晶片製造的根基!半導體材料深度報告,詳解七大核心材料| 智東西內參

半導體材料是半導體產業基石。在集成電路晶片製造過程中，每一個步驟都需要用到相應的材料，材料質量的好壞影響最終集成電路晶片質量的優劣。由於其技術壁壘高，其出口政策的調整甚至能作為維護國家利益的重要手段。國內半導體材料在部分細分領域已具備一定競爭力。國內企業由於起步晚，研發投入和積累不足，產品大多集中在中低端領域，高端產品市場主要被歐美日韓臺等少數國際大公司壟斷，但目前在一些細分領域，如光刻膠，電子化學品，CMP 拋光液和拋光墊方面已突破國外技術壟斷，在市場佔有一定的份額。

本期的智能內參，我們推薦申港證券曹旭特分析師的研究報告《晶圓製造材料深度報告》，詳解單晶矽、光刻膠、掩模版、電子氣體、溼化學品、濺射靶材等半導體材料原理和市場狀況。

本期內參來源：申港證券

原標題：

《行業基石 一材難求——晶圓製造材料深度報告》

作者：曹旭特分析師。

一、 半導體材料：半導體產業基石 1、 半導體材料：半導體產業基石

在整個半導體產業鏈中，半導體材料處於產業鏈上遊，是整個半導體行業的重要支撐。在集成電路晶片製造過程中，每一個步驟都需要用到相應的材料，如光刻過程需要用到光刻膠、掩膜版，矽片清洗過程需要用的各種溼化學品，化學機械平坦化過程需要用的拋光液和拋光墊等，都屬於半導體材料。

▲半導體產業鏈

半導體材料是半導體行業的物質基礎，材料質量的好壞決定了最終集成電路晶片質量的優劣，並影響到下遊應用端的性能。因此，半導體材料在整個產業鏈中有著重要地位。

2、 2018 年全球半導體材料銷售額創歷史新高

2018 年全球半導體材料銷售額 519.4 億美元，銷售額首次突破 500 億美元創下歷史新高。2018 年全球半導體材料銷售增速 10.65%，也創下了自 2011 年以來的新高。

▲全球半導體材料銷售額及增速

全球半導體材料銷售額增速與半導體銷售增速具有較高的一致性，2017 年兩者同步高速增長的原因是 DRAM 市場的迅猛發展，2017 年 DRAM 實際增速高達 77%。2018 年受供求關係影響，存儲市場增速減緩，半導體銷售額及半導體材料銷售額增速均下降。

▲全球半導體銷售額增速與半導體材料銷售額增速對比

半導體材料銷售額佔全球半導體銷售額比例在 2012 年達到峰值，佔比超過 16%，近些年逐步下降，2018 年佔比約 11%。佔比下降的主要原因是 2013 年開始受益於存儲市場的快速增長，半導體銷售額增速開始回升，2013-2018 年半導體銷售增速一直高於半導體材料銷售增速。

近年來，中國大陸半導體材料的銷售額保持穩步增長。2018 年大陸半導體材料銷售額 84.4 億美元，增速 10.62%，銷售額創下歷史新高。

▲中國大陸半導體材料銷售額及增速

受益於國內半導體行業高景氣度帶動，大陸在半導體材料銷售額增速方面一直領先全球增速。

▲國內半導體材料銷售額增速與全球增速比較

受益於國內晶圓廠的大量投建，國內半導體材料的需求將加速增長。據SEMI估計，2017-2020全球將有62座新晶圓廠投產，其中26座坐落中國大陸，佔總數的42%。半導體材料屬於消耗品，隨著大量晶圓廠建設完成，半導體材料的消耗量將大大增加，將有力促進國內半導體材料行業的發展，國內半導體材料銷售額全球佔比將進一步提升。我們預計 2019-2021 年，大陸半導體銷售額分別為 94.5 億美元、108.6億美元和 128 億美元，增速分別為 12%、15%和 17.8%。

▲全球規劃晶圓廠投建分布

▲大陸半導體材料銷售額全球佔比

從全球國家和地區來說，中國臺灣依然是半導體材料消耗最大的地區。2018 年臺灣地區半導體銷售額 114.5 億美元，全球佔比 22.04%。中國大陸佔比 16.25%排名全球第三，略低於 16.79%的韓國。

▲2018 年各地區半導體材料銷售佔比

3、 晶圓製造材料是半導體材料核心

按製造工藝不同，半導體材料可以分為晶圓製造材料和封裝材料。其中，晶圓製造材料由於技術要求高，生產難度大，是半導體材料的核心。2018 年晶圓製造材料全球銷售額為 322 億美元，佔全球半導體材料銷售額的 62%。晶圓製造材料全球銷售額增速 15.83%，高於全球半導體材料銷售額增速。

