营销网络
建言献策——加入合力泰
国内厂商发力湿电子化学品国产替代正当时|梧桐论道
发布时间:2022-08-07 14:18:12 来源:优游5.0手机客户端 作者:优游平台客户端下载

  湿电子化学品是微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种液体化工材料,可分为通用化学品和功能性化学品两类。下游应用主要包括半导体、平板显示、太阳能电池等多个领域。

  通用湿电子化学品又可分为各种酸碱与有机溶剂,功能性湿电子化学品主要包括清洗液、显影液、刻蚀液、剥离液等等。

  湿电子化学品是晶圆制造及芯片封装领域中的耗材,其消耗量大,对产品的稳定性要求极高,这就对原材料的选择及纯化检测工艺提出了极高的要求。

  梧桐树资本长期关注湿电子化学品行业,并与行业内的上市公司和海外并购标的保持积极沟通。本文选自梧桐树资本半导体产业投资团队投资总监郭睿的《湿电子化学品行业报告》”

  湿电子化学品是微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种液体化工材料,具有技术门槛高、资金投入大、产品更新换代快等特点,包括通用化学品和功能性化学品,广泛应用在半导体、平板显示、太阳能电池等多个领域。化学试剂按照产品纯度、应用范围划分为:工业级化学试剂、实验纯、化学纯、分析纯、优级纯和超净高纯,湿电子化学品要求超净和高纯,它对原料、纯化方法、容器、环境和测试都有较为严格的要求,其成本约占集成电路(IC)材料成本的7%。

  湿电子化学品按其用途可分为通用湿电子化学品和功能性湿电子化学品。通用湿电子化学品主要用于集成电路、液晶显示、太阳能电池、LED等领域,主要为各种酸、碱与有机溶剂。酸类有:氢氟酸、盐酸、磷酸、硫酸、硝酸、乙酸等;碱类有:氨水、氟化铵、氢氧化纳、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵等;有机溶剂类包括醇类、酮类、脂类、烃类、卤代烃类等;其他则包括双氧水等等。功能性湿电子化学品是指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品,主要包括清洗液、显影液、刻蚀液、剥离液等。功能性湿电子化学品附加值高,未来应用市场大。

  以半导体为例,不同线宽的集成电路制程工艺中必须使用不同规格的超净高纯试剂进行刻蚀和清洗,且超净高纯试剂的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性均有十分重要的影响。

  1975年,美国的国际半导体设备与材料协会首先为微电子工业配套的超净高纯化学品制定了国际统一标准--SEMI标准,SEMI等级可分为G1-G5五个等级(半导体:G3-G5;平板及LED:G2-G3;光伏:G1)。除此之外,国际上公认的湿电子化学品标准还包括以德国ck标准为主的欧洲试剂标准;以日本关东化学(Kanto)公司、和光纯药工业(Wako)标准为主的日本试剂标准;以REA公司为代表的俄罗斯试剂标准。其中,SEMI标准更早取得世界范围内的普遍认可。

  目前国际上制备G1-G5级超净高纯试剂的技术都已经趋于成熟,国内少数企业技术等级可以达到G3级,个别企业部分产品达到G4甚至G5级别。

  按湿电子化学品下业的技术要求分,半导体集成电路制造工艺用湿电子化学品是技术要求最高的领域,其次是平板显示领域。

  在半导体生产过程中,大规模集成电路工艺有几十道工序,工艺制造过程中的空气、水、各种气体、化学试剂、工作环境、电磁环境噪声以及微振动、操作人员、使用的工具、器具等各种因素都可能带来污染物,这些污染物可能会是微粒杂质、无机离子、有机物质、微生物以及气体杂质等物质。而这些污染物都需要相关的超净高纯试剂去除。污染物数量超过一定限度时,就会使集成电路产品发生表面擦伤、图形断线、短路、针孔、剥离等现象。这会导致漏电、电特性异常等情况,轻者影响电路使用寿命,严重时可导致电路报废。

  在大屏幕、高清晰显示面板的制造过程中,湿电子化学品所含的金属离子和个别尘埃颗粒,都会让面板产生极大的缺陷,同时,平板显示的制造工艺对湿电子化学品的功能性要求较高,清洗的清洁度,刻蚀的方向、角度以及对不同金属的刻蚀速率差异均会影响平板显示的品质。

