来源 | 川财证券、驭势资本研究所
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文章大纲
全球半导体产业概况
全球半导体支撑产业
全球半导体产业概况
基本概念: 半导体、集成电路与
芯片概念及关系
半导体是集成电路的基础材料,集成电路是芯片的重要组成部分。
半导体:是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,常见的半导体材料涉及硅‘’锗 、砷化镓、碳化硅、氮化镓等;
集成电路:是指通过一系列特定的加工工艺将晶体管、二极管等有源器件和电阻器、电容器等无源元件、按照一定的电路互联、集成”在半导体晶片上、封装在一个外壳内、执行特定功能的电路或系统;
芯片:主要包含集成电路(CPU、GPU、FPGA 、ASIC、存储器、MCU、电源管理芯片等)光电子芯片 、功率半导体芯片、MEMS芯片等 。
半导体产品分类
半导体产品主要分为集成电路、分立器件、光电子器件和传感器四类。具体分类如下图所示。鉴于集成电路在半导体产品中占比超过80% ,故本文以集成电路为主要研究对象 。
半导体主要行业组织
WSTS 、SEMI 、SIA 、CSIA为全球及中国重要的半导体行业组织。
半导体产业发展历程
1、20世纪40年代以来,全球半导体产业在技术工艺、产品、下游应用等方面实现快速发展。集成电路发明之前,人类已经拥有较多的技术积累,包括18世纪相继发现硫化银电阻温度的关系、光生伏特效应、光电导效应等半导体特性。19世纪初,英国科学家发明第一只电子管,随后科学家们逐步发现各种半导体材料。1947年贝尔实验室诞生第一只晶体管,人类步入飞速发展的电子时代。1958年德州仪器JackKilby展示第一款集成电路,1959年仙童公司RobertNortonNoyce发明硅平面工艺的集成电路,标志着半导体产业由“发明时代”进入“商用时代”。
半导体产业发展历程如下图所示:
2、摩尔定律(Moore’sLaw)为全球半导体产业早期发展奠定重要基础。1965年,Intel创始人之一戈登·摩尔提出“摩尔定律”,1975年其在IEEE会议上进行修正:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍。全球半导体产业大致按照摩尔定律发展了半个多世纪,并带动一系列科技创新、社会生产效率提高以及全球经济的增长。
产业发展影响因素
1、宏观经济。全球经济总量稳步提升,中国GDP占全球比重提升至18%以上。进入21世纪以来,全球经济总量保持平稳增长,全球GDP从2000年的33.65万亿美元增长至2020年的84.71万亿美元。目前美国作为全球第一大经济体,2020年其经济总量达到20.94万亿美元,占比24.72%;中国经济总量已超过100万亿元,是世界第二大经济体,占全球经济的比重提升至18.38%,中国成为全球经济恢复的重要引擎。半导体产业作为全球经济的重要组成部分,产业发展与全球经济状况密切相关。
2、产业政策。中美半导体产业合作机制建立,两国在科技领域的紧张局势得到一定缓解。2018年以来,美国商务部将多家中国知名科技企业及实体列入“实体清单”,对中国高新技术产业及相关企业的正常发展带来不利影响。2021年3月,中美两国半导体行业协会宣布成立“中美半导体产业技术和贸易限制工作组”,通过对话合作等方式解决两国半导体产业面临的问题,有利于缓解中美两国在科技领域的相关矛盾。
全球主要国家和地区相继出台半导体支持政策,加强自身半导体产业国际竞争力。目前,半导体产业链中涉及材料、设备、制造等环节的头部企业大都来自美国、日本等国家和地区。半导体产业是电子信息产业的基础,涉及国家安全和战略部署。近年来,全球主要国家和地区在半导体领域相继发布多项政策,如美国加大半导体和芯片领域投资规模;欧盟扩大半导体产业综合竞争力;日本则加强半导体产业薄弱环节建设,不断促进本国或本地区半导体产业的发展。
