中國集成電路材料專题系列報告:關键材料實現從无到有,產能增长加快
集成電路質料對集成電路制造業平安靠得住成长和延续技能立异起到相當首要的支持感化。本陈述将周全梳理我國集成電路質料財產细分范畴的成长状态。本陈述系列文章将分如下几個部門：
(1)我國集成電路成长态势及我國集成電路財產整體环境
(2)衬底質料成长环境;
(3)光刻胶和掩膜版成长环境;
(4)工藝化學品和電子气體成长环境;
(5)抛光質料和靶材成长环境;
(6)封装質料成长环境。
1、我國集成電路成长态势及財產整體环境
一、 我國集成電路成长态势
集成電路財產作為信息技能財產的焦點，是支持經濟社會成长和保障國度平安的计谋性、根本性和先导性財產，是培養成长计谋性新兴財產、鞭策信息化和工業化深度交融的根本，是保障國度信息平安的首要支持，其財產能力决议了各利用范畴的成长程度，并已成為权衡一個國度財產竞争力和综合國力的首要標記之一。2018年两會的《當局事情陈述》阐述中，把鞭策集成電路財產成长放在實體經濟成长的首位夸大，凸显出在中國制造大投入、大成长、大超過的趋向下集成電路財產的首要性和先导性。
持久以来，我國事世界上最大的集成電路消费市場，可是因為焦點技能后進，大部門產物紧张依靠入口。海關总署颁布的数据显示，從2013年起头，我國集成電路入口额冲破2000亿美元，已持续四年远超原油這一计谋物質的入口额，位列我國入口最大宗商品(圖1)。集成電路商業逆差延续扩展，阻碍我國國民經濟的快速成长;高端焦點芯片几近全数依靠入口，直接威逼我國國防體系的信息平安和通信、能源、工業、汽车、消费電子等支柱財產的財產平安。圖1 我國集成電路與原油入口金额比拟
當前，我國集成電路財產“軟肋”频現。以美國為首的泰西國度一向紧防我國自立成长焦點常识產权，集成電路更是發財國度制衡我國屡屡得逞的计谋兵器：受限于《瓦森纳协定》，從芯片設計、制造等多個范畴，我都城没法鉴戒外洋的最新科技;2017年，美國公布陈述《确保美國半导體的带领職位地方》，不但将成长半导體上升為國度平安的首要计谋，還将我國明白為威逼工具;
在收支口商業中，美國屡次公布针對我國的“301查询拜访”和“337查询拜访”陈述，不竭更新加征關税的自中國入口產物清单，集成電路行業赫然在列;美國接連對中兴、華為、晋華等计谋支柱企業举行封杀和定點冲击，彰显其停止中國5G及相干集成電路支持財產突起的刻意和手腕，等等。這些相继所致且切中關键的强势打压，紧张掣肘我國集成電路的成长。
圖2 我國12英寸芯片厂散布
近十年来，我國當局經由過程施行國度科技重大專項01/02專項，公布國度和处所政策，建立財產基金等多種方法鼎力支撑集成電路財產的成长，出格是從2014年《國度集成電路財產成长推動纲领》公布施行以来，各地成长集成電路热忱飞腾，纷繁兴修新工場。据统计，到2018年末，我國12英寸晶圆厂已投產14条，15条線颁布發表在建并估计2020年前投產(圖2)，届時天下12寸晶圆厂產能将跨越2500k/月。
今朝在建12寸晶圆厂触及投資额约5013亿元;计劃中的12寸晶圆厂投資高达7812.3亿元。各地晶圆厂兴修不绝，海内產能的集中開释，為集成電路財產供给了庞大的成长空間，但是財產链各环節仍然亏弱，財產总體紧张受制于人，是以，我國集成電路制造業成长機會和危害并存。
二、我國集成電路質料財產成长环境
財產范围大、细分行業多、技能門坎高的集成電路質料業是全部集成電路財產的先导根本，其對集成電路制造業平安靠得住成长和延续技能立异起到相當首要的支持感化，约400亿范围的集成電路質料業支持起4000亿美元范围的集成電路財產和上万亿范围的電子利用體系財產的良性成长。
質料作為集成電路財產的“脖子”，一旦受卡，全部制造業将遭到重創，比方2011年日本“311大地動”造成集成電路關头原質料供貨間断，包含台积電、联電等芯片制造厂，固然靠着库存度過难關，但在質料規复全產能供貨以前，营收仍遭到分歧水平的影响。與此同時，集成電路利用的質料種類层见叠出，質料成份也愈加繁杂，集成電路機能的晋升愈加依靠質料技能的底层立异(圖3)。
曩昔，应變硅、高k金属栅、钴互联質料等愈来愈多質料范畴的立异和利用，鞭策芯片制造沿着摩尔定律延续前行。据估算，質料對芯片機能晋升的進献今朝已跨越六成。可以預感，将来超出摩尔范畴的异質集成、3D IC、二维半导體等技能可否获得冲破性希望，将更多依靠于質料的立异。
集成電路質料作為集成電路財產链中细分范畴至多的一环，贯串集成電路制造的晶圆制造、前道工藝(芯片制造)和后道工藝(封装)全部進程，依照財產链重要分為衬底質料、工藝質料(包含光刻胶、掩膜版、工藝化學品、電子气體、抛光質料、靶材)和封装質料三大板块。据SEMI统计，2017年全世界集成電路質料財產范围到达469亿美元，此中衬底質料、工藝質料和封装質料比例约為1：2：2。從區域来看，我國大陸自2016年以来已跃居仅次于我國台灣的第二大質料消费地域(圖4)，且市場容量高速增加(2017年同比增加12%)，显示出庞大的市場需求潜能。
圖3 左圖：2015年和1985年集成電路利用的質料元素種類比拟;右圖：芯片機能晋升的進献身分。
圖4 左圖：2017年全世界集成電路質料细分市場產物布局;右圖：2017年全世界集成電路質料市場區域布局。
