳米以上制程：纯度需达 99.999%（5N）；
• 14 纳米及以下制程：纯度提升至 99.9999%（6N），3 纳米制程铜靶等关键材料需 99.99999%（7N）；
• 特定杂质（铁、镍等）含量低于 0.1ppm，即 1 吨靶材中杂质不超 0.1 克。
2. 微观结构：晶粒均匀性决定镀层质量
晶粒大小与分布影响镀层均匀性，避免溅射时原子逸出速率不均：
• 先进制程靶材晶粒尺寸控制在 1-5 微米，偏差不超 20%；
• 晶粒均匀无团聚、空洞，相对密度达 99% 以上（普通靶材约 95%），防靶材剥落。
3. 尺寸精度：纳米级公差的 “精细活”
匹配 8-12 英寸及更大晶圆，尺寸精度要求极高：
• 表面平面度误差≤5 微米（头发丝直径 1/10），防镀层厚度不均；
• 直径、厚度公差 ±0.1 毫米，异形靶材甚至 ±0.05 毫米，确保适配溅射设备。
3 纳米及以下制程还需低缺陷密度、高溅射效率，技术难度远超传统靶材。
三、市场趋势：需求与技术双轮驱动
全球 IC 产业面临先进制程突破与成熟制程扩产需求，叠加下游应用爆发，溅射靶材市场呈三大趋势：
1. 市场规模持续扩张，先进制程为核心增长极
2023 年全球 IC 用溅射靶材市场超 80 亿美元，预计 2028 年破 120 亿美元，年复合增长率约 8%：
• 先进制程：3 纳米、2 纳米研发量产，推动高纯度铜靶、钽靶需求，12 英寸先进晶圆靶材用量比 28 纳米多 30% 以上；
• 成熟制程：汽车电子、工业控制带动 28 纳米等 IC 需求，铝靶、钨靶用量提升，成市场 “稳定器”。
2. 技术竞争聚焦先进材料与定制化
制程升级推动技术竞争方向转变：
• 先进材料：研发铜 - 锰合金靶（提阻挡性能）、高熵合金靶（强耐磨性），及 GAA 晶体管用钴靶、镍靶，技术壁垒与利润空间更高；
• 定制化服务：适配不同 IC 设计方案，为台积电、三星等头部厂商定制靶材，考验快速响应与柔性生产能力。
3. 国产化替代加速，突破外资垄断
长期由日美韩企业（JX 金属、霍尼韦尔等）垄断，国内厂商近年突破技术壁垒：
• 成熟制程：28 纳米以上铝靶、铜靶国产化率超 40%，性能接近外资；
• 先进制程：部分企业实现 14 纳米铜靶、钽靶量产，向 7 纳米、5 纳米推进，市场份额约 15% 且增速快；
• 政策与资本支持：半导体材料自主可控政策 + 资本投入，助力研发与产能扩张。
四、挑战与展望：进阶之路任重道远
行业面临两大挑战：一是 3 纳米及以下制程靶材技术天花板，需研发原子层沉积用靶材等新技术；二是成本控制，高纯度靶材生产周期长、废品率高，平衡质量与成本是关键。
未来方向清晰：一方面向 “更纯、更薄、更均匀” 突破，适配 1 纳米及以下制程；另一方面与光刻胶、特种气体协同，形成 “材料 + 工艺” 一体化方案，提 IC 制造效率与良率。
结语
溅射靶材虽不广为人知，却是 IC 制造的 “核心基石”，其技术水平反映国家半导体材料实力。全球 IC 竞争加剧下，溅射靶材突破不仅推动 IC 性能升级，更支撑半导体产业自主可控。随技术创新与国产化深入，中国溅射靶材企业有望在全球市场占据更重要地位，为 IC 产业贡献 “中国力量”。
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