半导体材料:技术壁垒高,高端依赖进口

2021年1月8日

今天,自动化展小编就和大家聊一聊半导体材料的那些事。众所周知,半导体材料是指电导率介于金属与绝缘体之间的材料,半导体材料的电导率在欧/厘米之间,一般情况下电导率随温度的升高而增大。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要材料。

 

半导体材料市场可以分为晶圆材料和封装材料市场。其中,晶圆材料主要有硅片、光掩膜、光刻胶、光刻胶辅助设备、溅射靶、抛光液、其他材料。封装材料主要有层压基板、引线框架、焊线、模压化合物、底部填充料、液体密封剂、粘晶材料、锡球、晶圆级封装介质、热接口材料。

 

以我国国内较大晶圆制造企业中芯国际为例:中芯国际生产经营的主要原材料包括硅片、化学品、光阻、气体、靶材、研磨材料等。

 

半导体材料自给率低

 

在半导体材料领域,由于高端产品技术壁垒高,国内企业长期研发投入和积累不足,我国半导体材料在国际分工中多处于中低端领域,高端产品市场主要被欧美日韩台等少数国际大公司垄断,比如:硅片全球市场前六大公司的市场份额达90%以上,光刻胶全球市场前五大公司的市场份额达80%以上,高纯试剂全球市场前六大公司的市场份额达80%以上,CMP材料全球市场前七大公司市场份额达90%。

 

国内大部分产品自给率较低,基本不足30%,并且大部分是技术壁垒较低的封装材料,在晶圆制造材料方面国产化比例更低,主要依赖于进口。另外,国内半导体材料企业集中于6英寸以下生产线,目前有少数厂商开始打入国内8英寸、12英寸生产线。

 

大硅片:硅片也称硅晶圆,是主要的半导体材料,主要包括抛光片、退火片、外延片、节隔离片和绝缘体上硅片,其中抛光片是用量较大的产品,其他的硅片产品也都是在抛光片的基础上二次加工产生的。抛光片:直接从单晶硅柱上切割出厚度约1mm的原硅片,然后对其进行抛光镜面加工。

 

退火片:把抛光片置于充满氩气或氧气的高温环境退火得到,可大幅减少抛光片表面的氧气含量,保持晶体完整性。外延片:在抛光片表面采用应用气相生长技术在抛光片表面外延生出单晶结构层,能够在低电阻衬底上形成一个高电阻层。节隔离片:在抛光片的基础上,通过光刻法、离子注入、热扩散技术等技术嵌入中间层,然后再通过气相生长技术在硅片外面形成平滑的外延层。

 

硅晶圆片的市场销售额占整个半导体材料市场总销售额的32%~40%。硅片直径主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸(300mm),目前已发展到18英寸(450mm)等规格。直径越大,在一个硅片上经一次工艺循环可制作的集成电路芯片数就越多,每个芯片的成本也就越低。在同样的工艺条件下,300mm半导体硅片的可使用面积超过200mm硅片的两倍以上,可使用率(衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标)是200mm硅片的2.5倍左右。因此,更大直径硅片是硅片制技术的发展方向。但硅片尺寸越大,对微电子工艺设备、材料和技术的要求也就越高。

 

硅片具有极高的技术壁垒,全球市场呈现出寡头垄断的格局,日本信越化学和SUMCO(由三菱硅材料和住友材料Sitix分部合并而来)一直占据主要市场份额,双方占有市场份额一半以上,其他主要公司有德国Siltronic(德国化工企业Wacker的子公司)、中国台湾环球晶和韩国SKSiltron三家公司。上述五家供应商合计占据全球90%以上的市场份额。我国硅产业集团规模较小,占全球半导体硅片市场份额2.18%。

 

目前就自动化展小编了解到,国内硅片生产厂商技术较为薄弱,市场份额较小,多数企业以生产8英寸及以下硅片为主。沪硅产业是目前国内较大的硅片供应商,也是国内率先实现12英寸半导体硅片规模化销售的企业,其2018年全球市占比为2.18%。其他企业有中环股份、里昂股份、有研新材等。

 

以上便是自动化展为大家整合的关于半导体材料相关资讯,如果大家对这方面感兴趣,欢迎到自动化展参观交流。