芯片制造發(fā)展水平較高的國(guó)家(地區(qū))主要集中在美國(guó)、日本、歐洲、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣。美國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模約占全球的48%,主導(dǎo)著全球的芯片產(chǎn)業(yè),前十大供應(yīng)商中英特爾、高通、美光和德州儀器均為美國(guó)企業(yè)。日本的芯片制造設(shè)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(chǎn)業(yè)規(guī)模全球占比約為 10%,其優(yōu)勢(shì)在于功率器件以及芯片工藝壟斷設(shè)備的制造,比如荷蘭的光刻機(jī)廠商阿斯麥爾 (ASML)掌握了最先進(jìn)的 EUV 光刻工藝設(shè)備制造技術(shù),成為了世界光刻機(jī)的壟斷企業(yè)。韓國(guó)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品主要是三星、LG 的 DRAM 芯片。中國(guó)臺(tái)灣的產(chǎn)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(tái)積電、臺(tái)聯(lián)電為代表的企業(yè)掌握了先進(jìn)的芯片制造技術(shù)。
芯片七種關(guān)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(xué)品與濺射靶材等。
1.硅片:日本信越化學(xué)(Shin-Etsu)占比 27%、日本勝高(SUMCO)占比 26%、中國(guó)臺(tái)灣環(huán)球晶圓占 比 17%、德國(guó)世創(chuàng)(Siltronic)占比 13%、韓國(guó) SK 占比 9%。硅片經(jīng)歷了 4 英寸、6 英寸、8 英寸和 12 英寸等節(jié)點(diǎn),現(xiàn)市場(chǎng)主流硅片為 8/12 英寸晶圓,高端芯片的應(yīng)用帶動(dòng)著12 英寸大硅片大量需求。硅片制造技術(shù)的重點(diǎn)指標(biāo)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(shù)。
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(guó)林德集團(tuán)(Linde)先后與美國(guó)普萊克斯集團(tuán)(PRAXAIR)、法國(guó)液化空氣(ALAL)和美國(guó)空氣化工(AirProducts)完成并購(gòu),四大巨頭合并后市場(chǎng)份額占比 76.7%,與日本大陽(yáng)日酸株式會(huì)社一起控制著全球 90% 以上的市場(chǎng)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(yīng)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(yīng)氣體參與到化學(xué)反應(yīng)中(如 H2、O2),有些在熱處理 或清洗過(guò)程中作為保護(hù)氣體(如 N2、Ar)。特殊氣體主要是指芯片制造過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)氣體,如高純 SiH4、PH3、AsH3 等。
3.光掩模:全球光掩模生產(chǎn)商主要集中在日本,包括信越化學(xué)、東曹石英以及尼康等。英特爾、三星、臺(tái)積電等先進(jìn)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(chǎn)。光掩模主要由基板和遮光膜構(gòu)成,基板原材料為玻璃,按材質(zhì)分為石英基板和蘇打基板,石英基板為光掩模市場(chǎng)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(chǎng)上使用較為廣泛的 KrF 和 ArF 光刻膠基本被日本和美國(guó)企業(yè)所壟斷。全球的光刻膠市場(chǎng)主要由日、美、韓三國(guó)企業(yè)把控,大陸企業(yè)份額不足 10%。東京應(yīng)化、合成橡膠、住友化學(xué)、富士膠片市場(chǎng)份額分別占比 27%、13%、 12%、8%,陶氏化學(xué) 17%,韓國(guó)東進(jìn) 11%。全球的 EUV 和 ArF 光刻膠供應(yīng)商主要是日本合成橡膠、信越化學(xué)、美國(guó)陶氏化學(xué)等。日本占據(jù)高端市場(chǎng) 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(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng) 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(xué)機(jī)械拋光 (CMP),目前拋光墊市場(chǎng)被美系廠商壟斷,陶氏化學(xué)占有絕對(duì)主導(dǎo)地位,20英寸和 30 英寸拋光 墊在全球市場(chǎng)占有率高達(dá) 85% 以上,美國(guó) Cabot 市場(chǎng)份額為 5%。拋光液市場(chǎng)主要被美、日廠商主導(dǎo),行業(yè)龍頭美國(guó) Cabot 市場(chǎng)占有率達(dá) 36%,日本 Fujimi 占比 11%,美國(guó) Versum 占比 10%。拋光液產(chǎn)品針對(duì)鎢、電介質(zhì)(硅、氧化物等)、金屬(銅、銅阻層、鋁等)等應(yīng) 用對(duì)象均有明確的定位。拋光液 / 墊技術(shù)壁壘較高,高品質(zhì)的拋光液需要綜合控制磨料硬度、粒徑、形狀、各成 分質(zhì)量濃度等要素,而拋光墊則更加看重低缺陷率和長(zhǎng)使用壽命。
6.濕電子化學(xué)品:2018年歐美傳統(tǒng)濕電子化學(xué)品企業(yè)市場(chǎng)份額占比 33%,日本企業(yè)占比 27%,剩余市場(chǎng)由韓國(guó)、中國(guó)大陸及臺(tái)灣地區(qū)的企業(yè)所占據(jù),代表企業(yè)有德國(guó)巴斯夫公司、 美國(guó)亞什蘭集團(tuán)、德國(guó)默克公司、美國(guó)霍尼韋爾公司等。又稱超凈高純?cè)噭?,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(jīng)過(guò)預(yù)處理、過(guò)濾、提純等工藝得到高純度產(chǎn)品。在 半導(dǎo)體領(lǐng)域主要應(yīng)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(duì)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(shù)多掌握在美國(guó)霍尼韋爾、日礦、東曹等美、日企業(yè)手中,占據(jù)了 80% 以上超高純靶材領(lǐng)域的市場(chǎng)份額。濺射靶材主要用于制作晶圓導(dǎo)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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