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依存度在60%以上!半导体材料国产化替代之路道阻且艰

2020-06-16 09:49:05 来源 : 集微网

EDA、材料、设备并称为集成电路的三大基础,此前集微网已经盘点过国产EDA和设备发展情况,此文将继续盘点国产材料的最新进展。

半导体材料是半导体产业的基石,在集成电路芯片制造过程中,每一个步骤都需要用到相应的材料,如光刻过程需要用的光刻胶、掩膜版,硅片清洗过程需要用的各种湿化学品,化学机械平坦化过程需要用的抛光液和抛光垫等,都属于半导体材料。

半导体产业强大如韩国,在2019年7月日本对其限制三种半导体材料“氟聚酰亚胺”、“光刻胶”和“高纯度氟化氢”出口之后,也曾陷入恐慌状态。足以可见,半导体材料的重要性。

国内对半导体材料的依存度在60%以上!

半导体材料主要包括半导体制造材料与半导体封测材料。今年4月,国际半导体产业协会公布2019年全球半导体材料市场销售额为521.2亿美元,其中,晶圆制造材料的销售额为328亿美元,半导体封装材料的销售为192亿美元。

SEMI报告还指出,分区域来看,中国台湾、韩国、中国大陆、日本、北美、欧洲半导体销售额分别为113.4亿美元、88.3亿美元、86.9亿美元、77.0亿美元、56.2亿美元、38.9亿美元,分别占全球半导体材料市场份额的22%、17%、17%、15%、11%、17%。中国大陆是2019年各地区中唯一实现正增长的半导体材料市场,销售规模位居第三。但是,对于中国大陆市场而言,一方面是不断增长的销售规模,另一方面也面临着巨大的国产半导体材料缺口。

目前全球半导体制造材料基本被美日等公司垄断。如全球硅片市场中,日本信越化学、日本 SUMCO、德国Siltronic、中国台湾环球晶圆、韩国SK Siltron的市场份额分别为27.58% 、24.33%、14.22%、16.28%、10.16%,共占据超过90%市场份额;光刻胶市场则主要由日本合成橡胶、东京应化、美国陶氏、住友化学、富士胶片垄断;CMP 材料主要由美国陶氏、卡伯特微电子、日本 Fujimi 垄断等。

在美日公司占据优势的情况下,虽然目前各大主要品类的半导体材料领域均有国内企业涉足,但整体对外依存度仍在60%以上,特别地,大硅片、靶材、CMP 抛光垫、高端光刻胶等半导体材料对外依存度高达90%以上。

就以大硅片为例,目前国内有上海新昇等少数企业实现12 英寸大硅片量产,国产化率也仅约10%;光刻胶也仅有少数企业布局ArF、KrF光刻胶,尚无企业涉及EUV光刻胶; 靶材对外依存度仍然高于90%;电子特气国产化率约25%;湿化学品国产化率约25%。

半导体材料国产化进程在加速

在超高的国外依存度面前,国内对半导体材料的需求却与日俱增。

一方面,受益于国内晶圆厂的大量投建,以及5G商用落地后带来的需求增量,国内半导体材料的需求将加速增长。据SEMI估计,2017-2020年全球将有62座新晶圆厂投产,其中26座坐落中国大陆,占总数的42%。半导体材料属于消耗品,国内晶圆厂数量的增加,将带动半导体材料需求的增长。

另一方面,半导体设备国产化,也将推动半导体材料的国产化进程。此外,近期国家新提出的“新基建”项目也提供了中国半导体材料发展的好机会。

为了加速半导体国产化进程,国家扶持半导体产业的政策和基金密集出台,大基金二期或开启半导体材料国产化黄金期。据了解,大基金一期已投资沪硅产业、雅克科技、安集科技等半导体材料公司。国家集成电路产业投资二期股份有限公司注册资本达2041.5 亿元,投资总规模和撬动社会融资有望较一期更上一个台阶。