在供应侧，虽然我國集成電路質料財產延续强大，但相對于我國市場的需乞降成长，質料自给能力還远远不敷。近几年，受國度政策支撑和海内市場需求的两重驱動，我國集成電路質料成长到了一個新的高度，關头質料實現從无到有，財產增上進一步加速，培養了一批富有立异活气，具有必定國際竞争力的主干企業。
按照集成電路質料和零部件財產技能立异计谋同盟(ICMTIA)统计，我國集成電路質料营收十年翻两番，江丰電子、安集微電子等公司的溅射靶材和抛光液等上百種關头質料經由過程大出產線認证進入批量贩賣，打入國表里先辈芯片厂供给链。可是，我國集成電路質料還很弱小，自立可控和介入國際竞争能力远远不足(圖5)，重要產物還集中在中低端，高端產物紧张依靠入口，“洽商”問题严重。
按照工信部對30多家大型企業130多種關头根本質料调研成果显示，32%的關头質料在我國仍為空缺，52%依靠入口。集成電路質料遭“洽商”，紧张制约我國集成電路財產康健成长。
圖5 近10年我國集成電路質料市場需求及國產半导體年贩賣收入比拟
2、衬底質料成长环境
衬底質料依照演進進程可分為三代：以硅、锗等元素半导體質料為代表的第一代，奠基微電子財產根本;以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等化合物質料為代表的第二代，奠基信息財產根本;和以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等宽禁带半导體質料為代表的第三代，支持计谋性新兴財產的成长(圖6)。
圖6 衬底質料分類
今朝硅已成為利用最廣的一種半导體質料。從半导體器件產值来看，2017年全世界95%以上的半导體器件和99%以上的集成電路采纳硅作為衬底質料，而化合物半导體市場占比在5%之内。從衬底市場范围看，2017年硅衬底年贩賣额87亿美元，GaAs衬底年贩賣额约8亿美元，GaN衬底年贩賣额约1亿美元，SiC衬底年贩賣额约3亿美元。硅衬底贩賣额占比达85%+，其主导和焦點職位地方仍不會摆荡。如下重點阐發我國硅片、GaAs、InP、GaN和SiC這几種首要衬底質料的技能程度和財產化能力。
一、硅衬底
今朝主流的硅片尺寸為300妹妹(12英寸)、200妹妹(8英寸)和150妹妹(6英寸)。此中，12英寸硅片自2009年起头市場份额跨越50%，到2015年的份额已到达78%，估计2020年将占硅片市場需求跨越84%的份额，是硅片市場的重要產物。
全世界硅片市場高度集中。今朝硅片的供给商重要有日本的信越化學和盛高、台灣的举世晶、德國的Siltronic和韩國的SK Siltron，這五大供给商經由過程財產整合和并購已盘踞了全世界94%的市場份额(圖7)。
圖7 全世界重要硅片供给商市場份额
比拟之下，我國硅片出產商散布零星，重要硅片產物集中在6-8英寸，12英寸硅片的研發和出產处于起步阶段。當前，有研半导體、金瑞泓、天津中环、洛陽麦克斯、合晶/晶盟、中环环欧等公司可以或许批量供给6英寸硅片，知足海内小尺寸硅片市場的需求。跟着我國集成電路正踊跃迈向8英寸與12英寸制造，各地多項大硅片項目正在启動中。2017年以来，我國陸续已有近20個硅片項目颁布计劃，部門項目已動工扶植，少数項目實現量產。
在8英寸硅片方面，将来我國新增硅片設計產能将跨越350万片/月(表1)，而且產能正在加快開释中。此中浙江金瑞泓建成為了8英寸硅片的出產線，具有月產12万片能力;有研半导體8英寸硅片產能晋升至每個月10万片，到达0.13μm技能请求，并得到海外知名厂商的正片定单;中环股分建成為了從區熔装备制造、单晶制备、硅片加工的完备財產链，具有月產5万片8英寸IGBT器件用抛光片出產能力;上海新傲、河北普兴、南京國盛等具有8英寸外延片批量出產能力。
绝缘體上硅(SOI)作為硅衬底的一個首要分支，在高温、强辐射等特别利用和高频、低功耗等差等异化利用中上风较着。在商用8英寸SOI衬底方面，上海新傲具有一系列自立常识產权的8英寸SOI產物，供貨给全世界一流芯片制造厂，利用于航空航天、射频通訊等范畴，相干產物延续上量中;沈陽硅基也有必定的SOI衬底制造能力，產物重要利用于射频及MEMS傳感器等。
表1 海内8英寸硅片重要供给商及投產規劃
在12英寸硅片方面，将来我國新增硅片設計產能将靠近500万片/月(表2)，但今朝唯一上海新昇和有研半导體两家公司可以或许少许出產12英寸硅片，此中上海新昇已研發出合用于45~28nm工藝節點的12英寸硅片，實現產能10万片/月，完成產物認证数十個;有研半导體建有一条合用于90nm節點的12英寸硅片出產中试線，月產能1万片;除此以外，其他大硅片項目仍处于计劃建厂或產物研發的初期阶段。
阐發可知，我國8英寸硅片已起头進入放量阶段，估计2年内将對全世界8英寸硅片供给端產能影响。相较于8英寸國產硅片的量產進度，12英寸國產硅片远未進入產能開释阶段，與巨大的需求比拟供给量远远不足。開端估量，到2020年我國大陸芯片制造能力有望到达全世界的30%，届時我國大陸12英寸硅片產能與芯片代工產能紧张失配。
除供需缺口以外，我國12英寸硅片產物的質量也有待晋升。海内現有硅片產物仅能支撑28nm節點及以上工藝，没法知足14nm如下更先辈制造工藝的需求，较世界先辈程度尚存在最少2代差距。此外，因為研發技能难度大和外洋的技能封闭，我國尚不具有12英寸SOI衬底的出產能力。是以，短時間内我國12英寸硅衬底紧张依靠入口的状态不會扭转。别的，我國還没有一家公司可以或许批量供给射频微波用大尺寸高阻硅(HR-Si)衬底。
