電子行業(yè)半導(dǎo)體材料系列報告之二:AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖高端材料國產(chǎn)化進(jìn)程加速_第1頁
電子行業(yè)半導(dǎo)體材料系列報告之二:AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖高端材料國產(chǎn)化進(jìn)程加速_第2頁
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文檔簡介

21、AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖2、硅片:庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升3、電子特氣:貫穿晶圓制造的多個流程,全球市場被歐美日企業(yè)占據(jù)4、掩膜版:國產(chǎn)替代空間廣闊,龍頭企業(yè)蓄勢待發(fā)5、光刻膠:逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程6、濕電子化學(xué)品:技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快7、

CMP材料:CMP環(huán)節(jié)仍存在較大國產(chǎn)化空間8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高9、投資建議10、風(fēng)險分析1、半導(dǎo)體材料分為晶圓制造材料和封裝材料半導(dǎo)體材料是制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要材料,是半導(dǎo)體制造工藝的核心基礎(chǔ)。按照工藝的不同,半導(dǎo)體材料可分為晶圓制造材料和封裝材料。以2021年為例,根據(jù)SEMI,對前道制造材料成本以及后道封裝材料成本進(jìn)行拆分,其中成本占比最大的為硅片/其他襯底成本(20.72%);其余材料成本占比從大至小排序分別為封裝基板(14.88%)、濕電子化學(xué)品(8.79%)、光刻膠及配套材料(8.29%)、掩膜版(8.10%)、鍵合絲(5.58%)、引線框架(5.58%)、封裝樹脂(4.84%)、CMP

材料(4.46%)、陶瓷封裝(4.09%)、電子特氣(2.51%)、靶材(1.82%)、芯片粘結(jié)材料(1.49%)。資料來源:安集科技公司公告圖

1:半導(dǎo)體材料圖

2:2021年半導(dǎo)體材料成本拆分資料來源:SEMI,付斌《從砂到芯:芯片的一生》,未來半導(dǎo)體網(wǎng)31、晶圓制造材料為半導(dǎo)體材料市場中占比較大的領(lǐng)域資料來源:SEMI,頭豹研究院材料類型主要材料主要用途晶圓制造材料硅片晶圓制造基地材料,貫穿芯片制造和封測環(huán)節(jié)電子氣體起到氧化、還原、除雜等作用,貫穿整個制造環(huán)節(jié)掩膜版光刻工藝中線路圖母版光刻膠配套試劑起到增強光刻膠黏性、剝離光刻膠等作用濕電子化學(xué)品清洗、刻蝕等工藝環(huán)節(jié)CMP材料實現(xiàn)襯底表面平坦化光刻膠將掩膜版圖案轉(zhuǎn)移至襯底材料靶材薄膜沉積的元素材料其他制造材料/封裝材料封裝基板保護(hù)芯片、物理支撐、連接芯片與電路板、散熱鍵合絲連接芯片和引線框架引線框架保護(hù)芯片、物理支撐、連接芯片與電路板包封材料保護(hù)、散熱、絕緣、支撐陶瓷基板應(yīng)用于大功率、高溫等場景芯片粘結(jié)材料應(yīng)用于芯片封裝固晶工藝其他封裝材料/根據(jù)Technavio的研究,從市場細(xì)分來看,2023年晶圓制造材料(Fab

materials)是最大的半導(dǎo)體材料細(xì)分市場,占據(jù)了61.6%的市場份額,封裝材料(Packaging

materials)則占據(jù)了

38.4%的市場份額。表

1:半導(dǎo)體材料分類圖

3:2023年半導(dǎo)體材料市場構(gòu)成資料來源:

Technavio41、

晶圓廠產(chǎn)能擴(kuò)張帶動半導(dǎo)體材料市場規(guī)模增長根據(jù)SEMI,2023年全球半導(dǎo)體材料市場銷售額從2022年的727億美元同比下降8.2%,至667億美元,主要因為2023年半導(dǎo)體行業(yè)處于去庫存過程中,晶圓廠利用率下降,從而材料消耗下降。2023年,晶圓制造材料銷售額下降7%至415億美元,封裝材料銷售額下降10.1%至252億美元。根據(jù)SEMI

數(shù)據(jù),中國大陸半導(dǎo)體材料市場規(guī)??焖僭鲩L,從2019年為593億元增長至2023年的979億元,估算2024年規(guī)模為1011億元。資料來源:集成電路材料研究院,SEMI預(yù)測,勢銀研究,立鼎產(chǎn)業(yè)研究院,華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、ICInsights、QYResearch(備注:匯率取

1

美元=7.1963

人民幣)表

2:半導(dǎo)體材料前道市場規(guī)模、增長率及國產(chǎn)化率半導(dǎo)體材料2022年國內(nèi)市場規(guī)模

(億元)2025年國內(nèi)市場規(guī)模預(yù)測

(億元)增長幅度2023年國產(chǎn)化率硅片136.73231.0568.89%20%-30%電子特氣22131743.44%30%-40%掩膜版66.659441.04%5%光刻膠及配套材料4052.4931.23%0%-10%CMP材料(拋光液)18.582956.08%20%-25%CMP材料(拋光墊)15.4824.1656.08%30%濕電子化學(xué)品80.2102.728.05%20%-30%靶材25.34369.96%30%-40%前驅(qū)體46.760.0828.64%低圖

4:2019-2023年全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模(單位:十億美元)資料來源:SEMI材料市場數(shù)據(jù)訂閱(MMDS),2024年5月圖

5:

2019-2024年中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模(單位:億元)05資料來源:

SEMI統(tǒng)計及預(yù)測,中商產(chǎn)業(yè)研究院整理12001000800600400200201920202021202220232024E1、

AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動市場進(jìn)一步增長根據(jù)SEMI數(shù)據(jù),中國臺灣地區(qū)2023年依然為全球最大的半導(dǎo)體材料消費地區(qū),2023年半導(dǎo)體材料銷售額為192億美元,同比下降4.7%。2023年中國大陸半導(dǎo)體銷售額為131億美元,同比增長0.9%,韓國銷售額為106億美元,同比下降18%。資料來源:SEMI20%10%0%30%40%50%60%70%圖

6:2022-2023全球各國家/地區(qū)半導(dǎo)體材料銷售額占比100%90%80%2022年2023年歐洲北美日本其他韓國中國大陸中國臺灣671、AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖2、硅片:庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升3、電子特氣:貫穿晶圓制造的多個流程,全球市場被歐美日企業(yè)占據(jù)4、掩膜版:國產(chǎn)替代空間廣闊,龍頭企業(yè)蓄勢待發(fā)5、光刻膠:逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程6、濕電子化學(xué)品:技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快7、

CMP材料:CMP環(huán)節(jié)仍存在較大國產(chǎn)化空間8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高9、投資建議10、風(fēng)險分析82、硅片:制作半導(dǎo)體的重要材料單晶硅錠經(jīng)過切片、研磨、蝕刻、拋光、外延(如有)、鍵合(如有)、清洗等一系列工藝步驟,最終制成半導(dǎo)體硅片。在半導(dǎo)體硅片上可布設(shè)晶體管及多層互聯(lián)線,從而形成具有特定功能的集成電路或半導(dǎo)體器件。在生產(chǎn)過程中,半導(dǎo)體硅片需盡可能減少晶體缺陷,保持極高的平整度和表面潔凈度,以確保集成電路或半導(dǎo)體器件的可靠性。半導(dǎo)體硅片通常按尺寸和工藝進(jìn)行分類。尺寸(以直徑計算)主要包括50mm(2英寸)、75mm(3英寸)、100mm(4英寸)、150mm(6英寸)、200mm(8英寸)和300mm(12英寸)等規(guī)格。在摩爾定律的推動下,半導(dǎo)體硅片正不斷向大尺寸方向發(fā)展。為提高生產(chǎn)效率并降低成本,大尺寸化成為半導(dǎo)體硅片制造技術(shù)的重要趨勢。硅片尺寸越大,單片硅片上可制造的芯片數(shù)量越多,單位芯片成本隨之降低。此外,由于在圓形硅片上制造矩形芯片會導(dǎo)致邊緣區(qū)域無法利用,硅片尺寸越大,邊緣損失相對越小,進(jìn)一步降低了芯片成本。例如,在相同工藝條件下,300mm半導(dǎo)體硅片的可使用面積是200mm硅片的兩倍以上,可使用率(衡量單位晶圓可生產(chǎn)芯片數(shù)量的指標(biāo))約為200mm硅片的2.5倍。資料來源:滬硅產(chǎn)業(yè)招股說明書圖

