1、高端制造应用，市场前景广阔

半导体是当今信息技术产业高速发展的基础和原动力，已经高度渗透与融合到经济和社会发展的各个领域，其技术水平和发展规模已经成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一。2021年全球半导体市场规模达到5559亿美元，同比增长26.2%，以存储器和专用芯片为代表的半导体产品开始进入景气周期。

在国内宏观经济运行良好的驱动下，国内集成电路产业继续保持快速、平稳增长态势，2021 年我国集成电路产业首次突破万亿元。半导体行业协会统计，2021 年我国集成电路产业销售额为 10458.3 亿元，同比增长 18.2%。受益于全球疫情的逐步可控，移动通信终端、PC、汽车等众多应用领域需求持续走强，预计未来几年市场规模将进一步增长。然而，国产集成电路在全球市场占比较低，直至2019年才突破10%；国产集成电路在国内的市场占比也仅有30%，自给率严重不足。2021 年中国集成电路产品进出口都保持较高增速。根据海关统计，2021 年中国进口集成电路 6354.8 亿块，同比增长 16.9%；进口金额 4325.5 亿美元，同比增长 23.6%。2021 年中国集成电路出口 3107 亿块，同比增长 19.6%，出口金额 1537.9 亿美元，同比增长 32%。我国集成电路自身的技术落后于国外至少2代，同时集成电路产能缺口巨大、自给率低，已成为制约我国国民经济发展的“卡脖子”领域，因此芯片国产化的需求越来越迫切。   

目前全球半导体制造向着45 nm及以下制程发展的趋势已不可阻挡，集成电路行业领军企业三星电子（Samsung）已经实现7 nm工艺量产，全球最大的芯片代工企业台积电（TSMC）主流技术也已进入7 nm工艺，正在进行5~3 nm工艺的研制。大陆企业中芯国际从2012年开始量产逻辑用40 nm工艺芯片，2015年开始量产28 nm工艺，2019年试生产14 nm工艺芯片，由此宣告正式进入AI芯片制造领域。IC芯片电路的金属线宽越来越小，互联线层数越来越多，2020年实现14nm实现量产。长江存储在2018年宣布，32层3D NAND闪存芯片实现量产；2019年9月份，基于Xtacking架构的64层256 Gb TLC 3D NAND闪存正式量产，以满足固态硬盘、嵌入式存储等主流市场应用需求，2020年128层3D NAND闪存正式量产。

2、推进标准升级，保护知识产权

现行的高纯铜铸锭标准为2013年发布的《YS/T 919-2013高纯铜铸锭》，起草单位为有研亿金新材料有限公司。标准对高纯铜铸锭进行了分类，主要包括4N5、5N、6N、6N5四类高纯铜铸锭，并对每一类的高纯铜铸锭的杂质元素含量进行了规定。受限于当时的高纯铜提纯技术，市场上没有成熟批量化生产的7N高纯铜铸锭，因此原标准未对7N高纯铜铸锭纳入分类并进行杂质元素规定。近些年，随着阴极铜提纯技术以及真空熔炼铸造技术的进步，7N高纯铜铸锭以及可以批量生产和应用，从而满足下游集成电路制造企业对于超高纯铜靶材的需求。下图为有研亿金新材料有限公司生产的7N高纯铜铸锭的检测报告。同时，鉴于集成电路制造技术的不断发展和进步，对于8~12英寸的生产线，高纯铜铸锭的纯度需要达到99.999%（5N）以上，4N5高纯铜铸锭逐渐被市场淘汰，市场需求量小，因此在修订稿中将4N5牌号的高纯铜铸锭及其化学成分要求删除。标准修订稿建议对高纯铜铸锭进行分类，主要包括5N、6N、6N5、7N四类高纯铜铸锭，并对每一类的高纯铜铸锭的杂质元素含量进行了规定，从而整体上提升高纯铜铸锭产品的质量要求。

综上所述，为满足集成电路产业对高纯铜金属更高纯度、更高品质的需求，进一步提升高纯铜铸锭的产品规范，建议修订现有《YS/T 919-2013高纯铜铸锭》标准，特此申请立项。

图1. 7N高纯铜铸锭GDMS检测报告

1、 修订产品分类、化学成分要求：

1） 修改6N5、6N、5N的杂质限量要求，增加Ag、Al、As、B等24个杂质元素限量要求；

2） 增加7N高纯铜铸锭分类及其化学成分要求；

7N高纯铜铸锭中杂质总含量不大于0.1×10^-6，并对各杂质元素限量进行规定；7N高纯铜铸锭气体杂质元素O、C、N不大于1×10^-6，S不大于0.2×10^-6。

