芯耀
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提到半導(dǎo)體，相信大家都不會陌生了。從今年中興事件開始，半導(dǎo)體行業(yè)，芯片這些詞被頻頻推到公眾的眼前。這篇文章將會是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的開端，與非網(wǎng)小編將會分成上中下游是三個部分給大家展現(xiàn)一個真實的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。首先我們來看一下總的情況，這是一張關(guān)聯(lián)圖：
從大方向來說：
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最上游是 IC 設(shè)計公司與硅晶圓制造公司，IC 設(shè)計公司依客戶的需求設(shè)計出電路圖，硅晶圓制造公司則以多晶硅為原料制造出硅晶圓。中游的 IC 制造公司主要的任務(wù)就是把 IC 設(shè)計公司設(shè)計好的電路圖移植到硅晶圓制造公司制造好的晶圓上。完成后的晶圓再送往下游的 IC 封測廠實施封裝與測試，就算完成了。
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今天，小編將會帶大家走進(jìn)半導(dǎo)體材料市場。半導(dǎo)體材料市場可以分為晶圓材料和封裝材料市場。我們重點來說一下晶元材料。
晶圓材料主要有硅片、光掩膜、光刻膠、光刻膠輔助設(shè)備、濕制程、濺射靶、拋光液、其他材料。封裝材料主要有層壓基板、引線框架、焊線、模壓化合物、底部填充料、液體密封劑、粘晶材料、錫球、晶圓級封裝介質(zhì)、熱接口材料。
在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，由于高端產(chǎn)品技術(shù)壁壘高，國內(nèi)企業(yè)長期研發(fā)投入和積累不足，我國半導(dǎo)體材料在國際分工中多處于中低端領(lǐng)域，高端產(chǎn)品市場主要被歐美日韓臺等少數(shù)國際大公司壟斷，比如： 硅片全球市場前六大公司的市場份額達(dá) 90%以上，光刻膠全球市場前五大公司的市場份額達(dá) 80%以上，高純試劑全球市場前六大公司的市場份額達(dá) 80%以上， CMP 材料全球市場前七大公司市場份額達(dá) 90%。
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國內(nèi)大部分產(chǎn)品自給率較低，基本不足 30%， 并且大部分是技術(shù)壁壘較低的封裝材料，在晶圓制造材料方面國產(chǎn)化比例更低， 主要依賴于進(jìn)口。 另外， 國內(nèi)半導(dǎo)體材料企業(yè)集中于 6 英寸以下生產(chǎn)線，目前有少數(shù)廠商開始打入國內(nèi) 8 英寸、 12 英寸生產(chǎn)線。
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一、大硅片（占比 33%）
硅片是最主要的半導(dǎo)體材料，歷年來硅晶圓片的市場銷售額占整個半導(dǎo)體材料市場總銷售額的 32%~40%。 在具體的硅片方面，目前主流的硅片為 300mm（12 英寸）、 200mm（8 英寸）和 150mm（6 英寸）。 單晶硅片直徑越大，所能刻制的集成電路越多，芯片的成本也就越低。 12 英寸硅片自 2009 年開始市場份額超過 50%，到 2015 年的份額已經(jīng)達(dá)到 78%。12 英寸大硅片主要用于生產(chǎn) 90nm-28nm 及以下特征尺寸（16nm 和 14nm）的存儲器、數(shù)字電路芯片及混合信號電路芯片，多用于 PC、平板、手機(jī)等領(lǐng)域。
半導(dǎo)體硅片具有極高的技術(shù)壁壘，全球市場呈現(xiàn)出寡頭壟斷的格局， 日本信越和 SUMCO（由三菱硅材料和住友材料 Sitix 分部合并而來）一直占據(jù)主要市場份額，雙方約各占 30% 左右，日本在切、磨、拋設(shè)備及漿料、切削油等材料方面占據(jù)主導(dǎo)地位。其他主要公司有德國 Siltronic（德國化工企業(yè) Wacker 的子公司）、韓國 LG Siltron、美國 MEMC 和中國臺灣環(huán)球晶圓四家公司。 上述 6 家供應(yīng)商合計占據(jù)全球 90% 以上的市場份額。
國內(nèi)大硅片領(lǐng)先企業(yè)——上海新陽曾透露，該公司 12 英寸大硅片生產(chǎn)線所用的拉晶爐主要采購自韓國、日本、德國，切割、研磨、拋光設(shè)備主要采購自日本，部分非關(guān)鍵設(shè)備采購自韓國和中國臺灣。