  所以,在微电子制造的清洗、光刻、显影、刻蚀、掺杂等工艺环节都需要使用功能性湿电子化学品去除污染物,使污染物控制在规定的标准范围内,同时,微电子制造工艺对湿电子化学品本身的产品品质、质量和功能性也有较高的要求。总体来说,技术要求越高,功能性越强,产品对下游的议价能力越强,产品附加值也越高;产品的技术水平越低,同行业竞争会越激烈,产品议价能力就会越差,盈利能力也会下降。所以,相比通用化学试剂,超净高纯化学试剂毛利率总体水平较高。

  对湿电子化学品的基本要求是超净高纯,分离纯化技术是关键,目前,湿电子化学品常用的纯化方法主要有五种,即蒸馏和精密分馏、离子交换、分子筛分离、气体吸收、超净过滤。随着对集成电路线宽的要求越来越密集,其对湿电子化学品的要求越来越高。例如有害金属离子含量要求已从10-6→10-9→ 10-12发展。

  检测分析技术是超净高纯化学试剂质量控制的关键技术,根据不同的检测需要,可分为颗粒分析测试技术、金属杂质分析测试技术、非金属分析测试技术。其中颗粒分析测试技术主要使用激光光散射法;金属杂质的分析测试技术主要使用电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)法;非金属杂质分析测试技术主要使用离子色谱法。

  混配工艺是满足下游客户对湿电子化学品功能性要求的关键工艺技术。混配工艺的关键在于配方,配方的获取需要企业有丰富的行业经验,通过不断的调配、试验、试制及测试才能完成。有时,还需要对客户的技术工艺进行实地调研,才能实现满足客户需要的功能性产品的研发。

  湿电子化学品大多属于易燃、易爆、强腐蚀的危险品。随着微电子技术向深亚微米技术的发展,对其产品的质量提出了越来越高的要求,即不仅要求产品在贮存的有效期内杂质及颗粒不能有明显的增加,而且要求包装后的产品在运输及使用过程中不能有泄露的危险。

  因此,用于湿电子化学品包装容器的材质必须首先耐腐蚀,其次不能有颗粒及金属杂质的溶出,这样才能确保容器在使用点上不构成对试剂质量的玷污。目前最广泛使用的材料是高密度聚乙烯(HDPE),四氟乙烯和氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA),聚四氟乙烯(PTFE)。

  由于HDPE对多数湿电子化学品的稳定性较好,并且易于加工,具有适当的强度,因此它是湿电子化学品包装容器的首选材料。

  超纯氢氟酸作为微电子行业制造的关键性基础化工材料之一,可与硝酸、冰醋酸、双氧水及氢氧化铵等配置使用,广泛应用于大规模集成电路、薄膜液晶显示器等微电子工业等方面,主要用于芯片的清洗和刻蚀,还可用作分析试剂和制备高纯度的含氟化学品。超纯氢氟酸制备的关键在于控制所要求的碱金属、重金属与非金属杂质离子的含量和洁净度。

  超纯双氧水作为一种微电子化学品,其高端提纯技术历来被巴斯夫等国际大公司所垄断,广泛应用于超大规模集成电路装配和加工过程中的清洗和刻蚀等方面,其核心在于控制双氧水的杂质含量。

  近年来,随着电子工业的飞速发展和工艺制程的不断进步,超纯双氧水的需求量日益增长。国外主要生产厂家有:美国FMA公司(Future Media Architects)、日本MGC公司(Mitsubishi Gas Chemical Co.)、德国Merck公司和Degussa公司、法国Air Liquide公司及比利时Solvay Interox公司等。国内主要生产厂家包括江阴江化微,苏州晶瑞股份等,其中苏州晶瑞股份的拳头产品双氧水已达到SEMI G5等级,处于国际先进水平。

  超纯硝酸主要用于集成电路的清洗和刻蚀,其核心在于控制硝酸的纯度,其制备工艺流程如下:

  超纯盐酸主要用于外延生长前硅和砷化镓高温气相刻蚀,清洗钠离子。另外超纯盐酸还用于金属表面化学处理,激光用混合气、胶片生产及碳纤维表面处理。目前,国内所用的超纯盐酸的生产方法有喷淋洗涤法、盐酸脱吸法、三合一炉法三种。

  第一种为工业氨经三级吸附除去油、水及部分碳氢化合物,膜压机压缩后送入精馏塔,二次精馏除去低沸点杂质,吸附器进一步除水得高纯氨。

  第二种为工业氨用吸附法除去水,采用间歇精馏法除去低沸点杂质,得到99.999%的高纯氨。

  第三种为工业氨经精馏、多重吸附、超滤、终端纯化得到99.9999%的高纯氨。

  一片表面平滑、没有任何杂质的玻璃基板,制成可用的薄膜电晶体,需要重复清洗、镀膜、上光阻、曝光、显影、刻蚀、去光阻等过程。一般来说,要制造TFT-LCD 需要重复5到7次上述工序。湿电子化学品可用于平板显示制造工艺环节的薄膜制程清洗、光刻、显影、刻蚀等工艺环节。

