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接待星标 果壳硬科技

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芯片承载着东说念主类最先进的科技。如今中国已成为芯片遐想强国，但在芯片制造上却处处被卡，芯片制造究竟难在何处？

时于当天，芯片已形成一套相配锻真金不怕火专精的制造经由[1]，它并非简单地一步到位，而是分为存在一定时辰间隔和空间标准的多个阶段[2]。大体来说，芯片制造分为晶圆加工制造、前说念工艺（芯片加工）及后说念工艺（封装测试）三大要道，我国主要蚁集切入晶圆加工制造、后说念封装测试两个要道，前说念工艺大部分高端诱骗和材料基本均处于空缺状态，是以高端芯片往往需要入口。[3]

本文是“果壳硬科技”磋议的“国产替代”系列第二十四篇著述，温雅半导体制造全经由。在本文中，你将了解到：半导体制造全经由的技艺细节，半导体制造全经由中波及哪些诱骗和材料，半导体制造全经由中国表里的发展情况。

付斌 | 作家

李拓 | 剪辑

果壳硬科技 | 磋议

晶圆制造：先有晶圆后有芯

若想获取一颗芯片，要先将石英砂作念成薄薄的晶圆片（或者说衬底），再进行后续加工，临了切割为芯片。

因此，晶圆加工制造是半导体产业最上游、最基础的行业，又分为硅的初步纯化、单晶硅的制造以及晶圆制造三个子产业。

集成电路的分娩过程：从石英砂到芯片[4]

晶圆与威化饼干的英文都是wafer，这并非正值， 打个比喻来说，分娩晶圆就像分娩薄脆饼干，将面粉过筛，再与调料和水夹杂，经过搅动成面团后，辊印成型成饼胚，再切割而成。晶圆制造亦然同理，只不外，晶圆制造对原材料和工艺的要求极为严苛和复杂。

由于硅在地壳中占比达到25.8%，储量丰富且易于获取，因此硅基半导体是产量最大、应用最广的半导体材料。但并非通盘硅都能作念芯片，芯片制程工艺的模范已达到纳米级，任何微弱的杂质都会影响芯片正常责任，因此芯片制造中使用的硅是纯度达到99.9999999%~99.999999999%（9~11个9）的高纯多晶硅。

不同芯片需要不同类型晶圆，就像是分娩不同口味薄脆饼干，把柄不同规画，晶圆分为多种类型。

半导体硅晶圆分类[5]

把柄工艺，晶圆可和随意地分为抛光片、外延片、SOI片三大类。无论作念成什么样的晶圆，其原点都是抛光片，因为其它类型晶圆均是在抛光片基础上二次加工的产物，比如在抛光片基础上进行退火料理就变为退火片，可领有相配重大的分支。

晶圆片主要类型及脾气，制表丨果壳硬科技

贵府开头丨上海硅产业招股书[6]

不同类型晶圆片分娩经由极为复杂：

抛光片分娩要道包含拉晶、滚圆、切割、研磨、蚀刻、抛光、清洗等工艺；

相关于其他工艺过程，每片晶圆的每说念工艺只需1好意思元，外延滋长每片晶圆苟简需要20～100好意思元，所除外延工艺是集成电路制造中最开心的工艺过程之一[7]，外延片主要为在抛光片的基础上进行外延滋长；

SOI片主要领受键合或离子注入等方式制作。[6]

半导体抛光片、外延片工艺经由图[6]

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除此之外，像国内的CBA联赛、大学生联赛、村B A和耐高联赛也是有条不紊的进行，中国女篮更是在亚洲、在世界大赛上站稳了脚跟，一切都在朝好的方向发展，这些都是姚明这些年做出的努力，确实也看到了一点成绩。不过就在中国篮球一路朝着好的方向发展时，在深夜9:00，南京同曦队的超级外援皮特森，也是在外网发文声讨同曦俱乐部拖欠自己薪资的问题，并且已经欠了四个的多月的时间，或许是在商讨无果之后，最终只能无奈发文曝光。

SOI片的工艺经由[6]

把柄直径，晶圆又分为2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、5英寸（125mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）与 12英寸（300mm）等规格。

晶圆尺寸越大，每片晶圆可制造芯片数目就越多，单元芯片成本就越低。就像一张饼，饼越大，就能切出来越多相似大小的小块。

此外，在晶圆上切割芯片，一些旯旮区域无法利用，想象一下，在圆上切方，旯旮不可能切出完竣的方形。无论用哪种晶圆分娩，芯片尺寸规格都已固定，因此晶圆尺寸越大，晶圆旯旮失掉也会越小，大尺寸晶圆可进一步诽谤芯片成本。

那么，既然圆形的晶圆旯旮有这样多区域无法利用，为什么不作念成“晶方”？其实科学家并不是莫得想过这个问题，而是受制于技艺限制，成为历史留传问题。

最先，单晶滋长的硅棒是圆柱形，切割为薄片后即为圆形；其次，圆柱形的单晶硅锭更便于运输，以免因磕碰导致材料损耗；另外，圆形物体便于后续神情的操作；临了，即便制作成晶方，一些旯旮仍然不可利用，狡计标明，圆形旯旮比喻形挥霍更少。[8]

全球不同尺寸晶圆出货面积占比[6]

以8英寸与12英寸硅抛光片为例，在相似工艺条目下，12英寸晶圆可使用面积高出8英寸晶圆两倍以上，可使用率（预计单元晶圆可分娩芯片数目的规画）是8英寸硅片的2.5倍把握。[6]

天然，晶圆尺寸越大，就越难造，对分娩技艺、诱骗、材料、工艺要求就越多。具体来说，要害技艺规画包括局部平整度、旯旮局部平整度、纳米态状、氧含量、高度径向二阶导数等，而先进制程对晶圆翘曲度、迂回度、电阻率、名义金属残余量等参数规画有更高要求。

8英寸抛光片与12英寸抛光片对比[6]

不惟有硅能作念成晶圆，面前，半导体材料已经发展到第四代。第一代半导体材料以Si（硅）、Ge（锗）为代表，第二代半导体材料以GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）为代表，第三代半导体材料以GaN（氮化镓）、SiC（碳化硅）为代表，第四代半导体材料以氮化铝（AlN）、氧化镓（Ga2O3）、金刚石（C）为代表。

不外，面前仍有90%以上芯片需使用半导体硅片当作衬底片。

纵不雅全球硅片市集，主要由国际厂商占据，市集蚁集度高，2021年全球硅片市集CR5为94%，排行前五厂商分别为日本信越化学（Shin-Etsu）、 日本胜高（SUMCO）、中国台湾环球晶圆（Global Wafers）、德国世创（Siltronic）、 韩国鲜京矽特隆（SK Siltron）。[9]

反不雅国内方面，技艺薄弱、业务范围小、蚁集度较低，家具多以8英寸及以下为主，国内半导体硅片企业主要包括沪硅产业、中环股份、立昂微、中晶科技、有研硅、麦斯克等，单一厂商市集占有率均不高出10%，且以8英寸及以下尺寸硅片为主。12英寸晶圆是近两年中国产业要点：比如，粤芯半导体是专注于模拟芯片范围和进入全面量产的12英寸芯片制造企业，规画总投资370亿元[10]；再如，增芯科技月加工2万片12英寸智能传感器晶圆量产线形势，共投资70亿元。[11]

从数据上来看，国产硅片市集范围2019年~2021年连气儿高出10亿好意思元，2021年达16.56亿好意思元，同比增长24.04%，预计2022年可达19.22亿好意思元。[12]

2021年全球硅片市集形态[9]

从全球第二代半导体（GaAs、InP）衬底和第三代半导体（GaN、SiC）衬底情况来看，国内已领有巨额关系企业，但举座产能范围与国际存在差距。

第二代半导体、第三代半导体晶圆衬底全球市集及国内发展情况对比，制表丨果壳硬科技

参考贵府丨SIMIT策略计议室[13]

前说念工艺：诱骗堆出来工艺

“这里好像我想象中的天国……只不外有更多的机器东说念主。”这是一位群众关于半导体制造工场的评价。[14]

最先，有诱骗才能谈制造，在晶圆厂本钱开支中，晶圆加工诱骗的本钱开支也最大，占比为70%~80%。[15]

集成电路制造范围典型本钱开支结构[15]

芯片分娩过程中，有斗量车载台工艺诱骗在同期运行，不错说，造诱骗难，让这些诱骗有纪律地分娩起来更难。

芯片前期工艺包括光刻、干蚀刻、湿蚀刻、化学气相千里积、物理气相千里积、等离子冲洗、湿洗、热料理、电镀料理、化学名义料理和机械名义料理等，其中多个工艺会重迭使用，相配复杂。

每个前期工艺都对应着相应诱骗，包括光刻机、涂胶显影机、刻蚀机、薄膜千里积诱骗、离子注入诱骗、热料理诱骗（氧化退火诱骗）、化学机械平摊（CMP）诱骗、清洗诱骗、过程检测诱骗等。