雖然目前差距甚大，但是中國企業(yè)的追趕也已經(jīng)起步。10 月 16 日，晶盛機(jī)電股份宣布與中環(huán)領(lǐng)先半導(dǎo)體材料就集成電路用 8-12 英寸半導(dǎo)體硅片項目四工段設(shè)備采購第一包及第二包簽訂了設(shè)備購銷合同，合同金額合計 4.028 億元。根據(jù)合同，雙方就半導(dǎo)體單晶爐與半導(dǎo)體單晶硅切斷機(jī)、滾磨機(jī)設(shè)備達(dá)成合作。其中，半導(dǎo)體單晶爐合同總價款為 3.6 億元，按月分批交貨，于 2019 年 5 月底前交付全部設(shè)備；半導(dǎo)體單晶硅切斷機(jī)、滾磨機(jī)合同總價款 4240 萬元，按月分批交貨，2019 年 8 月底前交付全部設(shè)備。亞化咨詢認(rèn)為，此次中標(biāo)，是半導(dǎo)體單晶爐國產(chǎn)化的一大步。
2012 年到 2017 年，全球半導(dǎo)體硅片出貨面積穩(wěn)定增長。SEMI 最新數(shù)據(jù)顯示，全球硅片出貨面積在 2018 年上半年達(dá)到 62.44 億平方英寸，同比增長 7.0%。隨著全球硅片面積和硅片價格的同時上漲，亞化咨詢預(yù)計 2018 年全球硅片市場將達(dá)到 110 億美元。
中國積極布局半導(dǎo)體大硅片生產(chǎn)制造領(lǐng)域。直至目前，中國在 8 及 12 英寸硅片生產(chǎn)上已投資數(shù)百億元人民幣。亞化咨詢數(shù)據(jù)顯示，未來中國新增 8 英寸硅片設(shè)計產(chǎn)能將超過 210 萬片 / 月。未來新增產(chǎn)能將帶動半導(dǎo)體材料及設(shè)備的強(qiáng)勁需求。
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目前， 國內(nèi) 8 寸的硅片生產(chǎn)廠商僅有浙江金瑞泓、北京有研總院、河北普興、南京國盛、上海新傲等少數(shù)廠商， 遠(yuǎn)沒有滿足國內(nèi)市場， 12 寸硅片目前全部采用進(jìn)口，可以說是國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上缺失的一環(huán)。
1）上海新陽：由上海硅產(chǎn)業(yè)投資公司投資（持股 62.82%）、上海新陽參股（持股 27.56%） 的上海新昇 300mm 大硅片項目從 2017 年第二季度開始已經(jīng)向中芯國際等代工廠提供樣片進(jìn)行認(rèn)證，并實現(xiàn)擋片、陪片、測試片等產(chǎn)品銷售。受晶圓供應(yīng)緊張影響，下游客戶加快了認(rèn)證進(jìn)度， 目前已經(jīng)與中芯國際、武漢新芯、華力微電子三家公司簽署了采購意向性協(xié)議。 一期 15 萬片 / 月的產(chǎn)能，預(yù)計在 2018 年年中實現(xiàn)達(dá)產(chǎn)； 上海新昇總規(guī)劃產(chǎn)能為 60 萬片 / 月，預(yù)計在 2021 年實現(xiàn)滿產(chǎn)。 如果一切較為順利，這將填補(bǔ)國內(nèi)空白，具有重要的戰(zhàn)略意義。
2）晶盛機(jī)電、中環(huán)股份：晶盛機(jī)電和中環(huán)股份攜手無錫市，宣布共同投資 30 億美元在宜興建設(shè)集成電路用大硅片生產(chǎn)與制造項目。
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二、電子特種氣體（14%）
電子氣體在電子產(chǎn)品制程工藝中廣泛應(yīng)用于薄膜、蝕刻、摻雜等工藝，被稱為半導(dǎo)體、平面顯示等材料的“糧食”和“源”。 電子特種氣體又可劃分為摻雜氣、外延氣、離子注入用氣、 LED 用氣、蝕刻用氣、化學(xué)汽相沉淀用氣、載運和稀釋氣體等幾大類，種類繁多，在半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用的有 110 余種電子氣體，常用的有 20-30 種。
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電子特種氣體行業(yè)集中度高， 主要企業(yè)有美國空氣化工、美國普萊克斯、德國林德集團(tuán)、法國液化空氣和日本大陽日酸株式會社， 五大氣體公司占有全球 90%以上的市場份額， 上述企業(yè)也占據(jù)了我國電子特種氣體的主要市場份額。國產(chǎn)電子氣體已開始占據(jù)一定的市場份額， 經(jīng)過多年發(fā)展，國內(nèi)已有部分企業(yè)在部分產(chǎn)品方面攻克技術(shù)難關(guān)。四川科美特生產(chǎn)的四氟化碳進(jìn)入臺積電 12 寸臺南 28nm 晶圓加工生產(chǎn)線，目前公司已經(jīng)被上市公司雅克科技收購； 金宏氣體自主研發(fā) 7N 電子級超純氨打破國外壟斷，主要上市公司有雅克科技、 南大光電、巨化股份。