  随着平板显示向高世代发展趋势的加快,对产品的良品率、稳定性、分辨率以及反应时间会有越来越高的要求,相应对高世代线用湿电子化学品提出越来越高的要求。目前,国内平板显示领域3.5 代线及以下用超净高纯试剂基本实现国产化,4.5代线代线平板显示用湿电子化学品的国产化率仅有30%,6代线代线以上平板显示用湿电子化学品国产化率仅有10%左右。

  按下业的技术要求分,半导体制造工艺用湿电子化学品是技术要求最高的领域。半导体产业分为集成电路和分立器件两大类,根据工艺流程主要分为芯片设计、前道晶圆制造和后道封装测试,湿电子化学品主要用于晶圆制造及封装测试环节。

  从技术要求看,晶圆制造是整个半导体制造的核心工艺,而其中光刻和刻蚀技术是晶圆制造的关键技术,其所需的电子化学品的技术要求非常高。

  整个晶圆制造过程中,要反复通过十几次清洗、光刻、刻蚀等工艺流程,每次都需要湿电子化学品进行相关处理,并且随着集成电路的集成度不断提高,要求线宽不断变小,薄膜不断变薄,相应需要技术水平更高的湿电子化学品才能满足工艺需求。同时,为了能够满足芯片尺寸更小、功能更强大、能耗更低的技术性能要求,高端封装领域所需的湿电子化学品技术要求也越来越高。

  目前国内6寸及6寸以下晶圆加工用的电子化学品,国产化率为80%,而8寸及8寸以上晶圆加工的市场,国产化率仅为10%左右,整体半导体晶圆制造用湿电子化学品的国产化率在25%左右。

  太阳能电池主要是一个大面积的半导体光电二极管,是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的电子元器件。太阳能电池硅片工艺过程及湿电子化学品的应用图如下:

  光伏太阳能领域对湿电子化学品的技术水平要求相对较低,目前国内光伏太阳能用超净高纯试剂已基本实现国产化。

  湿电子化学品是电子信息与化工行业交叉的领域,专业性强,是典型的技术密集行业,也是化学试剂产品中对品质、纯度要求最高的细分领域之一。目前高纯度的电子化学品的生产技术在国际上尚处于高度保密和高度垄断阶段,有关生产方法、工艺技术、实验研究、产品质量指标体系的确立及分析方法、设备包装材质的研究等内容鲜见报道,国外拥有技术的公司甚至不进行实质性的专利申请,技术研发机构很难检索到有价值的技术文献信息。因此,此技术的研发必须依靠自主创新,且下游的发展对上游湿电子化学品的产品质量和品质提出了非常高的要求,要求其具备湿电子化学品的关键生产技术,如混配技术、分离技术、纯化技术以及湿电子化学品生产相配套的分析检验技术、环境处理与监测技术等等。同时,下游电子器件的生产工艺不同,需要一些功能性专用的湿电子化学品,这需要湿电子化学品生产企业有较强的配套能力,能够及时研发和改进核心配方工艺以满足下游电子信息产业的功能性需求。以上生产技术、生产工艺、配方技术和配套能力都构成了企业进入湿电子化学品生产经营领域的障碍。

  湿电子化学品有技术要求高、功能性强、产品更新快等特点,且产品品质对下游电子产品的质量和效率有非常大的影响。因此,下游电子元器件生产企业对湿电子化学品供应商的质量和供货能力十分重视,常采用认证采购的模式,需要通过送样检验、技术研讨、信息回馈、技术改进、小批试做、大批量供货、售后服务评价等严格的筛选流程,一般产品得到下游客户的认证需要较长的时间周期。一旦与下游企业合作,就会形成稳定的合作关系,这会对新进入者形成较高的客户认证壁垒。

  下游客户通常对湿电子化学品产品质量要求较高,且需要不同的品种满足下游电子元器件生产企业不同的功能性需求,如果无法实现规模效益,就不能满足客户多样化的需求。因此,品种规模构成了进入该行业的重要壁垒。

  一般湿电子化学品具有一定的腐蚀性,对生产设备有较高的要求,且生产环境需要进行无尘或微尘处理,制备高端湿电子化学品需要全封闭、自动化的工艺流程,以尽可能地避免污染,提高产品的质量。