半导体制造及半导体材料产业要道暗示图[9]

前期加工中，诱骗主要围绕制程工艺选型，也就是时常被拿起的28nm、14nm、10nm、7nm、4nm、3nm……制程越小，制造越贫瘠，对诱骗要求也越高。面前，28nm是行业分水岭，比28nm更先进的是先进制程，反之则是锻真金不怕火制程。

制程随摩尔定律迭代，即芯片上晶体管数目每隔18~24个月加多一倍，性能也将耕种一倍。

在国际诱骗和系统道路图（IRDS）中，全面地反应了各制程节点所需系统级新技艺，也就是说，畴昔几年内最先进制程需要用到什么诱骗也已被决定，而IRDS也会奉陪制程升级而不息更新版块。

IRDS中关于畴昔制程节点的技艺计算打算[16]

从价值重量上来看，光刻、刻蚀和薄膜千里积是前期加工中最主要三个要道，2021年光刻机、刻蚀机和薄膜千里积诱骗（含CVD、ALD、PVD）投资占比分别为20%、25%和22%，系数占比超诱骗总开销的60%。[17]

2021年全球半导体诱骗价值量溜达[17]

纵不雅我国不同诱骗国产化率，天然举座有飞腾趋势，但举座国产化率依然较低，上游分娩才智极弱。

国产半导体制造诱骗情况概览，制表丨果壳硬科技

参考贵府丨国海证券[18]

以下，果壳硬科技将对光刻机、涂胶显影机、刻蚀机、薄膜千里积诱骗、热料理诱骗（氧化退火诱骗）、离子注入诱骗、化学机械平摊（CMP）诱骗、清洗诱骗、过程检测诱骗几类价值重量最高的九种诱骗进行防卫判辨。

光刻机

光刻机是芯片制造中最广博、最精密复杂、难度最大、价钱最开心的诱骗，光刻成本占芯片总制酿成本的三分之一，破钞时辰约占整个硅片分娩时辰的40%~60%，而它也决定了芯片上晶体管能作念多小。[19]

光刻诱骗是一种投影曝光系统，由紫外光源、光学镜片、瞄准系统等部件拼装而成[20]，其旨趣是将光掩模版（Mask）上遐想好的集成电路图形（宏不雅）通过光辉曝光印制到硅衬底光感材料（微不雅）上，已矣图形革新。其中，光掩模十分于是相机底片，它要比芯片大上好多，亦然通过光刻而来，不外往往领受无掩模直写光刻制造。

光刻的念念想开头自于印刷技艺，不同的是，印刷通过墨水在纸上的光反射率变化记载信息，光刻则领受光与光敏物资的光化学反应已矣对比度变化[21]。打个比喻来说，光刻机就是一种巨型单反相机，能够将光掩模版上图形缓慢几百万倍，并通过光化学反应缓慢转印到晶圆上。[22]

光刻技艺先后资历战斗式光刻、接近式光刻、全硅片扫描投影式光刻、分步重迭投影式光刻到面前的步进扫描投影式[23]，而光源资历了五次波长迭代：从最初紫外波段的高压放电汞灯g-line（436 nm）到 i-line（365 nm），发展到深紫外（DUV）波段的准分子激光器KrF（248 nm）以及 ArF（193 nm），再到最先进的13.5nm极紫外光（EUV）。[24]

为什么光刻机那么难造，一个挑战是进一步耕种紫外光刻机性能研制难度高、造价开心，从第一代光刻机到最先进的第五代光刻机，光源波长已从436nm裁汰至13.5nm，除了难以产生光源，光束传输中极紫外光的衰减和光学元件名义随意限建都是极浩劫题；另一个挑战是芯片二维密度无穷制提高势必会遭遇量子极限，芯片两条线上电子的运行法规的前提是不互联系扰，而当硅芯片密度在物理模范上缓慢至1nm以下时，将会受到烦躁而不再按照经典电子学法规畅通，这无疑遭受巨大挑战。[25]

不啻如斯，在良率压力下，还要保证芯片裕如低廉[26]。比如说，英特尔一颗CPU遐想文献普遍在10GB以上，而阿斯麦（ASML）的NXT：2050i每小时可曝光295片300mm（12英寸）晶圆[24]，Intel Ice Lake系列CPU单12英寸晶圆能切割出苟简485颗芯片，这样情况下每小时极限能够曝光14. 3万颗芯片，这样的制造才智才能够将单颗CPU成本降至全球能承受的几十到上千好意思元。[25]

此外，光刻系统波及的技艺极为细碎，还包括：

狡计光刻：骨子分娩中很难让每次光刻模式都透顶正确，每一次光刻过程中都可能会发生颗粒烦躁、折射或其它物理/化学劣势，为特出到确凿图案，就需要通过将算法模子与系统和测试晶圆数据相结合，这个过程被称作狡计光刻；[27]

对焦性能：光刻机中中枢部件就是镜头，这并非一般镜头，而是高至2m、直径1m的广博镜头，这些镜头的对焦性能是成像质地和家具良率的要害，跟着芯片线宽不息缓慢，加之二次成像（DP）光刻工艺应用越来越多，对光刻机对焦性能要求越来越严苛；[28]

工艺优化：制程节点每前进一步，都会奉陪巨额工艺优化，比如说，制程工艺从20nm/16nm/14nm启动，遐想端正周期已小于光刻机分辨率极限，此时光刻机启动领受双重或多重曝光技艺、光源掩模协同优化、负显影工艺等工艺；浸没式光刻技艺天然支捏了45nm/40nm、32 nm/28nm、20nm/16nm/14nm、10nm和7nm五个主要技艺节点[29]，但从5nm启动，到3nm、2.1nm以至1nm，大多数中后段档次和前段的鳍和栅极的剪切档次都启动领受极紫外光刻工艺已矣。[30]

250nm到1nm 技艺节点中要害光刻档次的遐想端正追想[30]

光刻机在半导体诱骗价值链中占比高达20%，面前，业界主要光刻机公司，分别是荷兰ASML（阿斯麦）、日本Nikon（尼康）、日本Canon（佳能）。[22]

市集方面，ASML、Nikon、Canon三家基本把持市集，2022年ASML出货量占据全球出货量的82%，Canon占10%，Nikon占8%。其中，ASML光刻机种类王人全，是全球唯独能够分娩EUV光刻机的公司，面前最小制程达到3nm；Nikon蚁集于DUV光刻机，也可分娩浸没式光刻机；Canon的家具则蚁集在中低端。[31]

从具体数据来看，2022年，ASML、Nikon、Canon三家集成电路用光刻机总出货量为551台，较2021年的478台增长15%，EUV、ArFi、ArF三个高端机型共出货157台，较2021年的152台增长约3%。此外，EUV光刻机ASML市占率达100%，ArFi光刻机ASML市占率达95%以上，ArF光刻机ASML市占率达87%以上，KrF光刻机ASML市占率达72%以上，i线光刻机ASML市占率达23%以上。[32]

2022年全球半导体光刻机TOP3厂商出货情况[31]

涂胶显影机

涂胶显影（或涂覆显影）诱骗虽在结构上比不上光刻机的复杂程度，但也不可或缺，它是光刻过程中必要的诱骗。[21]

对光刻工艺来说，晶圆上光刻胶涂覆的厚度和均匀性至关热切，奏凯影响着后续光刻工艺质地，从而影响芯片制品的性能、良率和可靠性[33]。是以，何如涂好光刻胶是一门知识，负责涂覆光刻胶的诱骗即是涂胶显影诱骗。

不同光源对涂胶显影诱骗需求不同，早期低端芯片制造往往单独使用涂胶显影诱骗（Off Line），跟着200mm（8英寸）及以上大型产线干与应用，当代半导体分娩中，多数涂胶显影诱骗与光刻系统联线分娩（In Line）[34]，而它则与光刻技艺共进退，正奉陪光刻精度耕种而加多技艺难度。

涂胶显影诱骗随光刻工艺迭代，技艺难度耕种[35]

涂胶显影诱骗并非一种诱骗，而是一类诱骗的称呼，光刻工艺中涂胶显影经由包括HMDS（六甲基二硅氮烷，增粘剂）预感理、涂胶、前烘、曝光、后烘、显影和坚膜，其顶用到主要诱骗有涂胶、曝光和显影3种诱骗。

涂胶显影诱骗结构复杂，已矣难度高，不同厂商对诱骗结构及神情均有我方的谐和，但基本均由单元模块组成，且功能访佛，包含数十个功能模块组及配套机器东说念主、数百个功能单元、数万个零部件，如盒站单元CS、盒站机械手臂CSR、工艺机器东说念主手臂PSR、涂胶单元COT、显影单元DEV、热烘/冷却OVEN单元、对中单元CA、边部曝光单元WEE等，此外，还涵盖机械畅通、温湿度及内环境限定、系统调度及限定、化学反应及化学品管控等多学科技艺。[21]

光刻工艺经由图[21]

