02.09 「科技50專題」之半導體材料:市場巨大 國產替代 大有作為

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國家集成電路大基金一期投資項目中,芯片製造佔67%、設計佔17%、封測佔10%,設備和材料投資僅佔6%;並且主要投資行業龍頭大公司。

大基金一期已經投資不少上市公司,包括:設計領域(匯頂科技、兆易創新、景嘉微、國科微、中興微電子、納思達、北斗星通)、封測領域(長電科技、華天科技、通富微電)、設備材料(北方華創、長川科技、雅克科技)、化合物半導體與特色工藝(三安光電、耐威科技、士蘭微、萬盛股份)。

此前在半導體峰會上,透露未來投資佈局及規劃,國家集成電路大基金二期重點將會加強對設備的部署力度,國產設備商有望顯著受益,半導體材料和設備將是大基金二期重點支持範疇。

我們對半導體材料產業進行了全面的梳理,將半導體材料按照晶圓片的製造流程分為:基體材料,製造材料,封裝材料,三個部分,國內企業基本參與了產業鏈上各個環節的供應。其中基體材料主要是用來制 造硅晶圓半導體或者化合物半導體,製造材料則主要是將硅晶圓或者化合物半導體加工成芯片的過程中所需的各類材料,封裝材料則是將製得的芯片封裝切 割過程中所用到的材料。

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半導體材料處於整個產業鏈的上游環節

半導體基體材料

根據半導體芯片的材質不同,分為硅晶圓片和化合物半導體,目前使用最廣泛的是硅晶圓片,是集成電路最重要的原材料,一般要求硅片的純度在99.9999999%(9N)以上,遠高於光伏級硅片純度。先從硅料製備單晶硅柱,切割後得到單晶硅片,一般可以按照尺寸不同分為 6-18 英寸,目前主流的尺寸是 8 英寸(200mm)和 12 英寸(300mm),18 英寸(450mm)預計至少要到 2020 年之後才會逐漸增加 市場佔比。全球龍頭企業主要是信越化工、SUMCO、環球晶圓、Silitronic、LG 等企業。

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單晶硅柱---單晶硅片

國內A股相關的上市公司主要有:上海新陽、中環股份、晶盛機電等。

化合物半導體主要指砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)等第二、 第三代半導體,相比第一代單質半導體(如硅(Si)、鍺(Ge)等所形成的半導 體),在高頻性能、高溫性能方面優異很多。三大化合物半導體材料中,GaAs 佔大頭,主要用在通訊領域,全球市場容量接近百億美元;GaN 的大功率和高 頻性能更出色,主要應用於軍事領域,目前市場容量不到 10 億美元,隨著成本下降有望迎來廣泛應用;SiC 主要作為高功率半導體材料,通常應用於汽車以 及工業電力電子,在大功率轉換領域應用較為廣泛。

國內A股相關的上市公司主要有:三安光電

製造材料

拋光材料

半導體中的拋光材料一般是指 CMP 化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing)過程中用到的材料,CMP 拋光是實現晶圓全局均勻平坦化的關鍵工藝。

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半導體拋光原理圖

拋光材料一般可以分為拋光墊、拋光液、調節器和清潔劑,其中前二者最為關鍵。拋光墊的材料一般是聚氨酯或者是聚酯中加入飽和的聚氨酯,拋光液一般 是由超細固體粒子研磨劑(如納米級二氧化硅、氧化鋁粒子等)、表面活性劑、 穩定劑、氧化劑等組成。

根據SEMI和IC Mtia數據,2016年全球拋光材料的市場規模大約16.1億美元, 其中國內市場規模約 23 億元。全球拋光墊市場幾乎被陶氏壟斷,拋光液市場則 主要由日本的 Fujimi 和 Hinomoto Kenmazai,美國的卡博特、杜邦、Rodel、 EKA,韓國的 ACE 等企業佔領絕大多數市場份額。

國內A股相關上市公司主要有:鼎龍股份(拋光墊)、安集科技(拋光液)

掩膜版

掩膜版通常也被稱為光罩、光掩膜、光刻掩膜版,是半導體芯片光刻過程中的 設計圖形的載體,通過光刻和刻蝕,實現圖形到硅晶圓片上的轉移。掩膜版通 常根據需求不同,選擇不同的玻璃基板,一般是選擇低熱膨脹係數、低鈉含量、 高化學穩定性及高光穿透性等性能的石英玻璃為主流,在上面鍍厚約 100nm 的 不透光鉻膜和厚約 20nm 的氧化鉻來減少光反射。

根據 SEMI 和 IC Mtia 數據,2018 年全球半導體掩膜版的市場規模大約 33.2 億 美元,其中國內市場規模約 59.5 億元。全球生產掩膜版的企業主要是日本的 TOPAN、大日本印刷、HOYA、SK 電子,美國的 Photronic 等。

國內相關上市公司主要有:菲利華、石英股份、清溢光電

溼電子化學品

溼電子化學品,也通常被稱為超淨高純試劑,是指用在半導體制造過程中的各 種高純化學試劑。按照用途可以被分為通用化學品和功能性化學品,其中通用化學品一般是指高純度的純化學溶劑,例如高純的去離子水、氫氟酸、硫酸、 磷酸、硝酸等較為常見的試劑。在製造晶圓的過程中,主要使用高純化學溶劑 去清洗顆粒、有機殘留物、金屬離子、自然氧化層等汙染物。功能性化學品是 指通過復配手段達到特殊功能、滿足製造過程中特殊工藝需求的配方類化學品, 例如顯影液、剝離液、清洗液、刻蝕液等,經常使用在刻蝕、濺射等工藝環節。