中国从半导体材料、设备、研发和税收等方面加大政策支持。中美贸易摩擦由来已久,在摩擦持续发展和美国对中国半导体制裁的背景下,中国半导体国产替代势在必行。导体相关支持政策,以推动国内半导体产业高速发展。以下为2016年以来我国主要半导体相关政策。
3、产业人才。美国半导体产业为社会创造更多就业机会,中国加大半导体专业人才培养力度。半导体是技术密集型产业,专业技术人才是各国半导体产业实现自主创新的关键。2021年美国半导体产业从业人数超27万,同比增长15%;2019年中国半导体产业从业人数约51万,同比增长11%,预计2022年我国半导体人才缺口近25万人。
目前中国集成电路产业尤其缺乏高端人才,此类人才往往需要进行融合式培养,即掌握产业链中的多项技能。中国政府为加大人才培养力度,2020年经国务院学位委员会批准,决定设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”一级学科。近年我国各大高校相继成立集成电路学院,加强专业及高端人才培养。
全球半导体市场规模
全球半导体市场规模伴随全球经济的增长逐步扩大,预计2022年将达到6,065亿美元。根据WSTS世界半导体贸易统计组织于2021年8月发布的最新数据,全球半导体产业规模从2000年的2,044亿美元增长至2022年的6,065亿美元,其中2010-2022年复合增长率6.09%,增速快于21世纪前10年水平。虽然全球金融危机等重大事件对半导体产业发展带来一定影响,但全球经济总量持续增长将带动半导体产业规模不断扩大。
1、按区域划分。半导体产业发展区域差异明显,亚太地区成为引领全球半导体产业发展的重要引擎。从全球主要区域半导体产业发展情况来看,自2002年以来亚太地区(除日本)已成为全球半导体市场规模最大的区域,并一直保持至今。WSTS世界半导体贸易统计组织预测,到2022年全球半导体市场规模将达到6,065亿美元,其中亚太地区(除日本)市场规模3,797亿美元,在全球半导体市场占比高达62.60%。
2、按产品划分。集成电路作为全球半导体第一大市场,占比多年保持在80%以上。半导体产品主要分为集成电路、分立器件、光电子器件及传感器四类,其中集成电路主要包含逻辑芯片、存储器、微处理器、模拟集成电路。集成电路多年占据全球半导体产品市场首位,具有至关重要的地位。WSTS世界半导体贸易统计组织预测,到2022年全球集成电路市场规模5,108亿美元,占比84.22%,光电子器件、分立器件、传感器占比分别为7.41%、5.10%和3.26%。
中国集成电路市场规模
中国集成电路市场规模及全球占比持续提升,但集成电路产品进口量依然较大。根据CSIA中国半导体行业协会数据,中国集成电路市场规模从2010年的1,424亿元增长至2020年的8,848亿元,其中2010-2020年复合增长率20.04%,高于全球增速16.29个百分点,中国集成电路市场规模在全球占比从2010年的8.60%提升至2020年的37.54%。2021年上半年中国集成电路市场规模4,103亿元,同比增长15.90%。海关总署数据显示,2020年中国集成电路进口规模3,500亿美元,占全部进口商品比重16.97%,反映出我国集成电路产品依然需要大量进口。
全球半导体产业链&产业图谱
1、全球半导体产业链
本报告中的全球半导体产业链主要分为半导体支撑产业;半导体制造产业链;半导体应用领域。
半导体支撑产业主要包括EDA、IP、半导体材料、半导体设备等领域。其中,EDA和IP为设计环节提供必要工具,半导体材料和设备为制造环节提供重要支撑。
半导体制造产业链为半导体产品的核心环节,半导体产品通常可分为集成电路、分立器件、光电子器件和传感器四类,由于集成电路(IC)在半导体产品中占比超过80%,故半导体制造流程主要体现“IC设计—IC制造—IC封测”环节。