表2 海内12英寸硅片重要供给商及投產規劃
表3 海内電子级多晶硅重要供给商及投產規劃
二、GaAs衬底
半绝缘高阻GaAs(ρ>107Ω-cm)抛光片和外延片衬底具有高功率和高線性度的特征，在射频利用范畴占据必定的市場份额。今朝4-6英寸GaAs衬底市場重要把握在美日欧厂商手中。在GaAs抛光片供给方面，日本住友電工、德國弗莱贝格化合物質料、AXT三家公司盘踞约95%市場份额。
GaAs外延片市場履历了屡次整合，現在發生了英國IQE、台灣全新光電(VPEC)、日本住友化學、美國英特磊四大带领厂商，贩賣的6英寸半绝缘GaAs產物的電阻率從107Ω-cm笼盖到108Ω-cm，具备较高的晶體轴向和径向電阻率平均性，抛光片的加工几何参数如翘曲等很小，抛光片概况質量状况良好。
今朝海内的GaAs衬底產物以LED用低阻GaAs抛光片為主，射频用半绝缘衬底因為钻研根本较亏弱還未構成財產范围，高質量4-6英寸半绝缘體GaAs根基依靠入口。我國從事GaAs单晶研發與小范围出產的公司重要有：大庆佳昌、中科晶電、云南鑫耀、廊坊國瑞、天津晶明、新乡神州、扬州中显、中科嫁英、海威華芯、有研新材等公司，此中中科晶電和天津晶明具有4英寸GaAs衬底的出產能力，正在研發6英寸半绝缘抛光片;新乡神舟近期起头举行VGF法發展半绝缘GaAs单晶工藝钻研，今朝市場定位還不是很明白，重要以承當兵工科研使命為主。
总體上，我國GaAs質料財產成长敏捷，但因為加工履历和装备的限定，出產的產物機能指標與外洋领先程度另有必定的差距(表4)，表示在：单晶位错密度高，電阻率均一性差，批次間反复性低等。我國射频芯片厂用低位错密度的高質量大尺寸GaAs衬底必要入口。
表4 海内某公司半绝缘GaAs與國際先辈程度的比拟
三、InP衬底
InP衬底是数据通訊收發器不成或缺的質料。Yole展望，5G技能的深刻成长将動員InP抛光片和外延片市場由2018年的7700万美元，增加到2024年的1.72亿美元，复合年增加率达14%。今朝InP衬底的主流尺寸是2-6英寸，且市場集中度较高，跨越80%的衬底市場份额由日本住友電工和美國AXT两家公司占据。
因為InP晶體發展装备和技能門坎极高，海内只有少数厂家和科研单元可以制造InP单晶發展装备和發展InP衬底。中國電科13所最先設計了國產InP高压单晶炉并制备了我國第一根InP单晶，其余的出產企業還包含鼎泰芯源、北京世纪金光、云南锗業、廣东天鼎思科新質料、廣东先导半导體質料、深圳泛美、南京金美镓業等。此中珠海鼎泰芯源經由過程與中科院半导體所的团队举行结合攻關，已把握了2-6英寸衬底的出產技能，產物產能為10万片/年(折合2英寸)。
比力来看，我國InP質料行業固然在質料合成、晶體發展、質料热处置和質料特征等方面获得前進，也把握了2-6英寸衬底片的技能，但海内企業產能范围依然较小，大尺寸InP出產能力不足，市場重要把握在外資企業中。
四、GaN衬底
因為GaN體单晶的發展必要高温、高压等极真個物理前提，是以不克不及用傳统晶體發展法子直接合成，很长時候里，GaN单晶薄膜都是在异質基底上外延获得的。起先，蓝寶石是最經常使用的GaN异質外延基底，可是因為其晶格常数和热膨胀系数與GaN 有显著的不同，获得的外延衬底片仅合用于制备低端LED器件。SiC具备晶格失配小、导热機能好等特色(表5)，很是合适高質量GaN外延質料的發展，是建造高频、大功率GaN HEMT器件的重要基底質料。
相较于SiC基GaN質料，Si基GaN衬底質料在低本錢和大尺寸制备方面颇具上风，同時可與Si工藝兼容從而實現大范围量產。是以，在低本錢、高產能需求的通訊范畴和消费類電子范畴，Si基GaN質料是比年来贸易化最快的GaN外延片。跟着市場對高功率、高频器件需求的增大和HVPE發展技能的不竭成熟，愈来愈多的GaN基器件也起头采纳先辈的GaN同質外延質料，但GaN體单晶的本錢一向居高不下。
别的，晶圆键合是用于制备GaN异質衬底的另外一種新兴技能。今朝GaN-on-Si和GaN-on-SiC質料可以或许知足集成電路利用需求，而其他衬底估计在2020年涉足射频和功率利用范畴(圖8)。
表5 分歧基底上GaN单晶質料的特征
今朝GaN體单晶市場重度集中。住友電工、日立電線、古河機器金属和三菱化學等日本公司已可以批量出售2-3英寸GaN體单晶質料，盘踞了跨越85%的全世界市場，并具有4英寸體单晶的小批量供给能力。其它厂商仍处于小范围量產或研發阶段，代表性公司有Aixtron、Kyma、牛津仪器等。
在外延片方面，美國科锐、雷声、道康宁，英國IQE，日本罗姆和比利時的EpiGan(近期被Soitec收購)等多家公司可以供给3-4英寸GaN-on-SiC外延片，部門公司起头量產6英寸外延片。4-8英寸GaN-on-Si衬底也已實現商用化，知名供给商包含日本的NTT-AT、比利時的EpiGan等，美國IR、英國IQE、日本Dowa、德國Azzurro、法國ST等公司也正在開辟8英寸GaN-on-Si外延技能。
此外，法國Soitec在GaN键合片研發方面標新立异，基于智能剥离技能開辟的6英寸GaN-on-Si键合片已進入试出產阶段。
圖8 GaN質料成长趋向