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三、光掩模板（13%）
掩膜版是在 IC 制作過程中，利用光刻蝕技術(shù)把設(shè)計好的電路圖形復(fù)制于晶圓上。我們把電腦上設(shè)計出來的電路圖用光照到金屬 / 玻璃薄膜上，制造出掩膜。我們再把剛制作好的掩膜蓋在硅片上，當(dāng)光通過掩膜照射，電路圖就"印制"在硅晶片上。如果我們按照電路圖使應(yīng)該導(dǎo)電的地方連通，應(yīng)該絕緣的地方斷開，這樣我們就在硅片上形成了所需要的電路。
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掩膜版質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響光刻的質(zhì)量。在芯片制造過程中需要經(jīng)過十幾甚至幾十次的光刻，每次光刻都需要一塊光刻掩膜版，每塊光刻掩膜版的質(zhì)量都會影響光刻的質(zhì)量。一般來說，通過一系列光學(xué)系統(tǒng)將掩膜版上的圖形按照 4：1 的比例投影在晶圓上的光刻膠涂層上，如果晶圓的最小線寬要達(dá)到 28nm，掩膜版上的最小線寬只要達(dá)到 112nm 即可。然而隨著線寬的不斷縮小，光衍射導(dǎo)致的投影圖形對比度和失真問題也相應(yīng)出現(xiàn)，這對掩膜版制造廠商的技術(shù)提出了更多的要求。
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全球主要的晶圓制造廠商，如 Intel、Globalfoundries、IBM、TSMC、UMC、Samsung 等都有自己的專業(yè)工廠來生產(chǎn)自身需要的掩膜版，最先進(jìn)的制程所需的掩膜版技術(shù)也就自然而然掌握在這些國際巨頭手中。不過近些年，掩膜版外包的趨勢非常的明顯，特別是對于一些 60nm 及 90nm 以上制程的低端產(chǎn)品，外包的現(xiàn)象非常明顯。
目前全球?qū)I(yè)的掩膜版廠商包括美國的 Photronics，中國臺灣的中國臺灣光罩，日本的 Toppan，Hoya，SK-Electronics 等。Photronics 作為全球領(lǐng)先的掩膜版廠商，主要生產(chǎn) 60nm 及以上制程的光罩，2014 年營收達(dá)到 4.56 億美元，凈利潤 3202 萬美元；而像中國臺灣光罩則主要生產(chǎn)和供應(yīng)相對低端的 0.25 微米、0.18 微米、0.15 微米、0.13 微米、0.11 微米和 90 納米制程的光罩，2014 年營收達(dá)到 4411 萬美元，凈利潤 191 萬美元。
目前國內(nèi)的掩膜版廠商主要分為 3 類：第一類是科研院所，主要有中科院微電子中心，中國電子科技集團(tuán)第 13 所、24 所、47 所、55 所等；第二類是專業(yè)的掩膜版制造廠商，主要有無錫華潤微電子有限公司掩膜工廠、上海凸版光掩膜有限公司、Photronics（上海）。第三類是晶圓代工廠，例如中芯國際，中芯國際的制版能力也處于國際較先進(jìn)的水平。
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四、光刻膠（6%）
指通過紫外光、準(zhǔn)分子激光、電子束、離子束、 X 射線等光源的照射或輻射,其溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻薄膜材料。其溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻薄膜材料。根據(jù)在顯影過程中曝光區(qū)域的去除或保留，分為正像光刻膠和負(fù)像光刻膠。隨著分辨率越來越高，光刻膠曝光波長不斷縮短，由紫外寬譜向 G 線(436nm)→I 線(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→F2(157nm)→極紫外光 EUV 的方向轉(zhuǎn)移。
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我國光刻膠生產(chǎn)基本上被外資把控，并且集中在低端市場。 據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息數(shù)據(jù)，2015 年我國光刻膠產(chǎn)量為 9.75 萬噸， 其中中低端產(chǎn)品 PCB 光刻膠產(chǎn)值占比為 94.4%，而 LCD 和半導(dǎo)體用光刻膠產(chǎn)值占比分別僅為 2.7%和 1.6%，半導(dǎo)體光刻膠嚴(yán)重依賴進(jìn)口。