  因此,湿电子化学品生产在安全生产、环保设备、生产工艺系统、过程控制体系以及研发投资等方面要求较高,湿电子化学品的生产建设投资成本较高,企业运行成本也较高,即使是建设一个小型实验室,至少需要数百万元的投入,如果建设中等规模的工业化装置,总投资至少在数千万元,甚至过亿。如果没有强大的资金实力,难以在设备、研发和技术服务上取得竞争优势,企业的持续发展能力也需要投入较大的资金,湿电子化学品行业具备较高的资金壁垒。

  湿电子化学品中大部分产品为危险化学品、易制毒化学品或易制爆化学品,近年来我国对化学品生产经营执行严格而完善的行业管理体系,《安全生产许可条例》、《危险化学品安全管理条例》、《危险化学品生产企业安全生产许可证实施办法》、《易制毒化学品管理条例》、《易制毒化学品购销和运输管理办法》等法规都对化学品生产经营执行强制性的许可制度,需取得各类生产经营许可证、安全生产许可证方可进行生产经营。化学试剂企业需要在生产、存储、销售等过程中满足监管条例在设施、人员、管理等方面的严格要求,才能取得化学试剂的生产经营许可证和安全生产许可证。另外,国家对于环保问题也越来越重视,化学试剂企业用于环保的投入也日益增加。安全和环保要求的提升使得新进企业进入化工领域的难度越来越大,构成了企业进入湿电子化学品生产、经营领域的行政许可壁垒。

  随着半导体产业规模在国内继续保持快速增长,湿电子化学品将因此受益,取得快速发展。因为半导体制造对于湿电子化学品的纯度和清洁度要求很高,而且湿电子化学品大多属于危险品,远距离运输会导致产品品质下降且具有危险性,因此国内的湿电子化学品企业具有地理位置上得天独厚的优势。并且在半导体制造过程中有时需要一些功能特殊的湿电子化学品与之配套,国内企业可以提供定制服务,在与国外企业的竞争中占得先机。

  根据SEMI发布的报告,在全球处于规划或建设阶段、预计于2017年-2020年间投产的62座半导体晶圆厂中,有26座设于中国,占全球总数的42%,仅2018年,中国大陆就会有13座晶圆厂建成投产。目前国内已量产的12寸晶圆厂共有10家,总产能56.9万片每月;而目前建设中的12寸晶圆厂共有9家,总产能54万片/月,约占全球总产能的12%。若上述在建产能投产,相当于国内晶圆产能增加95%。

  2018年,我国湿电子化学品市场规模约79.62亿元,需求量约90.51万吨。其中半导体领域需求量为28.27万吨,2018年我国湿电子化学品市场规模为35亿元。

  过去十年,液晶面板产能向韩国、中国台湾和中国大陆三地集中。尤其在产品价格不断下降、全球TFT-LCD显示面板需求增速放缓的背景下,国内液晶面板产业实现弯道超车。

  国内液晶面板产能先后超过中国台湾、韩国,跃居全球第一。随着韩国、台湾地区新建LCD产线速度减慢,国内厂商开始异军突起。在液晶面板领域,2016年中国大陆面板厂商出货量已经占据全球的30%,达到0.77亿片,首次超越中国台湾25.5%的市占率,居全球第二。截至2017年3月,国内除了智能手机液晶显示屏、平板电脑显示屏、笔记本电脑显示屏市占率全球第一,大屏面板产能也超过韩国成为全球最大产地。

  随着我国大陆面板厂商快速扩产,其对上游湿电子化学品的需求也持续放量,在湿电子化学品的三大应用市场当中,液晶面板对湿电子化学品需求占比占据首位,具有广阔的进口替代空间。2018年,我国面板用湿电子化学品的需求量达到34万吨,若价格为8250元/吨(江化微平板显示用化学品均价为8.25元/L,密度近似为1kg/L),则2018年我国面板用湿电子化学品的市场规模为28亿元。目前,国内由于湿电子化学品的基础研究和生产工艺落后,仅能在LCD3.5代线代线国内产品的市场份额只有30%,6代线代线以上大部分依然依赖进口。

  由于太阳能电池行业产量的不断上升,对上游湿电子化学品的需求也持续增加,2018年太阳能电池用湿电子化学品市场需求总量约28万吨左右,市场规模为17亿元。

公司公告 董秘邮箱 员工登陆 建言献策 加入联化 首页 公司概况 企业简介 销售网络