7:半導(dǎo)體硅片技術(shù)演進(jìn)史圖

8:

200mm

硅片與

300mm

硅片對比資料來源:滬硅產(chǎn)業(yè)招股說明書,臺灣聯(lián)華電子官網(wǎng)2、硅片:制作半導(dǎo)體的重要材料9根據(jù)制造工藝分類,半導(dǎo)體硅片主要可以分為拋光片、外延片與以

SOI

硅片

為代表的高端硅基材料。單晶硅錠經(jīng)過切割、研磨和拋光處理后得到拋光片。拋光片經(jīng)過外延生長形成外延片,拋光片經(jīng)過氧化、鍵合或離子注入等工藝處理后形成SOI硅片。資料來源:滬硅產(chǎn)業(yè)招股說明書整理表

3:按照制造工藝對硅片進(jìn)行分類類型產(chǎn)品簡介技術(shù)介紹應(yīng)用場景拋光片拋光片是經(jīng)過切割、研磨和拋光處理后的單晶硅片。拋光工藝通過去除表面損傷層,實現(xiàn)硅片平坦化,并減小表面粗糙度,滿足芯片制造對平整度和顆粒度的要求。拋光片可直接用于制作半導(dǎo)體器件,廣泛應(yīng)用于存儲芯片與功率器件,也可作為外延片和SOI硅片的襯底材料。外延片外延片是通過化學(xué)氣相沉積在拋光面上生長的硅單晶層。外延技術(shù)通過化學(xué)氣相沉積生長硅單晶層,減少缺陷,降低電阻率、厚度和晶格結(jié)構(gòu)的缺陷密度和氧含量。外延片常用于CMOS電路(如處理器芯片)和功率器件(如二極管、IGBT),廣泛應(yīng)用于工業(yè)電子、汽車電子等領(lǐng)域,提升器件可靠性并減少能耗。SOI硅片SOI硅片即絕緣體上硅,核心特征是在頂層硅和支撐襯底間引入氧化物絕緣層。SOI硅片具有寄生電容小、短溝道效應(yīng)小、低壓低功耗、集成密度高、速度快、工藝簡單、抗宇宙射線粒子能力強等優(yōu)點。適合應(yīng)用于耐高壓、耐惡劣環(huán)境、低功耗、集成度高的芯片,如射頻前端芯片、功率器件、汽車電子、傳感器及星載芯片等。2、

12寸為硅片主流趨勢,8英寸硅片仍具備應(yīng)用優(yōu)勢10硅片尺寸向12英寸演進(jìn)已成為主流趨勢,但8英寸硅片仍具備顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。根據(jù)摩爾定律,半導(dǎo)體硅片尺寸越大,單片硅片上可制造的芯片數(shù)量越多,從而有效降低單位芯片成本。12英寸硅片主要應(yīng)用于邏輯芯片(如CPU、GPU)、存儲芯片、FPGA和ASIC等高端領(lǐng)域,而8英寸硅片則廣泛應(yīng)用于功率器件、電源管理器、MEMS等領(lǐng)域。資料來源:SEMI,頭豹研究院表

4:硅片對應(yīng)制程節(jié)點及應(yīng)用領(lǐng)域尺寸制程應(yīng)用領(lǐng)域12英寸先進(jìn)制程10nm/7nm/5nm、3nm高性能智能手機(jī)處理器、高性能計算、顯卡16/14nm高性能計算(GPU)、智能手機(jī)處理器、高性能存儲芯片、FPGA等20-22nm存儲芯片、中低端智能手機(jī)處理器、移動設(shè)備影像處理等12英寸成熟制程28-32nmWi-Fi/藍(lán)牙芯片、普通處理器芯片、存儲芯片、ASIC芯片等45-65nmDSP、嵌入式MCU、車載導(dǎo)航/衛(wèi)星/GPS/NFC等芯片、存儲芯片等65-90nm物聯(lián)網(wǎng)MCU芯片、智能家居設(shè)備、傳感器芯片、功率管理芯片等8英寸90nm-0.13μm汽車MCU芯片、基站通信設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)MCU芯片、射頻芯片、模擬芯片、功率器件0.13μm-0.15μm指紋識別芯片、影像傳感器、通信MCU、電源管理芯片、功率器件、LED驅(qū)動、傳感器芯片0.18μm-0.25μm影像傳感器,嵌入式NVM6英寸0.35μm-0.5μmMOSFET、IGBT等0.5μm-1.2μmMOSFET、IGBT、MEMS、分立器件2、庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升資料來源:SEMI,中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計及預(yù)測受終端需求疲軟及高庫存影響,2023年全球半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模及出貨量出現(xiàn)同比下滑。根據(jù)SEMI及中商產(chǎn)業(yè)研究院,受終端市場需求疲軟影響,2023年全球半導(dǎo)體硅片出貨面積下降至126.02億平方英寸。2024年上半年在AI熱潮帶動下復(fù)蘇,估測2024年全年出貨面積將達(dá)130億平方英寸。隨著行業(yè)庫存去化接近尾聲,疊加終端市場需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步迎來復(fù)蘇。圖

9:2019-2024年全球半導(dǎo)體硅片出貨面積(單位:億平方英寸)160140120100806040200112019

2020

2021

2022

20232024E2、硅片行業(yè)頭部集中度較高,上游供應(yīng)商整體議價能力強資料來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院資料來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計及預(yù)測全球半導(dǎo)體硅片市場集中度較高。滬硅產(chǎn)業(yè)為中國大陸規(guī)模最大半導(dǎo)體硅片廠商,是中國大陸率先實現(xiàn)300mm半導(dǎo)體硅片規(guī)?;a(chǎn)和銷售的企業(yè)。半導(dǎo)體硅片市場的競爭格局主要表現(xiàn)為:中國目前半導(dǎo)體硅片企業(yè)主要參與低端產(chǎn)品市場競爭,高端產(chǎn)品市場競爭以國外龍頭廠商技術(shù)與品牌為主,行業(yè)現(xiàn)有競爭者競爭較為激烈。上游國產(chǎn)供應(yīng)商整體議價能力較強,替代品威脅較小。全球半導(dǎo)體硅片市場主要被日本、德國、韓國、中國臺灣地區(qū)的龍頭企業(yè)所壟斷。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院,2019-2023年中國半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模從77.10億元增至123.30億元,年均復(fù)合增長率達(dá)12.45%,估算2024年中國半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模為131億元。圖

10:2023年全球半導(dǎo)體硅片市場競爭格局(單位:%) 圖

11:2019-2024年中國半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模(單位:億元)16014012010080604020012201920202021202220232024E131、AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖2、硅片:庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升3、電子特氣:貫穿晶圓制造的多個流程,全球市場被歐美日企業(yè)占據(jù)4、掩膜版:國產(chǎn)替代空間廣闊,龍頭企業(yè)蓄勢待發(fā)5、光刻膠:逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程6、濕電子化學(xué)品:技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快7、