涂胶显影机在半导体诱骗价值链中占比约为5%，从全球来看，日本TEL（东京电子）、德国SUSS（休斯微技艺）、奥地利EVG及国内沈阳芯源等公司均有锻真金不怕火有规画，不外TEL基本处于把持地位。

从数据上来看，2019年TEL占据全球涂胶显影诱骗近87%市集份额，DNS（迪恩士）和其它企业则占其余13%市集份额；2019年TEL占据国内涂胶显影诱骗近91%市集份额，DNS则占5%，国产芯源微家具仅占4%。[35]

2019年全球和中国大陆涂胶显影行业市集情况[35]

对国产来说，涂胶显影诱骗销售难点在于下旅客户端工艺考据，由于涂胶显影诱骗与光刻机高度联动，因此诱骗商需在不影响下贱晶圆正常分娩情况下，提供光刻机、掩模版、检测诱骗及模范等资源团结，考据经由复杂且冗长，加大厂商应用难度。[36]

刻蚀机

刻蚀机与光刻机是一双好基友，二者都决定着芯片制品的性能，比如说，想要制造5nm芯片，光刻机和刻蚀机都要具有5nm工艺才智。

光刻机的旨趣是用光将掩模版电路结构复制到晶圆上，刻蚀机则按光刻机复制的结构在晶圆上微不雅雕镂出沟槽或战斗孔。打个比喻，光刻机就像工匠在木板上划线，刻蚀机则按照木板上划线进行雕花。

刻蚀过程中，晶圆会被烘烤和显影，一些抗蚀剂会被冲走，从而走漏敞开通说念的3D图案。迄今为止，纳米模范的芯片已由数十层以至上百层结构组成，在这一过程中，怎样保证精确地形成完竣镇静的芯片结构是难点，幸免在刻蚀过程中龙套多层微芯片底层结构或在结构中创建出空腔。[27]

刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种，湿法刻蚀使用化学制剂清洗晶圆，干法刻蚀基于气体袒露晶圆上图案。自80年代芯片不息微缩，湿法刻蚀局限性冉冉突显，包括不行哄骗在3微米以下图形、容易导致刻蚀图形变形、液体潜在毒性和污染、需特等清洗和干燥神情等，因此在特定要道冉冉被干法刻蚀所取代，面前两种刻蚀机在各自范围发达热切作用。[37]

干法刻蚀又分为等离子体刻蚀、反应离子刻蚀、离子束刻蚀三种步调，依据其不同脾气，应用在工艺神情中，其中，电容性等离子体刻蚀和电理性等离子体刻蚀两种诱骗涵盖了主要刻蚀应用。

刻蚀机制造技艺难度极大，就拿等离子体刻蚀机来讲，便需用到电感耦合等离子体源，为保证等离子体质地，需超高的真空度。

三种干法刻蚀步调比较[37]

刻蚀机在半导体诱骗价值链中占比高达25%，市集增速也相配赫然。Transparency Market Research数据夸耀，2022年全球半导体刻蚀诱骗市集约为113亿好意思元，预计从2023年到2031年将以7.6%的复合年增长率增长，到2031年达到217亿好意思元，增长主要驱能源在于刻蚀机在逻辑/存储范围的热切性越来越强。[38]

刻蚀机被国际巨头所把持，Gartner数据夸耀，2021年全球刻蚀诱骗行业前三名为Lam Research（泛林半导体）、Tokyo Electron（东京电子）、Applied Materials（应用材料），三者总共占据90%以上市集份额，其中LAM市集占有率达46%，处于最初地位。[17]

2021年全球刻蚀诱骗竞争形态[17]

国内刻蚀机供应多数为国际品牌，而国外刻蚀机在中国售价一般可达每台几百万东说念主民币，之是以占据这样的总揽地位，是因为早在多年曩昔，它们就已启动不息整合兼并，谋取把持溢价。比如说，应用材料公司曾与东京电子归并，泛林半导体曾与科磊也谋求归并，试图强强汇注打造汇注体。[39]

国外刻蚀机主要厂商情况[39]

天然，刻蚀机范围，国产不可能一蹴而就。刻蚀机对加工精度要求极高，比如说，16nm等离子体刻蚀机的加工模范唯有头发丝的五千分之一，而其对加工精度和重迭性的要求更要达到头发丝的五万分之一。这并非单独刻蚀机范围的问题，而是与国内精密加工机床等诱骗发展关系联[39]。面前，国内中微半导体、朔方微电子、金盛微纳科技等公司已冉冉已矣主流制程诱骗出货，不息追逐国外巨头。

国内刻蚀机主要厂商情况[39]

薄膜千里积诱骗

薄膜千里积（Thinfilm Deposition）是将1µm（微米）或更小分子/原子材料的薄膜躲闪到晶圆名义的技艺，这一层薄膜不错让原来非导电的晶圆具备导电性。

打个比喻来说，就像利用物理或化学的步调，将电子气体变成固体，从空中均匀地撒下，最终形成一层薄如白纸的膜，随后精炼的电路都会绘图在这张白纸上。[40]

薄膜千里积不错分为物理气相千里积（Physical Vapor Deposition，PVD）和化学气相千里积 (Chemical Vapor Deposition，CVD）两种。

PVD是通过物理步调如真空挥发、溅射镀膜等方式形成薄膜，主要用于千里积金属及金属化合物薄膜，已平日应用于集成电路范围的Ti、TiN、Al等金属工艺，先进封装范围的Fan-out、Ti/Cu-Copper Pillar、TiW/Au-Gold Bump，功率半导体范围的Si基、SiC基IGBT和GCT等器件，微机电系统范围的Ti、Ni、 NiV、Ag、Al、Cr、TiW、SiO2、ITO等薄膜工艺。

CVD是通过夹杂化学气体发生反应，从而向衬底名义千里积薄膜的工艺，主要用于千里积介质薄膜，已平日应用于制备SiO2、Si3N4、SiCN、SiON、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃等介质薄膜材料，Si、PolySi、Ge、SiGe、GaAs、InP、GaN、SiC等半导体薄膜材料以及W、Al、Cu、Ti、TiN、金属硅化物等金属化薄膜材料。[41]

薄膜千里积制备技艺类型极多，PVD包括挥发（蒸镀）、溅射、离子束工艺诱骗，CVD则包括热化学气相千里积（APCVD、LPCVD、MOCVD）、金属气相千里积（MCVD）、等离子体气相千里积（PECVD）、原子层千里积（ALD）等，把柄薄膜所需材料不同，分娩所用工艺诱骗也不同，大致来说：

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PVD：150mm硅顷刻期多以单片单腔室神情为主，此后溅射诱骗冉冉取代了真空蒸镀诱骗，随IC技艺发展，更多技艺引入到磁控溅射诱骗中，射频PVD诱骗和离子化PVD诱骗也同步得到发展；

CVD：微米时期，多领受常压化学气相千里积诱骗（Atmospheric Pressure CVD，APCVD），亚微米技艺主流诱骗则是低压化学气相千里积诱骗（Low Pressure CVD，LPCVD），90nm以后等离子体增强化学气相千里积诱骗（Plasma Enhanced CVD，PECVD）饰演主要脚色，65nm以后原子层千里积（Atomic Layer Deposition，ALD）需求量不息耕种。[41]

主要薄膜千里积步调[42]

薄膜千里积在制造诱骗中价值比重很高，其中CVD约为17%（ALD为4%），PVD约为5%，与此同期，薄膜千里积诱骗行业依然是把持度较高的产业。

全球市集方面，CVD范围好意思国应用材料（AMAT）、泛林半导体（Lam Research）、东京电子（TEL）三家系数包揽全球70%市集份额，其中先进制程所必需的ALD诱骗由东京电子（TEL）、先晶半导体（ASM）两家公司包揽全球近50%市集份额；PVD范围主要被好意思国应用材料（AMAT）、瑞士Evatec、日本爱发科（Ulvac）所把持，其中应用材料占比近85%。[42]

CVD、PVD、ALD全球市集形态[41]

国内在薄膜千里积范围的竞争方式与国外巨头不同，国外巨头家具丰富，技艺躲闪面广，而国内则主要在细分范围进行各别化竞争，如拓荆科技、中微主要家具为CVD，朔方华创主要家具是PVD，微导纳米主要家具是ALD，盛好意思半导体主要家具是电镀家具。[41]

热料理诱骗

芯片制造过程中，有好多波及700℃~1200℃的高温热料理神情，这些工艺往往在高温炉中进行，包括氧化、扩散、退火等主要工艺。[43]

芯片制造过程往往由氧化工艺启动，亦然最热切的加热过程之一。当晶圆袒露在大气时，其中物资会与氧气形成氧化膜，就像铁袒露在大气中会氧化生锈一样。因此，氧化的作用就是在晶圆名义形成一层保护膜，保护晶圆不受化学杂质影响、幸免走电流进入电路、驻防离子植入过程中的扩散、驻防晶圆在刻蚀时滑脱。[44]

