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中国电子级工艺化学品市场分析

中国电子级工艺化学品市场分析

来源:
ICMtia
2021/10/26
浏览量

1    中国半导体材料产业发展态势

1.1    全球半导体制造业发展趋势

半导体产品是现代社会信息化、智能化的基础,广泛应用于计算机、家用电器、数码电子等产品中,在人工智能、移动通信、大数据、物联网等为代表的新一代信息技术和高效能计算、大容量存储、极低功耗通信和新型量子技术等创新发展中发挥着关键支撑作用。根据WSTS 数据预计,2021年全球半导体产业将有显著增长,预计增长幅度超过25%,见图1。其中,亚太地区预计增长约27.2%。

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图 1 全球半导体产业发展态势

1.2    中国半导体产业发展现状

根据中国半导体行业协会统计,2020年中国半导体产业继续保持快速增长态势,集成电路产业规模达到8848亿元,分立器件产业规模达到2966亿元,中国半导体产业发展情况见图2。

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图 2 中国半导体产业发展态势

2021年,我国率先实现新冠疫情后的经济复苏,国内半导体产品需求旺盛。同时,受全球供应链恢复迟缓的影响,原来依靠进口的半导体产品部分转由本地生产,大部分国内半导体生产线都处于满负荷运行状态。可以预见,2021年我国半导体产业仍将以高于全球平均增速的速度实现产业规模新的突破。

1.3    中国半导体制造材料市场增长态势

半导体制造材料是集成电路和分立器件等的重要支撑,主要包括硅片、光掩模、光刻材料、特种电子气体、工艺化学品、CMP抛光材料、溅射靶材、专用封装材料等。在快速发展的制造业带动下,我国半导体制造材料已发展成为全球第二大市场,2020年市场规模达到878.4亿元,预计2021年将突破950亿元,见图3。

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图 3 中国半导体制造材料市场增长态势

1.4    中国半导体制造材料产业发展状况

近年来,中国半导体材料企业技术水平持续提升,产品品质不断提高,涌现出众多具有一定市场竞争力的优质产品,产业规模不断壮大,自给能力逐渐增强。根据集成电路材料产业技术创新联盟(ICMtia)的调研数据,2020年行业销售收入达到340.1亿元,同比增长16.5%,预计2021年将突破380亿元,近年来产业发展状况见图4。

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图 4 中国半导体制造材料产业发展状况

2    中国电子级工艺化学品市场及产业现状

2.1    工艺化学品概述

工艺化学品又称为湿电子化学品、化学试剂,是半导体芯片湿法工艺过程使用的不可缺少的关键化工材料,主要用于清洗、刻蚀、电镀和表面处理等。通常应用于不同领域的化学品对纯度的要求也不同。如图5所示,用于半导体制造的电子级工艺化学品是化学试剂中对纯度要求最高的领域,要求超高纯度和超高洁净度,对生产、包装、运输及使用环境的洁净度也有极高要求。

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图 5 不同应用领域对化学试剂的纯度要求

工艺化学品按照其成分和应用工艺不同可以分为通用化学品和功能化学品。半导体制造常用通用化学品包括各类酸、碱、氧化剂和有机溶剂等,一般控制颗粒粒径在0.2μm以下,杂质含量控制在ppb级以下,是工艺化学品中对颗粒控制、杂质含量要求最高的材料。功能化学品是通过复配手段达到特殊功能,满足半导体制造中特殊工艺需求的配方类化学品,主要包括刻蚀液、清洗液、电镀液及其添加剂等,相关产品分类见表1。
氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等通用化学品在半导体制造湿法清洗和湿法刻蚀工艺中被用于清洗去除颗粒、有机残留物、金属离子、自然氧化层等污染物及在每个工艺步骤中的半成品上可能存在的杂质,避免杂质影响成品质量和下游产品性能。

表 1 工艺化学品相关产品及其分类

类 别

名 称

 

通用

化学品

酸类

氢氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)、盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)等。

碱类

氨水(NH4OH)、四甲基氢氧化铵((CH3)4NOH)等。

氧化剂

双氧水(H2O2)

有机溶剂类

异丙醇((CH3)2CHOH)、乙二醇((CH2OH)2)、N-甲基吡咯烷酮(C5H9NO)等。

 