CMP材料:CMP環(huán)節(jié)仍存在較大國產(chǎn)化空間8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高9、投資建議10、風(fēng)險分析3、

電子特氣貫穿晶圓制造的多個流程14電子特種氣體在集成電路領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,種類繁多,覆蓋半導(dǎo)體制程多個環(huán)節(jié)。盡管其在整體成本中占比僅為5~6%,但因其重要性,成為衡量半導(dǎo)體技術(shù)的核心產(chǎn)品。特種氣體按化學(xué)成分可分為硅系、砷系、磷系等七類;按用途則分為摻雜氣體、外延氣體、離子注入氣體等七類。例如,硅烷(SiH4)既屬于硅系氣體,又用于外延和化學(xué)氣相沉積(CVD)。這些氣體在集成電路中的精確應(yīng)用,如摻雜、外延、離子注入等,確保了半導(dǎo)體器件的高性能和高可靠性。資料來源:SEMI,頭豹研究院表

5:電子特種氣體應(yīng)用及產(chǎn)品種類應(yīng)用主要產(chǎn)品電子特種氣體化學(xué)氣相沉積

(CVD)氨氣、氧化亞氮、TEOS(正硅酸乙)、TEB(硼酸三乙),TEPO(磷酸三乙)、磷化氫、三氟化氯、二氯硅烷、氟化氮、硅烷、六氟化鎢、六氟乙烷、四氯化欽、甲烷等離子注入氟化砷、三氟化磷、磷化氫、三氟化硼、三氯化硼、四氟化硅六氟化硫、氙氣等光刻膠印刷氟氣、氨氣、氮氣、氛氣等擴(kuò)散氫氣、三氯氧磷等刻蝕氨氣、四氟化碳、八氟環(huán)丁烷、八氟環(huán)戊烯、三氟甲烷、二氟甲烷、氯氣、澳化氫、三氯化硼、六氟化硫、一氧化碳等摻雜含硼、磷、砷等三族及五族原子之氣體,如三氯化硼、乙硼烷三氟化硼、磷化氫、砷化氫等3、

全球主要電子特氣市場被歐美、日本企業(yè)占據(jù),呈現(xiàn)寡頭壟斷格局資料來源:Linx

Consulting,中船特氣招股說明書序號氣體名稱市場規(guī)模(億美元)市場規(guī)模占比應(yīng)用工藝環(huán)節(jié)1三氟化氮

(NF?)8.820%清洗、刻蝕2六氟化鎢

(WF?)3.358%成膜3六氟丁二烯(C4F6)3.117%刻蝕4氨氣(NH3)1.854%成膜5氙氣(Xe)1.754%離子注入,刻蝕6硅烷

(SiH4)1.684%成膜7一氧化二氮

(N?O)1.393%成膜8磷烷(PH3)1.203%離子注入,成膜9激光氣

(混合氣)1.153%光刻10三氟化氯(ClF3)1.092%清洗全球電子特氣市場呈現(xiàn)出顯著的寡頭壟斷格局,主要由歐美和日本企業(yè)主導(dǎo)。2022年,全球市場規(guī)模達(dá)到50.01億美元,預(yù)計到2025年將增長至60.23億美元。在全球和中國市場中,空氣化工、林德、液化空氣和太陽日酸等企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位,形成了高度集中的市場份額分布。2021年,全球排名前十的電子特氣市場規(guī)模合計達(dá)25.37億美元,其中三氟化氮市場規(guī)模是占比最高的電氣特氣。國內(nèi)特種氣體企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)與自主創(chuàng)新,已在市場中占據(jù)一定份額,但在產(chǎn)品多樣性、純度標(biāo)準(zhǔn)及全球競爭力方面,仍與國際領(lǐng)先企業(yè)存在顯著差距。表

6:2021年電子特氣市場規(guī)模排名、占比及應(yīng)用環(huán)節(jié)圖

12:2023年中國市場競爭格局15資料來源:撼地產(chǎn)業(yè)研究院

3、我國電子特氣國產(chǎn)化率較低,仍有較大提升空間根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院,2023年全球電子特氣市場規(guī)模56億美元,估算2024年全球電子特氣市場規(guī)模為60億美元。中國電子特氣市場規(guī)模同樣呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的趨勢。2023年中國電子特氣市場規(guī)模249億元,隨著集成電路和顯示面板等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,電子特氣的需求將持續(xù)增長,估算2024年中國電子特氣市場規(guī)模將達(dá)262.5億元。我國企業(yè)所能批量生產(chǎn)的特種氣體仍主要集中在集成電路的清洗、蝕刻、光刻等工藝環(huán)節(jié),對摻雜、沉積等工藝的特種氣體僅有少部分品種取得突破,自主供應(yīng)能力不足。我國電子特氣國產(chǎn)化率較低,2020年電子特氣國產(chǎn)化率僅14%,例如集成電路生產(chǎn)用的電子特氣,我國僅能生產(chǎn)約20%的品種,所占國內(nèi)市場份額僅為12%。預(yù)計2025年我國電子特氣國產(chǎn)化率有望提升至25%。圖

14:2019-2024年中國電子特氣市場規(guī)模及同比增速圖

15:2018-2025年中國電子特氣國產(chǎn)化率統(tǒng)計及預(yù)測35%30%25%20%15%10%5%0%0501001502002503002019 2020 2021 2022 2023 2024E市場規(guī)模(億元,左軸) 同比增速(%,右軸)0%5%10%15%20%25%30%2018201920202025E資料來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計及預(yù)測資料來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計及預(yù)測0%5%10%15%20%4030201005060圖

13:2019-2024年全球電子特氣市場規(guī)模及同比增速70

25%2019

2020

2021

2022

2023

2024E市場規(guī)模(億美元,左軸) 同比增速(%,右軸)資料來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計及預(yù)測161、AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖2、硅片:庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升3、電子特氣:貫穿晶圓制造的多個流程,全球市場被歐美日企業(yè)占據(jù)4、掩膜版:國產(chǎn)替代空間廣闊,龍頭企業(yè)蓄勢待發(fā)5、光刻膠:逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程6、濕電子化學(xué)品:技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快7、

CMP材料:CMP環(huán)節(jié)仍存在較大國產(chǎn)化空間8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高9、投資建議10、風(fēng)險分析17掩膜版是微電子制造過程中的圖形轉(zhuǎn)移母版,是平板顯示、半導(dǎo)體、觸控、電路板等行業(yè)生產(chǎn)制造過程中重要的關(guān)鍵材料。掩膜版的作用是將設(shè)計者的電路圖形通過曝光的方式轉(zhuǎn)移到下游行業(yè)的基板或晶圓上,從而實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。作為光刻復(fù)制圖形的基準(zhǔn)和藍(lán)本,掩膜版是連接工業(yè)設(shè)計和工藝制造的關(guān)鍵,掩膜版的精度和質(zhì)量水平會直接影響最終下游制品的優(yōu)品率。圖

17:掩膜版在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的應(yīng)用資料來源:清溢光電招股說明書4、掩膜版:微電子制造的圖形轉(zhuǎn)移母板圖

16:掩膜版工作原理資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)18掩膜版廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、平板顯示、電路板、觸控屏等領(lǐng)域。TFT-LCD制造過程中,利用掩膜版的曝光掩蔽作用,將設(shè)計好的TFT陣列和彩色濾光片圖形按照薄膜晶體管的膜層結(jié)構(gòu)順序,依次曝光轉(zhuǎn)移至玻璃基板,最終形成多個膜層所疊加的顯示器件。晶圓制造過程中,其制造過程需要經(jīng)過多次曝光工藝,利用掩膜版的曝光掩蔽作用,在半導(dǎo)體晶圓表面形成柵極、源漏極、摻雜窗口、電極接觸孔等。半導(dǎo)體掩膜版在最小線寬、CD