当前,虽然半导体材料国外优势明显,但国内正在细分领域突破,部分产品已实现自产自销。具体来看,可以分成已可量产材料、初步量产和有待积极开发的材料。

其中已可以量产主要有:靶材、封装基板、CMP抛光液材料、湿式工艺用化学品引线框等部分封装材料。这其中,部分产品技术标准可达到全球水平,本土产线已实现中大批量供货,部分材料品质需要改进才能满足先进工艺的要求。初步量产方面主要有:电子气体、硅片、化合物半导体、特殊化学品。这当中,个别产品技术标准可达到世界水平,本土产线已小批量供货,但是需要加强全面的供货。另外,刻胶、碳化硅材料、高纯石英材料部分还需积极开发,这部分材料在技术上和全球一流水平存在较大差距,目前基本未实现批量供货。

以下是一些公司的发展情况:

硅片及硅材方面

中环股份:成立于1999年,是生产经营半导体材料和半导体集成电路与器件的高新技术企业。

2019年,中环股份发布了对行业颠覆性影响的12英寸超大光伏硅片“夸父”产品(210硅片)和系列标准,使从晶体、晶片到电池片、组件通量型生产环节效率大幅提升,制造成本大幅下降,单块组件效率大幅提升,为全球新能源持续降低成本创造了一个平台性的技术。目前中环五期项目已开始生产210硅片,下游客户的210电池片、组件也将快速进入量产阶段。

据了解,截止2019年底中环股份已经具备2-6英寸硅片产能约30万片/月,8英寸约70万片/月,12英寸2万片/月。

上海硅产业集团:成立于2015年12月,专注于半导体硅材料产业及其生态系统发展。

2016年7月,硅产业集团通过增资上海新昇和受让原股东在上海新昇持股的方式,于2016年7月对上海新昇形成控股。上海新昇成立于2014年,承担了“02专项”的“40-28nm集成电路制造用300毫米硅片研发及产业化”项目,是国内第一家产业化的300mm硅片企业。

2019年3月,硅产业集团通过增资成为新傲科技第一大股东。新傲科技成立于2001年,致力于高端硅基材料研发与生产,是中国最大的SOI材料生产基地和技术领先的外延片供应商,也是世界上屈指可数的SOI材料规模化供应商之一。

2020年4月20日,硅产业集团成功登陆上海证券交易所科创板。

上海新昇:成立于2014年6月,国内首屈一指的300mm半导体硅片供应商。

2016年10月,上海新昇成功拉出第一根300mm单晶硅锭,2017年打通了300mm半导体硅片全工艺流程,2018年最终实现了300mm半导体硅片的规模化生产。

有研半导体:成立于1999年3月12日,由北京有色金属研究总院独家发起,公司前身是半导体材料国家工程研究中心。

2013年成功自主研发6英寸区熔气掺单晶,标志着在“6英寸气掺区熔单晶拉制技术”上取得突破性进展。2017年5月,有研半导体承担的国家重大科技专项“200mm硅片产品技术开发与产业化能力提升”项目通过验收。

2020年5月29日,有研半导体成功拉制出完整的12英寸单晶棒,晶棒总重量超过320公斤。实验的突破和进展,标志着公司在12英寸大硅片产业布局上迈出了关键的一步,为公司12英寸集成电路用大硅片产业化项目顺利实施奠定了坚实的基础。

浙江金瑞泓:成立于2000年6月,是国内较早一批专业从事集成电路用硅片制造的企业之一,也是中国大陆技术领先、配套先进、规模完善、效益优良的集成电路材料制造企业,是我国具有硅单晶锭、硅研磨片、硅抛光片、硅外延片制造的较为完整产业链的集成电路生产企业。

2010年,牵头承担“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家02科技重大专项,并于2017年5月通过国家验收,具备了8英寸硅片大规模产业化能力,掌握了12英寸硅片核心技术。

安徽易芯:成立于2016年9月,主要从事大尺寸半导体硅晶体与硅片、全自动硅晶体生长炉的研发、生产、销售以及技术服务。

2008年正式启动12英尺电子级单晶硅材料的研发,2015年12英尺硅片(抛光前)产品通过国家有色金属及电子材料分析测试中心的检测。

杭州中欣晶圆:成立于2017年,主要从事高品质集成电路用半导体硅片的研发与生产制造。拥有8英寸生产线是目前国内规模最大,技术最成熟的生产线;12英寸生产线是我国首条拥有核心技术,真正可实现量产的半导体硅片生产线。

