全球半導體材料及輔助材料的研發(fā)與產業(yè)發(fā)展現狀-華普通用
1. 國外研發(fā)與產業(yè)發(fā)展現狀
在半導體 Si 晶圓領域，全球約有 94% 的市場份額由少數企業(yè)占據，如信越化學工業(yè)株式會社、勝高科技株式會社、環(huán)球晶圓股份有限公司、德國世創(chuàng)(Siltronic)公司和韓國海力士(SK Siltron)公司。在半絕緣 GaAs 單晶及其外延材料領域，全球約有 95% 的市場份額來自住友電氣工業(yè)株式會社、弗萊貝格化合物材料公司和美國晶體技術(AXT)有限公司。
在 GaN 體單晶材料領域，住友電氣工業(yè)株式會社、日立電線株式會社、古河機械金屬株式會社和三菱化學控股集團等的代表性企業(yè)可批量提供 2~3 in(1 in=2.54 cm)GaN 體單晶材料，約占全球市場份額的 85% 以上，同時，這幾家企業(yè)還可提供小批量 4 in GaN 體單晶材料。
盡管我國已成為白光 LED 芯片及半導體照明燈具的生產大國，但在 LED 外延材料生產及其芯片制備技術方面較為薄弱，70% 以上的核心專利技術由美國、日本、德國等國家掌握，如汽車前燈等高端應用所需的功率型白光 LED 芯片主要是由美國流明(Lumileds)公司提供。
目前，SiC 單晶襯底領域形成了美國、歐洲、日本三方壟斷的局面。其中，全球最大的 SiC 單晶供應商是美國科銳公司，占 85% 以上的全球市場份額。
在集成電路輔助材料方面，光刻膠的市場集中度非常高，少數企業(yè)基本壟斷了全球光刻膠市場，代表性的企業(yè)有日本合成橡膠株式會社(JSR)、東京應化工業(yè)株式會社、住友化學株式會社、信越化學工業(yè)株式會社、羅門哈斯公司等。
在掩膜版方面，美國福尼克斯(Photronics)公司、日本印刷(DNP)株式會社、日本凸版印刷(Toppan)株式會社三家公司占據了全球 80% 以上的市場份額。在集成電路用拋光液方面，市場主要由美國卡博特(Cabot Microelectronics)公司、荷蘭阿克蘇諾貝爾公司、德國拜耳公司、日本富士美株式會社等企業(yè)壟斷，占據了全球 90% 以上的市場份額。
2. 國內研發(fā)及產業(yè)發(fā)展現狀
到目前為止，在晶圓制造方面，我國新增 8 in 硅片設計產能將超過 3.5×106 片/月，新增 12 in 硅片設計產能將接近 5×106片/月，芯片制造能力達到全球的 30% 左右。
依托寬禁帶半導體 GaN 和 SiC 材料的發(fā)展，我國在襯底單晶生長、外延材料等方面已具有了較強的技術研發(fā)和產業(yè)化競爭力，藍寶石基 GaN 外延材料已形成具有 7000 億市場規(guī)模的半導體照明產業(yè)，Si 基 GaN 外延材料開始在快充產品中應用;4 in SiC 高純半絕緣和導電襯底及其異質(GaN)外延和同質(SiC)外延材料已實現量產，分別在微波射頻和電力電子領域得到廣泛應用。
在光纖通信技術的推動下，我國在 GaAs 單晶及外延材料技術方面取得突破，為近紅外激光器以及光纖通信產業(yè)的發(fā)展提供了有力支撐。
在光刻膠方面，我國的代表性生產企業(yè)有北京科華微電子材料有限公司、蘇州瑞紅電子化學品有限公司和濰坊星泰克微電子材料有限公司，生產的產品已經批量用于集成電路制造領域。目前已經實現量產的是 G/I 線光刻膠，正逐步通過芯片企業(yè)認證并開始小批量生產 KrF 光刻膠，2020 年 ArF 光刻膠能取得突破并完成認證。但是，國內尚未具備極紫外光刻(EUV)和電子束光刻膠的研發(fā)與生產能力，亟需突破。
在超凈高純試劑方面，上海新陽半導體材料股份有限公司生產的超純電鍍硫酸銅電鍍液已進入中芯國際集成電路制造有限公司的量產工藝制程，浙江凱圣氟化學有限公司生產的高純氫氟酸已通過多條 8 in 和 12 in 生產線的認證并供貨，蘇州晶瑞化學股份有限公司開發(fā)的鈦鎢蝕刻液已實現進口替代。
經過多年努力，國產電子氣體也取得明顯突破，WF6、C2F6、AsH3、PH3 等氣體品種已大批量應用于國內 8 in 生產線，Cl2、HCl、HF、N2O 等一批產品正在 8~12 in 生產線進行應用驗證，部分品種的激光氣體也開始供應國內晶圓制造企業(yè)。
在化學機械拋光(CMP)材料方面，國內企業(yè)研發(fā)的銅/銅阻擋層拋光液已進入國內外多家集成電路制造企業(yè)的最新技術節(jié)點制程;三維(3D)硅通孔(TSV)拋光液在全球處于領先地位，鎢拋光液逐步開始供應全球各大晶圓制造企業(yè);CMP 墊、修整盤也進入評價驗證階段。
我國靶材產業(yè)發(fā)展速度很快，以寧波江豐電子材料股份有限公司、有研億金新材料有限公司為代表，實現了半導體行業(yè)用全系列高純金屬材料、濺射靶材和蒸發(fā)膜材的產業(yè)化，包括 Ta、 Cu、Ti、Co、Al、Ni、Au、Ag、Pt、Ru 及其合金。其中，超高純金屬 Ta、Cu 等濺射靶材已成功通過臺灣積體電路制造股份有限公司的考核，在 14 nm / 16 nm 技術節(jié)點的生產線實現了批量應用，在 10 nm / 7 nm 技術節(jié)點進行評價試用。
總體而言，近年來我國半導體產業(yè)基礎化學品產業(yè)取得了較大進展，伴隨著國內對集成電路和半導體產業(yè)的高度關注，在晶圓制造、寬禁帶半導體材料、光刻膠、超凈高純試劑、電子氣體、CMP 材料、靶材等方面產業(yè)發(fā)展勢頭良好，但與高速發(fā)展的產業(yè)需求相比，仍存在整體生產能力較弱、研發(fā)能力不足等問題未得到根本改變，亟需進一步突破。