精度、位置精度等重要參數(shù)方面的要求,均顯著高于平板顯示、PCB

等領(lǐng)域掩膜版產(chǎn)品。19資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)4、掩膜版:半導(dǎo)體和平板顯示為兩大主要應(yīng)用領(lǐng)域表

7:各類掩膜版及下游應(yīng)用占比產(chǎn)品類型產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域下游應(yīng)用市場占比下游應(yīng)用代表廠商半導(dǎo)體掩膜版邏輯電路制造、模擬電路制造、功率器件制造、MEMS傳感器制造、IC封裝等60%臺積電、英特爾、中芯國際、華虹半導(dǎo)體、華潤微、中芯集成、士蘭微、積塔半導(dǎo)體、比亞迪半導(dǎo)體、立昂微、燕東微高德紅外、長電科技等平板顯示掩膜版LCD

顯示屏制造、OLED顯示屏制造等28%京東方、天馬微電子、華星光電、中電熊貓、惠科等電路板(PCB、FPC制造、觸控屏(TP)制造、光學(xué)器件制造等)其他12%藍(lán)思科技、紫翔電子等關(guān)鍵參數(shù)關(guān)鍵參數(shù)說明半導(dǎo)體掩膜版平板顯示掩膜版PCB

掩膜版掩膜版最小線寬掩膜版線寬越小,制作難度越高對應(yīng)下游產(chǎn)品線寬越小, 0.5μm1.2μm10μmCD

精度數(shù)值越小,說明精度越高0.02μm0.10μm0.50μmCD

精度均值偏差數(shù)值越小,說明精度穩(wěn)定性越高0.02μm0.12μm1μm位置精度數(shù)值越小,掩膜版實際圖形位置坐標(biāo)與設(shè)計值的偏差越小,精度越高0.02μm0.28μm—套刻層數(shù)下游生產(chǎn)時使用的掩膜版的層數(shù),層數(shù)越多對套刻精度要求越高成套芯片用掩膜版包含的張數(shù)較多,通常十幾張到數(shù)十張不等成套的平板顯示用掩膜版一般數(shù)量相對較少,即使是AMOLED一般也僅需十?dāng)?shù)張通常張數(shù)為個位數(shù)表

8:各類掩膜版參數(shù)注:此處掩膜版最小線寬指掩膜版產(chǎn)品本身的最小線寬。由于半導(dǎo)體光刻時使用投影式光刻,掩膜版上曝光的圖案按照4:1

的比例投影至晶圓上,因此0.5μm的掩膜版自身最小線寬對應(yīng)下游半導(dǎo)體線寬約為130nm。顯示面板、PCB

在曝光時通常采用接近式光刻,掩膜版上的圖案按照1:1

的比例曝光。資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)SEMI數(shù)據(jù)顯示,2018-2022年,全球半導(dǎo)體掩膜版市場規(guī)模由40.41億美元增長至49億美元,復(fù)合年均增長率達(dá)4.9%,估算2023年半導(dǎo)體掩膜版市場規(guī)模將繼續(xù)增長至50.98億美元。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院,2022年我國半導(dǎo)體掩膜版市場規(guī)模約達(dá)112.74億元,同比增長9.0%,2023年約為128.83億元,估算2024年我國半導(dǎo)體掩膜版市場規(guī)模為134.26億元。圖

19:2018-2023年全球半導(dǎo)體掩膜版市場規(guī)模及同比增速圖

18:2022年半導(dǎo)體制造材料市場結(jié)構(gòu)圖

20:2019-2024年中國半導(dǎo)體掩膜版市場規(guī)模及同比增速35%13%10%10%10%10%12%硅片電子特種氣體光刻膠濕電子化學(xué)品拋光材料靶材光掩膜版40.4141.0244.0446.474950.980%1%2%3%4%5%6%7%8%010203040506020212018 2019 2020市場規(guī)模(億美元,左軸)2022 2023E同比增速(%,右軸)資料來源:

中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計及預(yù)測資料來源:SEMI資料來源:SEMI統(tǒng)計及預(yù)測4、半導(dǎo)體掩膜版:半導(dǎo)體材料中占比較大的市場75.6485.21103.47112.74128.83134.260%5%10%15%20%25%02040608010012014016020222019 2020 2021市場規(guī)模(億元,左軸)2023 2024E同比增速(%,右軸)20半導(dǎo)體掩膜版生產(chǎn)廠商可以分為晶圓廠自建配套工廠和獨立第三方掩膜廠商兩大類。由于28nm及以下的先進(jìn)制程晶圓制造工藝復(fù)雜且難度大,各家用于芯片制造的掩膜版涉及晶圓制造廠的重要工藝機(jī)密且制造難度較大,因此先進(jìn)制程晶圓制造廠商所用的掩膜版大部分由自己的專業(yè)工廠內(nèi)部生產(chǎn),如英特爾、三星、臺積電、中芯國際等公司的掩膜版均主要由自制掩膜版部門提供。對于28nm以上等較為成熟的制程所用的掩膜版,芯片制造廠商為了降低成本,在滿足技術(shù)要求下,更傾向于向獨立第三方掩膜版廠商進(jìn)行采購。獨立第三方掩膜版市場主要被美國Photronics、日本Toppan

和日本DNP

三家公司所控制,三者共占八成以上的市場規(guī)模,市場集中度較高。由于半導(dǎo)體掩膜版具有較高的進(jìn)入門檻,國內(nèi)半導(dǎo)體掩膜版主要生產(chǎn)商僅包括中芯國際光罩廠、迪思微、中微掩膜、龍圖光罩、清溢光電、路維光電、中國臺灣光罩等。圖

22:2022年全球獨立第三方半導(dǎo)體掩膜版廠商市場格局資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)65%11%10%8%圖

21:2022年全球半導(dǎo)體掩膜版廠商市場格局2%

2%2%晶圓廠/IDM廠ToppanPhotronicsDNP中國臺灣光罩HOYA其他28.60%31.40%22.90%5.70%5.70%5.70%PhotronicsToppanDNP中國臺灣光罩HOYA其他214、獨立第三方半導(dǎo)體掩膜版市場中,海外公司占比較高半導(dǎo)體掩膜版行業(yè)具有顯著的資本投入大、技術(shù)壁壘高、高度依賴專有技術(shù)的特點。晶圓制造廠商自行配套掩膜工廠,主要是出于制作能力的考量,但隨著制程工藝逐漸成熟及第三方掩膜版廠商的制作水平的不斷提升,自建掩膜版工廠的諸多弊端逐漸體現(xiàn),如設(shè)備、人工投入巨大,生產(chǎn)環(huán)節(jié)過于復(fù)雜,成本過于昂貴等。第三方半導(dǎo)體掩膜版廠商能充分發(fā)揮技術(shù)專業(yè)化、規(guī)模化優(yōu)勢,具有顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。在技術(shù)水平、產(chǎn)品性能指標(biāo)符合要求前提下,獨立第三方掩膜版廠商對晶圓制造廠商的吸引力不斷增加。由于掩膜版承載著芯片設(shè)計方案和圖形信息,涉及到芯片設(shè)計公司的重要知識產(chǎn)權(quán),第三方半導(dǎo)體掩膜版廠商作為芯片設(shè)計與芯片制造的中間橋梁,能夠更好地發(fā)揮信息隔離功能,芯片設(shè)計公司更傾向于將芯片設(shè)計版圖交給第三方掩膜廠進(jìn)行掩膜生產(chǎn)以保證自身的信息安全。隨著技術(shù)水平不斷提高,第三方獨立掩膜版廠商競爭優(yōu)勢將不斷體現(xiàn),市場份額將持續(xù)增加。表