▲晶圓製造材料全球銷售額及增速

晶圓製造材料包含矽、掩膜版、光刻膠、電子氣體、CMP 拋光材料、溼化學品、濺射靶材等，其中矽的佔比最高，約佔整個晶圓製造材料的三分之一。

▲晶圓製造材料細分佔比

4、 半導體材料技術壁壘高 國內自給率低

半導體材料屬於高技術壁壘行業，特別是晶圓製造材料，技術要求高，生產難度大。目前，半導體材料高端產品大多集中在美國、日本、德國、韓國、中國臺灣等國家和地區生產商。國內由於起步晚，技術積累不足，整體處於相對落後的狀態。目前，國內半導體材料主要集中在中低端領域，高端產品基本被國外生產商壟斷。如矽片，2017 年全球五大矽片廠商佔據了全球 94%的市場份額。

近年來國內半導體材料生產商加大了研發投入，大力推進半導體材料的研發及生產，力爭實現國產替代。目前在部分細分領域，已經突破國外壟斷，實現規模化供貨。如 CMP 拋光材料的龍頭企業安集科技，公司化學機械拋光液已在 130-28nm 技術節點實現規模化銷售，主要應用於國內 8 英寸和 12 英寸主流晶圓產線；濺射靶材龍頭江豐電子，16 納米技術節點實現批量供貨，同時還滿足了國內廠商 28 納米技術節點的量產需求。

▲晶圓製造材料細分領域龍頭企業

二、 半導體材料：品種多 技術壁壘高 1、 半導體材料—矽

矽是半導體行業中最重要的材料，約佔整個晶圓製造材料價值的三分之一。目前，90%以上的集成電路晶片是用矽片作為襯底製造出來的。整個半導體產業就是建立在矽材料之上的。

矽片質量對半導體製造至關重要。在矽片上製造的晶片最終質量與採用矽片的質量有直接關係。如果原始矽片上遊缺陷，那麼最終晶片上也肯定存在缺陷。

▲矽片上的晶片

按晶胞排列是否規律，矽可分為單晶矽和多晶矽。單晶矽晶胞在三維方向上整齊重複排列，而多晶矽晶胞則呈不規律排列。單晶矽在力學性質、電學性質等方面，都優於多晶矽。集成電路製造過程中使用的矽片都是單晶矽，因為晶胞重複的單晶結構能夠提供製作工藝和器件特性所要求的電學和機械性質。

▲多晶和單晶結構示意圖

矽片的製備從晶體生長開始，形成單晶錠後經過修整和磨削再切片，再經過邊緣打磨、精研、拋光等步驟後，最後檢查得到的矽片是否合格。

▲矽片製造流程

單晶矽生產 。單晶生長分為直拉（CZ）法和區熔（FZ）法，直拉法是目前主流的生長方法，佔據 90%市場。

直拉法：工藝成熟，更容易生長大直徑單晶矽，生長出的單晶矽大多用於集成電路元件。

區熔法：由於熔體不與容器接觸，不易汙染，因此生長出的單晶矽純度較高，主要用於功率半導體。但區熔法較難生長出大直徑單晶矽，一般僅用於 8 寸或以下直徑工藝。

▲CZ 拉單晶爐

▲區熔法晶體生長

大尺寸矽片是矽片未來發展的趨勢。大尺寸矽片帶來的優點有兩個：

單片矽片製造的晶片數目越多：在同樣的工藝條件下，300mm 半導體矽片的可使用面積超過 200mm 矽片的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產的晶片數量的指標）是 200mm 矽片的 2.5 倍左右，大尺寸矽片上能製造的晶片數目更多；

利用率更高：在圓形矽片上製造矩形的矽片會使矽片邊緣處的一些區域無法被利用，從而帶來部分浪費，隨之晶圓尺寸的增大，損失比就會減小。

▲不同尺寸矽片比較

隨著半導體技術的發展和市場需求的變化，大尺寸矽片佔比將逐漸提升。目前 8 英寸矽片主要用於生產功率半導體和微控制器，邏輯晶片和存儲晶片則需要 12 英寸矽片。2018 年 12 英寸矽片全球市場份額預計為 68.9%，到 2021 年佔比預計提升至 71.2%。

▲12 英寸矽片市場佔比情況

半導體矽片投入資金多，研發周期長，是技術壁壘和資金壁壘都極高的行業。由於下遊客戶認證時間長，矽片廠商需要長時間的技術和經驗積累來提升產品的品質，滿足客戶需求，以獲得客戶認證。