半导体应用领域主要涉及消费电子、汽车电子、机器人、工程机械、医疗设备、通信、云计算等场景。
2、全球半导体产业图谱
本报告中的全球半导体产业图谱主要基于全球半导体产业链结构,并按照细分领域体现全球及中国主要半导体企业LOGO。
各细分领域的企业分布主要按照全球跨国企业、中国台湾企业、中国大陆企业的顺序排列,同时也会综合考虑企业在细分领域的市占率、品牌知名度等因素,企业LOGO的排列顺序并不代表相关企业综合竞争力的强弱,仅供参考。
全球半导体产业链
全球半导体产业图谱—半导体支撑产业
全球半导体产业图谱—半导体制造产业链
全球半导体产业图谱—半导体应用领域
全球半导体产业格局
美国、日本、欧洲等国家和地区在全球半导体产业链细分领域具有明显优势。根据BCG波士顿咨询公司和SIA美国半导体行业协会联合发布的《Strengtheningtheglobalsemiconductorsupplychaininanuncertainera》,美国在半导体支撑和半导体制造产业的多个细分领域占据显著优势,尤其在EDA/IP、逻辑芯片设计、制造设备等领域占比均达到40%以上。从全球其他国家和地区来看,日本在半导体材料方面具有优势,而中国台湾和中国大陆在晶圆制造和封装测试方面具有领先地位。
全球半导体产业链分工
全球半导体产业链形成分工协作格局,带动相关国家和地区半导体细分领域发展。全球半导体产业链形成深度分工协作格局,相关国家和地区的半导体企业专业化程度高,在半导体产品设计和制造等环节形成优势互补和比较优势。
中国半导体产业一级市场投资情况
1、中国半导体产业投资案例数量逐年提升,IC设计领域成为关注焦点。尚普研究院结合企名片Pro数据,2018年以来中国半导体产业投资案例数量整体呈现增长走势,其中投资案例数从2018年的340个增长到2021年前三季度的458个,反映出半导体产业受资本关注度持续提升。从细分领域投资案例数占比来看,IC设计投资案例数位居首位,近年占比始终保持在58%以上;其次为半导体材料,占比在7%-12%之间。
2、中国半导体产业投资金额整体呈现增长走势,B轮及以后投资项目轮次占比逐年提升。尚普研究院结合企名片Pro数据,2018年以来中国半导体产业投资金额整体呈现增长走势,其中投资金额从2018年的404亿元增长到2020年的731亿元,反映出半导体产业受资本关注度持续提升。按照轮次划分,2018年以来中国半导体产业A轮融资项目数量占比居前,但近年来呈现下降趋势,B轮及以后轮次占比逐步提升,体现出我国半导体企业的发展进入相对成熟阶段。
3、2020年以来中国半导体投资金额TOP10事件。
全球半导体主要上市企业情况
1、费城半导体指数持续走高,美国半导体企业综合竞争力处于产业领先地位。费城半导体指数(简称SOX)由美国费城交易所于1993年创立,该指数为衡量全球半导体产业景气程度的主要指标之一,包含半导体设计、制造等领域的重要半导体上市企业。SOX走势从1994年8月的136点提升至2021年8月的3,378点,反映出全球半导体产业景气程度持续提升。同时,从2021年三季度SOX权重股总市值排名来看,台积电稳居榜首,光刻机巨头ASML位居第三,美国企业占据前十家企业中的八家,涉及IC设计、半导体设备、IDM等领域。
2、细分领域上市企业龙头受资本市场关注度高,IC设计和半导体材料领域上市企业数量居前。尚普研究院对中国半导体上市企业所属细分领域及上市企业市值等信息进行了梳理。整体来看,中芯国际等半导体细分领域龙头企业在全部半导体上市企业中市值居前。从企业数量来看,IC设计上市企业数量位居首位,占比37.89%;其次为半导体材料企业,占比26.32%。此外,科创板半导体上市企业数量在全部半导体上市企业中占比超过四成。
半导体
全球半导体支撑产业
EDA概述