9:半導(dǎo)體掩膜版行業(yè)具有較強抗周期行業(yè)特性,需求穩(wěn)定性較高22資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)特征介紹半導(dǎo)體產(chǎn)品不斷迭代創(chuàng)新隨著我國半導(dǎo)體芯片行業(yè)的國產(chǎn)替代推進(jìn),技術(shù)水平、工藝能力不斷進(jìn)步,芯片設(shè)計公司將會不斷推出新的產(chǎn)品,對于掩膜版的產(chǎn)品需求不斷增加。半導(dǎo)體掩膜版具有部分逆產(chǎn)業(yè)周期特性當(dāng)半導(dǎo)體行業(yè)處于下行周期,晶圓制造廠商的產(chǎn)能利用率不足時,為了提升產(chǎn)能利用率,晶圓制造廠商會向眾多的中小芯片設(shè)計公司提供晶圓代工服務(wù),從而生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品類型亦會增多,相應(yīng)增加掩膜版的需求量;同時當(dāng)下游需求低迷時,芯片設(shè)計公司將通過設(shè)計新產(chǎn)品刺激市場,提升銷量,新產(chǎn)品也會帶來對掩膜版的增量需求。半導(dǎo)體產(chǎn)品種類繁多,應(yīng)用廣泛與產(chǎn)品種類較為集中的平板顯示行業(yè)相比,半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)品種類繁多、工藝多樣、應(yīng)用廣泛,不同類型的產(chǎn)品應(yīng)用于不同的終端場景,如消費電子、人工智能、汽車電子、新能源、工業(yè)制造、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)等,掩膜版的需求此消彼長,不容易因某單一行業(yè)波動而產(chǎn)生較大的需求影響。4、

半導(dǎo)體掩膜版行業(yè)需求穩(wěn)定性較高,獨立第三方廠商市場份額增大半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝通常采用投影式光刻方法,在投影式光刻中,激光透過掩膜版后,經(jīng)過投影物鏡成像到晶圓的光刻膠表面,通過掩膜版對光線的遮擋或透過功能,實現(xiàn)掩膜圖案向晶圓線路圖的圖形轉(zhuǎn)移。半導(dǎo)體掩膜版的技術(shù)演進(jìn)的過程,是不斷解決極限情況下光的干涉與衍射現(xiàn)象、克服物理極限的過程。隨著掩膜版的線寬和線縫越來越小,當(dāng)尺寸逐漸接近光刻機(jī)的波長時,曝光過程中就會出現(xiàn)嚴(yán)重的衍射現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象是指光在傳播過程中,遇到尺寸與波長大小相近的障礙物時,光會傳到障礙物的陰影區(qū)并形成明暗變化的光強分布情況。這種情況在投影式光刻中尤為明顯,激光通過掩膜版的透光區(qū)和投影物鏡后會出現(xiàn)顯著的夫瑯禾費衍射現(xiàn)象,導(dǎo)致曝光圖形邊緣的分辨率降低,圖案邊緣失真嚴(yán)重,CD

精度大幅下降。因此,為了提高光刻環(huán)節(jié)曝光圖形的CD

精度,必須要對掩膜圖案進(jìn)行光學(xué)鄰近效應(yīng)修正(OPC)。圖

24:由于光的衍射造成的圖像失真及OPC

效果對比圖

23:投影式光刻原理圖資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)234、半導(dǎo)體掩膜版技術(shù)難度較大,我國廠商逐步突破隨著掩膜版圖形越來越復(fù)雜、線路密度越來越大,掩膜版的透光區(qū)間距離便越來越短,此時曝光過程中就會出現(xiàn)顯著的干涉現(xiàn)象。光的干涉是指兩束相干光相遇而引起光的強度重新分布的現(xiàn)象。當(dāng)掩膜版的透光區(qū)間位置趨于接近時,從相鄰兩個透光區(qū)射出的光線頻率相同、振動方向相近、相位差恒定,形成了相干光。兩列或多列相干光在空間相遇時相互疊加,光強在某些區(qū)域始終加強,在另一些區(qū)域則始終削弱,出現(xiàn)了穩(wěn)定的強弱分布現(xiàn)象。上述現(xiàn)象會造成晶圓感光時遮光區(qū)域仍有曝光、透光區(qū)域光強不足的情況,導(dǎo)致整體的對比度降低,CD

精度大幅下降,從而嚴(yán)重影響了晶圓的電路圖形質(zhì)量。當(dāng)半導(dǎo)體的最小線寬小于130nm

后,傳統(tǒng)的二元掩膜版(Binary

Mask)會由于光的干涉現(xiàn)象而無法對晶圓進(jìn)行有效曝光,需要采用相移掩膜版(Phase

Shift

Mask,

PSM)來消除曝光光束中的干涉現(xiàn)象,提升CD

精度水平。隨著半導(dǎo)體功能的不斷進(jìn)步,制程能力的不斷提升,半導(dǎo)體器件與集成電路的細(xì)微電路圖也越發(fā)復(fù)雜,晶圓表面需要光刻的圖案由傳統(tǒng)的二維電路圖像發(fā)展成含有多層結(jié)構(gòu)的三維電路圖像,這也導(dǎo)致半導(dǎo)體掩膜版的層數(shù)不斷增加,對掩膜版的套刻精度也提出了更高的要求。圖

26:光刻圖案發(fā)展成含有多層結(jié)構(gòu)的三維電路圖像圖

25:二元掩膜版和PSM

掩膜版的原理資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)資料來源:龍圖光罩招股說明書(注冊稿)244、半導(dǎo)體掩膜版技術(shù)難度較大,我國廠商逐步突破1、AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖2、硅片:庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升3、電子特氣:貫穿晶圓制造的多個流程,全球市場被歐美日企業(yè)占據(jù)4、掩膜版:國產(chǎn)替代空間廣闊,龍頭企業(yè)蓄勢待發(fā)5、光刻膠:逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程6、濕電子化學(xué)品:技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快7、

CMP材料:CMP環(huán)節(jié)仍存在較大國產(chǎn)化空間8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高9、投資建議10、風(fēng)險分析25265、光刻膠是光刻工藝中的核心耗材,其性能決定著光刻質(zhì)量光刻膠又稱光致抗蝕劑,是一種對光敏感的混合液體,是光刻工藝中的核心耗材,其性能決定著光刻質(zhì)量。光刻膠的應(yīng)用領(lǐng)域主要為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、面板產(chǎn)業(yè)和PCB產(chǎn)業(yè)。其中,半導(dǎo)體光刻膠主要應(yīng)用于晶圓制造;面板光刻膠主要應(yīng)用于制備彩色濾光片、微細(xì)圖形加工等;PCB光刻膠應(yīng)用于微細(xì)圖形加工。光刻膠是對光敏感的混合液體,主要是由樹脂、光引發(fā)劑(包括光增感劑、光致產(chǎn)酸劑)、溶劑、單體等組成,經(jīng)曝光、顯影等光刻工序?qū)⑺枰奈⒓?xì)圖形從光罩(掩膜版)轉(zhuǎn)移到待加工基片上。從成本結(jié)構(gòu)來看,光刻膠樹脂成本占比接近50%,其次添加劑(單體)成本占比約為35%,光引發(fā)劑及其他助劑成本占比15%。半導(dǎo)體光刻膠在光刻膠中技術(shù)指標(biāo)要求最高,可分為g線/i線/KrF/ArF/ArFi和EUV光刻膠。光刻膠作為精密制造的核心材料,隨著微電子制程對線寬的要求極為嚴(yán)格,光刻膠主要技術(shù)參數(shù)為分辨率、對比度、敏感度等。資料來源:智研咨詢圖