目前全球矽片市場處於寡頭壟斷局面。2018 年全球半導體矽片行業銷售額前五名企業的市場份額分別為：日本信越化學 28%，日本 SUMCO 25%，中國臺灣環球晶圓 14%，德國 Siltronic 13%，韓國 SK Siltron 9%，前五名的全球市場市佔率接近 90%，市場集中度高。

▲2018 全球半導體矽片產能情況

近年來全球半導體矽片出貨面積穩步增長。2018 年全球半導體矽片出貨面積達127.3 億平方英寸，同比 2017 年增長 7.79%；銷售金額為 113.8 億美元，同比 2017年增長 30.65%，單價每平方英寸 0.89 美元，較 2017 年增長 21%。

目前 12 英寸和 8 英寸矽片是市場主流。2018 年全球 12 英寸矽片需求均值在600-650 萬片/月，8 英寸均值在 550-600 萬片/月。12 英寸矽片主要被 NAND 和DRAM 需求驅動，8 英寸主要被汽車電子和工業應用對功率半導體需求驅動。長期看 12 英寸和 8 英寸依然是市場的主流。

國內積極布局大矽片生產，規劃產能大。截至 2018 年年底，根據各個公司已量產產線披露的產能，8 英寸矽片產能已達 139 萬片/月，12 英寸矽片產能 28.5 萬片/月。預計 2020 年 8 英寸矽片實際月需求將達到 172.5 萬片，2020 年 12 英寸矽片實際需求為 340.67 萬片/月。為滿足國內大矽片的需求，我國正積極布局大矽片的生產。目前公布的大矽片項目已超過 20 個，預計總投資金額超過 1400 億，到 2023年 12 英寸矽片總規劃產能合計超過 650 萬片。

2、 光刻膠

光刻是整個集成電路製造過程中耗時最長、難度最大的工藝，耗時佔 IC 製造 50%左右，成本約佔 IC 生產成本的 1/3。光刻膠是光刻過程最重要的耗材，光刻膠的質量對光刻工藝有著重要影響。

光刻是將圖形由掩膜版上轉移到矽片上，為後續的刻蝕步驟作準備。在光刻過程中，需在矽片上塗一層光刻膠，經紫外線曝光後，光刻膠的化學性質發生變化，在通過顯影后，被曝光的光刻膠將被去除，從而實現將電路圖形由掩膜版轉移到光刻膠上。再經過刻蝕過程，實現電路圖形由光刻膠轉移到矽片上。在刻蝕過程中，光刻膠起防腐蝕的保護作用。

▲光刻過程示意圖

根據化學反應機理和顯影原理的不同，光刻膠可以分為負性膠和正性膠。對某些溶劑可溶，但經曝光後形成不可溶物質的是負性膠；反之，對某些溶劑不可溶，經曝光後變成可溶的為正性膠。

▲正膠和負膠及其特點

從需求端來看，光刻膠可分為半導體光刻膠、面板光刻膠和 PCB 光刻膠。其中，半導體光刻膠的技術壁壘最高。

▲按應用領域光刻膠分類

光刻膠是半導體材料中技術壁壘最高的品種之一。光刻膠產品種類多、專用性強，是典型的技術密集型行業。不同用途的光刻膠曝光光源、反應機理、製造工藝、成膜特性、加工圖形線路的精度等性能要求不同，導致對於材料的溶解性、耐蝕刻性、感光性能、耐熱性等要求不同。因此每一類光刻膠使用的原料在化學結構、性能上都比較特殊，要求使用不同品質等級的光刻膠專用化學品。

光刻膠一般由 4 種成分組成：樹脂型聚合物、光活性物質、溶劑和添加劑。樹脂是光刻膠中佔比最大的組分，構成光刻膠的基本骨架，主要決定曝光後光刻膠的基本性能，包括硬度、柔韌性、附著力、耐腐蝕性、熱穩定性等。光活性物質是光刻膠的關鍵組分，對光刻膠的感光度、解析度等其決定性作用。

▲光刻膠組成成分及功能

解析度、對比度和敏感度是光刻膠的核心技術參數。隨著集成電路的發展，晶片製造特徵尺寸越來越小，對光刻膠的要求也越來越高。光刻膠的核心技術參數包括解析度、對比度和敏感度等。為了滿足集成電路發展的需要，光刻膠朝著高解析度、高對比度以及高敏感度等方向發展。

▲光刻膠主要技術參數

目前全球光刻膠市場基本被日本和美國企業所壟斷。光刻膠屬於高技術壁壘材料，生產工藝複雜，純度要求高，需要長期的技術積累。日本的 JSR、東京應化、信越化學及富士電子四家企業佔據了全球 70%以上的市場份額，處於市場壟斷地位。