功能

化学品

刻蚀液

氧化硅缓冲刻蚀液(BOE)、硅刻蚀液、高选择比磷酸、铝刻蚀液、铜刻蚀液等。

电镀液及其添加剂

铜电镀液及添加剂、其他金属电镀液及添加剂

清洗液

CMP抛光后清洗液、铝工艺刻蚀后清洗液、铜工艺刻蚀后清洗液、HKMG 假栅去除后清洗液、去溢料清洗液等。

各种通用化学品的SEMI国际标准等级如表2所示。在实际供货时,供求双方通常在此标准基础上协商确定产品的技术指标。工艺线宽越细,所需化学品的纯度和洁净度要求也越高,线宽0.8-1.2μm工艺多用于分立器件生产,所用化学品的金属杂质和颗粒控制范围较宽,工艺线宽小于90nm的超大规模集成电路用化学品金属杂质和颗粒控制标准最为严格,且有愈来愈严之势。在实际应用中,由于工艺化学品采用中央供应系统供给各个工艺设备,因此多种线宽并存的制造厂通常以最小线宽标准选配工艺化学品,所以,当前半导体制造用通用化学品一般对金属离子和颗粒杂质要求都超过SEMI Grade4。
功能化学品的主要特点是配方工艺精细、技术含量高、质量要求高、工艺配套性强、对生产及使用环境洁净度要求高、产品更新换代快等。同时,由于集成电路制造工艺或技术节点的不同,对功能性化学品的质量和性能要求也不尽相同,因此,至今没有十分明确的定义来描述功能化学品。功能化学品的理化指标很难通过普通仪器定量检测,往往只能通过应用工艺来评价其有效性和产品优劣。

表 2 通用化学品SEMI国际标准等级

SEMI等级

C1(Grade1)

C7(Grade2)

C8(Grade3)

C12(Grade4)

Grade5

金属杂质(X10-9)

≤1000

≤10

≤1

≤0.1

≤0.01

控制粒径

/μm

≤1.0

≤0.5

≤0.5

≤0.2

需双方协定

颗粒个数

(个/ml)

≤25

≤25

≤5

需双方协定

需双方协定

IC线宽

/μm

>1.2

0.8-1.2

0.2-0.6

0.09-0.2

<0.09

 

2.2    中国电子级工艺化学品市场预测

得益于半导体产品市场的快速增长,不少晶圆厂纷纷加入产能扩张的大军,根据SEMI的统计,2020年全球晶圆产能(折合8吋)2081万片/月。根据集成电路材料产业技术创新联盟(ICMtia)的调研,2021年中国晶圆产能(折合8吋)415万片/月。

与制造产能不断扩张相适应,工艺化学品市场规模也将快速增长,根据集成电路材料产业技术创新联盟(ICMtia)的数据,2021年我国工艺化学品整体市场需求量将达到51万吨,预计2022年将增至60万吨以上。相关主要工艺化学品硫酸、氢氟酸、硝酸、盐酸、硅蚀刻液、缓释氧化物刻蚀液等产品2021年市场规模及2022年需求预测见表3。

未来晶圆市场对ppt级别工艺化学品的需求将成为主流,而且12吋生产线,特别是28nm以下技术节点用的功能化学品用量将明显增多。随着集成电路制造工艺变得越来越复杂,对湿法工艺的技术要求不断提高,硫酸、氢氟酸、硝酸、盐酸等通用工艺化学品的金属杂质控制一般需要达到ppt级以上,颗粒控制需要从0.1ppb级别的0.2μm提升到0.05μm甚至更小,而且朝着更高纯度方向不断提升的步伐从未停止。

表 3 我国电子级工艺化学品市场需求预测

 

2021

2022

工艺化学品需求总量(吨)

510000

600000

其中:

 

 

硫酸(吨)

210000

250000

氢氟酸(吨)

43000

48000

硝酸(吨)

15000

16700

盐酸(吨)

5160

6350

硅蚀刻液(吨)

5700

6000

缓释氧化物刻蚀液(BOE)(吨)