根據 SEMI 和 IC Mtia 數據,2016 年全球溼電子化學品的市場規模大約 11.1 億 美元,其中國內市場規模約 14 億元。全球市場主要由歐美和日本企業主導,其 中德國的巴斯夫和HenKel、美國的Ashland、APM、霍尼韋爾、ATMI、Airproducts、 日本的住友化學、宇部興產、和光純藥、長瀨產業、三菱化學等公司。

國內相關上市公司主要有:多氟多、晶瑞股份、巨化股份、嘉化能源、濱化股份、 三美股份、江化微、澄星股份、光華科技、興發集團

電子特氣

電子特氣 電子特氣是指在半導體芯片製備過程中需要使用到的各種特種氣體,按照氣體 的化學成分可以分為通用氣體和特種氣體。另外按照用途也可以分為摻雜氣體、 外延用氣體、離子注入氣、發光二極管用氣、刻蝕用氣、化學氣相沉積氣和平 衡氣。與高純試劑類似,電子特氣對氣體純度的要求也極高,基本上都要求 ppt 級別以下的雜質含量。這是因為 IC 電路的尺寸已經達到納米級別,氣體中任何 微量殘存的雜質都有可能造成半導體短路或者線路損壞。

根據SEMI和IC Mtia數據,2016年全球電子特氣的市場規模大約36.8億美元, 其中國內市場規模約 46 億元。全球電子特氣的龍頭企業主要是美國的空氣化工 和普萊克斯、法國液空、林德集團、日本大陽日酸。

國內相關上市公司主要有:雅克科技、華特氣體、南大光電、中環裝備、昊華科技、 三孚股份、巨化股份

光刻膠

光刻膠是圖形轉移介質,其利用光照反應後溶解度不同將掩膜版圖形轉移至襯底上。目前廣泛用於光電信息產業的微細圖形線路加工製作,是電子製造領域 關鍵材料。光刻膠一般由感光劑(光引發劑)、感光樹脂、溶劑與助劑構成,其中光引發劑是核心成分,對光刻膠的感光度、分辨率起到決定性作用。光刻膠 根據化學反應原理不同,可以分為正型光刻膠與負型光刻膠。 以半導體光刻膠為例,在光刻工藝中,光刻膠被均勻塗布在襯底上,經過曝光(改 變光刻膠溶解度)、顯影(利用顯影液溶解改性後光刻膠的可溶部分)與刻蝕等工 藝,將掩膜版上的圖形轉移到襯底上,形成與掩膜版完全對應的幾何圖形。光刻工藝約佔整個芯片製造成本的 35%,耗時佔整個芯片工藝的 40-60%,是半 導體制造中最核心的工藝。

根據 SEMI 和 IC Mtia 數據,2016 年全球光刻膠的市場規模大約 14.4 億美元, 其中國內市場規模約 20 億元。全球光刻膠市場主要被歐美日韓臺等國家和地區的企業所壟斷。

國內相關上市公司主要有:上海新陽、強力新材、蘇州瑞紅、南大光電、飛凱材料、 容大感光、永太科技

濺射靶材

濺射靶材的使用原理是利用離子源產生的離子,在高真空中經過加速聚集,而 形成高速度能的離子束流,轟擊固體表面,離子和固體表面原子發生動能交換, 使固體表面的原子離開固體並沉積在基底表面,被轟擊的固體是用濺射法沉積 薄膜的原材料,因此稱為濺射靶材。

半導體芯片的單元器件內部由襯底、絕緣層、介質層、導體層及保護層等組成, 其中,介質層、導體層甚至保護層都要用到濺射鍍膜工藝。集成電路領域的鍍 膜用靶材主要包括鋁靶、鈦靶、銅靶、鉭靶、鎢鈦靶等,要求靶材純度很高, 一般在 5N(99.999%)以上。

全球濺射靶材的龍頭企業主要是美國的霍尼韋爾和普萊克斯,日本的日礦金屬、 住友化學、愛發科、三井礦業和東曹。

國內相關上市公司主要有:阿石創、有研新材、隆華科技、江豐半導體

封裝材料

半導體封裝是指將通過測試的晶圓按照產品型號及功能需求加工得到獨立芯片 的過程。封裝過程為:來自晶圓前道工藝的晶圓通過劃片工藝後被切割為小的 晶片(Die),然後將切割好的晶片用膠水貼裝到相應的基板(引線框架)架的 小島上,再利用超細的金屬(金錫銅鋁)導線或者導電性樹脂將晶片的接合焊 盤(Bond Pad)連接到基板的相應引腳(Lead),並構成所要求的電路;然後 再對獨立的晶片用塑料外殼加以封裝保護,塑封之後還要進行一系列操作,封 裝完成後進行成品測試,通常經過入檢 Incoming、測試 Test 和包裝 Packing 等工序,最後入庫出貨。整個封裝流程需要用到的材料主要有芯片粘結材料、 陶瓷封裝材料、鍵合絲、引線框架、封裝基板、切割材料等。

國內相關上市公司主要有:飛凱材料、聯瑞新材、宏昌電子、三環集團、興森科技、深南電路、康強電子、岱勒新材等。

特別提示:本文資料是半導體行業基礎性研究,基礎性資料,不構成投資建議,知識僅供分享,不做投資依據。

A股平頭哥。


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