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Icbank半导体行业观察

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国产半导体材料的带头大哥们

2018-12-29
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近两年,中国大陆地区的半导体厂(包括IDM和Foundry)项目不断涌现,据不完全统计,截至2020年,国内将新增20座晶圆厂。此外,各种尺寸的LCD和OLED显示面板项目也是欲罢不能,特别是京东方、维信诺、华星光电和天马微电子这几家显示面板的龙头企业,在全国各地不断上马新世代的面板项目。


以上这些催生出产业对各种半导体制造设备和材料的巨大需求,作为半导体制造行业的“粮食”——半导体材料——会有良好的发展前景。


据统计,2017年全球半导体材料市场规模为470亿美金,同比增长了10%,其中,芯片制造材料规模占比接近60%,达到278亿美金,封装材料市场规模为192亿美金。


2017年中国半导体材料市场规模约为76亿美金。虽然国内半导体材料市场在全球占比不断提升,已经从2007年的7.5%提升至2017年的16%,但依然被日本、欧洲和美国的相关大企业把持着,而中国的企业实力相对薄弱,材料自给率不超过20%。


另外,国产半导体材料90%以上的收入来自于后道晶圆封装市场,在前道晶圆制造领域,国产材料还难以进入主流供应链。以芯片制造材料为例,占比最大的硅片供给中,日本、中国台湾、韩国以及德国等地的5大厂商占据了主要份额,而国内已经量产的12英寸大硅片仍在认证阶段。因此,我们的总体水平还有待提升。


与此同时,我国半导体制造业的快速发展,给本土的半导体材料企业提供了难得的发展机遇。预计在国内集成电路产业快速发展的推动下,未来5年国内,我国半导体材料市场的复合年增长率将达到15%,到2023年,国内半导体材料市场规模将增至153亿美金。


在这样良好的发展契机下,国内一批规划较早、研发实力较强的企业不断开疆扩土,再加上越来越多产业资本的加注,助其实力稳步提升,一点一点地蚕食着外企的市场份额。


半导体材料的种类很多,如晶圆(以8英寸和12英寸为主)、光刻胶、掩模版、电子级高纯多晶硅、电子特种气体、湿电子化学品、溅射靶材,以及CMP抛光液和抛光垫等。当然不止这些,其它的就不一一列举了。


在我国的半导体材料行业中,每一个细分领域都有多家优秀的企业在摸爬滚打,其中不乏1~2家佼佼者,引领着本土产业的发展,具体都有哪些呢?下面就来看一下。


上海新昇


在我国本土的晶圆,特别是12英寸大硅片生产企业当中,上海新昇是初创公司,同时也是行业明星。


2014年,上海新阳与兴森科技、新傲科技等合资创立了上海新昇半导体,是国家02专项300mm大硅片项目的承担主体,第一大股东国家大基金旗下的上海硅产业投资有限公司持股62.82%,上海新阳为第二大股东,持股27.56%。


上海新昇项目总投资68亿元,一期总投资23亿元。新昇半导体一期投入后,预计最终将形成60万片/月的12英寸硅片产能,年产值达到60亿元。项目第一期的正常建设周期为3年,原计划2017年底实现15万片/月的产能,但由于关键设备采购困难等问题,进展不及预期。目前产能为6万片/月。


其12英寸大硅片的主要客户为中芯国际、华力微电子等。此外,该公司大硅片在武汉新芯的认证工作也在进行当中。


按照上海新昇的年度计划,硅片产能在2018年底前达到10万片/月,按照第一期投资计划,明年的产能可以达到15万片/月。上海新阳在今年7月表示,上海新昇当前产能为6万片/月。


上海新昇300mm大硅片的测试片、挡片和陪片在2017年实现销售,正片方面,2018年第一季度末已通过了华力微电子的验证并实现了销售。不过,上海新阳表示上海新昇的正片销售给华力微电子的数量不多,正在增量过程中。


晶瑞股份


光刻技术随着IC集成度的提升而不断发展。为了满足集成电路对集成度的更高要求,半导体用光刻胶通过不断缩短曝光波长以提高极限分辨率,光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至g 线(436nm)、i 线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、F2(157nm)水平。


