集成电路材料产业位于集成电路产业链上游,是整个行业的根基,材料的品质直接影响集成电路产品性能。硅晶圆、光掩膜、光刻胶及附属产品、溅射靶材等集成电路关键材料的稳定供应与集成电路制造企业生产进度高度相关,对集成电路市场及整个产业的发展具有决定性影响。目前,我国集成电路关键材料供应三分之二以上依赖从境外进口,极易受到产业生态改变、国际政治经济环境恶化、自然灾害突发、流行疾病扩散等风险因素影响。
2018~2019年,全球集成电路材料产业发展态势平稳,市场规模维持在520亿美元以上。其中,中国台湾集成电路材料市场规模连续十年位居全球第一。中国大陆
集成电路市场规模小幅增长,2019年达到86.9亿美元,始终保持在全球前三位。另外,全球硅晶圆、光掩膜、光刻胶及附属产品、溅射靶材等关键材料销售总额占比超六成。日本在集成电路关键材料领域优势明显,关键材料全球市占率均超五成。
近年来,全球市场平稳发展,中国台湾仍居第一。关键制造材料销售总额占比超六成。集体电路材料是集成电路产业链中细分领域最多的环节,贯穿集成电路晶圆制造、前道工艺(芯片制造)、后道工艺(封装)整个过程,另外,涉及的应用包括硅晶圆、光掩膜、光刻胶及附属产品、溅射靶材、化学机械研磨(CMP)材料、电子特种气体、湿法化学品、封装基板、引线框架、液体密封剂、键合丝、锡球、电镀液等,其中,硅晶圆、光掩膜、光刻胶及附属产品、溅射靶材是集成电路制造产业需求量最大、使用量最多的核心关键材料。据国际半导体设备与材料产业协会(SEMI)最新报告数据显示,2019年,全球集成电路制造材料的销售总额为328亿美元;硅晶圆、光掩膜、光刻胶及附属产品、溅射靶材四大集成电路制造关键材料的销售额分别为111.5亿美元、38.7亿美元、33.7亿美元和28.7亿美元,各占全球集成电路材料销售总额的34%、11.8%、10.3%和8.8%,合计占比超过全球集成电路材料销售总额的六成;其次,CMP研磨液和电子特种气体销售额分别为7.9亿美元和5.5亿美元。
①硅晶圆。其是最重要的集成电路材料,分为抛光片、外延片、退火片、节隔离片和绝缘体上硅片多种类型,其中抛光片是需求量最大的产品,其他硅晶圆产品也都是在抛光片基础上二次加工而成的。目前,硅晶圆直径尺寸主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸(300毫米)、18英寸(450毫米)几种规格。硅晶圆越大,可制作的集成电路芯片数量就越多,每个芯片的制造成本就越低。因此,大尺寸晶圆是硅晶圆产业的发展方向。但硅片尺寸越大,对工艺设备、材料和技术的要求也越高,制备难度越大。因此,硅晶圆具有极高的技术壁垒,全球只有10家企业有能力制造,其中排名前五企业的全球市场份额约为90%。
②光掩膜(Photomask),又称光罩。其是由铬金属薄膜石英玻璃片制成,是集成电路制造的“底片“。是承载集成电路设计图案和知识产权信息的载体。目前全球光掩膜的厂商主要集中在海外。
③光刻胶。其是由感光树脂、增感剂、溶剂三种主要成份组成。在集成电路光刻工艺中,光刻胶被均匀涂布在衬底上,经曝光、显影和刻蚀等步骤,将光掩膜上的集成电路图案转移到衬底上。目前,全球光刻胶市场行业集中度很高,呈现寡头垄断局面。
④溅射靶材。其是集成电路溅射工艺中所使用的原材料,按成分可分为纯金属靶材(纯金属铜、铝、钛、钽等)、合金靶材(镍钴合金、镍铬合金等)和陶瓷化合物靶材(硅化物、碳化物、氧化物、硫化物等)。溅射技术于19世纪40年代起源于西方,因此国外在溅射靶材制备生产方面拥有一个多世纪的积淀。