全球半導(dǎo)體材料及輔助材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀-華普通用

1. 國外研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　在半導(dǎo)體 Si 晶圓領(lǐng)域，全球約有 94% 的市場份額由少數(shù)企業(yè)占據(jù)，如信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、勝高科技株式會(huì)社、環(huán)球晶圓股份有限公司、德國世創(chuàng)(Siltronic)公司和韓國海力士(SK Siltron)公司。在半絕緣 GaAs 單晶及其外延材料領(lǐng)域，全球約有 95% 的市場份額來自住友電氣工業(yè)株式會(huì)社、弗萊貝格化合物材料公司和美國晶體技術(shù)(AXT)有限公司。

　　在 GaN 體單晶材料領(lǐng)域，住友電氣工業(yè)株式會(huì)社、日立電線株式會(huì)社、古河機(jī)械金屬株式會(huì)社和三菱化學(xué)控股集團(tuán)等的代表性企業(yè)可批量提供 2~3 in(1 in=2.54 cm)GaN 體單晶材料，約占全球市場份額的 85% 以上，同時(shí)，這幾家企業(yè)還可提供小批量 4 in GaN 體單晶材料。

　　盡管我國已成為白光 LED 芯片及半導(dǎo)體照明燈具的生產(chǎn)大國，但在 LED 外延材料生產(chǎn)及其芯片制備技術(shù)方面較為薄弱，70% 以上的核心專利技術(shù)由美國、日本、德國等國家掌握，如汽車前燈等高端應(yīng)用所需的功率型白光 LED 芯片主要是由美國流明(Lumileds)公司提供。

　　目前，SiC 單晶襯底領(lǐng)域形成了美國、歐洲、日本三方壟斷的局面。其中，全球最大的 SiC 單晶供應(yīng)商是美國科銳公司，占 85% 以上的全球市場份額。

　　在集成電路輔助材料方面，光刻膠的市場集中度非常高，少數(shù)企業(yè)基本壟斷了全球光刻膠市場，代表性的企業(yè)有日本合成橡膠株式會(huì)社(JSR)、東京應(yīng)化工業(yè)株式會(huì)社、住友化學(xué)株式會(huì)社、信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、羅門哈斯公司等。

　　在掩膜版方面，美國福尼克斯(Photronics)公司、日本印刷(DNP)株式會(huì)社、日本凸版印刷(Toppan)株式會(huì)社三家公司占據(jù)了全球 80% 以上的市場份額。在集成電路用拋光液方面，市場主要由美國卡博特(Cabot Microelectronics)公司、荷蘭阿克蘇諾貝爾公司、德國拜耳公司、日本富士美株式會(huì)社等企業(yè)壟斷，占據(jù)了全球 90% 以上的市場份額。

　　2. 國內(nèi)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　到目前為止，在晶圓制造方面，我國新增 8 in 硅片設(shè)計(jì)產(chǎn)能將超過 3.5×106 片/月，新增 12 in 硅片設(shè)計(jì)產(chǎn)能將接近 5×106片/月，芯片制造能力達(dá)到全球的 30% 左右。

　　依托寬禁帶半導(dǎo)體 GaN 和 SiC 材料的發(fā)展，我國在襯底單晶生長、外延材料等方面已具有了較強(qiáng)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化競爭力，藍(lán)寶石基 GaN 外延材料已形成具有 7000 億市場規(guī)模的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，Si 基 GaN 外延材料開始在快充產(chǎn)品中應(yīng)用;4 in SiC 高純半絕緣和導(dǎo)電襯底及其異質(zhì)(GaN)外延和同質(zhì)(SiC)外延材料已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，分別在微波射頻和電力電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　在光纖通信技術(shù)的推動(dòng)下，我國在 GaAs 單晶及外延材料技術(shù)方面取得突破，為近紅外激光器以及光纖通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力支撐。

　　在光刻膠方面，我國的代表性生產(chǎn)企業(yè)有北京科華微電子材料有限公司、蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司和濰坊星泰克微電子材料有限公司，生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)批量用于集成電路制造領(lǐng)域。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的是 G/I 線光刻膠，正逐步通過芯片企業(yè)認(rèn)證并開始小批量生產(chǎn) KrF 光刻膠，2020 年 ArF 光刻膠能取得突破并完成認(rèn)證。但是，國內(nèi)尚未具備極紫外光刻(EUV)和電子束光刻膠的研發(fā)與生產(chǎn)能力，亟需突破。

　　在超凈高純試劑方面，上海新陽半導(dǎo)體材料股份有限公司生產(chǎn)的超純電鍍硫酸銅電鍍液已進(jìn)入中芯國際集成電路制造有限公司的量產(chǎn)工藝制程，浙江凱圣氟化學(xué)有限公司生產(chǎn)的高純氫氟酸已通過多條 8 in 和 12 in 生產(chǎn)線的認(rèn)證并供貨，蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司開發(fā)的鈦鎢蝕刻液已實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。

　　經(jīng)過多年努力，國產(chǎn)電子氣體也取得明顯突破，WF6、C2F6、AsH3、PH3 等氣體品種已大批量應(yīng)用于國內(nèi) 8 in 生產(chǎn)線，Cl2、HCl、HF、N2O 等一批產(chǎn)品正在 8~12 in 生產(chǎn)線進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，部分品種的激光氣體也開始供應(yīng)國內(nèi)晶圓制造企業(yè)。

　　在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)材料方面，國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的銅/銅阻擋層拋光液已進(jìn)入國內(nèi)外多家集成電路制造企業(yè)的最新技術(shù)節(jié)點(diǎn)制程;三維(3D)硅通孔(TSV)拋光液在全球處于領(lǐng)先地位，鎢拋光液逐步開始供應(yīng)全球各大晶圓制造企業(yè);CMP 墊、修整盤也進(jìn)入評(píng)價(jià)驗(yàn)證階段。

　　我國靶材產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度很快，以寧波江豐電子材料股份有限公司、有研億金新材料有限公司為代表，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體行業(yè)用全系列高純金屬材料、濺射靶材和蒸發(fā)膜材的產(chǎn)業(yè)化，包括 Ta、 Cu、Ti、Co、Al、Ni、Au、Ag、Pt、Ru 及其合金。其中，超高純金屬 Ta、Cu 等濺射靶材已成功通過臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司的考核，在 14 nm / 16 nm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了批量應(yīng)用，在 10 nm / 7 nm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)試用。

　　總體而言，近年來我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)取得了較大進(jìn)展，伴隨著國內(nèi)對(duì)集成電路和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高度關(guān)注，在晶圓制造、寬禁帶半導(dǎo)體材料、光刻膠、超凈高純試劑、電子氣體、CMP 材料、靶材等方面產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，但與高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)需求相比，仍存在整體生產(chǎn)能力較弱、研發(fā)能力不足等問題未得到根本改變，亟需進(jìn)一步突破。