EDA:半导体产业的基石,集成电路设计领域的核心软件工具。EDA(电子设计自动化):是指利用计算机软件完成大规模集成电路设计、仿真、验证等流程的设计方式,融合图形学、计算数学、微电子学、拓扑逻辑学、材料学及人工智能等技术。随着集成电路产业的发展,设计规模越来越大,制造工艺越来越复杂,设计师依靠手工难以完成相关工作,必须依靠EDA工具完成电路设计、版图设计、版图验证、性能分析等工作。EDA软件作为集成电路领域的上游基础工具,贯穿于集成电路设计、制造、封测等环节,是集成电路产业的战略基础支柱之一。
芯片主要设计流程
EDA:半导体产业的基石,集成电路设计领域的核心软件工具。芯片从功能上可分为通用IC(CPU等)和专用IC(ASIC);从结构上可分为数字IC(逻辑芯片、微处理器),模拟IC(信号链、电源管理)以及存储器。为满足不同功能和不同结构的IC设计需求,从实现方法上可将其分为全定制设计和半定制设计。
全定制设计是指基于晶体管级,所有器件和互联版图均按规定的功能、性能要求对电路的结构布局、布线进行最优化设计,通常用来设计模拟电路和数模混合电路,适用于大批量生产、要求集成度高、速度快、面积小的通用IC或专用IC,EDA在整套流程中起到辅助配合作用;半定制设计基于门阵列、标准单元、可编程元器件等一定规格的功能块,一般用来设计数字电路,EDA在整体流程中起到重要作用。
全球及中国EDA市场规模
Synopsys、Cadence及SiemensEDA在全球及中国市场均占据70%以上份额。全球EDA市场呈现三足鼎立格局:
Tier1企业:Synopsys、Cadence及SiemensEDA合计占据全球78%市场份额,在集成电路设计全流程上拥有绝对优势,已形成完善的生态体系、较高的行业壁垒及较强的用户粘性;
Tier2企业:在特定领域关键工具上处于领先地位;
Tier3企业:在特定技术上有独到优势。根据SEMI国际半导体产业协会数据。全球EDA市场规模从2012年的65.36亿美元提升到2020年的114.67亿美元。
据赛迪智库数据显示,2018-2020年中国EDA市场CR3分别为77.1%、77.4%、77.7%,竞争格局较为集中。在近来诸多利好因素的推动下,国内企业如华大九天、芯愿景、概伦电子等有望迎来高速发展。
典型案例:华大九天
华大九天国内EDA领军企业,拥有模拟电路、平板显示电路全流程EDA工具系统。北京华大九天科技股份有限公司(简称“华大九天”)成立于2009年,公司聚焦于EDA工具的开发、销售及相关服务。公司主要产品包括模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等EDA软件产品,并围绕相关领域提供包含晶圆制造工程服务在内的各类技术开发服务。
截至2020年底,公司共拥有已授权发明专利144项,软件著作权50项。公司客户主要包括上海华虹(集团)有限公司、京东方科技集团股份有限公司、上海兆芯集成电路有限公司、中国电子集团等头部企业。
IP主要分类
IP:芯片模块化设计解决方案。IP是指在集成电路设计中,经过验证的、可重复使用且具备特定功能的集成电路模块。通常由第三方IP供应商开发,并提供成熟的IP模块给IC设计公司用于集成,该模式可有效缩短芯片设计周期并提升芯片性能。按照开发完成度可划分为软核、固核、硬核三类,软核一般指用硬件描述语言(HDL)形式提供给客户的代码文件,其中不涉及具体电路元件实现等功能,软核代码直接参与设计的编译流程,以HDL代码形式呈现;
固核设计程度介于软核与硬核之间,用户可以根据需求重新定义性能参数,内部连线表可根据需求进行优化,最终以HDL门级电路网表呈现;硬核是设计阶段最终产品,基于半导体工艺的物理设计,同已有拓扑布局和工艺参数,提供给用户光掩模图和全套工艺文件。
IP市场竞争格局及需求分类