▲全球光刻膠企業市場佔比

光刻膠市場需求逐年增加，2018 年全球半導體光刻膠銷售額 12.97 億美元。隨著下遊應用功率半導體、傳感器、存儲器等需求擴大，未來光刻膠市場將持續擴大。

▲全球半導體光刻膠市場規模及預測

由於光刻膠的技術壁壘較高，國內高端光刻膠市場基本被國外企業壟斷。特別是高解析度的 KrF 和 ArF 光刻膠，基本被日本和美國企業佔據。

國內光刻膠生產商主要生產 PCB 光刻膠，面板光刻膠和半導體光刻膠生產規模相對較小。國內生產的光刻膠中，PCB 光刻膠佔比 94%，LCD 光刻膠和半導體光刻膠佔比分別僅有 3%和 2%。

▲國內光刻膠產品情況

國內光刻膠市場規模保持穩定增長，從 2011 年的 30.4 億元增長到 2018 年的 62.3億元，複合增長率達 11.59%。預計 2018 年國內光刻膠市場規模約為 62.3 億元。

▲中國光刻膠市場規模及增速

國內光刻膠需求量方面，2011 年光刻膠需求量為 3.51 萬噸，到 2017 年需求量為7.99 萬噸，年複合增長率達 14.69%。2018 年國內光刻膠需求量預計為 8.44 萬噸。

▲中國光刻膠需求量及增速

國內光刻膠需求量遠大於本土產量，且差額逐年擴大。由於國內光刻膠起步晚，目前技術水平相對落後，生產產能主要集中在 PCB 光刻膠、TN/STN-LCD 光刻膠等中低端產品，TFT-LCD、半導體光刻膠等高技術壁壘產品產能極少，仍需大量進口，從而導致國內光刻膠需求量遠大於本土產量。

3、 掩膜版

掩膜版（Photomask），又稱光罩、光掩膜、光刻掩膜版、掩模版等，是下遊行業產品製造過程中的圖形「底片」，是承載圖形設計和工藝技術等智慧財產權信息的載體。在光刻過程中，掩膜版是設計圖形的載體。通過光刻，將掩膜版上的設計圖形轉移到光刻膠上，再經過刻蝕，將圖形刻到襯底上，從而實現圖形到矽片的轉移。掩膜版是光刻過程中的重要部件，其性能的好壞對光刻有著重要影響。

▲掩膜版工作原理

掩膜版的構造如下圖所示，其材質根據需求不同，可選擇不同的玻璃基板。目前隨著工藝技術的精進，以具有低熱膨脹係數、低鈉含量、高化學穩定性及高光穿透性等特質的石英玻璃為主流，在其上鍍有約 100nm 的不透光鉻膜作為 I 作層及約20nm 的氧化鉻來減少光反射，增加工藝的穩定性。

▲掩膜版結構圖

掩模板之所以可作為圖形轉移的一種模板，關鍵就在於有無鉻膜的存在，有鉻膜的地方，光線不能穿透，反之，則光可透過石英玻璃而照射在塗有光刻膠的晶片上，晶片再經過顯影，就能產生不同的圖形。也正是由於掩模板可用於大量的圖形轉移，所以掩模板上的缺陷密度將直接影響產品的優品率。

根據 SEMI 公布數據，2018 年全球半導體掩模版銷售額為 35.7 億美元，佔到總晶圓製造材料市場的 13%。預計全球半導體掩模版市場可在 2020 年達到 40 億美元。

從生產商來看，目前全球掩膜版生產商主要集中在日本和美國的幾個巨頭，包括日本凸版印刷 TOPAN、日本大印刷，美國 Photronics，日本豪雅 HOYA，日本 SK電子等。其中，Photronics、大日本印刷株式會社 DNP 和日本凸版印刷株式會社Toppan 三家佔據全球掩膜版領域 80%以上市場份額。此外，晶圓製造廠也會採取自製方式對內提供掩膜版，如英特爾、臺積電、三星等都有自製掩膜版業務。

▲全球掩膜版生產商市場佔比

國內光掩膜版市場規模保持穩定增長，2016 年國內市場規模為 59.5 億元，規模較上年同期增長 4.94%。

國內掩膜版供需缺口逐年擴大。2011 年國內掩膜版需求 5.09 萬平方米，國內掩膜版產量 0.87 萬平方米，淨進口量 4.22 萬平方米，2016 年國內掩膜版需求7.98 萬平方米，國內掩膜版產量 1.69 萬平方米，供需缺口達 6.29 萬平方米。

▲國內光掩膜版供需情況

目前中國大陸的平板顯示行業處於快速發展期，對掩膜版行業的需求持續增加。根據 IHS 統計測算，中國大陸平板顯示行業掩膜版需求量佔全球比重，從 2011 年的5%上升到 2017 年的 32%。未來隨著相關產業進一步向國內轉移，國內平板顯示行業掩膜版的需求量將持續上升，預計到 2021 年，中國大陸平板顯示行業掩膜版需求量全球佔比將達到 56%。

