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经历卡脖子之苦,中国正迎来国产化改革浪潮,不少厂商加快研发和制造的脚步。除了发力技术与研发,作为芯片基石的原材料,对产业链发展起着关键作用。目前,我国芯片原材料储能如何?面对极大的市场需求布局如何?慧聪电子网整理了部分芯片核心原材料的市场布局情况,供大家参考。
硅:打破寡头垄断占据更大的市场份额
在整个芯片制造过程中,半导体硅晶圆的使用占比远高于其他材料。目前,市面上主流的硅晶圆片主要有4英寸、6英寸、8英寸以及12英寸。随着5G、智慧城市,物联网技术的不断普及,我国对芯片的需求水涨船高,成为消耗大户。
硅晶圆片是由石英砂经高温提纯形成单晶硅棒,再通过切片、打磨、光刻等工序,最终形成集成电路的基础材料。在生产制造上,硅晶圆片是我国长期以来的一大短板。
硅晶圆片在提炼过程中对纯度的的要求极高,需要达到99.999999999%或以上。再者光刻工艺以及光刻设备长期依赖进口,硅晶圆长期受外国巨头垄断,国产化进程严重滞后,国产硅片在全球的份额不足5%。
在缺芯热潮高涨背后,为了打破垄断境况,中国企业开始发力。
作为我国发展较早,产业较成熟的硅片企业之一的环球晶圆正通过并购不断壮大。今年三月,环球晶圆对德国Siltronic的收购案已通过多国反垄断核准。
沪硅产业近日在300mm硅片上实现突破,可用于20-14nm制程的半导体硅片也进入了客户认证阶段。此外沪硅产业募资近50亿将用于300mm高端硅片研发与先进制造项目。
增加半导体芯片月产能,中欣晶圆也在行动。中欣晶圆启动了12英寸大硅片的扩产计划,将每月3万片产能继续拓展至7万片,逐步实现阶段性增长的扩产目标。
中环股份推动江苏半导体大硅片项目,实现12英寸晶圆关键技术、产品性能上的突破;由中芯国际创始人张汝京创办,国内第一家可以制造12寸硅晶圆片的厂商——上海新昇继续拓展12英寸晶圆产能,实现12英寸硅片规模化生产,填补我国12英寸硅晶圆市场的空白。
光刻胶:半导体产业链中分毫必争
在半导体产业链中,光刻胶的占比不足1%,而这细小的规模市场,在信越化学宣布停供后,引起热烈轰动。小小的光刻胶,为何让市场陷入恐慌?
首先,光刻胶虽小,但在半导体制造中不可或缺的原材料。在光刻阶段发挥着重要作用。光刻不是单纯的使用光刻机对硅片进行雕刻,其中还涉及到利用光刻胶的溶解度对硅片进行加工,形成图案再刻画出电路图。从产品属性上看,光刻胶具有不可替代性。当光刻胶供应吃紧,那整个芯片生产链将面临制造断节,芯片短缺问题也将进一步加剧。
其次,纵观光刻胶的制造,日本一家独大。据相关数据显示,全球光刻胶市场中,日本份额占比达到72%,而中国企业的市场占有率不足13%。中国大多数晶圆厂长期高度依赖进口光刻胶,信越作为光刻胶制造的龙头企业,是我国进口的一大来源,一经断供,将影响国内不少企业的正常运作,使中国半导体行业陷入窘况。
此次信越化学宣布大规模停供与2月份日本福岛东部海域发生7.3级地震有关,地震导致信越化学KrF光刻胶产线受到严重破坏,目前尚未完全恢复生产。
没有原材料的供应,中国真的躺平了吗?其实不然。受疫情、芯片慌及外国政策的数次卡脖子,光刻胶技术也开启国产化元年。
我国一直也有制造和生产光刻胶的企业。在信越化学宣布限制出口的消息后,国内资本市场对光刻胶断供感到恐慌,纷纷加码国内一线光刻胶企业,如南大光电、晶瑞股份等,使得部分国产光刻胶概念股一度涨停。
市场需求有利于国产企业加快研发、扩充产能。
作为目前国内唯一一家能够供应KrF光刻胶的厂商,彤程新材(603650)旗下产品现已覆盖KrF(248nm)、I-line、G-line、紫外宽谱的光刻胶及配套试剂。拥有独立的光刻胶生产基地,能够实现KrF级别产品的吨级量产。与国内多家晶圆厂正在加速验证,导入子公司北京科华的KrF光刻胶,建立稳定的合作关系。如中芯国际、华润上华、杭州士兰、吉林华微电子、三安光电等。
去年12月,南大光电自主研发的ArF光刻胶产品成功通过武汉新芯的使用认证。近日又有好消息传来,南大光电在逻辑芯片制造企业55nm技术节点的产品上取得认证突破,表明已具备 55nm 平台后段金属布线层的工艺要求。
据悉,南大光电目前已完成两条光刻胶生产线的建设,生产线已具备批量生产的条件,正加速ArF光刻胶的客户验证和量产工作。
镓:把握原材料命脉助力第三代半导体发展
作为芯片原材料之一的镓及其化合物,在能源汽车、太阳能电池等新能源领域发挥重要的作用。随着全球环保事业的不断推进,镓的重要性不断凸显、需求量也在不断提升。
镓是一种白色稀有金属,通常同铝、锌等矿物伴生,少量存在于地壳之中,熔点极低,在常温下呈液态。而中国掌控这种稀有原材料命脉,储量高达19万吨,占据全球的68%左右。
依托庞大的金属镓储量,中国也成为全球镓产量第一大国。2020年全球的粗镓产量约300吨,其中中国粗镓产量达290吨,表现十分亮眼,几乎呈垄断局面。
为摆脱对我国镓资源的依赖,欧美等发达国家对镓资源进行储备和管控,发展再生镓技术。据了解,在2020年时,全球再生镓实现较为可观的产量,达到了250吨,但这依然无法动摇我国的地位。
氮化镓具有高功率、高抗辐射、高效、高频特点,是第三代半导体材料中的代表材料之一。目前第三代半导体发展进程中,各国正处于焦灼状态,中国作为全球最大的金属镓储量国,未来在第三代半导体发展上,仍大有可为。
总结
弹簧效应使我国半导体市场加快完善,不少原材料厂商相继传来好消息,给我国半导体产业发展注入活力。原材料是半导体生产制造的基石,没有原材料,生产制造将寸步难行。
打破寡头垄断局势,同步突破制造端的限制和原材料端的封锁,实现自主化,国产芯的进程才算真正迎来开局。
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