半导体材料之湿电子化学品

国发股权 蒋湛婷 国发创投 昨天

2014年9月，国家大基金一期成立，总投资额1387亿，带动新增社会融资约5000亿，实现集成电路产业链的全覆盖。近日国家大基金披露，二期基金已到位，11月开始投资。实际募资2000亿左右，按照1∶3的撬动比，所撬动的社会资金规模在6000亿左右。二期基金投资的布局重点在集成电路装备、材料领域。
2019年1-6月，我国集成电路进口额1376.2亿美元，同比下降6.9%；集成电路出口额457.5亿美元，同比增长17.1%。这说明随着我国集成电路技术的进步，以及产能的扩张，我国集成电路进口替代取得了显著的效果。我国集成电路产业从前期大力投入，开始进入收获季节，相关公司开始增收增利。
近日爆发的日韩贸易战中，韩国半导体产业就因日本限制了关键半导体材料的出口，而被锁住了命运的咽喉，半导体材料也因此成为了各界所关注的焦点。在整个半导体产业链中，半导体材料处于产业链上游，是整个半导体行业的重要支撑。在集成电路芯片制造过程中，每一个步骤都需要用到相应的材料。半导体材料主要包括晶圆制造材料与封装测试材料两大类。其中，晶圆制造材料主要包括硅晶圆、光刻胶、掩膜版、电子特种气体、湿电子化学品、溅射靶材、CMP 抛光材料等；封装材料包括引线框架、基板、陶瓷封装材料、键合丝、封装树脂、芯片贴装材料等(图 1)。 

图 1 半导体材料涉及工艺流程(红色为湿电子化学品应用环节) 


一湿电子化学品简述

湿电子化学品指为微电子、光电子湿法工艺（主要包括湿法刻蚀、清洗、显影、互联等）制程中使用的各种电子化工材料。湿电子化学品按用途可分为通用化学品（又称超净高纯试剂）和功能性化学品（以光刻胶配套试剂为代表）。

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超净高纯试剂

  一般要求化学试剂中控制颗粒的粒径在0.5μm以下，杂质含量低于ppm级，是化学试剂中对颗粒控制、杂质含量要求最高的试剂。

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功能性化学品

指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。功能性化学品一般配合光刻胶用，包括显影液、漂洗液、剥离液等。

    从产品结构来看，超净高纯试剂需求量占比达88%，功能性化学品占比达12%。其中，超净高纯试剂中，占比较大的依次是，硫酸、双氧水、氨水、氢氟酸、异丙醇、硝酸以及磷酸；功能性化学品中，占比较大的依次是，半导体用显影液、刻蚀液、面板用显影液、剥离液以及缓冲刻蚀液。

    湿电子化学品下游行业多为半导体、显示面板、太阳能电池等技术密集型行业，按照应用领域不同，对产品的纯度、洁净度也有不同要求，本文仅以半导体领域为例进行简析。

一、在晶圆制造过程中，湿电子化学品主要用于清洗颗粒、有机残留物、金属离子、自然氧化层等污染物。 
二、通过蚀刻液与特定薄膜材料发生化学反应，从而除去光刻胶未覆盖区域的薄膜，实现图形转移，获得器件的结构。 
三、湿电子化学品也应用于后段高端封装领域的清洗、溅射、黄光、蚀刻等工艺环节。 
半导体对湿电子化学品的微量金属杂质含量、颗粒粒径和数量、阴离子杂质含量等方面有严格要求。根据SEMI标准，应用于半导体领域的湿电子化学品集中在SEMIG3、G4水平，且集成电路线宽越窄，所需标准越高 （表1）。


表1  湿电子化学品SEMI标准等级


二行业发展现状及趋势

作为精细化工和电子信息行业交叉的领域，湿电子化学品行业特色充分融入了两大行业的自身特点。比如：产品种类繁多、专业跨度大、认证门槛高、更新换代快、功能属性强、产品附加值高、上下游协同效应强、成长速度快等。