ARM占据全球IP市场领先地位,处理器IP市场需求占比较高。伴随芯片复杂度不断攀升,为加快产品上市时间,以IP复用、软硬件协同设计和超深亚微米/纳米级设计作为技术支撑的SoC已经成为当今超大规模集成电路的主流方向。根据IBS预测,2027年全球半导体IP市场规模将达101亿美元,其中处理器IP将继续占据最大市场份额。随着AIOT、汽车ADAS等技术的不断发展,处理器IP将继续维持稳定增长。
据IBS统计,接口IP份额近年来快速提升,从2015年的16.5%提升至2019年的22.1%,2019年接口IP市场规模为8.7亿美元,是2009年市场规模的近4倍。从IP提供商角度看,ARM、Synopsys、Candence近年稳定占据市场前三,龙头地位稳固。在市场对于国产IP有迫切需求的背景下,芯原股份作为国产IP龙头,其有望迎来突破性增长。
半导体材料概况
半导体材料:半导体工业不可或缺的基础。半导体材料是制作集成电路和半导体器件的基础材料。根据工艺过程,半导体材料可以分为前道制造材料和后道封装材料。制造材料主要包括衬底、光掩模、光刻胶、湿电子化学品、电子特气、溅射靶材、抛光材料等,主要用于晶圆制造环节。封装材料主要包括基板、引线框架、键合金丝、塑封材料、粘晶材料、底部填充料、锡球等,主要用于晶圆封装环节。
半导体材料市场规模
全球半导体材料市场规模持续增长,晶圆制造材料占比逐步提高。根据SEMI国际半导体产业协会数据,2015年全球半导体材料市场规模433亿美元,2020年达到553亿美元,2015-2020年复合增速超5%。其中晶圆制造材料占比逐步提高,从2015年的55%增长到2020年的63%,规模从2015年的240亿美元增长到2020年的349亿美元。晶圆制造材料中占比最大的是硅片,2020年硅片市场规模占晶圆制造材料总规模的35%,金额为122亿美元。
半导体衬底材料概况
半导体材料各具优势,在相关领域发挥重要作用。衬底材料:
第一代以硅(Si)、锗(Ge)等单元素材料为代表,奠定微电子产业基础;
第二代以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等化合物材料为代表,奠定信息产业基础;
第三代以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等宽禁带化合物材料为代表,将支撑战略性新兴产业的发展。第二代半导体材料有较好的电子迁移率和带隙宽度,但原料稀缺且易造成污染,适合在特定领域应用;
第三代半导体材料相比第一代半导体材料,拥有更高的禁带宽度、更大的饱和电子漂移速度、更高的热导率和击穿电场强度等特性,将在高温、高压、高频、高功率领域得到广泛应用。
半导体硅片制备流程
半导体硅片制备流程复杂,纯度要求达到9N及以上。硅是半导体第一代衬底材料,因其自然界储备量大,结构简单,制备相对容易,被广泛应用于半导体各领域。用硅材料制成的衬底称为硅片,主要用于光伏和半导体产业。光伏硅片的纯度为7N-8N,而半导体硅片的纯度要求达到9N-11N。根据不同工艺流程,半导体硅片可分为抛光片、外延片和SOI硅片。一直以来硅片都朝着大尺寸方向发展,1970年硅片主流尺寸是50mm,2000年以后主流尺寸向300mm发展。
半导体硅片市场规模及出货面积
半导体大尺寸硅片是主要发展方向,2020年300mm硅片出货面积占比68%。硅片是目前产量最大、应用最广的半导体衬底材料,市场90%以上的半导体产品均用硅片制备。根据SEMI国际半导体产业协会数据,全球半导体硅片市场规模从2015年的72亿美元增长至2020年的122亿美元,2015-2020年复合增速11.12%。
近年来全球半导体硅片出货面积持续增加,2019和2020年受疫情影响略微下降,2015-2020年复合增速3.58%。当前半导体硅片以300mm大尺寸为主,2017年300mm尺寸硅片出货面积占硅片出货总面积的67.0%,2020年其占比为68.4%,其他中小尺寸硅片出货面积占比逐渐降低。
半导体硅片市场竞争格局