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另外， 2015 年我國光刻膠前五大公司分別中國臺灣長興化學(xué)、日立化成、日本旭化成、美國杜邦及中國臺灣長春化工，均是外資或合資企業(yè)，上述五大企業(yè)市場份額達(dá)到 89.7%，內(nèi)資企業(yè)市場份額不足 10%。光刻膠主要上市公司有晶瑞股份、飛凱材料，強(qiáng)力新材，上海新陽。
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五、光刻膠配套試劑（7%）
又稱為濕功能電子化學(xué)品，是指通過復(fù)配手段達(dá)到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復(fù)配類化學(xué)品。一般配合光刻膠使用，包括顯影液、漂洗液、剝離液等。
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配套試劑和光刻膠配合使用，生產(chǎn)光刻膠的企業(yè)一般具備生產(chǎn)配套試劑的能力，國內(nèi)的廠商包括江化微、江陰潤瑪、晶瑞股份等，國內(nèi)企業(yè)快速突破技術(shù)壁壘，憑借成本及本土化優(yōu)勢得以迅速發(fā)展。中國企業(yè)不斷加強(qiáng)濕電子化學(xué)品基礎(chǔ)研究，目前包括江化微在內(nèi)的一批本土企業(yè)突破了跨國企業(yè)的技術(shù)壟斷，部分領(lǐng)域產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。
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六、拋光液和拋光墊（7%）
目前全球拋光的主流技術(shù)是 CMP 技術(shù)，是指在晶圓制造過程中，使用化學(xué)及機(jī)械力對晶圓進(jìn)行平坦化處理的過程。 CMP 技術(shù)所應(yīng)用的拋光液、拋光墊、 拋光漿料是硅晶圓及芯片進(jìn)行工業(yè)處理的的三大消耗品， 其中拋光工藝的技術(shù)核心和價值核心均在拋光墊。 拋光墊價值量占拋光材料的六成，其力學(xué)性能和表面組織特征對于平坦化的效果非常關(guān)鍵，是 CMP 工藝的技術(shù)核心和價值核心。
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當(dāng)前全球拋光墊市場呈現(xiàn)寡頭壟斷格局，陶氏化學(xué)占據(jù)拋光墊市場近八成份額，國內(nèi)缺乏獨立自主知識產(chǎn)權(quán)和品牌，龐大的國內(nèi)市場完全被外資產(chǎn)品所壟斷，進(jìn)口替代空間廣闊。國產(chǎn)材料具有明顯的價格和服務(wù)等優(yōu)勢，大陸建廠熱潮有望驅(qū)動國內(nèi) CMP 拋光墊廠商加速發(fā)展。國內(nèi)拋光墊核心上市公司有鼎龍股份。
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七、光阻材料（7%）
光阻材料是印刷電路板線路影像轉(zhuǎn)移與制作的重要材料。在電子產(chǎn)品日益輕、薄、短、小之趨勢下，干膜光阻正扮演決定性的角色；其制作技術(shù)是直接影響信息及通訊等產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。受到市場需求強(qiáng)勁推動，中國大陸在全球光阻材料市場中所占份額必將大幅提升。數(shù)據(jù)顯示，中國大陸市場所需 G-Line 光阻材料在全球市場所占份額從 2012 年起大幅增加；所需 I-Line 光阻材料在全球市場所占份額從 2013 年起大幅增加；所需 248nm 光阻材料在全球市場所占份額從 2013 年起大幅增加。
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光阻材料暫無上市公司，北京化工大學(xué)、江蘇博硯科技有限公司聯(lián)合召開的國家重點研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項目推進(jìn)會上獲悉，我國微電子加工用高端超純化學(xué)品關(guān)鍵技術(shù)已取得重大突破，并已在江蘇宜興建成國內(nèi)首條年產(chǎn) 1000 噸黑色光阻示范生產(chǎn)線。這意味著長期受國外壟斷的微電子材料開始走向國產(chǎn)化，并為我國微電子及相關(guān)產(chǎn)業(yè)擺脫進(jìn)口依賴起到了重要的引領(lǐng)作用。
