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半導體材料實現(xiàn)國產(chǎn)化的機遇與挑戰(zhàn)

2019-06-20
關鍵詞: 半導體 華為 芯片

  華為事件彰顯芯片自主可控重要性華為事件逐步升溫,芯片國產(chǎn)化意義重大。美國商務部工業(yè)與安全局(BIS)將華為列入“實體名單”,禁止華為在未經(jīng)美國政府批準的情況下從美國企業(yè)獲得元器件和相關技術,中美博弈焦點逐步從關稅領域延伸至科技領域。

  華為橫跨通訊基礎設備與智能終端兩大領域,對半導體產(chǎn)品的需求量巨大。根據(jù)Gartner統(tǒng)計,2018年華為半導體采購支出達到211.3億美元,為全球第三大芯片買家,占據(jù)全球4.4%的份額。華為對半導體的需求是我國巨大市場的縮影,根據(jù)WSTS的統(tǒng)計,2018年中國半導體市場規(guī)模占全球比例已經(jīng)超過1/3。

  而從進口依存度的角度而言,集成電路仍然是我國貿(mào)易順差最大的行業(yè)之一,2018年我國集成電路進口金額達到3120.6億美元,同比增長20.0%,遠超原油的進口金額。在這種背景下,芯片自主可控對于我國科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。

  半導體材料在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈應用廣泛。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要包括設計、制造、封測三個部分,而芯片制造和封測的每一個環(huán)節(jié)幾乎都離不開半導體材料的應用。根據(jù)SEMI統(tǒng)計,2018年國內(nèi)晶圓制造及封裝材料市場規(guī)模分別為28.2億美元和56.8億美元。

  半導體材料國產(chǎn)化挑戰(zhàn)與機遇并存。晶圓制造材料包括硅片、光刻膠、光掩膜版、電子特氣、濕化學品、濺射靶材、CMP拋光材料等。目前我國高端晶圓制造材料主要被歐美及日韓企業(yè)所壟斷,隨著半導體產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移和配套產(chǎn)業(yè)鏈的完善,未來材料端的進口替代是必然趨勢。目前部分中低端品種已實現(xiàn)進口替代,部分優(yōu)秀企業(yè)已在高端產(chǎn)品進口替代上取得了重要突破。

  硅片:

  隨著集成電路的逐步發(fā)展,核心材料硅片的市場需求也不斷增長。根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù),預計2020年全球硅片市場規(guī)模將達110億美元。

  隨著集成電路生產(chǎn)技術的不斷提高,硅片向大尺寸趨勢發(fā)展不可避免,8英寸和12英寸硅片已成為集成電路硅片的主流產(chǎn)品。近年來我國掀起了硅片建設熱潮,上海新昇、浙江金瑞泓、中環(huán)領先、寧夏銀和、鄭州合晶、上海超硅等企業(yè)紛紛宣布投身硅片制造。

  根據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會信息部的數(shù)據(jù),截至2018年底,國內(nèi)8英寸硅片產(chǎn)能已達139萬片/月,興建中的產(chǎn)能達270萬片/月,12英寸硅片產(chǎn)能28萬片/月,興建中的產(chǎn)能達315萬片/月,僅從規(guī)劃產(chǎn)能數(shù)據(jù)看,已經(jīng)遠超下游需求。

  實際上限于技術能力和產(chǎn)量水平,目前國內(nèi)12英寸硅片仍幾乎完全依賴進口,8英寸硅片本土化率也僅為20%。

  全球前5家硅片生產(chǎn)商為日本信越、日本SUMCO、中國臺灣GlobalWafer、德國Siltronic和韓國LGSiltron,它們占據(jù)硅片市場約94%的份額,在12英寸硅片領域,前五家廠商的市占率更是達到了97.8%。

  光刻膠:

  各類半導體光刻膠中,日美企業(yè)基本壟斷了g/i線光刻膠、KrF/ArF光刻膠市場,生產(chǎn)商主要有JSR、信越化學、TOK、陶氏化學等。我國8英寸及以上半導體晶圓用產(chǎn)品本土化率不足1%,尚有許多需要攻克的關鍵技術。