半导体硅片行业具有技术和资本密集型特点,市场集中度高。半导体硅片行业具有技术壁垒高、研发周期长、资金投入大、下游验证周期长等特点,市场集中度较高,主要被日本信越化学ShinEtsu、日本胜高SUMCO、中国台湾环球晶圆、德国世创Siltronic和韩国SKSiltron五大企业占据,其中日本信越化学ShinEtsu是半导体硅片行业绝对龙头。
根据SEMI国际半导体产业协会数据,2019年全球硅片CR5为93%,2020年全球硅片CR5为89%。目前中国台湾环球晶圆收购德国世创Siltronic交易仍在实施过程中,预计交易完成后硅片市场竞争格局将进一步加剧。2017年以前,中国大陆企业主要生产150mm以下中小尺寸半导体硅片,300mm尺寸硅片几乎全部依赖进口。2018年,硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先实现300mm硅片规模化销售的企业,打破300mm半导体硅片国产化率几乎为零的局面。
电子特气分类
电子特气主要分为氢化物、氟化物、酸性气体等,几乎用于集成电路制造的每一个环节。工业气体主要分为大宗气体和特种气体两大类,用于电子工业生产的工业气体统称为电子气体。电子气体又分为电子大宗气体和电子特种气体。
电子气体主要用于集成电路、显示面板、太阳能电池等新兴领域,集成电路制造过程中需要的电子气体纯度更高、种类更多。特种气体种类超过110种,其中常用的超过30种。在集成电路制造工艺中,电子大宗气体主要用于气体稀释、气体载体、腔体清洁、腔体排气等环节,而电子特气几乎用于集成电路制造的每一个环节。
晶圆制造用电子特气市场规模
及国内主要企业
电子特气技术壁垒高,国内龙头企业部分产品打破国外垄断。电子特气中水汽、颗粒等杂质会影响电子器件寿命,造成半导体线路损坏,改变半导体性能,大部分高纯特种气体纯度达99.99%(4N)以上。集成电路线宽已从最初的毫米级发展到纳米级,对电子特气纯度和净度提出更高要求,纯度需要5N、6N以上。
2020年电子特气在全球晶圆制造材料中占比13%,其规模占比仅次于硅片。SEMI国际半导体产业协会数据显示,晶圆制造用电子特气市场规模从2016年的36.3亿美元增长至2020年的45亿美元。全球市场主要被美国空气化工AirProducts、法国液化空气AirLiquide、日本大阳日酸TAIYONIPPONSANSO和德国林德Linde四大公司占据。
近年来我国相关企业电子特气制备技术趋于成熟,部分产品实现国产替代。以华特气体、金宏气体为代表的电子特气公司主要生产各类工业气体,该类公司产品种类丰富,纯度高。华特气体已经实现近20种气体的国产替代;金宏气体超纯氨纯度达7N,在国内市场占比较高;以雅克科技和南大光电为代表的半导体材料公司主要生产晶圆制造用电子特气。
光掩模分类及制备流程
光掩模作为光刻工艺最重要耗材之一,广泛应用于半导体等领域。光掩模,即光刻掩模版,又称光罩,是主要用于集成电路制造光刻工艺所使用的图形母版。光掩模原材料是掩模版基板,是制作微细光掩模图形的感光空白板。
光掩模制造流程是将原始版图数据,通过掩模数据处理转换成激光图形产生器或电子束曝光设备能够识别的数据格式,再经显影、刻蚀等一系列工艺处理,使图形定像在基板材料上,经清洗、贴膜等步骤最终形成掩模产品。掩模版作为模具,通过光刻技术将掩模版上的电路图案复制到芯片上,从而批量化生产集成电路等产品。
光掩模主要企业情况
光掩模行业进入壁垒高,市场主要被境外企业垄断。光掩模制造商主要分为两种类型:一是将光掩模卖给其他公司的独立制造商,如美国PHOTRONICS、大日本印刷DNP、日本凸版印刷TOPPAN等;二是自产自用的专属制造商,如台积电、英特尔、三星等。