氧化工艺包括热氧化（Thermal Oxidation）、等离子体增强化学气相千里积法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）和电化学阳极氧化等，其中热氧化是最常用的步调。把柄氧化反应使用气体，热氧化法又分为干氧化（Dry Oxidation）和湿氧化（Wet Oxidation）。[45]

氧化工艺分类及脾气，制图丨果壳硬科技

参考贵府丨三星[45]

扩短工艺主要作用是在高温条目下对晶圆掺杂，不外这主要存在于20世纪70年代前的早期工艺，彼时芯片图形特征尺寸大多为10μm数目级，而面前先进的芯片分娩中，除了特定情况已很少使用扩散掺杂工艺。

退火工艺则是将硅片放于高温环境一段时辰，使其名义或里面微不雅结构发生变化，它往往与离子注入、薄膜千里积、金属硅化物形成等工艺结合。

用于氧化、扩散、退火等加热工艺的基本诱骗有卧式炉、立式炉和快速升温炉（RTP）三种。

热料理诱骗在半导体诱骗价值链中占比约3%，全球热料理诱骗市集则被寡头把持，好意思国应用材料（Applied Materials）、东京电子（Tokyo Electrion）、日本同行国际电气（Kokusai Electric）三家系数市集份额高出80%，而国内非激光退火类诱骗屹唐半导体市占率5%，朔方华创市占率0.2%。[46]

2018年全球热工艺诱骗竞争形态[47]

离子注入诱骗

让不导电的纯硅成为半导体，就势必需要向硅内加入诸如氮、磷等物资，使之形成PN结（PN junction，一种半导体结构），再以此创建晶体管，形成千般半导体器件。其中，东说念主为向硅内加入元素的过程就是掺杂（Doping）。

掺杂工艺十分热切，唯有掺杂之后，晶圆才会具有导电性能，才能称之为半导体。不仅如斯，掺杂也决定了半导体能够已矣哪些功能或性能，通过改革半导体的电导率、载流子类型和浓度、能带结构等电学性质，东说念主们就不错目田疲塌地限定半导体。

就比如说，向硅材料内掺入五价元素磷或砷，就不错得到N型半导体，掺如三价元素硼，就不错得到P型半导体。

芯片制造中，可在前期单晶滋长阶段掺入杂质，如在CVD法滋长过程中掺入特定檀越或受主元素，使薄膜部分原子替换为对应元素。

关于已经制造出来的晶圆，则主要使用热扩散（Diffusion）和离子注入（Implant）两种工艺进行掺杂，在本文热料理诱骗部分已提到，热扩短工艺因其难以已矣遴荐性扩散，是以除特定工艺外，基本被离子注入所取代。

离子注入的旨趣相配简单易懂，就是利用高能量电场加快杂质离子，奏凯轰击到半导体名义，最终拥入晶体里面。离子注入诱骗就像神枪手一样，把千般元素精确均匀地射击至圆片里面，而这也恰是离子注入诱骗的技艺难点，即在不毁伤微小结构的前提下精确限定掺杂剂量和掺杂深度（粒子射程）。

把柄离子束能量范围和束流大小，离子注入诱骗领有拙劣、中能、高能、兆伏、小束流、中束流、高束流之分。不外骨子应用中，60%以上情况使用拙劣大束流离子注入诱骗，用来制造逻辑芯片、DRAM、3D NAND和CIS芯片等；18%使用高能离子注入诱骗，用于制造功率器件、IGBT、5G射频、CIS等；20%使用中束流离子注入诱骗。[48]

离子注入诱骗分类及说明，制图丨果壳硬科技

参考贵府丨头豹[49]

离子注入诱骗在制造诱骗中价值比重并不大，约为3%，2021全球离子注入诱骗市集约为24亿~26亿好意思元，永恒计算2030年市集可成长至42亿好意思元。[50]

全球离子注入诱骗商仅有9家（包含半导体、光伏、面板），具体到半导体范围则被好意思国应用材料公司（AMAT）和好意思国亚舍立科技（Axcelis）所把持，两家公司系数全球市集占有率快要88%。[49]

全球离子注入诱骗市集情况，制图丨果壳硬科技

参考贵府丨中银证券[50]

国内市集方面，仅有凯世通和中科信两家可分娩离子注入机，此外，好意思国应用材料公司（AMAT）、好意思国亚舍立科技（Axcelis）、好意思国AIBT、日本住友（Sumitomo）等供应商包揽了国内大多数晶圆厂的市集份额，部分代表性晶圆厂国产化率仅1%~3%。[50]

CMP诱骗

跟着制程不息缓慢，预计晶体管的模范越来越小，是以晶圆对平坦度要求也变得越来越高，这种情况下，就需要化学机械平坦（Chemical Mechanical Polishing，CMP）工艺，已矣晶圆名义平坦化。

顾名念念义，CMP就是协同化学腐蚀和机械研磨的一种工艺，与传统纯机械与纯化学不同，CMP能够灵验幸免纯机械的名义毁伤和纯化学的抛光速率慢、名义平整度和抛光一致性差等时弊[51]，这项工艺会在芯片制造中屡次重迭使用，包括光刻前、薄膜千里积后或先进封装中。

不错说，制程节点越小，需求CMP次数越多。如从180nm到14nm，CMP工艺神情数将从10次加多至20次以上，而7nm工艺中CMP神情数以至高出30次。[52]

CMP诱骗分为金属和非金属两种机台，非金属机台主要包括金属间介平坦化 (IMD CMP) 、层间介质平坦化 (ILD CMP) 和浅沟槽拒绝平坦化 (STI CMP) 等，金属机台主要包括铜、钨、铝等。

CMP诱骗由抛光、清洗、传送三大模块组成，并其功课过程中，抛秃顶将晶圆待抛光面压抵在随意抛光垫上，借助抛光液腐蚀、微粒摩擦、抛光垫摩擦等已矣全局平坦化，因此抛光液和抛光垫是工艺过程中两大耗材。[53]

CMP技艺是从0.35μm制程节点才启动大范围应用的新工艺，也曾，它也仅仅一个不被看好的丑小鸭。

20世纪90年代初期，由于光刻关于平坦度的追求愈发厉害，CMP应时而生并被用于后端（BEOL）金属连线层间介质的平整，此时这项技艺并莫得引起行业的温雅。20世纪90年代中期，0.35μm制程工艺时期，浅槽拒绝抛光（STI CMP）取代了LOCOS，钨抛光（W CMP）则取代了反刻蚀（etch back）。21世纪初，铜抛光（Cu CMP）的出现，使得0.13μm后端铜制程变为执行，此后Cu CMP一直被延续使用到90/65/45/32/28/22nm。连年，跟着制程节点不息缓慢，关于CMP要求更高，新的CMP应用百鸟争鸣。[54]

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CMP技艺发展历史，参考贵府丨《纳米级称电路制造工艺》[54]，果壳硬科技重置

面前，最先进的5/3nm制程也仍然在领受CMP技艺，欧博直营网同期12英寸晶圆是仍是最先进制程所采纳的尺寸标准，因此CMP诱骗畴昔较万古辰内不存在技艺迭代周期，但诱骗中中枢模块技艺和限定系统会不息升级。[55]

CMP诱骗在半导体诱骗价值链中占比约为3%，而好意思国应用材料和日本荏原系数包揽全球CMP诱骗超90%市集份额，两家公司CMP诱骗均已达到5nm制程工艺水平，我国绝大部分的高端CMP诱骗也由好意思国应用材料和日本荏原提供。[55]

CMP诱骗全球市集情况，制表丨果壳硬科技

参考贵府丨国金证券[56]

国内方面，面前主要为中低端家具，12英寸高端CMP诱骗处在家具考据阶段，其中，华海清科CMP诱骗已厚爱进入集成电路分娩线，盛好意思半导体CMP诱骗主要用于后段封装的65～45nm铜互联工艺，由中电科45所CMP技艺群众创业建立的杭州众德公司也正冉冉迈向新一步。[51]

清洗诱骗

半导体中的清洗技艺是指在氧化、光刻、外延、扩散和引线挥发等半导体制造工序前，领受物理或化学步调，铲除污染物和自身氧化物的过程。

芯片有着严重的洁癖，这是因为稠浊带来的劣势引起的芯片电学失效，比例高达80%[57]。假若在晶圆制造要道中有污染物未能透顶铲除，轻则影响晶圆良率，重则导致一整片乃至成批晶圆报废。

清洗能够流畅了芯片制造的全产业链，占据30%以上的半导体制造工序神情。SEMI数据夸耀，在80nm~60nm制程中清洗工艺共有约100个神情，而到了20nm~10nm 制程中清洗工艺加多到200个神情以上[58]。亦然重迭次数最多的工序，包括三类工序：