2019年7月,中欣晶圆“半导体大尺寸硅片项目”首批产品下线。这也是杭州首批实现量产的 8英寸(200mm)的半导体硅抛光片,意味着中芯晶圆在推进杭州芯片设计制造产业方面又迈进了一大步。

宁夏银和:成立于2015年12月,公司将通过开展高品质半导体硅片的研发和产业化,建成国际先进水平的大尺寸半导体硅片产业化、创新研究和开发基地。

2019年8月23日,宁夏银和宣布12英寸半导体大硅片晶棒实现量产,32英寸半导体石英坩埚下线。

光刻胶方面

晶瑞股份:成立于2001年11月,是一家生产销售微电子业用超纯化学材料和其他精细化工产品的上市企业。品种包括氢氟酸、过氧化氢、氨水、盐酸、硫酸、硝酸、异丙醇、冰醋酸、混合酸(硅腐蚀液、铝腐 蚀液、铬腐蚀液、BOE、金蚀刻液)氢氧化钾、氢氧化钠、配套试剂等。产品广泛应用于超大规模集成电路、LED、TFT-LCD面板制造过程、太阳能硅片的蚀刻与清洗。

北京科华:成立于2004年,光刻胶产品序列完整,产品应用领域涵盖集成电路(IC)、发光二极管(LED)、分立器件、先进封装、微机电系统(MEMS)等。产品类型覆盖KrF(248nm)、G/I线(含宽谱),主要包括:KrF光刻胶DK1080、DK2000、DK3000系列;g-i line光刻胶KMP C5000、KMP C7000、KMP C8000、KMP EP3100系列和KMP EP3200A系列;Lift-off工艺使用的负胶KMP E3000系列;用于分立器件的BN、BP系列等。

强力新材:成立于1997年,公司主要产品为光刻胶专用化学品,分为光刻胶用光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂等)和光刻胶树脂两大系列。公司的产品按照应用领域分类,主要有印制电路板(PCB)光刻胶专用化学品(光引发剂和树脂)、液晶显示器(CD)光刻胶光引发剂、半导体光刻胶光引发剂及其他用途光引发剂四大类。

上海新阳:创立于1999年7月,其用于晶圆电镀与晶圆清洗的第二代核心技术已达到世界领先水平。紧密围绕两大核心技术,开发研制出140多种电子电镀与电子清洗系列功能性化学材料,产品广泛应用于集成电路制造、3D-IC先进封装、IC传统封测等领域,满足芯片铜制程90-28nm工艺技术要求,相关产品已成为多家集成电路制造公司28nm技术节点的基准材料(Base Line),成为中国半导体功能性化学材料和应用技术与服务的知名品牌。

此外,上海新阳立项研发集成电路制造用高分辨率193nm ArF光刻胶及配套材料与应用技术,拥有完整自主可控知识产权的高端光刻胶产品与应用即将形成公司的第三大核心技术。

苏州瑞红:成立于1993年,是国内知名的电子化学品公司,主要研发、生产光刻胶、配套试剂、高纯化学试剂,这是芯片制造行业中不可或缺的原材料。苏州瑞红在光刻胶领域深耕多年,率先实现了 i 线光刻胶的量产,可以实现 0.35μm 的分辨率。目前其光刻胶产品已有几家 6 寸客户使用,2018 年进入中芯国际天津工厂 8 寸线测试并获批量使用;公司未来重点发展 248nm,将着力发展相关业务。

靶材方面

宁波江丰电子:成立于2005年,是我国高纯溅射靶材龙头企业,产品包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等高纯溅射靶材,应用于半导体、平板显示、太阳能等领域。超高纯金属及溅射靶材是生产超大规模集成电路的关键材料之一,长期以来被日美企业垄断。目前,江丰电子的产品已应用于世界著名半导体厂商的先进制造工艺,公司已在7nm技术节点实现批量供货。

福建阿石创:成立于2002年多年来致力于薄膜材料的研发、生产与销售。 阿石创薄膜材料,可以分为溅射靶材、蒸镀材料与镀膜配件三大产品线,主要应用于光学、光通信、平板显示(LCD、OLED)、触控面板、LED芯片、集成电路、LOW-E玻璃、装饰镀膜、工具镀膜、光伏太阳能等领域,产品远销国内外市场,具有丰富的行业实绩。

