芯片制造發(fā)展水平較高的國家(地區(qū))主要集中在美國、日本、歐洲、韓國和中國臺灣。美國芯片產業(yè)規(guī)模約占全球的48%,主導著全球的芯片產業(yè),前十大供應商中英特爾、高通、美光和德州儀器均為美國企業(yè)。日本的芯片制造設備以及原材料特別是硅片、光刻膠等占全球 50% 以上份額。歐洲地區(qū)的產業(yè)規(guī)模全球占比約為 10%,其優(yōu)勢在于功率器件以及芯片工藝壟斷設備的制造,比如荷蘭的光刻機廠商阿斯麥爾 (ASML)掌握了最先進的 EUV 光刻工藝設備制造技術,成為了世界光刻機的壟斷企業(yè)。韓國的優(yōu)勢產品主要是三星、LG 的 DRAM 芯片。中國臺灣的產業(yè)發(fā)展主要在于創(chuàng)造性發(fā)展了晶圓代工模式,以臺積電、臺聯電為代表的企業(yè)掌握了先進的芯片制造技術。
芯片七種關鍵核心材料:芯片制造材料,主要包括硅片、電子特氣、光掩模、拋光材料、光刻膠、濕電子化 學品與濺射靶材等。
1.硅片:日本信越化學(Shin-Etsu)占比 27%、日本勝高(SUMCO)占比 26%、中國臺灣環(huán)球晶圓占 比 17%、德國世創(chuàng)(Siltronic)占比 13%、韓國 SK 占比 9%。硅片經歷了 4 英寸、6 英寸、8 英寸和 12 英寸等節(jié)點,現市場主流硅片為 8/12 英寸晶圓,高端芯片的應用帶動著12 英寸大硅片大量需求。硅片制造技術的重點指標包括硅片純度、氧含量、表面顆粒、晶體缺陷、表面 / 體金屬含量、翹曲度、平整度、外延層電阻率均勻性、外延層厚度均勻性等參數。
2.電子特氣:在晶圓制造的成本中僅次于硅片的第二大原材料。德國林德集團(Linde)先后與美國普萊克斯集團(PRAXAIR)、法國液化空氣(ALAL)和美國空氣化工(AirProducts)完成并購,四大巨頭合并后市場份額占比 76.7%,與日本大陽日酸株式會社一起控制著全球 90% 以上的市場份額,形成了寡頭壟斷的 局面。電子 特氣可以分為大宗氣體和特殊氣體,大宗氣體是指集中供應且用量較大的純凈氣體,如 N2、 H2、O2、Ar、He 等。它們有些作為反應氣體參與到化學反應中(如 H2、O2),有些在熱處理 或清洗過程中作為保護氣體(如 N2、Ar)。特殊氣體主要是指芯片制造過程中的化學反應氣體,如高純 SiH4、PH3、AsH3 等。
3.光掩模:全球光掩模生產商主要集中在日本,包括信越化學、東曹石英以及尼康等。英特爾、三星、臺積電等先進的芯片制造廠所用的光掩模版大部分由自己的專業(yè)工廠生產。光掩模主要由基板和遮光膜構成,基板原材料為玻璃,按材質分為石英基板和蘇打基板,石英基板為光掩模市場主流原材料,鍍遮光層材料為鉻或鉬硅二元材料。
4.光刻膠:市場上使用較為廣泛的 KrF 和 ArF 光刻膠基本被日本和美國企業(yè)所壟斷。全球的光刻膠市場主要由日、美、韓三國企業(yè)把控,大陸企業(yè)份額不足 10%。東京應化、合成橡膠、住友化學、富士膠片市場份額分別占比 27%、13%、 12%、8%,陶氏化學 17%,韓國東進 11%。全球的 EUV 和 ArF 光刻膠供應商主要是日本合成橡膠、信越化學、美國陶氏化學等。日本占據高端市場 93% 的份額。光刻工藝中常用曝光光源分別是紫外全譜(300-450nm)、G 線(436nm)、I 線 (365nm)、深紫外(DUV,包括KrF- 248nm 和 ArF-193nm)和極紫外(EUV-13.4nm),對應于各波長 的光刻膠也有所不同。目前主要的光刻膠有 G 線光刻膠、I 線光刻膠、KrF 光刻膠和 ArF 光 刻膠四種。
5.拋光材料:化學機械拋光 (CMP),目前拋光墊市場被美系廠商壟斷,陶氏化學占有絕對主導地位,20英寸和 30 英寸拋光 墊在全球市場占有率高達 85% 以上,美國 Cabot 市場份額為 5%。拋光液市場主要被美、日廠商主導,行業(yè)龍頭美國 Cabot 市場占有率達 36%,日本 Fujimi 占比 11%,美國 Versum 占比 10%。拋光液產品針對鎢、電介質(硅、氧化物等)、金屬(銅、銅阻層、鋁等)等應 用對象均有明確的定位。拋光液 / 墊技術壁壘較高,高品質的拋光液需要綜合控制磨料硬度、粒徑、形狀、各成 分質量濃度等要素,而拋光墊則更加看重低缺陷率和長使用壽命。
6.濕電子化學品:2018年歐美傳統(tǒng)濕電子化學品企業(yè)市場份額占比 33%,日本企業(yè)占比 27%,剩余市場由韓國、中國大陸及臺灣地區(qū)的企業(yè)所占據,代表企業(yè)有德國巴斯夫公司、 美國亞什蘭集團、德國默克公司、美國霍尼韋爾公司等。又稱超凈高純試劑,主要以硫酸、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,經過預處理、過濾、提純等工藝得到高純度產品。在 半導體領域主要應用于電子元器件微加工的清洗、光刻、顯影、蝕刻、摻雜等工藝環(huán)節(jié),其 純度和潔凈度對芯片成品率、電性能及可靠性有十分重要的影響。
7.濺射靶材:超高純銅、超高純鋁等核心技術多掌握在美國霍尼韋爾、日礦、東曹等美、日企業(yè)手中,占據了 80% 以上超高純靶材領域的市場份額。濺射靶材主要用于制作晶圓導電層、阻擋層以及金屬柵極,通常要 求靶材純度在 5N(99.999%)以上,主要使用銅靶、鋁靶、鈦靶、鉭靶等;在芯片封裝環(huán)節(jié), 濺射靶材主要用于貼片焊線的鍍膜,多使用銅靶、鋁靶、鈦靶等靶材。
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1.中國新材料產業(yè)發(fā)展報告(2020):芯片關鍵核心材料
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