在硅片制造过程：清洗抛光后的硅片，保证名义平整度和性能，提高后续工艺的良品率；

在晶圆制造过程：在光刻、刻蚀、千里积、离子注入、去胶等要害工序前后清洗，减小劣势率；

在芯片封装过程：把柄封装工艺进行TSV清洗、UBM/RDL清洗、键合清洗等。

把柄清洗介质的不同，半导体清洗分为湿法清洗和干法清洗，前者领受去离子水和化学溶剂，辅以超声波、加热、真空等物理步调，对晶圆名义进行清洗，后者不使用化学溶剂的清洗技艺。其中，90%的清洗神情使用的都是湿法清洗技艺，不外二者不可偏废，各自觉达不同作用。

清洗诱骗在半导体诱骗价值链中占比约为6%，从国际和国内清洗诱骗近况来看，马太效应显耀。全球半导体清洗诱骗市集呈现高度蚁集的态势。Gartner数据夸耀，DNS（迪恩士）、TEL（东京电子）、SEMES与LAM（泛林半导体）分别占据2020年全球半导体清洗诱骗市集份额的45.1%、25.3%、14.8%和12.5%。[59]

国内能提供半导体清洗诱骗的企业相配少，主要包括盛好意思半导体、朔方华创、芯源微及至纯科技四家公司，面前四家国产企业均已具备130nm~28nm主流制程清洗诱骗技艺，其中盛好意思半导体已在研7/5nm清洗诱骗技艺。

比较其它种类半导体诱骗，清洗诱骗国产增速赫然，国产化率从2015年的15%耕种到了2020年的20%[60]。国内短板主要在于先进湿法清洗诱骗，DNS（迪恩士）、TEL（东京电子）、LAM（泛林半导体）与SEMES四家公司就包揽了单片清洗诱骗市占率的90%。

检测和量测诱骗

集成电路分娩工艺复杂，仅前说念制程就存在数百说念工序，量变激发质变，每说念工序的劣势都会随时辰推移而被放大到数倍以至数十倍，是以唯有保证每说念工序都不存在劣势，才能保证最终制品的性能。

换句话说，分娩每走一步，就要用检察一次分娩情况。就像医疗范围的CT、彩超、生化分析仪等赞助检测躯壳气象的诱骗一样，这些给芯片前说念工艺“体检”的用具就是检测和量测诱骗。

几纳米的差错、尺寸变化、颗粒或图像失实，都会导致芯片无法正常责任，假若前说念工艺每说念工艺良率失掉0.1%，最终良率就会诽谤到36.8%[61]。检测和量测诱骗当作前说念检测两大诱骗，能够灵验限定制造过程，提高产量。

检测诱骗：用于检测晶圆名义劣势（包括异物劣势、气泡劣势、颗粒劣势等），分为明/暗场光学图形图片劣势检测诱骗、无图形名义检测诱骗、宏不雅劣势检测诱骗等；

量测诱骗：用于测量透明/不透明薄膜厚度、膜应力、掺杂浓度、要害尺寸、光刻套准精度等规画，对应诱骗分为椭偏仪、四探针、原子力显微镜、CD-SEM、OCD-SEM、薄膜量测等。[62]

半导体检测和量测诱骗研发难度高，干与大，但市集空间不如中下贱集成电路或芯片那般大，且增速较为自如。不外，它在制造诱骗中价值比重约为12%，相对占比较大。

数据夸耀，全球半导体量测诱骗将从2021年的73亿好意思元耕种至2031年的133亿好意思元，年复合增长率6.2%，同期这一范围全球蚁集度极高，科磊半导体（KLA）、应用材料（Applied Materials）、日立（Hitachi）三家全球市集占比分别为50.8%、11.5%、8.9%。[63]

我国半导体检测与量测诱骗国产化率极低，2020年我国半导体检测和量测诱骗国产化率约为2%，科磊半导体、应用材料、日立三家公司分别占据我国检测和量测诱骗市集的54.8%、9.0%、7.1%。而我国举座市集占全球市集约27.4%，把柄推算，2023年我国检测和量测诱骗市集范围能够达到326亿元。[64][65]

2020年全球半导体检测和量测诱骗市集形态[62]

前说念工艺：材料消耗大户

材料是分娩芯片的基石，从古于今，历史的发展与材料密切关系，各个时期都以相应的材料称号当作其秀丽，如石器时期、陶器时期、青铜器时期、铁器时期、瓷器时期[66]，而放眼当下，卡脖子的35项技艺确切都与材料研究。[67]

半导体行业无疑是把材料玩出花的行业，波及的材料品类和需求量都相配大，而这些材料也会是前期加工至关热切的一环。

半导体材料分为晶圆制造材料和封装材料两种，前期加工消耗的材料主要包括硅材料、靶材、CMP抛光材料、光刻胶、湿电子化学品、电子特种气体、光掩膜等。[9]

SEMI数据夸耀，全球半导体材料占举座行业市集范围从2015至2021年呈先降后升的趋势，2021年全球半导体材料市集约占全球半导体产业总范围的11.56%[9]。2022年全球半导体材料市集销售额达727亿好意思元，比较2021年的668亿好意思元增长8.9%，其中晶圆制造材料和封装材料销售额分别为447亿好意思元和280亿好意思元，分别占全球材料市集销售额的61.5%和38.5%。此外，2022年中国大陆材料销售额为129.7亿好意思元，占全球市集约17.8%。[68]

2021年全球半导体材料分类范围占比[9]

硅材料

半导体行业的硅料消耗量极大。统计夸耀，2015年~2021年国内半导体硅料市集范围从101.6亿元升至250.5亿元，复合增长率达16.2%，面前，国内半导体硅料分娩企业技艺水平跨越赫然，且能够在国内市集督察较高占比。[9]

2015年~2021年中国硅材料市集范围柱状图[9]

半导体硅料价钱与半导体硅片行业景气度挂钩，SEMI数据夸耀，硅料价钱从2016年0.67好意思元/平方英寸增长至2021年价钱0.98好意思元/平方英寸。[9]

全球半导体硅片平均售价情况[9]

掩模版

光掩模是光刻工艺中热切材料，用于遴荐性相悖曝光、发射或物资穿透的掩藏模版。简单解说来说，掩模版是光刻过程中的底片，能将上头的图案复制到晶圆上。按用途，掩模版分为主掩模、中间掩模、责任掩模、移相掩模等。

如今媒体以至厚爱刊物中，频繁出现失实的写法，如“掩膜版”或者“掩模板”，骨子上，它的范例写法是“掩藏模具”的“模”，不应该写成“薄膜”的“膜”，同期掩模版的“版”是“出书的版”，而非“板材”的“板”。[26]

掩模版自身，亦然由光刻工艺而来，但与芯片不同，掩模版自己要比芯片大得多，是以往往不会使用DUV、EUV光刻那样又难又贵的光刻技艺，而是领受光学图形发生器、激光图形发生器和电子束图形发生器进行掩膜图形曝光。[26]

掩模版约占12%全球半导体材料市集，据推算，2021年全球掩模版市集范围为77.16亿好意思元，其中24%为夸耀面板用掩模版，65%为集成电路用掩模版。[69]

平板夸耀方面，Photronics（福尼克斯）、SKE、HOYA（豪雅）、LG-IT、清溢光电、路维光电分别占据2020年全球市集份额的24%、22%、21%、21%、7%、5%；集成电路方面，全球65%的市集是由半导体厂商自行分娩（如英特尔、三星等），第三方公司Photronics（福尼克斯）、Toppan（凸版印刷）、DNP（大日本印刷）分别占据2020年全球市集份额的11%、10%、8%。[70]

2020年全球掩模板市集，制表丨果壳硬科技

参考贵府丨安信证券[70]

光刻胶

光刻胶，又称“光致抗蚀剂”，是光刻成像的承载介质，可利用光化学反应将光刻系统中经过衍射、滤波后的光信息回荡为化学能量，从而把渺小图形从掩模版革新到待加工基片上。其被平日应用于光电信息产业的渺小图形贯通的加工制作，是渺小加工技艺的要害性材料。

综上所述，光刻胶是光刻工艺最热切的耗材，其性能决定了加工制品的精密程度和良品率。

从用量上来说，溶剂（主要为丙二醇甲醚醋酸酯，简称PMA）是用量最大的材料，含量最高可达90%，但在成本上并不杰出，且不起要害作用；当作光化学反应的中枢部分，光激发剂的用量仅有约1%~6%；树脂则在不同光刻胶家具中的用量区别很大。[71]

从成本看，在半导体光刻胶范围，越先进的工艺，树脂成本占比越高：以 KrF（氟化氪）光刻胶为例，树脂成本占比高达约75%，感光剂约为23%，溶剂约为2%。[72]

把柄曝光波长不同，半导体光刻胶可进一步分为普通宽普光刻胶、g线（436nm）、i线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、以及最先进的 EUV(<13.5nm)光刻胶。

其中，ArF光刻机波及干法和浸没式两种工艺（区别在于镜头和光刻胶之间的介质是空气如故液体），ArF光刻胶也对应分为干法和浸没式两类。EUV光刻胶则是制造难度最高的家具，亦然7nm及以下制程芯片加工过程中的中枢原材料。