对于非先进制程,特别是60nm及90nm以上制程产品,产品外包的趋势非常明显。从独立光掩模制造市场来看,该市场集中度较高,美国PHOTRONICS、大日本印刷DNP和日本凸版印刷TOPPAN三家市场占比较高。根据SEMI国际半导体产业协会数据,2020年全球半导体光掩模市场规模42亿美元,占晶圆制造材料的12%,仅次于硅片和电子特气。
光刻胶分类及技术工艺水平
光刻胶分辨率水平随集成电路制程节点缩小而提升。光刻胶又称光致抗蚀剂,由树脂、感光组分(光敏剂)、微量添加剂和溶剂组成,其中的感光成分在光的照射下会发生化学变化,从而引起溶解速率的变化。光刻胶主要应用于细微图形加工,将光掩模上图形转移到衬底、PCB板、平板显示屏等底板上。
光刻胶自1959年被发明以来就成为半导体工业最核心的工艺材料之一,半导体光刻胶通常以光刻中曝光光源的波长来命名。为适应集成电路线宽不断缩小的要求,半导体光刻胶波长由紫外宽谱向g线→i线→KrF→ArF→F2→EUV方向转移,并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶分辨率水平。
光刻胶产业链及市场格局
光刻胶技术壁垒高,主要被日本厂商垄断,国内厂商具有一定ArF光刻胶生产能力。光刻胶技术壁垒主要包括原材料壁垒、配方壁垒和质量控制壁垒。
原材料:光刻胶是通过严格设计的不同排列组合,经过复杂、精密加工工艺制成,高品质的原材料则是光刻胶性能基础。
配方:应用需求、光刻过程等差异需要不同种类的光刻胶,具体通过调整光刻胶配方实现,其是光刻胶制造商的最核心壁垒。
质量控制:光刻胶对感光灵敏度、膜厚的一致性需要保持在较高水平,光刻胶生产商不仅要配置齐全的测试仪器,还要建立一套严格的质量控制体系以保证产品质量稳定。
根据SEMI国际半导体产业协会数据,2020年全球半导体光刻胶市场规模21亿美元,占晶圆制造材料的6%。光刻胶市场集中度高,2019年全球前六大半导体光刻胶供应商中五家为日本企业,占据全球72%市场份额。中国光刻胶主要生产企业包括南大光电、北京科华、上海新阳、徐州博康、容大感光等企业,其中南大光电、徐州博康具有ArF光刻胶产品生产能力,但上海新阳ArF光刻胶尚在研发中。
CMP材料分类
CMP工艺中使用的材料主要包括抛光液和抛光垫。化学机械抛光材料主要是指用于化学机械抛光工艺的材料,CMP工艺是半导体制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺,该工艺结合传统纯机械和纯化学抛光方法去除晶圆表面微米/纳米级不同材料,从而实现晶圆表面的高度(纳米级)平坦化。根据不同工艺制程要求,每一片晶圆都会历经几道甚至几十道CMP工艺步骤。
CMP工艺中使用的抛光材料包括抛光液、抛光垫和清洁剂等,其中占比最大的是抛光液和抛光垫。根据SEMI国际半导体产业协会数据,2020年全球半导体CMP材料市场规模21亿美元,占晶圆制造材料市场6%。
湿电子化学品分类及应用标准
湿电子化学品主要用于硅片、晶圆清洗和腐蚀。湿电子化学品又称超高纯试剂,其主体成分纯度大于99.99%,主要用于半导体、面板和太阳能等领域,其在半导体领域主要用于硅片及晶圆的清洗和腐蚀,其纯度和洁净度对集成电路成品率、电性能及可靠性有十分重要的影响。
湿电子化学品以上游低纯度硫酸、盐酸、氢氟酸、氨水、氢等试剂为原料,经过预处理、过滤、提纯等工艺得到超高纯度产品。湿电子化学品可分为通用性湿电子化学品和功能性湿电子化学品两大类。其中通用性湿电子化学品是指在半导体、平板显示、太阳能电池制造工艺中通用的湿电子化学品;功能性湿电子化学品是指须通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品。根据SEMI国际半导体产业协会数据,2020年全球半导体湿电子化学品市场规模24亿美元,占晶圆制造材料的7%。
参考资料来自:川财证券、驭势资本研究所
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