與此同時，我國GaN質料制备技能也不竭获得冲破。GaN體单晶質料方面，姑苏纳维、东莞中镓和厦門中芯晶研具有2-4英寸產物批量化出產能力，并踊跃向6英寸拓展。在GaN外延片方面，我國各处着花，竞相重點结構GaN-on-Si外延片制造，此中长三角地域汇集了浩繁技能领先的GaN外延片出產商，研發能力天下最强，財產链最完整(表6)。总體上，我國已具有了必定的GaN質料研發和財產化能力，但產物的質量和產能仍需不竭增强。
表6 海内GaN外延片出產厂商、產物規格及產能
五、SiC衬底
SiC衬底在電力電子和微波射频范畴具备廣漠的利用远景，是以成為半导體技能钻研前沿和財產竞争核心，今朝已根基形成為了美國、欧洲、日本三足鼎峙的場合排場。國際上實現SiC单晶和外延片贸易化的公司重要有美國的科锐、Bandgap、Dow Dcorning、II-VI、Instrinsic，日本的Rohm、NSC、Nippon、Sixon、Bridegestone、昭和電工、Denso，芬兰Okmetic，德國Sicrystal、英飞凌，比利脂肪瘤膏推薦，時EpiGaN等。此中，科锐是全世界最大的SiC单晶供给商，占全世界市場的85%以上，Sicrystal公司是欧洲地域的重要供给商。從產物来看，國際主流SiC衬底質料產物已向6英寸過渡，8英寸衬底样品已面市。
我國SiC出產企業的技能研發能力处于與世界先辈程度并行的職位地方，海内起头批量出產4英寸导電和半绝缘衬底，并開辟出6英寸样品(表7)，但產物批量出產能力较弱，產物的微管缺點密度與位错缺點密度等關头技能指標與國際程度存在必定差距，重要以海内市場為主。
表7 海内SiC衬底出產厂商、產物規格及產能
六、其他衬底質料
以5G芯片及其集成技能為代表的新兴差别化利用的成长必要多種焦點衬底質料的支持。除硅片、化合物半导體之外，SiGe、硅基压電質料(POI、AlN及其化合物等)也是5G所需的焦點關头質料。我國在這些高質量特别衬底質料制备方面根本亏弱，相干產物尚处于實行室或中试阶段。
3、光刻胶和掩膜版成长环境
一、光刻胶
光刻胶是微细圖形加工關头質料之一，由成膜树脂、感光组分、微量添加剂(染料、增粘剂等)和溶剂等成份構成的對光敏感的夹杂液體，具备纯度高、出產工藝繁杂、出產及检测等装备投資大、技能堆集期长等特性，属于本錢技能雙密集型財產。
今朝，全世界芯片工藝程度已跨入微纳米级别，光刻胶的波长由紫外宽谱(300-450nm)渐渐至G線(436nm)、I線(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)，和最先辈的EUV(<13.5nm)程度(表8)。從全世界光刻胶分類市場份额占最近看，高端光刻胶盘踞最大的市場份额，此中G/I線光刻胶占比為24%，KrF光刻胶占比為22%，ArF光刻胶占比為41%。
表8 光刻胶種類、利用范畴及特征
瘦臉方法,
全世界光刻胶市場根基被日本JSR、东京应化、住友化學、信越化學,美國罗門哈斯等几家大型企業所垄断，市場集中度很是高。海内芯片制造厂向28nm如下更末節點不竭成长，先辈工藝對高端光刻胶的需求不竭增大。但高端光刻胶因技能受卡，始终依靠入口，國產化率低(表9)。按照中國財產信息網的数据，合用于6英寸硅片的G/I線光刻胶的自给率别离约為60%和20%，合用于8英寸硅片的KrF光刻胶的自给率唯一1%，而合用于12寸硅片的ArF光刻胶彻底寄托入口。
表9 光刻胶企業質料量產和研發环境
今朝我國有北京科華、姑苏瑞红、潍坊星泰克、上海飞凯光電質料、容大感光、廣信質料、东方質料、永太科技等跨越10家光刻胶企業，但產物可以或许批量進入集成電路的只有三家，别离是北京科華(南大光電持股31.39%)、姑苏瑞红(晶瑞股分100%控股)和潍坊星泰克。
北京科華重要產物為紫外负性光刻胶及配套试剂，lift-off负胶，紫外正性光刻胶(G線、I線)及配套试剂，248nm光刻胶。北京科華的I線光刻胶已周全進入海内重要的6英寸及如下芯片厂，并在部門8英寸芯片厂實現小批量利用。同時，北京科華進一步研發ArF光刻胶，2017年研產生產的ArF干法光刻胶中试產物已完成在海内一流芯片制造厂的测试;姑苏瑞红重要產物為紫外负性光刻胶及配套试剂、G線光刻胶及配套试剂等。姑苏瑞红承當的國度02專項項目I線光刻胶財產化技能開辟項目正在希望傍邊;潍坊星泰克重要產物包含G線光刻胶、Lift-off负胶。
從海内市場来看，今朝主流的四種中高端光刻胶中，G/I線光刻胶已實現量產;KrF光刻胶正渐渐經由過程芯片厂認证并起头小批量出產;ArF光刻胶樂觀估计在2020年能有用冲破并完成認证;最新的EUV和電子束光刻胶方面，如今海内還不具有前提也没有這方面研發能力，量產更是遥遥无期。
此外，我國光刻胶的成长面對高纯光刻胶原質料的國產化問题。除强力新材、河南翰亚微電子江苏天音化工等少数企業可以或许少许供给部門光刻胶原質料之外，高端光刻胶所需的树脂主體質料、光敏剂、抗反射涂层(ARC)等根基依靠入口。
二、掩膜版
掩膜版(表10)在集成電路行業中的感化就像拍照行業睡眠面膜,中的菲林底片，行業職位地方特别，其質量很大水平上决议了集成電路终极產物的質量。對付芯片制造，掩膜版的設計和制造必要與集成電路工藝慎密跟尾，是以，芯片制造厂一般都有配套的專業掩膜版工場，先辈的掩膜版技能也是以把握在先辈芯片制造厂商手中。