2019年全球光刻胶市集范围预计约91亿好意思元，自2010年至2019年年复合增长率约为5.4%，推算2021年数据为百亿把握；同期中国脉土光刻胶市集范围约在88亿东说念主民币把握[73]。而其中，全球的半导体光刻胶市集范围约为17.5亿好意思元。[74]

细分市集方面，ArFi光刻胶（即浸没式ArF光刻胶）和KrF光刻胶市集份额最大，均在30%以上，其次是g/i光刻胶，市集份额约为17%，EUV过火它类型半导体光刻胶系数仅有1%把握。但从畴昔发展看，当作代表着先进集成电路发展趋势的EUV光刻的要害耗材，EUV光刻胶对将芯片制程鼓动至5nm以下起要害作用，成长性无疑是最佳的。[75]

举座业态方面，全球光刻胶市集高度蚁集，日好意思把控着绝大部分市集份额。日本的JSR、东京应化、信越化学及富士胶片四家企业占据了全球70%以上的市集份额，举座把持地位镇静。[75]

全球光刻胶市集份额[75]

全球半导体光刻胶市集中，日本企业稳居把持地位。2020年，日本企业在全球半导体光刻胶市集中占据的份额至少在60%以上，其中东京应化以25.6%的市集份额占据龙头地位；好意思国杜邦位列第二，市集份额为17.6%。细分市集中，2020年，日本东京应化在g/i线、KrF和EUV光刻胶市集的份额位列全球第一；JSR则以24.9%的市集份额把捏着ArF光刻胶市集。[74]

2020年全球半导体光刻胶行业份额[74]

国内方面，相对低端的PCB光刻胶仍然占国内94%把握供应，而高端面板光刻胶与半导体光刻胶则相配之少[76]。具体到半导体，面前适用于6英寸硅片的g线、i线光刻胶的自给率约为10%，适用于8英寸硅片的KrF光刻胶自给率不及5%，而适用于12寸硅片的ArF光刻胶基本依赖入口，更先进的EUV则连研发都处于十分早期的阶段[77]。产能上，国内企业的家具，仅g/i线光刻胶已矣批量应用，KrF仅少数研发程度最初企业已矣小批量应用。

电子气体

任何电子家具都逃不开电子气体，它是热切的基础性原材料，被喻为工业制造的“血液“或”食粮”。电子气体仅占芯片总成本的5%~6%[78]，但下贱厂商对电子气体的需求具有刚性和镇静性，导致对价钱的明锐度较低，从而使电子气体领有较强的成本转嫁才智。

电子气体分为电子特种气体和电子大量气体两大类[79]，二者对制造都极为热切。电子大量气体与特种气体应用平日，波及集成电路制造、光伏制造、夸耀面板制造等范围，不同范围间所用气体存在一定交加。其中，三氟化氮（NF3）、硅烷（SiH4）和氨气（NH3）是集成电路制造、光伏制造、夸耀面板制造范围的三大主要气体。

电子家具都是大胃王，一款家具需要几十以至上百种电子气体。以集成电路为例，波及电子气体约100多种，中枢工段约40~50种[80]。天然每种气体用量并莫得很大，但种类宽敞，举座用量就变大了。从全球市集占比来看，硅烷约为22%，三氟化氮为13%，离子注入气为10%，氟碳类为6%，六氟化钨为4%，笑气为4%，锗烷为3%，高纯氨为3%以及巨额其它气体。[81]

各制造范围所需气体情况，制表丨果壳硬科技

面前，好意思国空气化工、德国林德集团、法国液化空气、日本大阳日酸四家国外巨头占据了全球约九成市集[82]。我国所用电子气体除外资为主，天然国里面分企业已具备分娩高纯电子气体的才智，却很难进入集成电路范围[83]，集成电路所用的电子特气我国仅能分娩约20%品种[84]，国产化率不及15%[85]。与此同期，国内高端电子特气确切全部依赖入口。[86]

迄今为止，国内电子气体玩家分为三类：

第一类是以工业气体为主生意务，家具躲闪到部分品种电子气体，代表公司有华特气体、金宏气体；

第二类是专注深耕电子特气的公司，代表公司有派瑞特气、昊华科技、华宇同方；

第三类是电子材料平台型公司，除电子气体外，业务还涉过火它电子材料，代表公司有雅克科技、南大光电。[87]

我国电子大量气体2020年市集范围为1632亿元，同比增长10.49%，预计2023年有望冲破2000亿元，达到2172.2亿元，由于细分行业壁垒高，面前国产化率较低[88]；2021年中国特种气体市集范围预计达342亿元，其中电子特气预计达216亿元，电子特气占特种气体接近6成。[82]

对比国表里发展情况，国际厂商供应客户均为顶端制造厂商，家具品种躲闪面更广，供气模式也更丰富，大部分可提供TGM供气模式。国内则枯竭高端气体技艺，同期仅少部分公司领有TGM模式。从技艺角度来看，天然我国已在气体提纯技艺、容器料理技艺、气体充装技艺和检测技艺上达到国际通行标准[89]，但举座水平仍与国际存在差距。

工艺化学品

工艺化学品（Process Chemicals）是国际的一种统称，在好意思国、欧洲和中国台湾地区又被称为湿化学品，而在国内则也“电子级试剂”“超净高纯化学试剂”等更精确的抒发方式。本文主要使用湿电子化学品这种行业通用的称呼。

湿电子化学品极为热切，SEMI（国际半导体诱骗与材料协会）也将其单门分辨为一类进行统计，它影响着集成电路的制品率、电性能及可靠性[90]。此外，从28nm到5nm总工艺神情将由400次加多至1200以上，其中清洗工艺占总工艺25~30%，进一步带动高端湿电子化学品需求量。[91]

顾名念念义，湿电子化学品是用于光刻、刻蚀、离子注入、CMP、清洗等制造工艺中的千般液体，可分辨为通用湿电子化学品和功能湿电子化学品两类。

通用湿电子化学品是制造工艺中被巨额使用的液体化学品，一般为单成份、单功能化学品，如氢氟酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等；

功能湿电子化学品是知足制造相当工艺需求的复配类化学品，如显影液、剥离液、蚀刻液、稀释液、清洗液等。[92]

湿电子化学品的分类与具体家具[92]

与电子气体访佛，湿电子化学品也追求高纯度。面前，全球均履行SEMI国际标准，把柄金属杂质、限定粒径、颗粒数、IC线宽分级，不同分级适用应用不同。

湿电子化学品SEMI国际标准等第[92]

面前，国际大范围湿电子化学品分娩企业包括德国巴斯夫（Basf）、好意思国亚什兰（Ashland）、好意思国Arch化学、好意思国霍尼韦尔（Honeywell）、好意思国Mallinckradt Baker、日本关东化学、日本三菱化学、日本京都化工、日本住友化学、日本和光纯药工业 （Wako）、日本stella-chemifa、韩国东进等。我国主要企业则包括多氟多材料、江阴江化微、江阴润玛、苏州晶瑞、浙江凯盛氟、沧州信联、无锡三开、镇江润晶等。[93]

全球湿电子化学品主要企业及情况，制表丨果壳硬科技

参考贵府丨格林达招股书[92]

数据夸耀，2022年全球集成电路用湿化学品市集范围为56.90亿好意思元，2025年则可增长至63.81亿好意思元，其中中国总体市集范围将在2025年增长至10.27亿好意思元。[91]

天然我国湿电子化学品已在太阳能电板范围已已矣国产替代，但在半导体和平板夸耀范围市占率仅有23%和35%，此外，2019年中国大陆企业在超净高纯化学品市集供应上仅占中国市集的9%，超净高纯试剂无论是在质地上，如故数目上都难以知足电子工业需求。[94]

2019年中国超净高纯化学品市集供应形态[94]

溅射靶材

溅射靶材是千里积薄膜的原材料，而溅射（Sputtering）工艺则属于物理气相千里积（PVD）技艺的一种。

溅射靶材由靶坯、背板等部分组成，其中靶坯属中枢部分，是高速离子束流轰击的标的材料。

溅射靶材的分类[95]

溅射靶材应用平日，包括半导体芯片、平板夸耀、太阳能电板等。针对不同范围，也对金属材料惨酷了不同性能要求。

一般来说，半导体芯片对溅射靶材要求最高，其对金属材料纯度、里面微不雅结构等方面设定了严苛标准，包括铝靶、钛靶、铜靶、钽靶、钨钛靶等，纯度要求一般在5N（99.999%）以上。

超高纯铝过火合金是面前使用最平日的半导体芯片配线薄膜材料之一；

超高纯钛主要当作相悖层薄膜材料之一，钛靶材及环件与超高纯钛靶材配套应用于130nm~5nm工艺；

超高纯钽是相悖层薄膜材料，钽靶材及环件应用于90nm~3nm等最顶端工艺中；

超高纯铜及铜锰、铜铝合金靶材是面前使用最平日的先端半导体导电层薄膜材料之一，铜及铜合金当作导电层往往用于90nm~3nm技艺节点的先端芯片中。[96]