4、電子氣體

電子氣體是超大規模集成電路、平面顯示器件、化合物半導體器件、太陽能電池、光纖等電子工業生產不可缺少的原材料，它們廣泛應用於薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等工藝。在半導體製造過程中，幾乎每一步都離不開電子氣體，其質量對半導體器件的性能有著重要影響。

純度是電子氣體最重要的指標，氣體純度常用的表示方法有兩種：

用百分數表示：如 99%，99.9%，99.99%，99.9999%等；

用「 N」表示：如 3N，5N，5.5N 等，數目 N 與百分數表示中的「9」 的個數相對應，小數點後的數表示不足「9」的數，如 5.5N 表示 99.9995%。

根據氣體純度不同，氣體可分為普通氣體、純氣體、高純氣體及超高純氣體 4 個等級。

半導體製造領域，一個矽片需要經過外延、成膜、摻雜、蝕刻、清洗、封裝等多項工藝，這個過程需要的高純電子化學氣體及電子混合氣高達 30 多種以上，且每一種氣體應用在特定的工藝步驟中。

▲按半導體製造工藝不同氣體分類

電子氣體的技術壁壘極高，最核心的技術是氣體提純技術。此外超高純氣體的包裝和儲運也是一大難題。在半導體製造中，電子氣體純度每提升一個數量級，都會促進器件性能的有效提升。

▲按半導體製造工藝不同氣體分類

為了得到超高純氣體，氣體製造需要進行以下幾個步驟 :

氣體分離：氣體的分離方法有精餾法、吸附法和膜分離法。精餾法是應用最廣泛的方法，可分為連續精餾法和間歇精餾法。連續精餾法操作時原料液連續地加入精餾塔內，再沸器取出部分液體作為塔底產品；間歇精餾法原料液一次加入精餾釜中，因而間歇精餾塔只有精餾段而無提餾段。

氣體提純：氣體製造通常是先將氣體進行粗分離，再通過氣體提純技術來提高其純度。氣體提純技術主要有化學反應法、選擇吸附法、低溫精餾法和薄膜擴散法等。

氣體純度檢驗：得到提純後的氣體，需對氣體進行檢測來驗證其純度。隨著電子氣體純度越來越高，純度檢驗也越來越重要。氣體中雜質含量檢測從 10-6 （ppm）級、到 10-9（ppb）級甚至 10-12（ppt）級。

氣體的充裝與運輸：超高純氣體對充裝和運輸都有特別的要求，要求使用特殊的儲運容器、特殊的氣體管道及閥門接口等，避免二次汙染。

在半導體行業中，電子氣體作為不可或缺的原材料，在各個環節中都得到廣泛應用，如電子級矽的製備、化學氣相沉積成膜、晶圓刻蝕工藝等過程，眾多種類的氣體都起到了至關重要的作用。

電子級矽製備 。電子級矽的製備採用西門子法還原法，在製備過程中用到的氣體有 HCl 和 H2等。發生的化學反應包括：

SiO2+C->Si+CO2↑；Si+HCl→SiHCl3+H2↑；SiHCl3+H2→ Si+HCl

電子級矽對純度有著極高的要求，目前純度要求在 11N9 以上。未了得到電子級純度矽，製備過程中氣體的純度要求在 6N9 以上。目前國內 12 英寸 11N9 電子級矽基本從日本進口。

化學氣相沉積成膜 。化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）是利用高真空下，氣體混合發生相關化學反應最終形成膜。典型的 CVD 成膜有二氧化矽絕緣膜製備和氮化矽絕緣膜製備。

在二氧化矽絕緣膜製備中，SiH4是主要氣體，採用 6N9 級別的 O2、N2O 作用輔助氣體。晶 圓加工 工藝中 生長二 氧化矽 （SiO2）絕 緣膜涉 及的化 學反應

SiH4+O2->SiO2+2H2↑ ；SiH4+N2O->SiO2+2N2+H2。

在 氮 化 矽 絕 緣 膜 制 備 中 ， 氮 化 矽 (Si3N4) 絕 緣 膜 涉 及 的 化 學 反 應 有 ：

3SiH4+4NH3->Si3N4+12H2；3SiH2Cl2+4NH3->Si3N4+6HCl+6H2。

目前國內在建晶圓加工產線在製備半導體膜和絕緣層的過程中涉及的電子特種氣體包括 SiH4、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、AsCl3 等原料氣體，以及 H2、HCl、O2、N2O、NH3等反應氣體。在國內半導體發展的過程中，實現 6N9 以上純度的反應氣體存在較大市場空間。

