02.09 「科技50专题」之半导体材料:市场巨大 国产替代 大有作为

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国家集成电路大基金一期投资项目中,芯片制造占67%、设计占17%、封测占10%,设备和材料投资仅占6%;并且主要投资行业龙头大公司。

大基金一期已经投资不少上市公司,包括:设计领域(汇顶科技、兆易创新、景嘉微、国科微、中兴微电子、纳思达、北斗星通)、封测领域(长电科技、华天科技、通富微电)、设备材料(北方华创、长川科技、雅克科技)、化合物半导体与特色工艺(三安光电、耐威科技、士兰微、万盛股份)。

此前在半导体峰会上,透露未来投资布局及规划,国家集成电路大基金二期重点将会加强对设备的部署力度,国产设备商有望显著受益,半导体材料和设备将是大基金二期重点支持范畴。

我们对半导体材料产业进行了全面的梳理,将半导体材料按照晶圆片的制造流程分为:基体材料,制造材料,封装材料,三个部分,国内企业基本参与了产业链上各个环节的供应。其中基体材料主要是用来制 造硅晶圆半导体或者化合物半导体,制造材料则主要是将硅晶圆或者化合物半导体加工成芯片的过程中所需的各类材料,封装材料则是将制得的芯片封装切 割过程中所用到的材料。

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半导体材料处于整个产业链的上游环节

半导体基体材料

根据半导体芯片的材质不同,分为硅晶圆片和化合物半导体,目前使用最广泛的是硅晶圆片,是集成电路最重要的原材料,一般要求硅片的纯度在99.9999999%(9N)以上,远高于光伏级硅片纯度。先从硅料制备单晶硅柱,切割后得到单晶硅片,一般可以按照尺寸不同分为 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)预计至少要到 2020 年之后才会逐渐增加 市场占比。全球龙头企业主要是信越化工、SUMCO、环球晶圆、Silitronic、LG 等企业。

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单晶硅柱---单晶硅片

国内A股相关的上市公司主要有:上海新阳、中环股份、晶盛机电等。

化合物半导体主要指砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等第二、 第三代半导体,相比第一代单质半导体(如硅(Si)、锗(Ge)等所形成的半导 体),在高频性能、高温性能方面优异很多。三大化合物半导体材料中,GaAs 占大头,主要用在通讯领域,全球市场容量接近百亿美元;GaN 的大功率和高 频性能更出色,主要应用于军事领域,目前市场容量不到 10 亿美元,随着成本下降有望迎来广泛应用;SiC 主要作为高功率半导体材料,通常应用于汽车以 及工业电力电子,在大功率转换领域应用较为广泛。

国内A股相关的上市公司主要有:三安光电

制造材料

抛光材料

半导体中的抛光材料一般是指 CMP 化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)过程中用到的材料,CMP 抛光是实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺。

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半导体抛光原理图

抛光材料一般可以分为抛光垫、抛光液、调节器和清洁剂,其中前二者最为关键。抛光垫的材料一般是聚氨酯或者是聚酯中加入饱和的聚氨酯,抛光液一般 是由超细固体粒子研磨剂(如纳米级二氧化硅、氧化铝粒子等)、表面活性剂、 稳定剂、氧化剂等组成。

根据SEMI和IC Mtia数据,2016年全球抛光材料的市场规模大约16.1亿美元, 其中国内市场规模约 23 亿元。全球抛光垫市场几乎被陶氏垄断,抛光液市场则 主要由日本的 Fujimi 和 Hinomoto Kenmazai,美国的卡博特、杜邦、Rodel、 EKA,韩国的 ACE 等企业占领绝大多数市场份额。

国内A股相关上市公司主要有:鼎龙股份(抛光垫)、安集科技(抛光液)

掩膜版

掩膜版通常也被称为光罩、光掩膜、光刻掩膜版,是半导体芯片光刻过程中的 设计图形的载体,通过光刻和刻蚀,实现图形到硅晶圆片上的转移。掩膜版通 常根据需求不同,选择不同的玻璃基板,一般是选择低热膨胀系数、低钠含量、 高化学稳定性及高光穿透性等性能的石英玻璃为主流,在上面镀厚约 100nm 的 不透光铬膜和厚约 20nm 的氧化铬来减少光反射。

根据 SEMI 和 IC Mtia 数据,2018 年全球半导体掩膜版的市场规模大约 33.2 亿 美元,其中国内市场规模约 59.5 亿元。全球生产掩膜版的企业主要是日本的 TOPAN、大日本印刷、HOYA、SK 电子,美国的 Photronic 等。

国内相关上市公司主要有:菲利华、石英股份、清溢光电

湿电子化学品

湿电子化学品,也通常被称为超净高纯试剂,是指用在半导体制造过程中的各 种高纯化学试剂。按照用途可以被分为通用化学品和功能性化学品,其中通用化学品一般是指高纯度的纯化学溶剂,例如高纯的去离子水、氢氟酸、硫酸、 磷酸、硝酸等较为常见的试剂。在制造晶圆的过程中,主要使用高纯化学溶剂 去清洗颗粒、有机残留物、金属离子、自然氧化层等污染物。功能性化学品是 指通过复配手段达到特殊功能、满足制造过程中特殊工艺需求的配方类化学品, 例如显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等,经常使用在刻蚀、溅射等工艺环节。