27:2022年光刻膠原料成本占比圖

28:2022年全球光刻膠細(xì)分市場格局資料來源:智研咨詢275、中國G/I線光刻膠部分國產(chǎn)替代,KrF/ArF/EUV光刻膠主要依賴進(jìn)口全球光刻膠產(chǎn)能高度集中于日本和美國,海外廠商已實現(xiàn)從g/i線到EUV光刻膠的全品類覆蓋,具備較強的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。相比之下,我國光刻膠行業(yè)起步較晚,目前生產(chǎn)能力主要聚焦于中低端產(chǎn)品。本土企業(yè)如晶瑞電材(蘇州瑞紅)、彤程新材(北京科華)和華懋科技(徐州康博)等,已在G/I線、KrF和ArF光刻膠領(lǐng)域取得一定進(jìn)展,但EUV光刻膠技術(shù)仍處于空白狀態(tài)。資料來源:頭豹研究院表

10:半導(dǎo)體光刻膠產(chǎn)品類型概況資料來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院圖

29:光刻膠主要技術(shù)參數(shù)產(chǎn)品類型曝光波長應(yīng)用制程主要用途半導(dǎo)體光刻膠g線436nm0.5μm以上6英寸i線365nm0.5μm-0.35μm6英寸KrF248nm250nm-130nm8英寸ArF193nm130nm-65nm12英寸ArFi193nm65nm-14nm,配合雙重及多重顯影技術(shù)可達(dá)7nm12英寸EUV13.5nm7nm以下12英寸資料來源:智研咨詢2023年估算表

11:2023年我國半導(dǎo)體光刻膠產(chǎn)品國產(chǎn)化率主要品種國產(chǎn)化率g線30%i線30%KrF10%ArF<2%ArFi<2%EUV研發(fā)階段資料來源:華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院圖

30:2021年中國半導(dǎo)體光刻膠市占率情況27%17%13%13%11%8%12%東京應(yīng)化杜邦JSR住友化學(xué)DONGJIM富士膠片其他281、AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖2、硅片:庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升3、電子特氣:貫穿晶圓制造的多個流程,全球市場被歐美日企業(yè)占據(jù)4、掩膜版:國產(chǎn)替代空間廣闊,龍頭企業(yè)蓄勢待發(fā)5、光刻膠:逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程6、濕電子化學(xué)品:技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快7、

CMP材料:CMP環(huán)節(jié)仍存在較大國產(chǎn)化空間8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高9、投資建議10、風(fēng)險分析6、濕化學(xué)電子品技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快172209239266291313167.2169.7194.9228.624461.682.1108.2116.5126.7140.20100144.7200300400500600濕電子化學(xué)品,又稱超凈高純試劑或工藝化學(xué)品,是指主體成分純度大于99.99%,雜質(zhì)離子和微粒數(shù)符合嚴(yán)格要求的化學(xué)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(jīng)過預(yù)處理、過濾、提純等工藝生產(chǎn)得到的高純度產(chǎn)品。按照組成成分和應(yīng)用工藝不同,濕電子化學(xué)品分為通用濕電子化學(xué)品和功能濕電子化學(xué)品兩大類。通用濕電子化學(xué)品一般為單組份、單功能、被大量使用的超凈高純試劑,常用于濕法工藝中的清洗、顯影等工序,主要包括酸類、堿類、有機(jī)溶劑類、及其他類產(chǎn)品。功能濕電子化學(xué)品指通過復(fù)配手段達(dá)到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的復(fù)配類化學(xué)品,即在單一的超凈高純試劑(或多種超凈高純試劑配合)基礎(chǔ)上,加入水、有機(jī)溶劑、螯合劑、表面活性劑等中的一種或多種化合物,然后混合而成的化學(xué)品。濕電子化學(xué)品可分為通用化學(xué)品和功能性化學(xué)品兩類。2021年通用化學(xué)品市場規(guī)模占比為88.2%,功能性化學(xué)品市場規(guī)模占比為11.8%。表

12:濕電子化學(xué)品按用途分類 圖

31:2020-2025年全球濕電子化學(xué)品需求量(單位:萬噸)8007002020202120222023E2024E2025E集成電路 顯示面板 光伏及其他29資料來源:中國電子材料行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計及預(yù)測,頭豹產(chǎn)業(yè)研究院資料來源:華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院類別種類具體產(chǎn)品通用濕電子化學(xué)品酸類氟酸、硫酸、鹽酸、硝酸、乙酸、磷酸堿類氨水、氫氧化鈉、氫氧化銨、四甲基氫氧化銨有機(jī)溶劑醇類甲醇、乙醇、異丙醇酮類丙酮、丁酮、甲基異丁基酮、N-甲基吡咯烷酮酯類乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸異戊酯、丙二醇單甲醚酯羧酯醚類丙二醇單甲醚烴類甲苯、二甲苯、環(huán)己烷鹵代烴類三氯乙烯、三氯乙烯、氯甲烷、四氯化碳其它雙氧水功能濕電子化學(xué)品蝕刻液金屬蝕刻液、BOE蝕刻液、IOTO蝕刻液清洗液稀釋液光刻膠配套試劑正/負(fù)膠顯影液剝離液正/負(fù)膠剝離液、剝離清洗液306、全球及中國主要的濕電子化學(xué)品供應(yīng)商資料來源:芯語表