晶圓刻蝕工藝 。在矽基底刻蝕中，主要選用氟基氣體，例如氟利昂-14（CF4），在此過程中需要刻蝕部位的Si與CF4反應生成SiF4而除去，其化學反應式為：

Si+CF4+O2->SiF4+CO2。

氟利昂-116（C2F6）和氟利昂-23（CHF3）在刻蝕矽時容易產生聚合膜從而影響刻蝕效果，但是在刻蝕 SiO2的時候不會出現此類現象，因此可用於 SiO2的刻蝕。同時由於半導體 Si 薄膜存在各向同性的特點，刻蝕選擇性差，因此後續開發中引入氯基（Cl2）和溴基（Br2、HBr）作用，最終生成物中還包括 SiBr4和 SiCl4從而提高選擇性。

目前國內在建產線匯總涉及薄膜的氣體包括 CF4、C2F6、CHF3、Cl2、Br2、HBr 和CH2F2 等，但是此類刻蝕氣體用量相對較少，刻蝕過程中需與相關惰性氣體 Ar、N2等共同作用實現刻蝕程度的均勻。

隨著集成電路製造產業的發展，全球集成電路用電子氣體的市場規模也逐漸擴大。2018 年全球集成電路用電子氣體市場規模達到 45.12 億美元，同比增長 15.93%。

▲全球集成電路用電子氣體市場規模

電子氣體純度要求高，製備難度大，目前以美國空氣化工、美國普萊克斯、德國林德集團、法國液化空氣和日本大陽日酸株式會社為首的五大氣體公司控制著全球 90%以上的電子氣體市場份額。

▲全球電子氣體生產商市佔率

國內情況：2018 年國內半導體用電子特氣市場規模約 4.89 億美元。經過 30 多年的發展，我國半導體用電子特氣已經取得了不錯的成績，中船重工 718 所、綠菱電子、廣東華特等均在 12 英寸晶圓用產品上取得了突破，並且實現了穩定的批量供應。2018 年 5 月，中船重工 718 所舉行二期項目開工儀式，2020 年全部達產後，將年產高純電子氣體 2 萬噸，三氟化氮、六氟化鎢、六氟丁二烯和三氟甲基磺酸 4個產品產能將居世界第一。

5、 溼化學品

溼化學品（Wet Chemicals），是微電子、光電子溼法工藝製程中使用的各種電子化工材料。溼化學品在半導體領域主要應用於集成電路製造過程中的清洗和腐蝕步驟，其純度和潔淨度影響著集成電路的性能及可靠性。

按應用領域劃分，溼化學品主要應用於半導體、平板顯示、太陽能以及 LED 等領域。其中，半導體製造領域對溼化學品的要求最高，技術難度最大。

▲溼化學品應用領域

▲按應用領域溼化學品分類

為了適應電子信息產業微處理工藝技術水平不斷提高的趨勢，並規範世界超淨高純試劑的標準，國際半導體設備與材料組織（SEMI）將超淨高純試劑按金屬雜質、控制粒徑、顆粒個數和應用範圍等指標制定國際等級分類標準。

▲溼化學品 SEMI 標準

目前全球溼化學品的市場主要分為三大塊：歐美企業、日本企業、以及韓國、中國大陸和臺灣地區企業。

歐美企業：主要有德國巴斯夫（Basf）公司、美國 Ashland 公司、美國 Arch 化學品公司、美國霍尼韋爾公司、AIR PRODUCTS、德國 E.Merck 公司、美國Avantor Performance Materials 公司、ATMI 公司等。歐美企業佔據全球 33%的市場份額。

日本企業：主要企業包括關東化學公司、三菱化學、東京應化、京都化工、日本合成橡膠、住友化學、和光純藥工業（Wako）、stella-chemifa 公司等。日本企業佔全球 27%的市場份額。

韓國、中國大陸及臺灣地區企業：三者佔比總計 38%，其中韓國、臺灣企業在生產技術上具有一定優勢，在高端市場領域與歐美、日本企業相比也有一定的競爭力。中國大陸溼電子化學品企業距世界整體水平還有一定距離，近年來，包括格林達在內的溼電子化學品企業持續技術創新，在個別領域已接近國際領先水平。

▲2018 年全球溼化學品市場格局

受益於半導體、平板顯示以及太陽能等下遊產業的快速發展，溼電子化學品近年的發展也非常迅速。2018 年，全球溼電子化學品市場規模約 52.65 億美元。應用量方面，半導體市場應用量約 132 萬噸，平板顯示市場應用量約 101 萬噸，太陽能電池領域應用達 74 萬噸，三大市場應用量共計達到 307 萬噸。預計到 2020 年，全球溼電子化學品整體市場規模將達到 58.5 億美元，在全球三大領域應用量達到 388萬噸，複合增長率約 12.42%。