1300

1500

2.3    电子级工艺化学品主要国际企业

当前,全球工艺化学品的市场格局呈现三大板块:一是欧美传统老牌企业,主要公司包括德国巴斯夫(BASF)、美国杜邦(Dupont)、美国英特格( Entegris )等公司。这些老牌化工企业历史悠久、品种齐全、生产基地遍及世界各地,拥有极强的技术优势,产品等级可达到SEMI G4及以上级别,与半导体制造业发展几乎保持同一步调。二是日本企业,代表性的公司包括关东化学(Kanto)、三菱化学(MCC)、斯特拉化学(StellaChemifa)等,其技术水平与欧美企业相同。三是中国台湾地区、韩国、中国大陆地区的企业。韩国和台湾地区企业在生产技术上具有一定优势,在高端市场与欧美、日本企业相比具有一定的竞争力,代表企业有台湾鑫林科技,韩国东友精细化工等。国外主要工艺化学品企业简况见表4。

表 4 国外主要工艺化学品生产企业情况

地区

企业名称

发展工艺化学品事业情况

欧美

德国巴斯夫(Basf)

公司主要业务包括半导体和平面显示用电子化学产品的生产,主要产品包括硫酸、盐酸、硝酸、BOE、氢氟酸等各类高性能产品。2020年公司总销售额达到591.5亿欧元。

美国亚什兰集团(Ashland)

公司主要业务包括优质专业化学品、金属铸件消耗品等多领域产品生产,主要产品包括N-甲基吡咯烷酮、聚合物溶剂等各类电子产品,公司在高雄与UPC(联合石化公司)建有超纯化学品生产基地合资企业。2020年公司销售额达到23.26亿美元。

霍尼韦尔公司(Honeywell)

公司主要业务包括半导体用各类高纯度工艺化学品的生产,主要产品有氢氟酸、氢氧化铵、BOE和盐酸等,2020年公司销售额达到330亿美元,其中高性能材料和技术部门收入达到94亿美元。

英特格公司  (Entegris)

公司旗下的ATMI公司主要业务包括半导体制造用各类化学品和关键材料的研发生产,主要产品包括各类电镀液、研磨后清洗液等。2020年公司销售额达到18.6亿美元。

陶氏杜邦

(Dow  Dupont)

公司主要业务包括特种化学品、高新材料等,主要产品包括研磨后清洗液、铝/铜制程去除剂等多类产品及服务。2020年公司销售额达到204亿美元。

日本

关东化学

(Kanto)

公司主要从事半导体用酸、碱等超纯高净化学试剂的生产和研发,主要产品包括氢氟酸、硫酸、盐酸、氨水、氟化铵等各类超纯化学品。

三菱化学(Mitsubishi)

公司的功能材料和塑料产品业务部门主要从事信息及电子产品、专业化学制品的生产,主要产品包括硫酸、硝酸、盐酸、双氧水、氨水等各类高纯试剂。2020年公司销售额达到334亿美元。

斯特拉化学(StellaChemifa)

公司主要从事高纯氢氟酸的研发生产,主要产品为半导体及平板显示等领域用高纯氢氟酸产品。2020年公司销售额达到329亿日元。

中国

台湾

台湾东应化股份有限公司

公司主要从事半导体用各类工艺化学品的研发生产,主要产品包括半导体用剥离液、显像液、稀释液等。

台硝投资股份

有限公司

公司主要从事半导体等领域用各类工艺化学品的专业生产,主要产品有高纯硝酸、盐酸、氢氟酸等。2020年公司销售额达到17.46亿新台币。

关东鑫林科技股份有限公司

公司是日本关东化学的子公司,主要从事半导体用各类工艺化学品的生产,主要产品包括电子级双氧水、氨水、氢氟酸等高纯溶剂,以及混酸、蚀刻液、清洗液等产品。

韩国

秀博瑞殷

(Soul brain)