根据 SEMI 和 IC Mtia 数据,2016 年全球湿电子化学品的市场规模大约 11.1 亿 美元,其中国内市场规模约 14 亿元。全球市场主要由欧美和日本企业主导,其 中德国的巴斯夫和HenKel、美国的Ashland、APM、霍尼韦尔、ATMI、Airproducts、 日本的住友化学、宇部兴产、和光纯药、长濑产业、三菱化学等公司。

国内相关上市公司主要有:多氟多、晶瑞股份、巨化股份、嘉化能源、滨化股份、 三美股份、江化微、澄星股份、光华科技、兴发集团

电子特气

电子特气 电子特气是指在半导体芯片制备过程中需要使用到的各种特种气体,按照气体 的化学成分可以分为通用气体和特种气体。另外按照用途也可以分为掺杂气体、 外延用气体、离子注入气、发光二极管用气、刻蚀用气、化学气相沉积气和平 衡气。与高纯试剂类似,电子特气对气体纯度的要求也极高,基本上都要求 ppt 级别以下的杂质含量。这是因为 IC 电路的尺寸已经达到纳米级别,气体中任何 微量残存的杂质都有可能造成半导体短路或者线路损坏。

根据SEMI和IC Mtia数据,2016年全球电子特气的市场规模大约36.8亿美元, 其中国内市场规模约 46 亿元。全球电子特气的龙头企业主要是美国的空气化工 和普莱克斯、法国液空、林德集团、日本大阳日酸。

国内相关上市公司主要有:雅克科技、华特气体、南大光电、中环装备、昊华科技、 三孚股份、巨化股份

光刻胶

光刻胶是图形转移介质,其利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上。目前广泛用于光电信息产业的微细图形线路加工制作,是电子制造领域 关键材料。光刻胶一般由感光剂(光引发剂)、感光树脂、溶剂与助剂构成,其中光引发剂是核心成分,对光刻胶的感光度、分辨率起到决定性作用。光刻胶 根据化学反应原理不同,可以分为正型光刻胶与负型光刻胶。 以半导体光刻胶为例,在光刻工艺中,光刻胶被均匀涂布在衬底上,经过曝光(改 变光刻胶溶解度)、显影(利用显影液溶解改性后光刻胶的可溶部分)与刻蚀等工 艺,将掩膜版上的图形转移到衬底上,形成与掩膜版完全对应的几何图形。光刻工艺约占整个芯片制造成本的 35%,耗时占整个芯片工艺的 40-60%,是半 导体制造中最核心的工艺。

根据 SEMI 和 IC Mtia 数据,2016 年全球光刻胶的市场规模大约 14.4 亿美元, 其中国内市场规模约 20 亿元。全球光刻胶市场主要被欧美日韩台等国家和地区的企业所垄断。

国内相关上市公司主要有:上海新阳、强力新材、苏州瑞红、南大光电、飞凯材料、 容大感光、永太科技

溅射靶材

溅射靶材的使用原理是利用离子源产生的离子,在高真空中经过加速聚集,而 形成高速度能的离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换, 使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体是用溅射法沉积 薄膜的原材料,因此称为溅射靶材。

半导体芯片的单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层等组成, 其中,介质层、导体层甚至保护层都要用到溅射镀膜工艺。集成电路领域的镀 膜用靶材主要包括铝靶、钛靶、铜靶、钽靶、钨钛靶等,要求靶材纯度很高, 一般在 5N(99.999%)以上。

全球溅射靶材的龙头企业主要是美国的霍尼韦尔和普莱克斯,日本的日矿金属、 住友化学、爱发科、三井矿业和东曹。

国内相关上市公司主要有:阿石创、有研新材、隆华科技、江丰半导体

封装材料

半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片 的过程。封装过程为:来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后被切割为小的 晶片(Die),然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板(引线框架)架的 小岛上,再利用超细的金属(金锡铜铝)导线或者导电性树脂将晶片的接合焊 盘(Bond Pad)连接到基板的相应引脚(Lead),并构成所要求的电路;然后 再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护,塑封之后还要进行一系列操作,封 装完成后进行成品测试,通常经过入检 Incoming、测试 Test 和包装 Packing 等工序,最后入库出货。整个封装流程需要用到的材料主要有芯片粘结材料、 陶瓷封装材料、键合丝、引线框架、封装基板、切割材料等。

国内相关上市公司主要有:飞凯材料、联瑞新材、宏昌电子、三环集团、兴森科技、深南电路、康强电子、岱勒新材等。

特别提示:本文资料是半导体行业基础性研究,基础性资料,不构成投资建议,知识仅供分享,不做投资依据。

A股平头哥。


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