  目前國內(nèi)真正從事集成電路用光刻膠研究生產(chǎn)的企業(yè)不足5家,在各自細分領域已經(jīng)取得了部分突破。

  代表性企業(yè)有蘇州瑞紅(晶瑞股份子公司)和北京科華,兩者分別承擔了“02專項”i線(365nm)光刻膠和KrF線(248nm)光刻膠產(chǎn)業(yè)化課題。蘇州瑞紅i線光刻膠已取得了中芯國際天津、揚杰科技、福順微電子的供貨訂單,在上海中芯、深圳中芯等知名半導體廠進行測試。

  北京科華248nmKrF光刻膠已成功進入國內(nèi)先進的集成電路制造企業(yè),實現(xiàn)批量供貨,同時北京科華與中國科學院化學研究所、中國科學院理化技術研究所聯(lián)合承擔的“極紫外光刻膠材料與實驗室檢測技術研究”項目順利通過國家驗收,完成了EUV光刻膠關鍵材料的設計、制備和合成工藝研究、配方組成和光刻膠制備、實驗室光刻膠性能的初步評價裝備的研發(fā)。

  濕化學品:

  濕化學品是集成電路制作過程中不可缺少的關鍵性基礎化工材料之一,按照組成成分和應用工藝可分為通用濕電子化學品和功能濕電子化學品。

  通用濕電子化學品主要包括過氧化氫、氫氟酸、硫酸、磷酸、鹽酸、硝酸、氨水等,功能濕電子化學品主要包括顯影液、剝離液、清洗液、刻蝕液等。

  2018年我國6英寸及以上晶圓生產(chǎn)線對于濕化學品的消耗量超過25萬噸。由于集成電路用超凈高純試劑的純度要求較高,基本集中在SEMIG3、G4水平,我國的研發(fā)水平與國際尚存在較大差距。

  國際上從事高純電子化學品生產(chǎn)的廠商主要有德國巴斯夫、美國亞什蘭、美國霍尼韋爾、美國Arch、日本關東化學、日本三菱化學、日本京都化工、住友化學、和光純藥工業(yè)、韓國東友等。

  國內(nèi)部分企業(yè)在某些領域已經(jīng)形成突破,例如晶瑞股份的超凈高純雙氧水和超凈高純氨水的產(chǎn)品品質(zhì)達到SEMIG5等級,并依托子公司江蘇陽恒原有的高品質(zhì)工業(yè)硫酸為原料,引進日本三菱的電子級硫酸的制造技術,擬在江蘇陽恒投資建設年產(chǎn)9萬噸電子級硫酸改擴建項目。

  湖北興福的電子級硫酸技術取得突破,產(chǎn)品品質(zhì)與巴斯夫處于同一級別,并向部分國內(nèi)12英寸晶圓廠穩(wěn)定供貨。

  CMP材料:

  CMP材料主要包括拋光液與拋光墊。根據(jù)CabotMicroelectronics官網(wǎng)公開披露的資料,2018年全球CMP拋光材料市場規(guī)模為20.1億美元,其中拋光液和拋光墊市場規(guī)模分別為12.7億美元和7.4億美元。

  長期以來,全球CMP拋光材料市場主要被陶氏化學、CabotMicroelectronics、Versum及Fujimi等美國和日本企業(yè)所壟斷。

  近年來國內(nèi)部分企業(yè)厚積薄發(fā),脫穎而出。安集科技是國內(nèi)唯一一家能提供12英寸半導體拋光液的本土供應商,在銅制程上有一定優(yōu)勢,其產(chǎn)品已在130-28nm技術節(jié)點實現(xiàn)規(guī)?;N售,主要應用于國內(nèi)8英寸和12英寸晶圓產(chǎn)線,14nm技術節(jié)點產(chǎn)品已進入客戶認證階段,10-7nm技術節(jié)點產(chǎn)品正在研發(fā)中。

  鼎龍股份深耕CMP拋光墊,收購時代立夫股權,并實現(xiàn)了拋光墊產(chǎn)品從應用于成熟制程到先進制程領域,從硬墊到軟墊的全面布局,國內(nèi)主流的12寸晶圓廠已全面展開對公司部分產(chǎn)品的測試。


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