电子特气方面

雅克科技:成立于1997年,主要致力于电子半导体材料, 深冷复合材料以及塑料助剂材料研发和生产。

华特气体:成立于1999年,公司专业从事气体及气体设备的研发和生产,气体产品覆盖普通工业气体、电子工业用气体、电光源气体、超高纯气体、标准气体、激光气体、医用气体、食品工业用气体等十几个系列共200多个品种,

南大光电:成立于2000年12月,是一家专业从事高纯电子材料研发、生产和销售的高新技术企业,凭借30多年来的技术积累优势,公司先后攻克了国家863计划MO源全系列产品产业化、国家“02—专项”高纯电子气体(砷烷、磷烷)研发与产业化、ALD/CVD前驱体产业化等多个困扰我国数十年的项目,填补了多项国内空白。2017年,南大光电承担了集成电路芯片制造用关键核心材料之一的193nm光刻胶材料的研发与产业化项目。

湿电子化学品

巨化股份:成立于1998年6月,主要业务为基本化工原料、食品包装材料、氟化工原料及后续产品的研发、生产与销售,拥有氯碱化工、硫酸化工、基础氟化工等氟化工必需的产业自我配套体系。并以此为基础,形成了包括基础配套原料、氟制冷剂、有机氟单体、含氟聚合物、含氟专用化学品等在内的完整的氟化工产业链,并涉足石油化工产业。

江化微:成立于2001年,专业生产适用于半导体(TR、IC)、晶体硅太阳能(solar PV)、FPD平板显示(TFT-LCD、CF、TP、OLED、PDP等)以及LED、硅片、锂电池、光磁等工艺制造过程中的专用湿电子化学品——超净高纯试剂、光刻胶配套试剂的专业制造商,属国内生产规模大、品种齐全、配套完善的湿电子化学品专业服务提供商。

晶瑞化学:成立于2001年,生产销售微电子业用超纯化学材料和其他精细化工产品,品种包括氢氟酸、过氧化氢、氨水、盐酸、硫酸、硝酸、异丙醇、冰醋酸、混合酸(硅腐蚀液、铝腐 蚀液、铬腐蚀液、BOE、金蚀刻液)氢氧化钾、氢氧化钠、配套试剂等。目前主要产品的纯度为,单项金属杂质含量小于0.1ppb。产品广泛应用于超大规模集成电路、LED、TFT-LCD面板制造过程、太阳能硅片的蚀刻与清洗。

艾森半导体:成立于2010年3月,专业致力于为晶圆、先进封装、传统封测、FPC/HDI、OLED/TFT-LCD等领域行业客户提供所需电子化学品材料、应用工艺和现场服务的整体解决方案。

上海华谊:成立于1992年8月,主要从事能源化工、绿色轮胎、先进材料、精细化工和化工服务五大核心业务。公司主要产品为甲醇、醋酸、醋酸乙酯、合成气、载重胎、乘用胎、丙烯酸及酯、丙烯酸催化剂、高吸水性树脂、工业涂料、颜料、油墨、日用化学品、化工贸易、化工物流、化工投资、信息技术。

CMP抛光材料方面

鼎龙科技:创立于2000年,是一家专业从事化学新材料、打印复印耗材、集成电路芯片及材料、云图文快印营销模式的研发、生产与服务及股权投资的国家高新企业、国家创新型企业、创业板上市公司。

安集科技:成立于2004年,主营业务为关键半导体材料的研发和产业化,目前产品包括不同系列的化学机械抛光液和光刻胶去除剂,主要应用于集成电路芯片制造和先进封装领域。

2019年,成功IPO并在上海证券交易所科创板上市。

总结:“中国半导体教父”、芯恩董事长张汝京指出我国芯片产业发展的几大短板。其中,材料和设备是最薄弱的环节,在整个半导体供应链上,没有材料必将造成“巧妇难为无米之炊”的窘境。由此,实现半导体材料国产化替代是半导体国产化道路上亟需且艰巨的任务。

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