公司主要从事电子化学原料、化学品等产品的生产销售,主要产品为半导体和平板显示用各类特种电子材料,在韩国市场占有很大份额。

东友精细化工

东友、东进两家公司主要从事半导体、显示面板用各类工艺化学品的研发生产,在我国有一定规模的市场份额。

东进世美肯科技

近年来,外资企业纷纷在我国建设化学品工厂。例如德国巴斯夫是全球领先的电子化学品企业,主要产品包括硫酸、双氧水、氨水、磷酸、盐酸、异丙醇、硅刻蚀液、铝刻蚀液等产品,占据我国工艺化学品市场较大份额。2020 年,巴斯夫在中国大陆的销售额约85 亿欧元,占公司总销售收入的14%。公司广东湛江一体化基地投资高达100亿美元,计划于2030年成为巴斯夫全球第三大一体化化学品生产基地。巴斯夫在中国现有的硫酸产能为2.4万吨,2021年7月巴斯夫携手浙江嘉化能源化工有限公司及其下属全资子公司浙江嘉福新材料科技有限公司在中国浙江省嘉兴市签署了进一步扩大电子级硫酸产能的协议,生产基地的扩建计划将于2023年完成。韩国东友在西安建有大型电子工艺化学品生产工厂,主要为三星西安工厂提供配套,在常州建有同等规模的化学品生产线,为无锡海力士提供配套。

2.4    电子级工艺化学品国内产业现状

近年来,我国工艺化学品企业技术不断提升,在生产技术、检测手段、技术服务等方面都开始攀升到一个新台阶,生产装备及技术实力得到大幅度的提升,技术领先企业的部分产品已达到SEMI G4标准,并开始向更高端的G5级别突破,行业整体进入快速发展阶段。目前,6吋及以下直径半导体生产线用工艺化学品已全面实现国产化,8吋线用工艺化学品基本实现国产化,28nm以上技术节点的12吋集成电路生产线用工艺化学品国产化程度也在逐步提高。

国内从事电子级工艺化学品业务的企业主要有中巨芯科技股份有限公司、湖北兴福电子材料有限公司、苏州晶瑞化学股份有限公司、联仕(昆山)化学材料有限公司、多氟多化工股份有限公司、滨化集团股份有限公司、江苏达诺尔科技股份有限公司、江阴江化微电子材料股份公司、江阴润玛电子材料股份有限公司、上海新阳半导体材料股份有限公司等,相关情况见表5。

表 5 国内主要工艺化学品生产企业情况

企业名称

主要产品

中巨芯科技股份有限公司

公司拥有电子工艺化学品、电子气体和前驱体三大业务板块,工艺化学品主要产品有:氢氟酸、硫酸、硝酸、盐酸、氨水、缓冲氧化蚀刻液(BOE)等。

湖北兴福电子材料有限公司

公司主要从事集成电路用工艺电子化学品的研发、生产、销售,主要产品有磷酸、硫酸、氢氟酸、双氧水、高选择比磷酸、硅减薄液、各类金属蚀刻液、BOE等。

苏州晶瑞化学股份有限公司

公司主要从事超净高纯工艺电子化学品的研发、生产和销售,主要产品有双氧水、氢氟酸、氨水、盐酸、硫酸、NMP等。

联仕(昆山)化学材料有限公司

公司主要提供大规模集成电路和平面显示制造用的超高纯微电子化学品,主要产品为电子级硫酸、氨水、硝酸、盐酸、醋酸、双氧水、BOE等。

多氟多化工股份有限公司

公司主要从事电子级化学品的研发、生产和销售,主要产品有氢氟酸。

滨化集团股份有限公司

公司从事电子化工产品的生产销售,主要产品有氢氟酸。

江苏达诺尔科技股份有限公司

公司主要从事半导体湿法工艺超高纯微电子化学品的研发、生产、销售,主要产品有氨水、硫酸、双氧水、盐酸、氢氟酸等。

上海新阳半导体材料股份有限公司

公司主要从事半导体行业所需电子化学品及配套设备的研发设计、生产制造和销售服务,主要产品有铜电镀液和电镀添加剂、锡及锡合金电镀液和电镀添加剂、去溢料清洗液、铝连线蚀刻后清洗液、铜连线蚀刻后清洗液等。

江阴江化微电子材料股份公司

公司主要从事湿电子化学品的研发、生产和销售,产品主要有过氧化氢、氢氟酸、盐酸、氢氧化铵、氟化铵、乙醇、异丙醇、丙酮、正胶剥离液、负胶剥离液、CMP后清洗液、硅蚀刻液、铝蚀刻液等。

江阴润玛电子材料股份有限公司

公司主要从事电子化学品的研发、生产和销售,的研发、生产和销售,主要产品有硝酸、硫酸、氢氟酸、ITO蚀刻液、铝蚀刻液、钼铝蚀刻液、过氧化氢、异丙醇、丙酮等。