13:全球及中國主要的濕電子化學(xué)品供應(yīng)商地區(qū)企業(yè)企業(yè)情況歐美BASF德國BASF為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和顯示面板行業(yè)生產(chǎn)提供電子化學(xué)品產(chǎn)品,是電子化學(xué)品行業(yè)的領(lǐng)先供應(yīng)商霍尼韋爾美國霍尼韋爾能夠提供氫氟酸、氫氧化銨、過氧化氫和鹽酸等高純度濕電子化學(xué)品默克德國默克能夠為晶圓加工領(lǐng)域提供高純濕電子化學(xué)品解決方案英特格美國英特格是半導(dǎo)體和其他高科技行業(yè)的先進(jìn)材料和工藝解決方案的供應(yīng)商日本關(guān)東化學(xué)日本關(guān)東化學(xué)主要從事半導(dǎo)體用酸堿類超凈高純試劑的生產(chǎn)、研發(fā)三菱化學(xué)日本三菱化學(xué)主要生產(chǎn)高純濕電子化學(xué)品,如硫酸、硝酸、鹽酸、草酸、雙氧水、氨水住友化學(xué)日本住友化學(xué)主要從事半導(dǎo)體、顯示面板等領(lǐng)域超凈高純試劑的生產(chǎn)、研發(fā)Stella日本Stella主要從事半導(dǎo)體及顯示面板用高純氫氟酸生產(chǎn)中國臺灣地區(qū)東應(yīng)化臺灣東應(yīng)化主要生產(chǎn)半導(dǎo)體、TFT-LCD用剝離液、顯影液等產(chǎn)品聯(lián)仕臺灣聯(lián)仕擁有3-4萬噸濕電子化學(xué)品年產(chǎn)能,在我國半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域中有一定市場份額韓國東友韓國東友、韓國東進(jìn)兩廠家主要生產(chǎn)顯示面板加工用的濕電子化學(xué)品,在我國有一定規(guī)模的市場份額東進(jìn)Soul-brain韓國Soul-brain是大型氫氟酸生產(chǎn)廠商中國大陸江化微江化微主營業(yè)務(wù)為超凈高純試劑、光刻膠配套試劑等濕電子化學(xué)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。主要產(chǎn)品為氫氟酸、剝離液等中巨芯中巨芯是國內(nèi)領(lǐng)先的電子化學(xué)品供應(yīng)商,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于集成電路、顯示面板以及光伏等領(lǐng)域的清洗、刻蝕、成膜等制造工藝環(huán)節(jié)晶瑞電材晶瑞電材生產(chǎn)的主要品種包括氫氟酸、雙氧水、氨水、鹽酸、硫酸、硝酸等格林達(dá)格林達(dá)是一家專業(yè)從事高純電子化學(xué)品研發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè),是全球主要的顯影液TMAH生產(chǎn)商之一上海新陽上海新陽主要從事電子電鍍與電子清洗系列功能性化學(xué)材料的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售飛凱材料飛凱材料從光通信領(lǐng)域紫外固化材料的自主研發(fā)和生產(chǎn)開始,目前已將核心業(yè)務(wù)范圍逐步拓展至集成電路制造、屏幕顯示等領(lǐng)域新宙邦新宙邦是領(lǐng)先的電子化學(xué)品和功能材料企業(yè),產(chǎn)品主要有鋰電池化學(xué)品、電容器化學(xué)品、有機(jī)氟化學(xué)品、半導(dǎo)體化學(xué)品以及LED封裝材料等湖北興福湖北興福產(chǎn)品種類由最初的電子級磷酸拓展到電子級硫酸、電子級硝酸、電子級鹽酸、電子級雙氧水、電子級氨水等江陰潤瑪江陰潤瑪主要從事超凈高純試劑的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,主要產(chǎn)品有氫氟酸、硝酸、蝕刻液等6、晶圓廠產(chǎn)能的增加帶動上游濕電子化學(xué)品需求的增長超凈高純試劑和配套材料是電子工業(yè)中的關(guān)鍵性基礎(chǔ)化工材料,其質(zhì)量好壞直接影響到電子產(chǎn)品的成品率、電性能及可靠性,也對微電子制造技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化有重大影響。因此,電子工業(yè)的發(fā)展要求超凈高純試劑和配套材料下之同步發(fā)展,不斷地更新?lián)Q代,以適應(yīng)其在技術(shù)方面不斷推陳出新的需要。晶圓廠產(chǎn)能的增加帶動上游濕電子化學(xué)品需求的增長。圖

32:前道及后道工藝用濕電子化學(xué)品市場規(guī)模(單位:十億元)中國半導(dǎo)體前道用濕電子化學(xué)品中,需求量最大的是硫酸和雙氧水,各占總需求的25%左右;其次是光刻膠配套試劑(包括顯影液、稀釋液、剝離液等,未考慮鋁制程或銅制程使用的剝離清洗劑產(chǎn)品),約占半導(dǎo)體前道工藝用濕電子化學(xué)品需求的20%。目前國內(nèi)6英寸及以下晶圓加工所用的濕電子化學(xué)品的國產(chǎn)化率已經(jīng)超過80%。8英寸晶圓產(chǎn)品加工所用的濕電子化學(xué)品國產(chǎn)化率正在不斷提升,而12英寸晶圓產(chǎn)品所用的濕電子化學(xué)品國產(chǎn)化率非常低。根據(jù)思瀚產(chǎn)業(yè)研究院,在半導(dǎo)體加工產(chǎn)業(yè)鏈中,12

英寸晶圓加工主導(dǎo)著半導(dǎo)體用濕電子化學(xué)品的需求,其制造過程中耗用的濕電子化學(xué)品達(dá)

239.82

噸/萬片,是8

英寸晶圓消耗量的4.6

倍,6

英寸晶圓消耗量的

7.9

倍。全球晶圓產(chǎn)能的提升及晶圓尺寸的增大、先進(jìn)制程工藝的發(fā)展,都將帶來濕電子化學(xué)品需求量的上升。資料來源:SEMI31321、AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖2、硅片:庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升3、電子特氣:貫穿晶圓制造的多個流程,全球市場被歐美日企業(yè)占據(jù)4、掩膜版:國產(chǎn)替代空間廣闊,龍頭企業(yè)蓄勢待發(fā)5、光刻膠:逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程6、濕電子化學(xué)品:技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快7、

CMP材料:CMP環(huán)節(jié)仍存在較大國產(chǎn)化空間8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高9、投資建議10、風(fēng)險分析7、

拋光液與拋光墊為CMP工藝核心耗材資料來源:安集科技年報化學(xué)機(jī)械平坦化,(Chemical

mechanical

polishing,簡稱CMP),也稱化學(xué)機(jī)械拋光,化學(xué)機(jī)械研磨,是一種高度精確的拋光工藝。通過納米級粒子的物理研磨作用與拋光液的化學(xué)腐蝕作用的有機(jī)結(jié)合,以獲得優(yōu)異的平面度。其過程可描述為:拋光過程部分是機(jī)械的,部分是化學(xué)的。由于摩擦和腐蝕之間的協(xié)同作用,CMP

被認(rèn)為是一種摩擦化學(xué)過程。該過程的機(jī)械元件施加向下的壓力,而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)提高了材料去除率。該過程是根據(jù)被處理材料的類型量身定制的。當(dāng)目的是去除表面材料時,它被稱為化學(xué)機(jī)械拋光。當(dāng)目的是使表面變平時,它被稱為化學(xué)機(jī)械平面化。圖33:

CMP

工藝原理圖337、前道加工和后道封裝中均需要多次使用CMP技術(shù)34化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)已成為制造集成電路的核心技術(shù)。CMP系統(tǒng)能夠在單個裸片或最大直徑為300毫米的晶圓上實現(xiàn)納米級材料去除,適用于當(dāng)前設(shè)備制造工藝中使用的各種晶圓/基板材料。在IC制造過程中,無論是氧化擴(kuò)散、化學(xué)氣相沉積、濺鍍還是保護(hù)層沉積,CMP技術(shù)均需多次使用。與IC制造技術(shù)節(jié)點相對應(yīng),各種工藝制程的能力由CMP設(shè)備及其耗材決定。CMP工藝中的主要設(shè)備是CMP拋光機(jī),主要耗材包括拋光液、拋光墊、清洗劑和調(diào)節(jié)器等。其中,拋光液和拋光墊占據(jù)CMP耗材細(xì)分市場的80%以上,是CMP工藝的核心消耗品。產(chǎn)品用途描述拋光墊拋光墊是CMP過程中的核心耗材,在CMP工藝中,拋光墊粘附在拋光臺上,與工作件接觸,對硅片提供一定的壓力并對其表面進(jìn)行機(jī)械摩擦。拋光液拋光液的主要作用是為拋光對象提供研磨及腐蝕溶解,其性能直接影響拋光后表面的質(zhì)量。清洗液在拋光工藝過程中,磨料和被拋光對象都會造成硅片的沾污,清洗的主要目的就是為了清除這些沾污物質(zhì),使硅片的質(zhì)量不受到影響。修整盤修整盤是將金剛石顆粒鑲嵌在金屬胎體上,在拋光過程中對拋光墊進(jìn)行修正,以保證拋光工藝的穩(wěn)定性和重復(fù)性。金剛石顆粒的尺寸、形狀和排列方式對修正的效果都可能造成影響。保持環(huán)用于在硅片磨平時承載硅片并固定其位置,可產(chǎn)生低研磨速度,并生成具有嚴(yán)格平整度公差的均勻表面拋光。表