今朝，英特尔、三星、台积電、Globalfoundries等全世界最先辈的芯片制造厂所用的掩膜版大部門由本身的專業工場出產，外購量较少。据统计，芯片大厂從属掩膜版厂的掩膜版收入占总體掩膜版市場收入的六成。對付非先辈制程，出格是一些60nm及90nm以上制程產物，掩膜版外包的趋向很是较着，自力掩膜版制造厂的市場比力高。今朝全世界自力的掩膜版厂商包含美國Photronic、日本DNP 、日本Toppan、台灣光罩和SK-Electronics等，前三家公司盘踞80%以上的市場份额。
我國掩膜版出產公司之外資為主，美國Photronics和日本Toppan都在上海建有大范围出產基地，盘踞了我國高级光掩膜版市場。我邦本土的掩膜版厂主营出產低端產物，按谋劃模式可分為3類：第一類是科研院所，包含中科院微電子中間，中國電科13所、24所、47所、55所等;第二類是自力的掩膜版制造厂商，重要有没有锡迪思微電子和无锡中微，技能程度别离為0.8μm-0.13μm和0.25μm;第三類是芯片厂配套的掩膜厂，以中芯國際掩膜厂為代表，技能程度為0.25μm-0.18μm。总體而言，海内企業掩膜版加工能力有限，高端掩膜版技能與外洋先辈程度差距较大。
表10 經常使用掩膜版類型及特征
掩膜版的重要原質料為掩膜基板、掩膜庇护膜(Pellicle透明庇护膜等)等。基板凡是是高纯度、低反射率、低热膨胀系数的石英玻璃，其本錢占到掩膜版原質料采購本錢的90%摆布，是制造掩膜版的焦點質料。我國尚不具有出產高级高纯石英掩膜基板的出產能力。掩膜庇护膜可以增长芯片出產的良率而且削減掩膜版干净次数和磨损，是低落光刻工藝本錢的關头質料，该種庇护膜出產技能被美國、日本垄断。我國迄今唯一芯恩報导了在掩膜基板和掩膜庇护膜相干范畴的摸索性结構。
4、工藝化學品和電子气體成长环境
一、工藝化學品
高纯工藝化學品重要包含无機酸類、无機碱類、有機溶剂類等通用化學品和配方型化學品(表11)，通經常使用于芯片出產中的洗濯、光刻、刻蚀、显影、互联等工藝，是集成電路制造用關头質料。
表11 通用和配方型工藝化學品種别
集成電路行業對高纯化學试剂的微量金属杂志含量、颗粒粒径和数目、陰离子杂志含量等方面有严酷请求。按照SEMI尺度，利用于集成電路范畴的高纯化學品集中在SEMI G三、G4程度，且集成電線路宽越窄，所需的高纯化學试剂的尺度越高，纯度和干净度的请求也就越高(表12)。經常使用的高纯化學试剂已跨越30種，多用于洗濯、刻蚀等工藝。
表12 高纯化學试剂SEMI國際尺度品级
配方型化學品是指經由過程复配手腕到达特别功效、知足制造中特别工藝需求的配方類或复配類化學品，重要包含洗濯腐化试剂和光刻胶配套试剂等。洗濯腐化试剂重要用于集成電路制造進程中的湿法洗濯和刻蚀工藝。洗濯腐化试剂的重要特色是技能含量高、工藝配套性强。
同時，因為集成電路制造工藝的分歧或技能節點的分歧，對其質量和機能的请求也不尽不异，表13列出了集成電路制造工藝中經常使用的洗濯腐化试剂。光刻胶配套试剂是指在集成電路制造中與光刻胶配套利用的试剂，重要包含有機溶剂、稀释剂、显影液、漂洗液、剥离液、去邊液等(表14)。大部門光刻胶配套试剂的组分是有機溶剂和微量添加剂，溶剂和添加剂都是具备低金属离子及颗粒含量的高纯试剂。
因為大都配方型化學品是夹杂物，它的理化指標很难經由過程平凡仪器定量检测，只能經由過程利用手腕来评價其有用性，是以產物利用测试周期较长。
表13 經常使用的洗濯刻蚀试剂
表14 光刻胶配套试剂及用处
全世界工藝化學品重要出產企業有德國巴斯夫，美國亚什兰化學、Arch化學，日本關东化學、三菱化學、都門化工、住友化學，台灣鑫林科技，韩國东友邃密化工等，上述公司占全世界市場份额的85%以上。
海内出產超净高纯试剂的企業中產物到达國際尺度且具备必定出產量的企業有30多家，技能程度重要集中在G2级(國產化率80%)如下，8英寸(G3)及12英寸(G4)需求的高纯化學品根基靠進品，國產化率约為10%，唯一少数部門技能领先企業的部門產物到达了國際SEMI G4尺度。
海内出產工藝化學品的企業重要有晶瑞股分、江陰江化微、江陰润玛電子、江陰化學试剂、姑苏晶瑞化學、浙江凯圣(巨化股分)、上海新陽、湖北兴發、达诺尔等(表15)。
此中晶瑞股分的超纯氢氟酸、盐酸、硝酸和氨水纯度品级已到达SEMI G三、G4品级，雙氧水產物品格到达10ppt(至關于SEMI G5品级)，今朝已在華虹宏力举行上線评估;江化微硝酸、氢氟酸、氨水等细分產物都到达了G四、G5的行業程度，G3品级的硫酸、過氧化氢、异丙醇、低张力二氧化硅蚀刻液、钛蚀刻液進入海内6英寸晶圆、8英寸先辈封装凸块芯片出產線，部門光刻胶配套试剂產物進入中芯國際、士兰微等供给链;浙江凯盛出產的電子级硝酸進入海内12英寸芯片工藝制程供给链;上海新陽已成為先辈封装和傳统封装行業所需電镀與洗濯化學品的主流供给商，其超纯電镀硫酸铜電镀液已樂成進入中芯國際、海力士的28nm大马士革工藝制程，成為Baseline產物，進入工業化量產阶段。
表15 海内工藝化學品企業及代表產物
二、電子气體
在集成電路制造業中，气體的利用很是遍及，约占全数出產質料的三分之一。气體的纯度和干净度直接影响到電子元器件的質量、集成度、特定技能指標和制品率，并從底子上制约着電路和器件的切确性和正确性。
今朝，大部門高纯气體的纯度到达99.99%(4N)以上，部門气體纯度应到达5N以上。在集成電路工業中利用的有110余種气體，此中經常使用的有跨越30種，按其自己化學成份可分為硅系、砷系、磷系、硼系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七類，按在集成電路中分歧利用路子可分為搀杂气體、外延气體、搀杂气體、刻蚀用气體、化學气相沉积气和载气等(表16)。
