国内的半导体材料现状究竟怎么样?

2019-07-19来源: 爱集微关键字:半导体

所谓巧妇难为无米之炊,没有半导体材料,价值上亿美金的EUV光刻机也只是一块大板砖。近日爆发的日韩贸易战中,韩国半导体产业就因日本限制了关键半导体材料的出口,而被锁住了命运的咽喉,半导体材料也因此成为了各界所关注的焦点。


日本拥有世界上最完整的半导体产业链,没有之一。而且在上游的半导体设备和材料方面,日本厂商也有着极高的市占率。因此,强如韩国这样实力雄厚的半导体第一梯队,也会受制于日本。

虽然日前有消息传出,生产已经开始受到影响的三星和SK海力士等韩厂已经联系了几家中国厂商,要求加大化学品材料供应。但这对中国半导体产业只是短期利好,一旦日韩关系恢复,中国厂商仍然需要面对明显的产品品质和产能差距。

日韩贸易战对于中国半导体的警醒应该是两方面的,首先是国内半导体材料厂商需要不断提升产品质量,努力追赶。其次是,国内IC制造与封测产业不能过于依赖进口材料。

据了解,半导体材料主要包括晶圆制造材料与封装测试材料两大类。其中,晶圆制造材料包括硅晶圆、光刻胶、光掩膜版、电子特种气体、湿化学品、溅射靶材、CMP抛光材料等;封装材料包括引线框架、基板、陶瓷封装材料、键合丝、封装树脂、芯片贴装材料等。

在上述的半导体材料中,封装材料方面,我国高端键合丝、封装基板、引线框架等封测材料仍然高度依赖进口,不过随着近年来中国封测企业的崛起,国内封测材料正不断取得突破。

作为半导体制造流程中最主要的材料,硅晶圆、光刻胶、光掩膜版、电子特种气体、湿化学品、溅射靶材、CMP抛光材料在所有半导体材料中占比最高,那么在这几种材料方面,国内外现状是怎样的呢?

硅晶圆

信越化学和胜高两家日本硅晶圆厂在全球有50%的市占率,韩国LG Siltron占9%。而中国厂商则有台湾环球晶、台湾合晶、上海新昇、中环半导体和鑫华半导体。不过,全球前5大硅晶圆厂(信越化学、胜高、环球晶、德国世创和LG Siltron)合计占据了整个市场的90%以上。

大陆方面,8英寸硅晶圆的本土化率仅有20%,12英寸硅晶圆更是几乎全部依赖进口。截至去年年底,按各个公司已量产产线披露的产能,8英寸硅晶圆产能已达139万片/月,兴建中的产能达270万片/月;12英寸硅晶圆产能28.5万片/月,兴建中的产能达315万片/月。

不过,作为国内首个12英寸硅晶圆项目的承担主体,上海新昇的12英寸硅晶圆已经通过了中芯国际、华力微电子等国内大厂认证,并实现部分产品销售。另外,据传上海新昇正在冲击科创板,希望顺利上市后能够加快发展步伐,带领国内硅晶圆产业与国际先进水平接轨。

光刻胶

日美企业几乎垄断了光刻胶市场,占据了9成以上的市场份额。国外厂商主要包括日本JSR(28%)、东京应化(21%)、信越化学(13%)和富士电子材料(10%),以及美国的陶氏化学和韩国的东进世美肯。

在国内, 8英寸及以上半导体晶圆用产品本土化率不足1%,整体光刻胶自给率仅10%。据了解,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。不过,中美合资企业北京科华势头正猛,该公司产品已经打入了中芯国际、华润上华、杭州士兰、三安光电等供应体系。其248nm光刻胶目前已通过包括中芯国际在内的部分客户的认证, 193nm光刻胶也正处于研发阶段。

另外一家晶瑞股份的i线光刻胶也已通过中芯国际上线测试。6月,该公司在潜江市落地的15亿元晶瑞微电子材料项目,主要用于生产光刻胶及其相关配套的功能性材料、电子级双氧水、电子级氨水等半导体及面板显示用电子材料等。

光掩膜版

这同样也是日美的优势领域,全球半导体掩膜版80%以上市场份额被美国的Photronics、日本DNP和日本凸版印刷Toppan三家占据。另外还有自产自销的台积电和三星。

国内晶圆制造行业所需要的高端光掩膜版几乎被上述的国外公司垄断,国内的几家从事光掩膜版研究生产的企业包括路维光电、清溢光电等,产品主要应用于平板显示、触控行业和电路板行业。

值得一提的是,中芯国际有自己的光罩厂,其代工客户和其它芯片加工厂及机构光掩模制造服务。

电子特种气体

听起来很简单的材料,却仍然被国外的5家企业占据了全球90%以上的市场份额。这5家分别是德国的林德集团、美国的空气化工和普莱克斯、法国的液化空气以及日本的太阳日酸。