14:CMP材料分類資料來源:公眾號【集成電路材料創(chuàng)新聯(lián)合體】7、前道加工和后道封裝中均需要多次使用CMP技術(shù)在前道加工領(lǐng)域,CMP工藝的主要作用是對晶圓表面進(jìn)行平坦化處理。晶圓制造前道加工環(huán)節(jié)包含7個相互獨立的工藝流程:光刻、刻蝕、薄膜生長、擴(kuò)散、離子注入、化學(xué)機(jī)械拋光和金屬化,其中CMP主要用于銜接不同的薄膜工藝。隨著先進(jìn)制程的推進(jìn),拋光需求持續(xù)增長。晶圓制造技術(shù)的升級使得CMP工藝步驟大幅增加,CMP拋光墊在晶圓制造過程中的消耗量也隨之上升。根據(jù)Cabot微電子的數(shù)據(jù),14納米及以下邏輯芯片工藝中,關(guān)鍵CMP工藝步驟將達(dá)到20步以上;而在7納米及以下邏輯芯片工藝中,CMP拋光步驟甚至可能達(dá)到30步。此外,存儲芯片從2D

NAND向3D

NAND技術(shù)的變革,也會使CMP拋光步驟數(shù)近乎翻倍。在后道封裝領(lǐng)域,CMP工藝也逐漸被應(yīng)用于先進(jìn)封裝環(huán)節(jié)的拋光,例如硅通孔(TSV)技術(shù)、扇出(Fan-Out)技術(shù)、2.5D轉(zhuǎn)接板(interposer)和3D

IC等封裝技術(shù)。由于這些技術(shù)對引線尺寸的要求更小更精細(xì),因此會引入刻蝕、光刻等工藝,而CMP作為每道工藝間的拋光工序,得以在先進(jìn)封裝中廣泛應(yīng)用。在2.5D封裝和3D封裝等先進(jìn)封裝技術(shù)中,TSV技術(shù)需要使用CMP工藝進(jìn)行通孔大馬士革銅工藝淀積后的正面拋光,以實現(xiàn)平坦化并隔開另一面沉積的導(dǎo)體薄膜,便于金屬布線。同時,CMP也會用于晶圓背面金屬化和平坦化的減薄拋光。因此,CMP拋光墊將在先進(jìn)封裝工藝中開拓新的市場空間。圖34:不同芯片制程對應(yīng)CMP

拋光次數(shù)403530252015105035資料來源:公眾號【集成電路材料創(chuàng)新聯(lián)合體】7、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動CMP拋光墊市場持續(xù)增長隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)能的快速提升,CMP拋光材料市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)TECHCET的數(shù)據(jù),2021年全球CMP材料市場規(guī)模達(dá)到30億美元,其中CMP拋光墊市場規(guī)模為11.3億美元。中國CMP材料市場得益于晶圓制造行業(yè)的蓬勃發(fā)展,根據(jù)TECHCET的數(shù)據(jù),

2021年中國CMP拋光墊市場規(guī)模增長至13億元。隨著本土晶圓廠的崛起和產(chǎn)能擴(kuò)張,國內(nèi)CMP材料市場規(guī)模有望進(jìn)一步增長。圖

35:2016-2021年全球CMP拋光墊市場規(guī)模及同比增速資料來源:公眾號【集成電路材料創(chuàng)新聯(lián)合體】,

TECHCET-10%0%10%20%30%40%50%024681012201620192017 2018市場規(guī)模(億美元,左軸)2020 2021同比增速(%,右軸)圖

36:2016-2021年中國CMP拋光墊市場規(guī)模及同比增速資料來源:公眾號【集成電路材料創(chuàng)新聯(lián)合體】,

TECHCET0%5%10%15%20%25%30%024681012142016201920212017 2018市場規(guī)模(億元,左軸)2020同比增速(%,右軸)367、CMP拋光墊市場競爭格局高度集中CMP拋光墊市場競爭格局高度集中,美國陶氏杜邦公司占據(jù)了拋光片市場絕大部分的份額,其他公司包括美國Cabot、日本Fujibo、美國TWI公司等。在產(chǎn)品種類上,

幾家國際大公司各有專攻。其中,

陶氏公司可以提供全系列的可定制拋光墊產(chǎn)品,

產(chǎn)品系列包括IC1000?、Ikonic?、Optivision?、Optivision?

PRO、Politex?、Suba?和Visionpad?。Cabot公司主要提供聚氨酯類拋光墊,可定制精確的硬度、孔徑、可壓縮性和凹槽圖案,以滿足各種應(yīng)用的要求,產(chǎn)品系列包括NexPlanar?、MEDEA、Epic?和Epic

Power。日本Fujibo可以提供聚氨酯及無紡布類拋光墊及背墊,主要產(chǎn)品系列包括FP

series、FX

seires、FXA

series、Suede

series。美國TWI公司也可提供不同硬度拋光墊產(chǎn)品,主要系列包括PuRa和WestPad。圖

37:2021年CMP拋光墊市場格局資料來源:公眾號【集成電路材料創(chuàng)新聯(lián)合體】,

光大證券研究所37381、AI和晶圓廠擴(kuò)建驅(qū)動半導(dǎo)體材料市場回暖2、硅片:庫存去化接近尾聲疊加終端需求驅(qū)動,硅片行業(yè)有望逐步景氣回升3、電子特氣:貫穿晶圓制造的多個流程,全球市場被歐美日企業(yè)占據(jù)4、掩膜版:國產(chǎn)替代空間廣闊,龍頭企業(yè)蓄勢待發(fā)5、光刻膠:逐步推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程6、濕電子化學(xué)品:技術(shù)門檻高、資金投入大、產(chǎn)品更新?lián)Q代快7、

CMP材料:CMP環(huán)節(jié)仍存在較大國產(chǎn)化空間8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高9、投資建議10、風(fēng)險分析8、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高超高純?yōu)R射靶材主要用于晶圓制造環(huán)節(jié),其為通過磁控濺射、多弧離子鍍或其他類型的鍍膜系,在適當(dāng)工藝條件下濺射在基板上形成各種功能薄膜的濺射源。半導(dǎo)體領(lǐng)域靶材具有多品種、高門檻、定制化的特點,其對于濺射靶材的技術(shù)要求高,對金屬材料純度、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等均有嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。近年來半導(dǎo)體芯片的集成度越來越高,半導(dǎo)體芯片尺寸不斷縮小,對超高純?yōu)R射靶材提出了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體芯片行業(yè)用的金屬濺射靶材,主要種類包括:銅、鉭、鋁、鈦、鈷和鎢等高純?yōu)R射靶材,以及鎳鉑、鎢鈦等合金類的濺射靶材。金屬靶材一般要求超高純度,雜質(zhì)占比不能超過0.01%。圖38:半導(dǎo)體芯片常用金屬靶材圖示資料來源:張衛(wèi)剛等《半導(dǎo)體芯片行業(yè)用金屬濺射靶材市場分析》398、靶材:半導(dǎo)體制造對濺射靶材金屬純度的要求高超高純鋁及其合金、超高純鈦、超高純鉭以及超高純銅及銅錳、銅鋁合金是目前半導(dǎo)體芯片制造中廣泛使用的薄膜材料。在超大規(guī)模集成電路芯片領(lǐng)域,這些材料對純度和性能要求極高。其中,超高純鋁及其合金主要用于配線薄膜,純度要求達(dá)到99.9995%(5N5)以上;超高純鈦及其靶材、環(huán)件則應(yīng)用于130-5nm工藝中,作為阻擋層薄膜材料,以實現(xiàn)更高的集成度;超高純鉭及其靶材、環(huán)件是90-3nm先進(jìn)制程中必需的阻擋層薄膜材料,用于最尖端的芯片制造。此外,超高純銅及銅錳、銅

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