表16 集成電路中經常使用的气體(绿色字體代表已實現國產化)
電子气體從出產到分手提纯和運输供给阶段都存在较高的技能壁垒，市場准入前提高，全世界市場重要被几家跨國巨擘垄断。包含美國氛围化工、普莱克斯、德國林德团體、法國液化氛围、日本大陽日酸股份有限公司等公司盘踞了全世界電子气體90%以上的市場份额。海内電子气體企業的出產技能與外洋存在较大差距，電子气體市場仍被外企主导。截止2016年年末，美國化工、普莱克斯、日本昭和電工、英國BOC公司、法國液化公司、日本酸素等六家公司合计盘踞了我國電子气體85%的市場份额，海内企業重要集中在中低端市場。
海内從事高纯電子气體出產的重要企業有中船重工七18所、中昊光亮化工钻研設計院、姑苏金宏气體、大連保税區科利德化工科技、佛山市華特气體、江苏南大光電、拂晓化工钻研設計院、绿菱電子質料(天津)、廣东華特气體、北京華宇同方化工科技、杭州同益气體钻研所、湖北晶星科技、江苏雅克科技、南京亚格泰新能源質料、上海正帆科技等十几家企業。此中中船重工的NF三、WF6進入海内主流12英寸芯片制造厂商出產線，雅克科技產物中CF4進入台积電12英寸28nm晶圆加工出產線，南大光電所售高纯磷烷、砷烷產物和三甲基镓、三甲基铟、三乙基镓、三甲基铝等MO源產物纯度到达6N级别。
固然我國電子气體已解脱彻底依靠入口的状况，海内企業已根基具有了出產部門高纯電子气體的能力，可是因為本土電子气體的出產和供给商范围较小，產物質量不乱性差，海内電子產物的包装、储運未能和現代電子工業的请求接轨等缘由，致使今朝大部門電子气體還不克不及周全進入集成電路范畴(表16)。
5、抛光質料和靶材成长环境
一、抛光質料
CMP抛光質料是集成電路制造中的關头耗材，重要包含抛光液、抛光垫和修整盘等，此中抛光垫與抛光液占80%以上。跟着集成電路工藝技能節點尺寸的不竭缩小，互联层数的不竭增长和新質料新工藝的利用，CMP在芯片工藝制程中的利用次数和首要性不竭增长(圖9)，所抛光的質料有多種金属(包含Co、Al、W、Cu、Ta等)和非金属(包含SiO二、Si3N四、衬底質料等)，技能節點低落同時對CMP提出了更高的请求，在抛光缺點、概况污染物的尺寸和数目、抛光機能的不乱性、抛光工藝可控性、抛光均一性、電機能和靠得住性等方面提出了更加刻薄的请求。
抛光液是决议CMP工藝機能终极良率最為關头的質料，约占全部CMP質料市場的49%。抛光液重要由纳米级的研磨颗粒、分歧化學剂和去离子水構成。针對详细工藝和被抛光質料的请求，分歧種類的研磨颗粒(如二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈等)和多種化學试剂(如金属络合剂、概况按捺剂、氧化還原剂、分离剂和其他助剂等)被利用在CMP抛光液的配方中。
按照其利用，抛光液可使用在集成電路芯片制造前/后道的各個工序中，如FinFET栅极、浅沟道断绝、钨栓塞、铜互联等。此外，抛光液還利用在先辈封装中的硅通孔工藝中，所必要的抛光液也因工藝和質料请求的分歧而分歧。集成電路用抛光液市場重要被美日欧企業垄断，重要企業有美國的 Cabot、Nalco、Rodel、DuPont、Grace，荷兰的Akzol Nobel，德國的Bayer和Wacker，日本的 Fujimi、Fujifilm、Nissan Chemical、Fuso等，盘踞全世界90%以上的市場份额。
圖9 分歧技能節點CMP工藝处置的質料
海内從事CMP抛光液研發與出產的企業有安集微電子、上海新安纳電子、北京國瑞升科技等。此中安集微出產的铜/铜拦截层抛光液、二氧化硅抛光液、TSV抛光液、硅抛光液、铜抛光后洗濯液等產物已樂成進入國表里8英寸和12英寸客户芯片出產線利用，铜/铜拦截层抛光液產物已進入國表里领先技能節點，產物涵盖130nm~28nm技能節點;上海新安纳電子级二氧化硅纳米磨料樂成利用于集成電路抛光液，是今朝海内独一的供给商，研發出的硅片粗抛抛光液得到中國新質料首批次利用的支撑，樂成利用在8英寸和12英寸硅片抛光上。此外，上海新安纳在存储器抛光液等產物開辟方面获得较好希望。
固然我國在抛光液范畴取患了點的冲破，可是总體上我國抛光液的國產化率约為5%，重要為铜及其拦截层抛光液、TSV抛光液和硅的粗抛液，其它的CMP工藝抛光液(硅片精抛液、化合物半导體抛光液，14nm如下FinFET工藝抛光液，钴、铷等新金属互联質料的抛光，STI抛光液等)及其抛光磨料仍是依靠入口。
CPM工藝中的另外一個首要工藝耗材為抛光垫，约占全部CMP質料市場的33%。抛光垫的重要功效是供给機器磨擦和承载抛光液，是影响CMP抛光工藝参数(如抛光速度、平均度、平整度、缺點率)的關头身分之一。抛光垫重要以聚亚氨脂為原質料，經由過程特别的發泡和成型工藝建造而成。按照分歧CMP工藝的需求，必要對抛光垫的質料配方和工藝举行调解，從而得到分歧的抛光垫硬度、發泡尺寸、可伸缩性和概况沟槽的圖形和深度。
今朝，國際上抛光垫市場由陶氏化學一家独大，占全部市場份额的80%，嘉柏微電子次之，约占10%的市場份额。CMP修整盘也是CMP工藝材猜中的關头構成部門，其感化是将金刚石颗粒镶嵌在金属胎體上，在抛光進程中對抛光垫举行批改，以包管抛光工藝的不乱性和反复性。美國的3M、韩國的Saesol、我國台灣的中砂等公司都占据必定的CMP修整盘市場份额。