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八、超凈高純試劑（占比 4%）
又稱濕化學(xué)品，亦可稱為通用濕電子化學(xué)品，是指主體成分純度大于 99.99%，雜質(zhì)離子和微粒數(shù)符合嚴(yán)格要求的化學(xué)試劑。主要以上游硫酸、 鹽酸、 氫氟酸、 氨水、 氫氧化鈉、 氫氧化鉀、 丙酮、 乙醇、 異丙醇等為原料，經(jīng)過預(yù)處理、 過濾、 提純等工藝生產(chǎn)的得到純度高產(chǎn)品。在半導(dǎo)體領(lǐng)域主要用于芯片的清洗和腐蝕，同時在硅晶圓的清洗中也起到重要作用。其純度和潔凈度對集成電路成品率、電性能及可靠性有十分重要的影響。
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應(yīng)用于半導(dǎo)體的超凈高純試劑， 全球主要企業(yè)有德國巴斯夫，美國亞什蘭化學(xué)、Arch 化學(xué)，日本關(guān)東化學(xué)、三菱化學(xué)、京都化工、住友化學(xué)、和光純藥工業(yè)，中國臺灣鑫林科技，韓國東友精細(xì)化工等，上述公司占全球市場份額的 85%以上。
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目前，國內(nèi)生產(chǎn)超凈高純試劑的企業(yè)中產(chǎn)品達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)且具有一定生產(chǎn)量的企業(yè)有 30 多家，國內(nèi)超凈高純試劑產(chǎn)品技術(shù)等級主要集中在 G2 級以下，國內(nèi)江化微、晶瑞股份等企業(yè)部分產(chǎn)品已達(dá)到 G3、 G4 級別，晶瑞股份超純雙氧水已達(dá) G5 級別，部分產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)進(jìn)口替代。我國內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)超凈高純試劑在 6 英寸及 6 英寸以下晶圓市場上的國產(chǎn)化率已提高到 80%，而 8 英寸及 8 英寸以上晶圓加工的市場上，其國產(chǎn)化率由 2012 年約 8%左右緩慢增長到 2014 年的 10%左右。超凈高純試劑產(chǎn)能方面， 晶瑞股份產(chǎn)能 3.87 萬噸，江化微產(chǎn)能 3.24 萬噸。
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九、靶材 （3%）
半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，靶材是濺射工藝中必不可少的重要原材料。濺射工藝是制備電子薄膜材料的主要技術(shù)之一，它利用離子源產(chǎn)生的離子轟擊固體表面，使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面，被轟擊的固體稱為濺射靶材。
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靶極按照成分不同可分為金屬靶極（純金屬鋁、鈦、銅、鉭等）、合金靶極（鎳鉻合金、鎳鈷合金等）和陶瓷化合物靶極（氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等）。 半導(dǎo)體晶圓制造中 200nm（8 寸）及以下晶圓制造通常以鋁制程為主，使用的靶材以鋁、鈦元素為主。 300nm（12 寸）晶圓制造，多使用先進(jìn)的銅互連技術(shù)，主要使用銅、鉭靶材。
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半導(dǎo)體芯片對濺射靶材的金屬材料純度、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等方面都設(shè)定了極其苛刻的標(biāo)準(zhǔn)，長期以來一直被美、日的跨國公司所壟斷，我國的超高純金屬材料及濺射靶材嚴(yán)重依賴進(jìn)口。目前上市的靶材公司有江豐電子、有研新材、阿石創(chuàng)。
總結(jié)
中國企業(yè)在半導(dǎo)體大硅片材料、設(shè)備領(lǐng)域較為薄弱，需要與國際領(lǐng)軍企業(yè)交流學(xué)習(xí)技術(shù)，借鑒成功經(jīng)驗，發(fā)展壯大。助力中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的崛起。
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