晶瑞股份的子公司瑞红化学是国内半导体光刻胶龙头,主要产品包括G 线、 I线光刻胶、LCD触摸屏用光刻胶等。


其产品包含紫外负型光刻胶和宽谱正胶及部分g线,i线正胶等高端产品。瑞红拥有达到国际先进水平的光刻胶生产线,实行符合现代微电子化学品要求的净化管理,配备了一流的光刻胶检测评价装置,并承担了国家重大科技项目02专项“i线光刻胶产品开发及产业化”项目,在国内率先实现了IC制造商大量使用的核心光刻胶,即i线光刻胶的量产,产品采用步进重复投影曝光技术,可实现高分辨率。


路维光电


光掩膜版,是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版,由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构,再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上,它是限制工艺最小线宽的瓶颈器件。光掩膜版和光刻机共同决定了工艺的先进程度。同光刻胶的供需情况类似,由于掩膜版工艺具有技术密集和资金密集的特点,存在一定的技术壁垒。


多数情况下,光掩膜版由集成电路制造厂家设计制造,以便和光刻机配合使用,如台积电、英特尔、三星等的光掩模版由自己的专业工厂生产。


我国大陆地区的光掩膜版行业仅能够满足大陆中低档产品市场的需求,高档光掩膜版则依赖进口。目前,中芯国际自己设计光掩膜版,并且具备28nm的制造能力,但是仍和先进制程厂家存在差距。


另外,路维光电具备光掩膜版生产能力,但产品主要用于显示面板。2018年1月,路维光电大陆首条G11光掩膜版项目在成都高新区启动。该项目总投资10亿元,建成后将成为我国大陆地区最大的掩膜版制造基地。该项目于2018年四季度投产。


鑫华半导体


2015年12月,徐州鑫华半导体由国家集成电路产业投资基金联手保利协鑫共同投资建设,打造国内首条5000吨集成电路专用电子级多晶硅生产线。该项目是工业和信息化部强基工程中标项目,也是科技部02专项子项目。


2017年11月,鑫华半导体正式发布电子级多晶硅产品,实现量产出货。


目前,鑫华半导体第一条生产线的产能为5000吨,产品可保证国内企业三至五年内电子级多晶硅不会缺货。同时,还将规划再上一条5000吨生产线,以更好地满足市场需求。


据悉,除了已向国内部分晶圆加工厂批量供货外,经过一系列严格的验证、检测,今年5月初,鑫华半导体的集成电路用高纯度硅料实现了向韩国小批量出口。

 

中船重工七一八所


电子特种气体是在集成电路制造领域应用的、有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。高纯气体也是整个半导体行业的关键原材料之一,大规模集成电路和超大规模集成电路的国产化亟待高纯电子气体的配套支持。电子特种气体是仅次于硅片和硅基材料的第二大市场需求半导体材料。


中国船舶重工集团公司第七一八研究所作为国家“02专项”气体项目的牵头单位,成功研制出四氟化硅、六氟乙烷、八氟丙烷、八氟环丁烷、氯化氢、氟化氢等9种高纯气体及10种混合气体,并成功量产。


三氟化氮、六氟化钨打破了国外垄断,产能分别达到9000吨/年、1300吨/年,三氟化氮的国内市场覆盖率达到95%以上,国际市场覆盖率达到30%。六氟化钨的国内市场覆盖率达到100%,国际市场覆盖率达到40%。这两类产品的生产规模均位居国内第一,世界前三,基本进入了国内所有的半导体、液晶面板及太阳能行业的厂家及全球知名的半导体厂。


江化微


湿电子化学品指为微电子、光电子湿法工艺(主要包括湿法刻蚀、湿法清洗)制程中使用的各种电子化工材料。湿电子化学品按用途可分为通用化学品(又称超净高纯试剂)和功能性化学品(以光刻胶配套试剂为代表)。其中超净高纯试剂一般要求化学试剂中控制颗粒的粒径在 0.5µm 以下,杂质含量低于ppm级,是化学试剂中对颗粒控制、杂质含量要求最高的试剂。功能湿电子化学品是指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品。