溅射靶材对金属材料遴荐和性能要求[95]

溅射靶材产业各要道参与企业数目基本呈金字塔型溜达，最高端应用的高纯溅射靶材难度极高，仅日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯等少数几个好意思日企业能够分娩[95]，四家公司系数占据80%以上全球市集。[97]

此外，溅射靶材列国发展也不同。好意思日企业领有最完竣的溅射靶材产业链，韩国、新加坡则在磁记载及光学薄膜范围有所特长，我国则起步较晚，主要领有江丰电子、有研新材、阿石创、隆华科技四家企业，面前已有部分企业初步已矣高端应用溅射靶材。

全球半导体靶材和超高纯溅射靶材市集情况[97]

CMP抛光材料

CMP抛光液是CMP过程热切耗材，约占CMP成本的50%，主要由磨料、去离子水、PH值休养剂、氧化剂及分散剂等添加剂组成，其中纳米磨料是决定性原料，多为硅溶胶、SiO2、CeO2、纳米级Al2O3颗粒等。[90]

2022年全球晶圆制造用抛光液市集预计超20亿好意思元，2026年可达到26亿好意思元。国内方面，增速有望高于全球市集，2025年国内抛光液市集有望占全球市集的25%，达40亿元东说念主民币，2021年~2025年复合增长率达15%。[91]

面前，全球仅有少数几家化学机械抛光浆料供应商，包括Cabot、Versum、Hitachi、Fujimi和Dow五家好意思日厂商，五家厂商系数占据2018年全球CMP抛光液近巧合市集份额，而国内仅安集科技仅占全球2.44%市集份额[98]。国内市集Cabot也占据了大部分市集，而其磨料直径可达15~20nm。

2018年CMP抛光液全球及中国市集竞争形态[98]

反不雅国内，CMP抛光液国产化率约5%，主要企业包括安集微电子、上海新安纳电子、北京国瑞升科技。其中，安集微电子部分家具到手进入国表里8英寸和12英寸芯片分娩线，上海新安纳电子当作二氧化硅纳米磨料供应商，家具已到手应用于8英寸和12英寸晶圆抛光，海新安纳则在存储抛光液上取得进展。[13]

后说念工艺：让加工品成为芯片

面前期加工完毕，离芯片就只差一步，此时刚刚从晶圆上切下来的芯片仅仅裸芯片（die），需要进一步封装，才能称之为芯片，临了经过测试的芯片才能出厂到咱们手里。

在行业中，封装和测试多被划入一个范围，即封测 (Semiconductor assembly and test manufacturing，ATM) ，工艺经由包括划片、装片、 键合、塑封、去飞边、电镀、打印、切筋和成型、外不雅查抄、制品测试、包装出货等。[99]

简单来说，就是在一颗颗芯片从刻好电路的晶圆上切割下来前，测试一遍千般参数，通过测试后，再像装腊肠一样，封装成芯片，之后再测试一遍芯片的性能。

按国际主流念念想，芯片制酿成本中，遐想约占三分之一，芯片制造约占三分之一，而封装和测试也占约三分之一，是芯片制造中热切一环[100]。而其中，封装要道的价值占半导体封测比例约80%~85%，测试要道占15%~20%。[101]

半导体封测是我国最早转型的制造要道，迄今为止，它已成为我国集成电路产业链中相对锻真金不怕火的要道。早在2010年，我国就已在封装测试要道已矣632亿元的销售额，其产值一度占据我国集成电路产业总产值的70%以上。[99]

与前说念工艺交流，封装和测试也需要诱骗和材料。把柄SIA分类，后说念工艺主要包括封装诱骗和测试诱骗两类，耗材则主若是封装材料。[60]

封装诱骗

芯片又小又薄，如若不施加保护，很容易便会刮伤损坏。封装就十分于是给芯片作念了一层保护壳，并预留好千般接线引脚，便捷后期结合使用。[102]

封装的方式多千般种，传统封装会破钞十分大体积，此外，当不同功能集成电路都整合在整个时，电路的间距越小，性能才会越好，是以行业不息探索更为先进的封装方式。平日来讲，就是把这层壳作念得越来越浮薄，越来越紧凑。

从上世纪70年代起到面前，出身了巨额封装方式，呈现出百花王人放的态势。

从改进角度看，封装分为传统封装和先进封装。传统封装包括最初的直插型封装DIP、小外形封装SOP、方型扁平式封装QFP、球栅阵列封装WB BGA等；先进封装比较传统封装，效果更高、性能更好、成本更低，同期以微型化、浮薄化、窄间距、高集成为脾气，包括倒装FLIP-CHIP、晶圆级封装WLCSP、扇出型封装INFO以及2.5D/3D等。[103]

全球半导体封装技艺发展五大阶段[101]

比较传统封装，先进封装无疑才是畴昔发展的要点，它是冲破\"存储墙\"\"面积墙\"\"功耗墙\"\"功能墙\"这\"四堵墙\"的要害。早在2012年就有计议预言，领受2.5D和3D封装技艺的集成电路将从2012年约6000万颗发展到2016年超5亿颗。[100]

此外，先进封装也Chiplet（小芯片，又称芯粒）息息关系。Chiplet指的是将单颗片上系统级芯片（SoC）的特定功能分散成一个个小芯片，再利用封装技艺整合在整个，组成多功能异构系统级封装（SiP），就像搭积木一样，不错灵验裁汰家具开发周期，诽谤举座成本，提高器件算力，耕种家具良率。[104]

集成电路发展道路图[105]

面前，芯片封装存在多种玩家，包括整合元器件制造商（IDM）、晶圆代工场（Foundry）以及委外封测代工场（OSAT）。

当芯片制程发展冉冉触及摩尔定律的底线，3D封装、扇形封装（FOWLP/PLP）、微间距焊线技艺以及系统封装（SiP）成为延续摩尔定律的可选项，封测行业也冉冉从传统封测向先进封测过渡，先进封装技艺在市集上的占比不息耕种。

Yole数据夸耀，2021年全球先进封装市集范围为374亿好意思元，预计2027年可达650亿好意思元，年复合增长率达9.6%，此外，先进封装市集增长将更为显耀，成为全球封测市集主要增量。[106]

2021年~2027年先进封装概览[106]

从IDM和Foundry角度来看，巨头们是先进封装技艺的引颈者，不息抢滩技艺改进。台积电接踵推出基板上晶圆上的芯片（Chip on Wafer on Substrate，CoWoS）封装、整合扇出型（Integrated Fan-Out，InFO）封装、系统整合芯片（System on Integrated Chips，SoIC）等；英特尔推出EMIB（2.5D）、Foveros（3D）和Co-EMIB等先进封装技艺；三星电子推出扇出型面板级封装（Fan-Out Panel Level Package，FOPLP）技艺。

从全球委外封测（不包含IDM自有封测和晶圆代工公司提供封测）角度来看，芯念念想计议院（Chip Insights）数据夸耀，2022年全球委外封测举座营收为3154亿元，同比增长9.82%，其中前十强营收达2459亿元，同比增长10.44%。[107]

2022年全球封测前十市集占有率[106]

2020年，我国封装市集范围达到2509.5亿元，其中先进封装市集范围351.3亿元，占比例约14%，预计2025年我国先进封装市集范围将达到1137亿元，占比将达32.0%。[108]

封装工艺经由较长，包括划片、装片、键合、打线、塑封、电镀、上球、打标、切筋成型等工序[109]，每种工序都需要一种诱骗，主要包括磨片机、划片机、固晶机、键合机、塑封诱骗、打标诱骗等。

从细分市集来看，贴片机、划片机、引线机三大主要封装诱骗占全球封装诱骗市集份额分别为30%、 28%、23%，据推算2021年贴片机、划片机、引线机对应市集空间分别为21.0亿好意思元、19.6亿好意思元、16.1亿好意思元。[110]

半导体封装诱骗细分市集情况[110]

SEMI数据夸耀，2021年全球半导体封装诱骗市集范围为71.7亿好意思元[111]，其中大部分市集由国际寡头把持，其中K&S球焊机全球市占率达64%，Disco划片机和减薄机全球市占率达2/3以上，Besi、 ASM Pacific把持装片机市集，Besi、日本Towa、ASM Pacific和日本Yamada是塑封系统主要品牌。[110]

国产方面，封测诱骗国产化率不及5%，低于制程诱骗举座10%~15%的国产化率[109]。其中，划片机以中国电子科技集团公司第45计议所、武汉三工光电、江苏京创、 沈阳和研和郑州琦升为代表，固晶机以新益昌、艾科瑞念念、大连佳峰为代表，塑封诱骗以文一三佳、安徽耐科装备为代表。

半导体封装诱骗主要企业及情况[111]