2018 年國內溼電子化學品整體市場規模 79.62 億元，同比增速 4.09%，需求量約為 90.51 萬噸。預計到 2020 年，國內溼電子化學品市場規模有望突破 105 億元，需求量也將達到 147.04 萬噸。

▲國內溼電子化學品市場規模情況

隨著國內半導體行業、平板顯示行業以及太陽能行業的快速發展，溼電子化學品的需求也迎來增長，促進了整個溼電子化學品行業的迅速發展。2012 年國內溼電子化學品產量 18.7 萬噸，2018 年產量達到 49.5 萬噸，年均複合增長率達 17.61%。

▲國內溼電子化學品生產量及增速

從下遊領域需求細分情況來看，2018 年半導體行業溼電子化學品需求量為 28.27萬噸，平板顯示行業需求量為 34.08 萬噸，太陽能行業需求量為 28.16 萬噸，相比2017 年都有所增加，特別是平板顯示行業，需求增加明顯。

國內溼電子化學品由於起步較晚，技術水平與國際先進水平有一定差距。但在某些領域已經具備一定的競爭力。

6、濺射靶材

濺射靶材是物理氣相沉積（PVD）工藝步驟中所必需的材料，是製備薄膜的關鍵材料。濺射工藝是利用離子源產生的離子，在真空中被加速形成告訴離子流，利用高速粒子流轟擊固體表面，使得固體表面的原子脫離靶材沉積在襯底表面，從而形成薄膜。這個薄膜的形成過程稱為濺射，被轟擊的固體被稱為濺射靶材。靶材是濺射過程的核心材料。

▲濺射過程示意圖

濺射靶材種類繁多，依據不同的分類標準，可以有不同的類別。濺射靶材可按形狀分類、按化學成份分類以及按應用領域分類。

▲濺射靶材分類

濺射靶材的應用領域廣泛，由於應用領域不同，濺射靶材對金屬材料的選擇和性能要求都有所不同。其中，半導體晶片對靶材的技術要求最高，對金屬的純度、內部微觀結構等都有極高的標準。

▲濺射靶材按應用領域分類

按生產工藝的不同，濺射靶材的製備可分為熔融鑄造法和粉末冶金法。

熔融鑄造法是製備磁控濺射靶材的基本方法之一，常用的熔煉方法有真空感應熔煉、真空電弧熔煉和真空電子轟擊熔煉等。高純金屬如 Al、Ti、Ni、Cu、Co、Ta、Ag、Pt 等具有良好的塑性，直接在原有鑄錠基礎上進一步熔鑄後，進行鍛造、軋制和熱處理等熱機械化處理技術進行微觀組織控制和坯料成型。

與粉末冶金法相比，熔融鑄造法生產的靶材產品雜質含量低，緻密度高，但材料內部存在一定孔隙率，需後續熱加工和熱處理工藝降低其孔隙率。

粉末冶金法是目前濺射靶材的主要製備方法，具有容易獲得均勻細晶結構、節約原材料、生產效率高等優點。通常，熔融鑄造法無法實現難熔金屬濺射靶材的製備。對於熔點和密度相差較大的兩種或兩種以上的金屬，採用普通的熔融鑄造法，一般也難以獲得成分均勻的合金靶材。對於無機非金屬靶材、複合靶材，熔融鑄造法更是無能為力，而粉末冶金法是解決製備上述靶材技術難題的最佳途徑。

粉末冶金法製備靶材時，其關鍵在於：一是選擇高純、超細粉末作為原料；二是選擇能實現快速緻密化的成形燒結技術，以保證靶材的低孔隙，並控制晶粒度；三是製備過程嚴格控制雜質元素的引入。

根據中國電子材料行業協會的統計，2016 年全球濺射靶材市場規模 113.6 億美元，其中平板顯示領域市場規模 38.1 億美元，佔比 33.54%，半導體領域市場規模 11.9億，太陽能領域規模 23.4 億美元。

▲全球高純濺射靶材市場規模及增速

在濺射靶材領域，美國、日本企業佔據全球市場主要份額。濺射靶材是典型的高技術壁壘行業，由於靶材起源發展於國外，高端產品被以美日為代表的國外企業所壟斷。日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯、住友化學、愛發科等佔據全球靶材市場主要份額。

▲濺射靶材全球主要生產商

從國內情況來看，2015 年國內高純濺射靶材市場規模 153.5 億元，其中平板顯示領域市場規模達69.3億元，佔比45.15%。近幾年隨著國內半導體產業的迅速發展，國內晶圓廠迎來投建高峰，半導體材料領域市場規模將得到快速增長。

