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半导体材料实现国产化的机遇与挑战
作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2019.06.21
信息摘要:
华为横跨通讯基础设备与智能终端两大领域,对半导体产品的需求量巨大。根据Gartner统计,2018年华为半导体采购支出达到211.3亿美元,…

华为事件彰显 芯片 自主可控重要性华为事件逐步升温,芯片国产化意义重大。美国商务部工业与安全局(BIS)将华为列入“实体名单”,禁止华为在未经美国政府批准的情况下从美国企业获得元器件和相关技术,中美博弈焦点逐步从关税领域延伸至科技领域。

华为横跨通讯基础设备与智能终端两大领域,对半导体产品的需求量巨大。根据Gartner统计,2018年华为半导体采购支出达到211.3亿美元,为全球第三大芯片买家,占据全球4.4%的份额。华为对半导体的需求是我国巨大市场的缩影,根据WSTS的统计,2018年中国半导体市场规模占全球比例已经超过1/3

而从进口依存度的角度而言,集成电路仍然是我国贸易顺差最大的行业之一,2018年我国集成电路进口金额达到3120.6亿美元,同比增长20.0%,远超原油的进口金额。在这种背景下,芯片自主可控对于我国科技产业的发展意义重大。

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半导体材料 在集成电路产业链应用广泛。集成电路产业链主要包括设计、制造、封测三个部分,而芯片制造和封测的每一个环节几乎都离不开半导体材料的应用。根据SEMI统计,2018年国内 晶圆 制造及封装材料市场规模分别为28.2亿美元和56.8亿美元。

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半导体材料国产化挑战与机遇并存。晶圆制造材料包括 硅片 、光刻胶、光掩膜版、电子特气、湿化学品、溅射靶材、CMP抛光材料等。目前我国高端晶圆制造材料主要被欧美及日韩企业所垄断,随着半导体产业向中国转移和配套产业链的完善,未来材料端的进口替代是必然趋势。目前部分中低端品种已实现进口替代,部分优秀企业已在高端产品进口替代上取得了重要突破。

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硅片:

随着集成电路的逐步发展,核心材料硅片的市场需求也不断增长。根据Gartner的数据,预计2020年全球硅片市场规模将达110亿美元。

随着集成电路生产技术的不断提高,硅片向大尺寸趋势发展不可避免,8英寸和12英寸硅片已成为集成电路硅片的主流产品。近年来我国掀起了硅片建设热潮,上海新昇、浙江金瑞泓、中环领先、宁夏银和、郑州合晶、上海超硅等企业纷纷宣布投身硅片制造。

根据中国电子材料行业协会信息部的数据,截至2018年底,国内8英寸硅片产能已达139万片/月,兴建中的产能达270万片/月,12英寸硅片产能28万片/月,兴建中的产能达315万片/月,仅从规划产能数据看,已经远超下游需求。

实际上限于技术能力和产量水平,目前国内12英寸硅片仍几乎完全依赖进口,8英寸硅片本土化率也仅为20%

全球前5家硅片生产商为日本信越、日本SUMCO、中国台湾GlobalWafer、德国Siltronic和韩国LGSiltron,它们占据硅片市场约94%的份额,在12英寸硅片领域,前五家厂商的市占率更是达到了97.8%

光刻胶:

各类半导体光刻胶中,日美企业基本垄断了g/i线光刻胶、KrF/ArF光刻胶市场,生产商主要有JSR、信越化学、TOK、陶氏化学等。我国8英寸及以上半导体晶圆用产品本土化率不足1%,尚有许多需要攻克的关键技术。

目前国内真正从事集成电路用光刻胶研究生产的企业不足5家,在各自细分领域已经取得了部分突破。

代表性企业有苏州瑞红(晶瑞股份子公司)和北京科华,两者分别承担了“02专项”i线(365nm)光刻胶和KrF线(248nm)光刻胶产业化课题。苏州瑞红i线光刻胶已取得了中芯国际天津、扬杰科技、福顺微电子的供货订单,在上海中芯、深圳中芯等知名半导体厂进行测试。

北京科华248nmKrF光刻胶已成功进入国内先进的集成电路制造企业,实现批量供货,同时北京科华与中国科学院化学研究所、中国科学院理化技术研究所联合承担的极紫外光刻胶材料与实验室检测技术研究项目顺利通过国家验收,完成了EUV光刻胶关键材料的设计、制备和合成工艺研究、配方组成和光刻胶制备、实验室光刻胶性能的初步评价装备的研发。

湿化学品:

湿化学品是集成电路制作过程中不可缺少的关键性基础化工材料之一,按照组成成分和应用工艺可分为通用湿电子化学品和功能湿电子化学品。

通用湿电子化学品主要包括过氧化氢、氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸、氨水等,功能湿电子化学品主要包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。

2018年我国6英寸及以上晶圆生产线对于湿化学品的消耗量超过25万吨。由于集成电路用超净高纯试剂的纯度要求较高,基本集中在SEMIG3G4水平,我国的研发水平与国际尚存在较大差距。

国际上从事高纯电子化学品生产的厂商主要有德国巴斯夫、美国亚什兰、美国霍尼韦尔、美国Arch、日本关东化学、日本三菱化学、日本京都化工、住友化学、和光纯药工业、韩国东友等。

国内部分企业在某些领域已经形成突破,例如晶瑞股份的超净高纯双氧水和超净高纯氨水的产品品质达到SEMIG5等级,并依托子公司江苏阳恒原有的高品质工业硫酸为原料,引进日本三菱的电子级硫酸的制造技术,拟在江苏阳恒投资建设年产9万吨电子级硫酸改扩建项目。

湖北兴福的电子级硫酸技术取得突破,产品品质与巴斯夫处于同一级别,并向部分国内12英寸晶圆厂稳定供货。

CMP材料:

CMP材料主要包括抛光液与抛光垫。根据CabotMicroelectronics官网公开披露的资料,2018年全球CMP抛光材料市场规模为20.1亿美元,其中抛光液和抛光垫市场规模分别为12.7亿美元和7.4亿美元。

长期以来,全球CMP抛光材料市场主要被陶氏化学、CabotMicroelectronicsVersumFujimi等美国和日本企业所垄断。

近年来国内部分企业厚积薄发,脱颖而出。安集科技是国内唯一一家能提供12英寸半导体抛光液的本土供应商,在铜制程上有一定优势,其产品已在130-28nm技术节点实现规模化销售,主要应用于国内8英寸和12英寸晶圆产线,14nm技术节点产品已进入客户认证阶段,10-7nm技术节点产品正在研发中。

鼎龙股份深耕CMP抛光垫,收购时代立夫股权,并实现了抛光垫产品从应用于成熟制程到先进制程领域,从硬垫到软垫的全面布局,国内主流的12寸晶圆厂已全面展开对公司部分产品的测试。

 

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