测试诱骗

测试诱骗穿插在封装工艺的一前和一后，即晶圆检测（CP，Circuit Probing，又称中测）和制品测试（FT，Final Test，又称终测）。

简单来说，就是在一颗颗芯片从刻好电路的晶圆上切割下来前，测试一遍千般参数，通过测试后，再像装腊肠一样，封装成芯片，之后再测试一遍芯片的性能。

测试诱骗包括测试机（Tester）、探针台（Prober）、分选机（Test Handler）三种，无论是晶圆检测如故制品测试，测试芯片均需先将芯片引脚与测试机功能模块链接（探针台和分选机的作用），再通过测试机向芯片输入信号，并检测输出信号。[112]

三种测试诱骗中，测试机市集更大，技艺壁垒也更高，不啻如斯，客户还对测试精度、反映速率、存储才智、鸠合分析才智、应用模范定制化、平台延展性等方面惨酷越来越高的要求。

半导体封测是我国最早转型的制造要道，迄今为止，它已成为我国集成电路产业链中相对锻真金不怕火的要道。早在2010年，我国就已在封装测试要道已矣632亿元的销售额，其产值一度占据我国集成电路产业总产值的70%以上[113]。而在2020年，我国半导体测试诱骗市集范围达到91.4亿元，况且连气儿多年景为全球最泰半导体销售市集。

天然看似一派高贵，但骨子中枢的测试机国产市占率较低。通过检察2015年到面前国内封测厂商长电科技公开招标信息，测试机主要以国外头部厂商为主。

2019年，好意思国泰瑞达（Teradyne)、日本爱德万（Advantest）两大龙头全球系数市占率达到90%，占据国内测试诱骗市集快要91.2%的市集份额，此外，好意思国科休（Cohu）、好意思国安捷伦（Agilent)、好意思国科利登（Xcerra）等厂商也永恒盘踞位居前几。反不雅国内原土市集，华峰测控占比国内市集份额仅6.1%，长川科技为2.4%。[114]

比较来说，爱德万、泰瑞达早在20世纪60~70年代进入半导体测试范围，我国则起步较晚，是以家具线单一，侧重于模拟/夹杂测试机，国外厂商则在SoC测试机、存储测试机、模拟/夹杂测试机三大种类均有涉猎。

探针台方面，Tokyo Electron和Accretech占据全球73%份额，惠特科技（Fittech）、旺矽科技（MPI）两家中国台湾企业占据剩余市集份额大部分空间。[114]

国表里诱骗厂商ATE测试机对比[114]

封装材料

封装材料按类型可分为陶瓷、金属和团聚物三大类。其中，90%以上使用的是塑料，陶瓷和金属系数占比约为10%。[115]

封装材料分类及脾气，制表丨果壳硬科技

参考贵府丨《中国胶粘剂》[116]

按用途，封装材料分为封装基板、引线框架、键合丝、塑封料四大主材，全球市集占比分别为32.46%、16.75%、16.23%和6.81%。

封装基板：日韩企业市占率快要达到90%，国内主流基板厂包括深南电路、珠海越亚、兴森科技、丹邦科技；

引线框架：三井高科、新光电器、SDI、ASM、长华科技、HDS、宁波康强几家企业市占率分别为12%、10%、9%、9%、8%、7%、4%，国内企业主要包括宁波康强、宁波华龙、厦门永红、广州丰江微电子、深圳富好意思达、无锡华晶利达、济南晶恒山田、泰州市永志、宁波埃斯科光电、四川金湾电子、天水华洋、天水华天、泰州东田、铜陵丰山三佳等，天然企业较多，但依然莫得形成产业集群，且技艺过时；

键合丝：日本田中贵金属、新日铁、德国贺利氏、韩国MKE、Heesung等国际厂商占据主要市集，国内键合丝分娩企业共有二十几家，代表企业为贺利氏、田中等，但枯竭关于新技艺的掌控力；

塑封材料：95%以上集成电路都使用塑料封装，而其中又有97%以上都是环氧树脂，塑封材料日本住友电木、日立化成、京瓷化学、信越化学、松下电工、韩国三星Cheil占据主要市集，国内领有二十几家塑封料分娩商，但枯竭高端家具。[13]

SEMI数据夸耀，2022年~2027年，全球半导体封装材料市集范围将从261亿好意思元增长至298亿好意思元，年复合增长率达2.7%。[117]

写在临了

不可否定的是，天然国内连接涌现一批有实力的制造企业，但比较国际仍存在5年以上的技艺落差，枯竭高端技艺和家具。芯片制造从晶圆制造、前期芯片加工到封装测试层层相扣，凡是其中一个要道存在过时，都会成为国产芯片制造的痛点。[118]

业界也普遍觉得，国产半导体诱骗自给率低主因在于系统、结尾、制造和封测厂商民俗性采购国外大厂家具，酿成原土诱骗难以自证自身骨子分娩制造才智。[119]

除此之外，造芯片，晶圆厂是要害，这其中也蕴含好多门说念。

最先，半导体晶圆制造属范围经济行业，必须在不同地区建立多座制造工场以充分利用闲置资源，如台积电在中国、好意思国、新加坡等地均设有晶圆厂。

其次，晶圆厂依然建立，必须保捏全年逐日24小时遏抑歇运转，万古辰捏续分娩不免产素性能下落、故障率加多等问题，驻防性留心是作念晶圆厂的必修课。

另外，晶圆厂对加工工场的空气洁净度、湿度、温度等规画都有严格的要求，要知说念芯片制造的无尘室内洁净度能够达到病院手术室的100000倍。

临了，制造业属高耗能产业，分娩过程产生巨额污染环境的无益气体和液体，废水废气料理和低碳都是要害。[120]

不错说，芯片制造是国产芯片的最为热切的推能源，唯有当咱们全面拥抱制造，才能确凿维持起来芯片遐想和应用等要道，而这将会是不息的干与和企业不息的整归并购。

References：

[1] 王彪,彭琳,昌说念励. 粤芯半导体副总裁李海明：补王人芯片制造短板 跨范围创业机遇多[N]. 南边日报,2021-07-16(A08).

[2] 张振哲.当代芯片制造技艺的发展趋势瞻望[J].集成电路应用,2020,37(06):22-23.

[3] 余泽健.当代芯片制造技艺的瞻望[J].集成电路应用,2021,38(01):4-5.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2021.01.002.

[4] 珠海杰理科技股份有限公司：初次公开刊行股票并在科创板上市招股说明书.2021.9.13.http://file.finance.sina.com.cn/211.154.219.97:9494/MRGG/CNSESZ_STOCK/2021/2021-9/2021-09-13/7540702.PDF

[5] 国信证券：半导体系列申报之四：半导体硅片摩尔定律演进，半导体硅材料永恒弥新.2022.3.8.https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202203091551497056_1.pdf?1646819782000.pdf

[6] 上海硅产业集团股份有限公司：初次公开刊行股票并在科创板上市招股说明书.2020.4.15.http://static.cninfo.com.cn/finalpage/2020-04-15/1207500150.PDF

[7] HongXiao,杨银堂,段宝兴译.半导体技艺导论[M].电子工业出书社.2013.1.P435～437

[8] 中科院半导体所：晶圆？为什么莫得“晶方”呢？.2019.4.16.https://mp.weixin.qq.com/s/rQbmKe-czb9zAKjMLHvaFg

[9] 有研半导体硅材料股份公司：初次公开刊行股票并在科创板上市招股说明书.2022.11.7.http://static.sse.com.cn/disclosure/listedinfo/announcement/c/new/2022-11-07/688432_20221107_39HW.pdf

[10] 广州市半导体协会：会员新闻 | 捏续专注模拟芯片制造，粤芯半导体完成B轮策略融资.2022.12.2.https://mp.weixin.qq.com/s/4Ebu5vFzJdJvTEtecQuT3A

[11] 广州市半导体协会：投资70亿元，增芯月产2万片12英寸晶圆制造量产线厚爱开工.2022.12.15.https://mp.weixin.qq.com/s/-rCYQRQboNoRBT1x7_Nkxw

[12] 中商谍报网：2022年中国半导体硅片行业市集远景及投资计议申报（简版）.2022.9.30.https://www.askci.com/news/chanye/20220930/1608081990895_3.shtml

[13] SIMIT策略计议室：我国集成电路材料专题申报（全）.2019.7.22.https://mp.weixin.qq.com/s/xNmREBgDj6HLFANxQW8zBA

[14] SEMI：https://yourewelcome.org/zh-hans/how-theyre-made/

[15] 国泰君安证券：半导体公司全面布局，攻坚国产替代.2023.3.13

[16] IRDS：Devices will continue to aggressively scale in the next 5 years.https://irds.ieee.org/images/files/pdf/2021/2021IRDS_ES.pdf

[17] 中金点睛：中金看国外 | LAM：最初的刻蚀诱骗供应商，聚焦刻蚀、薄膜、清洗三大范围.2023.1.30.https://mp.weixin.qq.com/s/HuF0JnleJe4SYDc8Q4q3-g

[18] 国海证券：盛好意思上海(688082)深度申报：半导体清洗诱骗龙头，平台化策略开启新征途.20...