3） 删除4N5高纯铜铸锭分类及其化学成分要求。

2、本标准适用于制造半导体行业用高纯铜溅射靶材所需的高纯铜铸锭。

3、项目建议性质为推荐性。

1、国内外产业技术情况

高纯铜及铜合金靶材是45 nm及以下制程集成电路互联用关键支撑材料。纯铜具有低的电阻率和更高的导热性，且具有比Al高两个数量级的抗电迁移能力。将铜作为优良的互连材料不仅可以降低延迟，提高运算效率，而且还可以保证集成电路的可靠性。依据摩尔定律，芯片制造工艺持续进步，不断迭代更新。当前国际最先进的工艺节点进入5nm，我国大陆地区最先进的工艺节点是中芯国际的14nm。华为的麒麟芯片由台湾地区的台积电生产，采用7nm工艺。台积电在南京工厂的工艺节点是12nm。根据Gartner统计预测，2016至2022年，全球芯片制造产能中，预计20nm及以下制程占比12%，32/28nm至90nm占比41%，0.13μm及以上的微米级制程占比47%。

随着芯片制程与制造技术的发展，集成电路的集成度越来越高，互联线宽度不断减小，材料的纯度和杂质含量直接影响着电子薄膜性能，因此用户对高纯铜铸锭提出更加严格的要求。对于8英寸生产线，高纯铜铸锭的纯度至少达到99.999%（5N）以上；对于12英寸生产线，高纯铜的纯度至少达到99.9999%（6N）以上，甚至高达99.99999%（7N）。高纯铜铸锭中的杂质组成分为金属杂质元素和气体元素。若金属杂质元素含量过高，则薄膜的电性能不佳；若气体含量较高或者内部存在气孔、夹杂等缺陷，则容易在晶圆表面形成颗粒，导致互联线短路或断路，大大降低薄膜良率。因此，高纯铜铸锭的纯度越高，其所含的杂质越少，电学性能越优异，越能满足更先进制程半导体产品的需求，同时也意味着更高的产品附加值。

目前国内以有研亿金新材料有限公司为代表的高纯铜生产企业，已突破高纯铜铸锭制备的关键核心技术。多年来持续投入大量的研发经费用于超高纯铜原材料的研发生产，经过不懈努力，目前所制备的高纯铜铸锭纯度最低大于99.9999％，最高达到99.99999%以上，可以实现批量化生产。高纯铜原材料的研发和生产，为后续下游高纯铜溅射靶材的生产提供了坚实的基础。除有研亿金新材料有限公司外，目前我国国内已有数家大型冶炼企业也纷纷加入高纯铜制造行业，并已实现6N以上超高纯铜提纯技术突破，如兰州金川集团有限公司、江苏鑫瑞崚新材料科技有限公司、河南国玺超纯新材料有限公司等，各项技术不断被研究摸索并取得重要突破，打破了长期以来高纯铜需从国外进口的局面，已完全实现国产化。从长期来看，高纯铜行业势必会有更好的发展，进一步带动高纯铜蒸发料等下游加工产品的发展进程。

图2  高纯铜原材料及高纯铜铸锭

2、国内外标准情况：

目前全世界半导体行业用高纯金属溅射靶材及其原材料的生产主要集中在美国、德国及日本，美国材料协会标准、日本电子协会标准、欧盟标准中均没有针对高纯铜铸锭的相关标准，因此高纯铜铸锭产品标准的制定对于高纯铜溅射靶材产品的品质提升以及快速国产化起到积极作用。

3、起草单位情况：有研亿金新材料有限公司致力于高纯金属靶材的研发和生产，是目前全球第三家、国内唯一一家实现超高纯铜原材料和溅射靶材垂直一体化的企业。《YS/T 919-2013高纯铜铸锭》是有研亿金根据多年产品生产经验和客户使用需求、积累大量数据的基础上牵头制订的行业标准，于2013年发布至今已使用8年。

随着半导体行业的蓬勃发展，集成电路不断迭代更新，对于高纯铜金属溅射靶材也提出新的需求。为满足行业发展新要求，特此提出修订《YS/T 919-2013高纯铜铸锭》行业标准。

4、本标准未发现有知识产权的问题。