海内方面，比年来發展起来的成都期間立夫在CMP抛光垫產物開辟方面获得较好希望，部門產物在8英寸和12英寸CMP工藝中正在举行利用评估;湖北鼎龙控股開辟的铜抛光垫、氧化物抛光垫和钨抛光垫也起头認证;别的，宁波江丰電子和姑苏觀胜半导體也起头上马新型局抛光垫項目。深圳嵩洋微電子正在開辟金刚石修整盘;宁波江丰電子的金刚石修整盘和連结环已進入评價验证阶段。就抛光垫修整盘总體而言，我邦本土企業仍处于测验考试冲破阶段，高端產物仍然空缺。
二、靶材
高纯溅射靶材(包含蒸發質料)作為集成電路芯片制造進程中首要的配套質料之一，重要用于金属化工藝中互連線、拦截层、通孔、后背金属化层等薄膜的制备。利用的靶材原質料重要有超高纯铝及其合金、铜、钛、钽、钨、钨钛合金和镍及合金、钴、金、银、铂及合金等(表17)。
全世界靶材制造行業显現寡头垄断款式，少很多天美化工與制造团體主导了全世界靶材制造行業，此中霍尼韦尔、日矿金属、东曹、普莱克斯、住友化學、爱發科等跨國团體盘踞主导職位地方。
在海内，靶材是集成電路質料范畴最早冲破外洋垄断的產物。今朝我國靶材行去腳皮產品推薦業已初具范围，跟着海内靶材企業的不竭技能立异，呈現了具有和日美跨國团體竞争的本土靶材企業。
海内靶材行業龙头包含宁波江丰電子、有研新材子公司有研亿金新材等。在逻辑芯片用靶材方面，海内最大的靶材出產商江丰電子出產的8-12英寸铝、钛、铜、钽靶材已批量進入國際主流芯片厂，公司產物70%以上销往以台积電等為代表的280多家海外芯片制造工場，并在國際领先的7nm技能获得量產利用;在封装用靶材方面，有研亿金新材8英寸靶材也起头進入市場，公司正在扶植12英寸系列靶材生線，在稀贵金属靶材钻研與出產方面具有上风。
表17 經常使用靶材種别及其纯度和用处
总體上，我國高纯靶材出產技能已跻身國際第一梯队，以江丰電子為代表的海内靶材厂商今朝把握了钛靶、铝靶、铜靶等靶材從提纯到终极靶材成型的整套工藝，但7nm先辈工藝用高端钴靶和存储芯片用钨靶始终被韩國、美國等跨國公司垄断，海内供给商還在需求冲破。
6、封装質料成长环境
封装質料重要包含封装基板、引線框架、键合丝、塑封料、黏结質料、底部填充料、液體密封剂、贴片質料、焊球、晶圆级封装電介質等。按照SEMI数据，2017年全世界封装質料市場為191亿美金，此中封装基板、引線框架、键合丝、塑封料四大重要質料的占比别离為32.46%、16.75%、16.23%和6.81%(圖10)。如下對這四類質料作重點阐發。
圖10 2017年全世界封装台北機車借款,質料市場
一、封装基板
封装基板作為芯片與外界電路毗連的接口，重要起承载庇护芯片與毗連上层芯片和基层電路板感化(表18)，已成為封装質料细分范畴贩賣占比最大的原質料，占封装質料比重跨越50%。從質料上分類，封装基板可以分為有機基板、陶瓷基板、金属基板和利用于三维集成的硅/玻璃基板等。此中有機基板因為具备節點常熟低、質量密度低、加工工藝简略、出產效力高和本錢低等长处，是今朝封装基板的主流產物。按照统计，有機封装基板的產值约占全部集成電路封装基板总產值的80%以上，此中又以刚性基板為主。
全世界封装基板的重要出產厂商集中在我國台灣、韩國和日本三地，其市場占据率在90%以上。海内封装基板出產企業固然仍與先辈程度存在差距，但已具有了基板加工工藝能力，并正在向领先技能挨近。今朝海内主流基板厂有深南電路、珠海越亚、兴森科技和丹邦科技等。
從產物布局上看，深南電路和兴森科技均是在具有较大范围的PCB营業的根本上起头成长封装基板营業，而珠海越亚和丹邦科技则是專注于成长的刚性有機无芯封装基板和COF柔性封装基板等高端基板营業。颠末不竭研發和技能堆集，我國封装基板企業樂成實現部門封装基板自產。此中深南電路在 FC、BGA、CSP 等高端基板范畴已比力成熟，MEMS统封装基板全世界占市率跨越30%;珠海越亚的射频芯片封装基板全世界市場容量达25%，细分范畴处于世界领先程度。
同時，珠海越亚出產的无芯封装基板已樂成通安華高科等行業巨擘的認证并已向其供貨多年;别的，丹邦科技今朝已成為全世界少少数把握COF基板關头原質料FCCL自產技能的基板厂商，而且正踊跃研發原質料PI膜。
表18 重要封装基板質料及用处
現阶段，海内基板企業不竭踊跃開辟新工藝、新技能，尽力缩小于外洋厂商的差距，但海内基板企業從技能、本錢等等方面均缺少竞争上风，部門高端封装基板先辈工藝技能彻底被日韩等企業垄断的場合排場依然存在，并且原質料也受制于海外企業。
二、引線框架
引線框架作為集成電路的芯片载體，是一種借助于键合質料(金丝、铝丝、铜丝)實現芯片内部電路引出端與外引線的電气毗連，構成電气回路的關头布局件，它起到了和外部导線毗連的桥梁感化。抱负的引線框架質料必需知足如下特征：导热、导電機能好;有足够的强度、刚度和成型性;较低的热膨胀系数、杰出的匹配性、钎焊性、耐腐化性、耐热性和耐氧化性;平整度好，残存应力小，加工后不可形;易冲裁加工。經常使用的引線框架質料有两類，即铜基引線框架質料和铁基引線框架質料(表19)。
表19 經常使用引線框架質料種别及其特征和用处