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市场容量

2018年，全球湿电子化学品整体市场规模约52.65亿美元，应用量达到307万吨，其中，半导体市场应用量约132万吨。预计到2020年，全球湿电子化学品整体市场规模将达到58.50亿美元，应用量达到388万吨，复合增长率约12.42%。
2018年，我国6英寸及以上晶圆生产线消耗量超过25万吨，细分领域要求产品达到SEMI标准G3以上和G4水平，而国内技术水平相对较低，因此大部分产品来自于进口，国产化率约为10%（表2、3）。

表2  我国湿电子化学品生产量


表3  我国湿电子化学品需求量

数据来源：中国电子材料协会

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技术门槛

（1）纯化技术是湿电子化学品生产的关键

基本要求是超净高纯。有害金属离子含量要求已从10-6→10-9→10-12发展。对处理设备及材质，对容器和环境都有较高要求且会提高成本。湿电子化学品常用的纯化方法主要有五种，蒸馏和精馏、离子交换、分子筛吸附、气体吸收、超净过滤。

（2）湿电子化学品的分析测试与标准化技术

分析测试技术主要包括激光光散射法、电感耦合等离子体—质谱（ICP-MS）法、火焰发射光谱法、原子吸收分光光度法、离子色谱法等。

（3）包装和运输是保证产品质量的重要环节

湿电子化学品大多属于易燃、易爆、强腐蚀的危险品。包装容器的材质必须首先耐腐蚀，其次不能有颗粒及金属杂质的溶出。目前最广泛使用的材料是高密度聚乙烯（HDPE）、四氟乙烯和氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）、聚四氟乙烯（PTFE）。

三行业发展格局

全球湿电子化学品主要生产企业有德国巴斯夫，美国Ashland化学、Arch化学，日本关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学，台湾联仕、鑫林科技，韩国东友精细化工等，上述公司占全球市场份额的85%以上（表4）。

表4  全球湿电子化学品市场格局

数据来源：中国电子材料协会

国内生产湿电子化学品的企业中产品达到国际标准且具有一定生产量的企业有30多家，技术水平主要集中在G2级（国产化率80%）以下，8英寸（G3）及12英寸（G4）需求的高纯化学品基本靠进品，国产化率约为10%。仅有少数部分技术领先企业的部分产品达到了国际SEMIG4及以上标准，成为晶圆厂和封装厂的工艺制程Baseline产品，进入工业化量产阶段（表5）。

表5  国内湿电子化学品市场格局（仅列示已有G3及以上产品销售企业）

数据来源：各公司公开资料整理


四研究小结

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国产化之路任重而道远

现今，中国已成为全球最大的半导体消费市场。物联网、5G通信、人工智能等下一轮终端需求，为中国大陆半导体产业发展创造了新的机遇。半导体产业要想持续健康稳定的发展，产业链协同进步是关键。作为重要支撑的材料业则是重中之重。
从销售规模上来看，我国半导体领域湿电子化学品公司都还处于初始阶段，不过由于各种材料相继在国产大厂通过认证，因此快速发展进行国产化替代是可以预期的。然而，企业从项目报批到最后工业化量产至少需要3年的等待期。其中行政审批拿证基建试车2年以上，并且，在日趋严峻的环保形势下，未来新进入者或扩产获得审批的难度会越来越大。另外从验证到真正导入客户工艺制程中进入工业化量产阶段，也需要1年以上。
当前，我国半导体材料的整体本土化仍然处于比较低的水平，特别是在中高端领域，亟待突破的产品、技术非常之多。我国半导体材料的本土化程度要想得到明显改善，任重而道远。

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发挥工匠精神

高纯度材料的制造不仅需要精细的工艺过程和操作步骤，更需要大量时间去沉淀经验。半导体芯片制程在摩尔定律的驱使下，基本两年换一代，而湿电子化学品，自从晶体三极管发明以来，基本产品没有颠覆式创新，适合慢工出细活地改进制造工艺。

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打通产业内循环

一方面需要足够的资源（资本和人才）投入到研发和生产，另外一方面需要市场的回报。目前来看市场的回报，更多的是下游本土晶圆厂的发展带来的上游材料国产化需求。从投入到输出的道路打通了，产业才能顺畅地自我循环发展起来，攻克核心技术的动力才能永不枯竭。

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