目前,国内湿电子化学品的主要厂商有江化微、晶瑞股份等。江化微主要从事超净高纯试剂、光刻胶配套试剂等专用湿电子化学品的研发和生产。


该公司生产的超净高纯试剂包括酸碱类试剂、蚀刻类试剂和溶剂,大部分产品可达UL级和SL级,其中UL级等同于美国SEME C7标准,控制0.5、0.3μm颗粒,控制三十多个金属元素,单项金属元素控制在10PPb以下;SL级等同于美国SEME C8标准,控制0.3μm颗粒,控制三十多个金属元素,单项金属元素控制在1PPb以下。


江丰电子


溅射靶材应用于电子元器件制造的物理气象沉积(PVD)工艺,是制备晶圆、面板、太阳能电池等表面电子薄膜的关键材料。溅射是制备薄膜材料的主要技术之一,它利用离子源产生的离子,在真空中经过加速聚集而形成高速的离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。


目前,我国靶材龙头企业江丰电子、隆华节能、有研新材、阿石创已经分别进入国内外主流半导体、平板显示、光伏、光学器件企业供应链体系,且已经在部分企业本土产线实现中大批量供货。


江丰电子是我国高纯溅射靶材龙头企业,该公司产品包括铝靶、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,在16nm节点实现批量供货,同时还满足了国内厂商28nm节点的量产需求。


该公司的大客户包括台积电、联电、格芯、意法半导体、中芯国际、华虹等。


安集微电子


CMP技术所采用的材料包括抛光液和抛光垫。CMP抛光液是一种不含任何硫、磷、氯添加剂的水溶性抛光剂,主要运用于集成电路和超大规模集成电路生产。CMP抛光液对晶硅衬底进行机械抛光,以消除前加工表面损伤沾污、控制诱生二次缺陷和杂质,实现硅片全局平面化。


2008年前,我国90%的抛光液需要进口,高端抛光液如8英寸、12 英寸晶圆用抛光液更是 100%的依赖进口。目前,国内在抛光液行业已有几十家生产企业,打破了国外完全垄断的格局,但主要生产中低端产品,用于金属的抛光,中国目前不锈钢、铝、钨等中低端的抛光液基本实现国产化。多数企业仍处在4英寸、6英寸抛光液生产阶段。而拥有自主知识产权、具备生产8英寸、12英寸晶圆抛光液能力的国内企业仅有上海安集微电子一家。


安集微电子主要生产高端研磨液、高精度抛光液、去光阻液等高纯度集成电路专用电子材料。目前,该公司还是国内唯一一家在电子化学品细分领域打破了国外半导体巨头企业如IBM、应用材料、杜邦在中国的垄断,成为英特尔、三星、台积电、中芯国际等公认的中国集成电路抛光液唯一供应商。


鼎龙股份


作为CMP抛光过程中最重要的材料消耗品之一,CMP抛光垫按磨料、材质和表面结构的差异,可以分为三大类、八小类。


中国大陆国产高端抛光垫市占率几乎为0,本土企业仍处于尝试突破阶段。长期以来,大陆企业没有能够生产集成电路抛光垫的,由于海外企业对我国实施技术封锁,专利壁垒是实现国产替代的难点所在。经历多年的自主研发,我国大陆抛光垫终于由鼎龙股份取得突破。


鼎龙股份2014年建立了专项实验室,2015年3月,鼎龙股份斥资1亿元建设CMP抛光垫产业化项目一期工程。2016年5月,该公司再度募集资金投入集成电路抛光工艺材料的产业化二期,两项目达产后,产能为50万片。


2017年,鼎龙股份第一款抛光垫产品通过了客户验证,并进入供应商体系,使中国在抛光垫材料领域打破了国外垄断,占有了一席之地。


2018年1月,鼎龙股份收购了时代立夫69.28%股权。时代立夫承接了“国家02专项计划”课题任务,CMP抛光垫下游客户包括中芯国际、上海华力、中航微电子等国内主要半导体制造厂商。


结语


以上企业都是相应半导体材料领域的领跑者,当然,优秀的企业不止这些,就不在此一一列举了。相信在本土企业的共同努力下,必能将我国的半导体材料产业带上一个新台阶,逐步实现对国外产品的替代。


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1811期内容,欢迎关注。

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