不过好在经过30多年的发展,我国半导体用电子特气已经取得了一些的成绩,中船重工718所、绿菱电子、广东华特等均在12英寸晶圆用产品上取得了突破,并且实现了稳定的批量供应,另外还有南大光电和至纯科技等国内企业。

中船重工718在其二期项目开工仪式上表示,2020年全部达产后,将年产高纯电子气体2万吨,三氟化氮、六氟化钨、六氟丁二烯和三氟甲基磺酸4个产品产能将会高居世界第一。

湿化学品

全球最大的湿化学品供应商为德国巴斯夫,其他还有美国的亚什兰化学和Arch化学,日本的关东化学、三菱化学和住友化学,以及韩国的东友精细化工。

据统计,日本的大约10家湿化学品公司占据了全球28%的市场份额,欧美公司占了35%。由于国内厂商技术水平比较落后,所以本土晶圆代工产线也大部分都依赖进口。目前国内的晶瑞股份、江化微电子、湖北兴福和台湾鑫林科技等企业也在奋力追赶,并且在消耗量最大的电子级硫酸方面,取得了一定突破。

CMP抛光材料

抛光材料包括抛光垫和抛光液两大类。美国陶氏化学在抛光垫方面拥有绝对的主导地位,在全球市占率超过70%,抛光液领域则被日美共同瓜分了90%的市场份额。

抛光垫方面,主要的国外厂商除了陶氏,还有美国的Cabot和Thomas West,以及日本的富士纺和JSR。湖北鼎龙是国内抛光垫的主要供应商,该公司投资近4亿元,经过6年的艰苦研发,建成目前国内唯一、国际先进的集成电路芯片CMP抛光垫产研基地,目前正在进行12英寸产线用品的攻关。

抛光液方面,国内同样十分依赖几家外国公司,包括日本的Fujimi和Hinomoto Kenmazai,美国的卡博特、杜邦和Rodel,以及韩国的ACE。而安集微电子是唯一一家能提供12英寸IC抛光液的本土供应商,其在铜制程上有一定优势,但在更高端的STI制程上,尚没有掌握核心原材料研磨粒的制备技术。

某国内晶圆代工厂员工告诉集微网,抛光垫的确是陶氏一家独大,几乎没有尝试过国产抛光垫,因为国内产品质量仍然与国外产品存在较大差距,对良率影响较大。不过曾使用过某款国产抛光液,虽然测试结果比较好,但是半导体产线要更换化学品材料需要太多繁杂的步骤,而且国产抛光液没有经过长久的可靠性验证,所以最终也没有使用。

溅射靶材

国外溅射靶材厂商包括JX日矿金属、日本东曹、美国普莱克斯和霍尼韦尔、韩国三星等,其中日美企业也在这个领域拥有超过80%的市占。国内厂商主要有江丰电子、有研新材和隆华节能。

目前,国内12英寸晶圆用溅射靶材本土化率约为18%。近年来,国家制定了一系列产业政策推进靶材技术的发展,效果显著。以江丰电子为例,该公司目前可以满足大部分第三代半导体所需的靶材技术和供应,部分贵金属及稀土靶材除外。另外,该公司还成功突破了7nm技术节点用靶材核心技术并实现量产应用。

值得一提的是,目前国内靶材厂商主要集中在低端产品领域进行竞争,在半导体、液晶显示器和太阳能电池等市场还无法与国际巨头全面抗衡。而且由于缺少核心技术和设备,不能够在金属的提纯、组织控制等核心技术领域形成竞争力,所以而国内厂商的靶坯仍然依赖美国和日本的进口。

聚焦产业链完整度

其实早在2014年,我国在政策方面就对半导体材料领域给予了高度重视,《国家集成电路产业发展推进纲要》明确提出,要突破集成电路关键装备和材料。加强集成电路装备、材料与工艺结合,开发光刻胶、大尺寸硅片等关键材料,加强集成电路制造企业和装备、材料企业的协作,加快产业化进程,增强产业配套能力。到2020年,我国半导体材料产业规模化、集聚化发展态势将基本形成,同时也将建成较为完善的新材料标准体系,形成一批具有国际影响力的新材料公司。

但是从半导体材料各细分领域国内外发展状况不难看出,日本和美国仍然牢牢掌控着这个半导体产业链的上游领域,而这两者也是中美贸易战和日韩贸易战中先动手的一方,即掌握主动权的一方。

半导体原本是一个高度全球化、高度分工与合作的国际化产业,但无奈日美在取得领先之后选择以此作为经贸手段。所以,要想避免人为刀俎我为鱼肉的情况,除了大力发展上游的半导体材料,还亟需建立一个极为完善的半导体产业链,每一个环节都同样重要。

达成这样的目标可能要花费十几年,甚至是几十年,所以在此之前,中国可以先以一个新的生态系统来过渡 ,而这个新的生态系统将不包括日美这样好为刀俎的国家,或者是

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