7、 CMP 拋光材料

化學機械拋光（CMP，Chemical Mechanical Polishing）是集成電路製造過程中實現晶圓表面平坦化的關鍵工藝。CMP 技術是使用效果最好，應用最廣泛的平坦化技術，同時也是目前實現全局平坦化的唯一技術。

CMP 工藝是機械拋光和化學拋光相結合的技術。單純的機械拋光表面一致性好，平整度高，但表面容易出現損失；化學拋光速率快，表面光潔度高，損失低，但表面平整度差。CMP 工藝則兩種拋光的完美結合，既可獲得較為完美的表面，又可得到較高的拋光速率，得到的平整度比其他方法高兩個數量級。

CMP 工藝通過表面化學作用和機械研磨技術相結合實現晶圓表面的平坦化，其工作原理是通過各類化學試劑的化學作用，結合納米磨料的機械研磨作用，在一定壓力下被拋光的晶圓對拋光墊做相對運動，從而使得被拋光的晶圓表面達到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。

▲CMP 工作原理

CMP 工藝過程用到的材料有拋光液、拋光墊、調節器等，其中拋光液和拋光墊是最核心的材料，佔比分別為 49%和 33%。

▲CMP 材料細分市場佔比

拋光液的主要成分包含研磨顆粒、各種添加劑和水，其中研磨顆粒主要為矽溶膠和氣相二氧化矽。拋光液原料中添加劑的種類可根據實際需求進行配比，如金屬拋光液中有金屬絡合劑、腐蝕抑制劑等，非金屬拋光液中有各種調節去除速率和選擇比的添加劑。

拋光液的核心技術是添加劑配方，這直接決定了最終的拋光效果。根據拋光的對象不同，可以調整拋光液的配方，從而達到更好的拋光效果。目前，拋光液的配方是各個公司的核心技術，也是拋光液的技術壁壘所在。

拋光墊粘附在轉盤的上表面，它是在 CMP 中決定拋光速率和平坦化能力的一個重要部件。為了能控制磨料，拋光墊通常用聚亞胺脂做成，因為聚亞胺脂有像海綿一樣的機械特性和多孔吸水特性。拋光墊中的小孔能幫助傳輸磨料和提高拋光均勻性。

拋光墊表面會變得平坦和光滑，達到一種光滑表面的狀態，這種光滑表面的拋光墊不能保存拋光磨料，會顯著降低拋光速率。因此拋光墊要求進行定期修整來降低光滑表面的影響。修整的目的是要在拋光墊的壽命期間獲得一致的拋光性能。

CMP 技術中，在拋光墊的壽命期間，控制拋光墊的性質以保證重複的拋光速率是一項最大的挑戰。拋光速率是在平坦化過程中材料被去除的速度，單位通常是納米每分鐘。

拋光墊的技術壁壘主要是溝槽的設計及提高使用壽命。溝槽使得拋光過程中的碎屑更容易流走，從而得到更為平整的矽片表面。拋光墊由於是消耗品，所以提高使用壽命能降低工藝成本。

根據 Cabot Microelectronics 官網公開披露的資料，2016 年、2017 年和 2018 年全球化學機械拋光液市場規模分別為 11.0 億美元、12 億美元和 12.7 億美元，預計2017-2020 年全球 CMP 拋光液材料市場規模年複合增長率為 6%。拋光墊方面，2016-2018 年全球化學機械拋光墊市場規模分別為 6.5 億美元、7 億美元和 7.4 億美元。

▲全球 CMP 拋光液及拋光墊市場規模

全球化學機械拋光液市場主要被美國和日本企業壟斷，主要企業包括美國的 CabotMicroelectronics 、 Versum 和 日本 的 Fujifilm 等 。 其 中， 2017 年 ， CabotMicroelectronics 是全球拋光液市場的龍頭企業，市佔率最高，但已經從 2000 年的約 80%下降至 2017 年的約 35%。

在拋光墊方面，全球市場幾乎被美國陶氏所壟斷，陶氏佔據了全球拋光墊市場約 79%的市場份額。國外其他拋光墊生產商有美國的 Cabot Microelectronics、日本東麗、臺灣三方化學等。

智東西認為， 由於半導體製造與封測技術的複雜性，從晶圓裸片到晶片成品，中間需要經過濺射、光刻、刻蝕等上百道特殊的工藝步驟。這些半導體材料可以說是晶片製造的最基礎也是最關鍵的步驟。但是，從文中可以看到，大部分半導體材料領域都是由歐美日等國壟斷，國內與國際巨頭差距巨大，但是，隨著我國半導體行業千載難逢的發展機遇的來臨，希望國產材料商能夠順勢崛起，建設出一條自主可控的集成電路產業鏈。