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提到半導體，相信大家都不會陌生了。從今年中興事件開始，半導體行業(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)一個真實的半導體產(chǎn)業(yè)。首先我們來看一下總的情況，這是一張關聯(lián)圖：
從大方向來說：
半導體產(chǎn)業(yè)最上游是 IC 設計公司與硅晶圓制造公司，IC 設計公司依客戶的需求設計出電路圖，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就是把 IC 設計公司設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半導體材料市場。半導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。
在半導體材料領域，由于高端產(chǎn)品技術壁壘高，國內(nèi)企業(yè)長期研發(fā)投入和積累不足，我國半導體材料在國際分工中多處于中低端領域，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 90%以上，光刻膠全球市場前五大公司的市場份額達 80%以上，高純試劑全球市場前六大公司的市場份額達 80%以上， CMP 材料全球市場前七大公司市場份額達 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， 主要依賴于進口。 另外， 國內(nèi)半導體材料企業(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體材料，歷年來硅晶圓片的市場銷售額占整個半導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、手機等領域。
半導體硅片具有極高的技術壁壘，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、拋設備及漿料、切削油等材料方面占據(jù)主導地位。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 家供應商合計占據(jù)全球 90% 以上的市場份額。
國內(nèi)大硅片領先企業(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、拋光設備主要采購自日本，部分非關鍵設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，晶盛機電股份宣布與中環(huán)領先半導體材料就集成電路用 8-12 英寸半導體硅片項目四工段設備采購第一包及第二包簽訂了設備購銷合同，合同金額合計 4.028 億元。根據(jù)合同，雙方就半導體單晶爐與半導體單晶硅切斷機、滾磨機設備達成合作。其中，半導體單晶爐合同總價款為 3.6 億元，按月分批交貨，于 2019 年 5 月底前交付全部設備；半導體單晶硅切斷機、滾磨機合同總價款 4240 萬元，按月分批交貨，2019 年 8 月底前交付全部設備。亞化咨詢認為，此次中標，是半導體單晶爐國產(chǎn)化的一大步。
2012 年到 2017 年，全球半導體硅片出貨面積穩(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，亞化咨詢預計 2018 年全球硅片市場將達到 110 億美元。
中國積極布局半導體大硅片生產(chǎn)制造領域。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 英寸硅片設計產(chǎn)能將超過 210 萬片 / 月。未來新增產(chǎn)能將帶動半導體材料及設備的強勁需求。
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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， 遠沒有滿足國內(nèi)市場， 12 寸硅片目前全部采用進口，可以說是國內(nèi)半導體產(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行認證，并實現(xiàn)擋片、陪片、測試片等產(chǎn)品銷售。受晶圓供應緊張影響，下游客戶加快了認證進度， 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，預計在 2018 年年中實現(xiàn)達產(chǎn)； 上海新昇總規(guī)劃產(chǎn)能為 60 萬片 / 月，預計在 2021 年實現(xiàn)滿產(chǎn)。 如果一切較為順利，這將填補國內(nèi)空白，具有重要的戰(zhàn)略意義。
2）晶盛機電、中環(huán)股份：晶盛機電和中環(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用于薄膜、蝕刻、摻雜等工藝，被稱為半導體、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、化學汽相沉淀用氣、載運和稀釋氣體等幾大類，種類繁多，在半導體工業(yè)中應用的有 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、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)品方面攻克技術難關。四川科美特生產(chǎn)的四氟化碳進入臺積電 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，利用光刻蝕技術把設計好的電路圖形復制于晶圓上。我們把電腦上設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該導電的地方連通，應該絕緣的地方斷開，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到 28nm，掩膜版上的最小線寬只要達到 112nm 即可。然而隨著線寬的不斷縮小，光衍射導致的投影圖形對比度和失真問題也相應出現(xiàn)，這對掩膜版制造廠商的技術提出了更多的要求。
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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，最先進的制程所需的掩膜版技術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的水平。
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四、光刻膠（6%）
指通過紫外光、準分子激光、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 和半導體用光刻膠產(chǎn)值占比分別僅為 2.7%和 1.6%，半導體光刻膠嚴重依賴進口。
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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、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品，是指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復配類化學品。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)不斷加強濕電子化學品基礎研究，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)的技術壟斷，部分領域產(chǎn)品已經(jīng)達到國際標準。
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六、拋光液和拋光墊（7%）
目前全球拋光的主流技術是 CMP 技術，是指在晶圓制造過程中，使用化學及機械力對晶圓進行平坦化處理的過程。 CMP 技術所應用的拋光液、拋光墊、 拋光漿料是硅晶圓及芯片進行工業(yè)處理的的三大消耗品， 其中拋光工藝的技術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，其力學性能和表面組織特征對于平坦化的效果非常關鍵，是 CMP 工藝的技術核心和價值核心。
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當前全球拋光墊市場呈現(xiàn)寡頭壟斷格局，陶氏化學占據(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，進口替代空間廣闊。國產(chǎn)材料具有明顯的價格和服務等優(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；其制作技術是直接影響信息及通訊等產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵。受到市場需求強勁推動，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、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)化項目推進會上獲悉，我國微電子加工用高端超純化學品關鍵技術已取得重大突破，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產(chǎn)業(yè)擺脫進口依賴起到了重要的引領作用。
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八、超凈高純試劑（占比 4%）
又稱濕化學品，亦可稱為通用濕電子化學品，是指主體成分純度大于 99.99%，雜質(zhì)離子和微粒數(shù)符合嚴格要求的化學試劑。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)過預處理、 過濾、 提純等工藝生產(chǎn)的得到純度高產(chǎn)品。在半導體領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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應用于半導體的超凈高純試劑， 全球主要企業(yè)有德國巴斯夫，美國亞什蘭化學、Arch 化學，日本關東化學、三菱化學、京都化工、住友化學、和光純藥工業(yè)，中國臺灣鑫林科技，韓國東友精細化工等，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)品達到國際標準且具有一定生產(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)品已達到 G3、 G4 級別，晶瑞股份超純雙氧水已達 G5 級別，部分產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)進口替代。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%）
半導體行業(yè)生產(chǎn)領域，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，多使用先進的銅互連技術，主要使用銅、鉭靶材。
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半導體芯片對濺射靶材的金屬材料純度、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等方面都設定了極其苛刻的標準，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重依賴進口。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)在半導體大硅片材料、設備領域較為薄弱，需要與國際領軍企業(yè)交流學習技術，借鑒成功經(jīng)驗，發(fā)展壯大。助力中國半導體產(chǎn)業(yè)的崛起。
與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載！