今朝國際引線框架的供貨大款式没有大的變革，還是日韩及台灣企業為主(表20)。外資企業一向盘踞着海内引線框架的中高端市場，其份额约占3/5摆布，全世界排名前10位的引線框架企業根基都在海内設有工場。比年来以宁波康强電子(全世界排名第七)為代表的海内本土引線框架企業發展较快，表21是今朝重要的内資引線框架企業环境。内資引線框架企業中今朝宁波康强一家独大，與其他引線框架企業差距拉大，這從另外一方面阐明了中國大陸本土引線框架企業较分离，與外資企業的差距還至關大，成长后劲也略显不足。
此外，今朝海内引線框架企業的成长跟不上海内封装行業的成长，没有構成像封装企業那样的財產集群款式。是以，海内引線框架企業對我國集成電路行業的支持感化還必要進一步增强。
表20 2017年全世界引線框架供给商市場份额(按贩賣额计)
表21 重要内資引線框架企業
三、键合丝
键合丝是半导體器件和集成電路组装四大必需根本質料之一，作為芯片與引線框架之間内引線，實現不乱、靠得住的電毗連，遍及利用于集成電路、分立器件、光電器件和功率器件的封装。固然如今有不消键合丝的键合法子(好比倒装焊)，但今朝90%的集成電路產物因此键合丝来封装。
從根本質料劃分，今朝市場上利用比力普及的键合丝產物重要有4大類型：键合金丝、键合铜丝、键合银丝、键合铝丝。今朝，键合丝中铝丝、铜丝重要利用于中低端產物，贵金属丝重要用于高端集成電路產物，特别金丝以其優秀的性子一向盘踞着键合丝市場的绝大部門份额。從合金成份及复合布局细分见表22。
表22 键合丝分類及用处
今朝日本、德國、韩國等是全世界键合丝重要出產國，重要出產企業包含日本田中贵金属、日本新日铁、德國贺利氏、韩國MKE、韩國Heesung及台灣樂金、台灣钰成金属等。此中，日本田中贵金属股份有限公司、德國贺利氏控股团體属于國際上较早從事键合丝出產的大型企業，在全世界键合丝行業中仍具备较强影响力。
海内键合丝出產企業有20几家，重要有贺利氏(招远)贵金属質料、贺利氏招远(常熟)電子質料、田中電子(杭州)、烟台一诺電子質料、招金励福贵金属、北京达博有色金属焊料、铭凯益電子(昆山)、佳博電子科技、宁波康强電子、山东科大更始電子科技、四川维纳尔等。
海内具备必定影响力的键合丝出產企業重要為國際知名键合丝制造商贺利氏、田中等在海内的独資或合股企業，盘踞高端金丝和铜丝產物市場;本土企業达博、只能在低端范畴举行剧烈竞争，虽然近几年部門内資企業成长很快，已具备與國際键合丝巨擘竞争的能力，部門键合丝出產企業已到达國際等同领先程度，但海内制造企業對新技能的把握和產物設計和制造質量的節制手腕和新產物导入的流程節制等方面與外洋存在必定的差距。
四、塑封質料、金属封装質料、陶瓷封装質料
依照封装質料種類的分歧，電子器件封装可以分為金属封装、陶瓷封装和塑料封装三種(表23)。(环氧)塑封具备本錢低、尺寸小、質量小、可批量出產等长处，今朝95%以上的集成電路都采纳塑料封装，而在塑料封装中，97%以上都是操纵环氧塑封料(EMC)举行的。
表23 封装質料種類及特征
外洋塑封料出產厂家重要集中在日本、韩國、台灣等，重要有日本住友電木、日今日立化成、日本京瓷化學、日本信越化學、日本松下電工、韩國三星Cheil、台灣长春等厂家，此中日本企業技能领先，產量最大。海内塑封料出產商有20几家，重要包含长春塑封(常熟)、衡所華威、江苏中鹏、江苏華海诚科、昆山长兴、北京科化等。
日本企業的塑封料產物，寄托其產物在操作性和靠得住性上的技能上风在SOP、QFP\BGA等中高端市場占据较大份额。韩國和中國的企業以其本錢上风盘踞分立器件DO、TO、SOD、SOT、DIP、SOP、QFP等中低端市場。海内塑封產物多在中低端市場范畴，高端市場被日本厂商垄断，海内塑封產物仅占30%海内市場份额，部門中端產物入口依存度高达80%以上，高端產物根基上全数依靠入口(表24)。
表24 海内环氧塑封料利用环境
海内從事金属外壳研發和出產的单元重要有合肥圣达電子、中國電科44所、中國電科55所、青島凯瑞電子、宜兴吉泰電子、浙江长兴電子、诸城電子封装厂、无锡惠波電子器材二厂、蚌埠兴創電子科技、武汉钧菱電子等，重要產物是分立器件、集成電路、光電器件、各種傳感器等利用的金属陶瓷外壳及微波外壳。
外洋陶瓷封装日本居首位，日本盘踞了美國陶瓷封装市場的90%~95%，占美國國防陶瓷封装市場的95%~98%。日本的NTK陶瓷、SMI和KyoceraInternational等三家陶瓷封装公司几近垄断了美國電子兵器設备用陶瓷封装集成電路和分立器件市場。
我國集成電路用陶瓷外壳出產厂今朝重要有中國電科13所、江苏宜兴電子器件总厂、福建闽航電子器件、中國電科55所、浙江长兴電子、潮州三环、南平三金電子等，此中前三家均有從外洋引進的出產線，采纳流延技能可出產方形扁平陶瓷封装(CQFP)、无引線陶瓷芯片封装(CLCC)、插脚阵列式陶瓷封装(CPGA)等產物。
在海内金属陶瓷管壳及封装工藝技能快速成长的同時，也应當看到與國際先辈技能程度存在的差距。出格是内陶瓷管壳的一致性和制品率必要進一步提高，大引脚高密度陶瓷和Ka波段以上频率器件外壳的研制仍是空缺，多旌旗灯号體系的外壳間隔財產化還存在较大的差距，國產外壳還没法實現千瓦级微波大功率器件的封装。特别在高靠得住圆片级工藝、硅通孔3D封装工藝平台等方面，3D/SiP封装的設計、工藝、靠得住性和產物研發回必要進一步晋升。
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