2020湿电子化学品市场发展分析,政策积极导向有望加快进口替代进程
湿电子化学品是电子行业不可或缺的关键性材料湿电子化学品(WetChemicals)为微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种电子化工材料,是指主体成分纯度大于99.99%,杂质离子和微粒数符合严格要求的化学试剂。湿电子化学品包含各种不同的种类,根据组成成分和应用工艺的不同,可以分为通用湿电子化学品和功能湿电子化学品。
通用湿电子化学品是指在集成电路、液晶显示器、太阳能电池、LED制造工艺中被大量使用的液体化学品,主要包括过氧化氢、氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸、氢氧化铵等;功能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,主要包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。
1、湿电子化学品是新一代电子信息技术
电子产业向中国转移的根本性原因在于庞大的需求和强大的生产配套,具有不可逆性。中国大陆是全球最大的电子产品生产和消费市场,进而成为半导体产业中心指日可待。2018年我国共计生产手机18亿部,占全球产量高达90%。此外,在液晶电视、电脑、手机、家电等电子产品领域,中国大陆也是的最主要的生产基地,因此,中国大陆是全球半导体最主要的消费市场。2018年,中国半导体需求位居全球第一,占比达到1/3,但是中国半导体产业供需严重不匹配。
湿电子化学品是新能源、现代通信、新一代电子信息技术、新型显示技术的重要基础性关键化学材料,是当今世界发展速度较快的产业领域。有关统计数据表明,湿电子化学品销售额自21世纪初得到大幅的增长,2017年我国湿电子化学品市场规模约76.49亿元,同比2016年的63.83亿元增长了20%。
表:国内主要湿电子化学品及其市场需求量比例
资料来源:公开资料整理
湿电子化学品广泛用于超大规模集成电路,大屏幕、超薄高清晰度液晶显示器制造、太阳能电池硅片制备等微电子工业中。它主要起到清洗或蚀刻的两大功效,达到清除晶圆等表面残留的有机污染物,降低金属杂质的残留量的目的。
进入二十一世纪以来,微电子技术的发展进入了一个全新的时代。从传统的印制线路板制作技术、表面组装技术、分立器件制作技术及集成电路制作技术的不断升级换代,到TFT-LCD制作技术的快速发展,特别是近年来发展速度飞快的LED和OLED制作技术、太阳能光伏技术,无不对与之配套的电子化工材料提出了全新的要求。但无论这些技术如何发展以及技术的推陈出新,所需配套的电子材料的功能分类基本上没有变化,依旧包括化学试剂、光刻胶、电子特种气体及电子塑封材料等。这些材料品质的差异,直接影响着不同制作技术所形成电子产品的性能及质量的优劣,其中的超净高纯化学试剂、光刻胶和电子特种气体依旧是制约上述微电子微细加工技术发展的瓶颈。
以半导体生产为例,大规模集成电路在其生产过程中有几十道工序,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,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。而这些污染物都需要相关的超净高纯试剂去除。所以湿电子化学品是电子行业制作过程中不可缺少的关键性基础化工材料之一,它的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。“超净”、“高纯”是湿电子化学品产品最基本和最严格的要求
2、集成电路制作要求的提高对工艺中所需的湿电子化学品纯度的要求也不断提高
超净高纯化学试剂在半导体(集成电路、分立器件)、平板显示器、LED以及太阳能电池片等制作中应用原理是基本一致。其中集成电路技术作为微电子技术的核心,发展及升级换代速度更快,对超净高纯试剂的质量要求最高。具体而言,集成电路生产效率的增长是通过创新的设计、器件的缩小、晶圆尺寸的增加等来实现。其中,对生产效率增长作出最大贡献的仍然是减小集成电路线宽尺寸,提高集成度,以此降低芯片功耗,提高系统稳定性。
表:世界集成电路晶圆(芯片)特征尺寸演进
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集成电路集成度越高,对高纯试剂颗粒控制的要求越严格。一般认为,产生集成电路断丝、短路等物理性故障的杂质分子大小为最小线宽的1/4,产生腐蚀或漏电等化学性故障的杂质分子大小为最小线宽的1/10。因此随着集成电路线宽尺寸减小,对专用化学品中的金属杂质、尘埃含量、尘埃粒径等指标提出了更高的要求。超净高纯试剂正是随着微电子加工技术,尤其是集成电路制造业对产品纯度不断提出严格要求,在通用试剂基础上发展起来的纯度最高的试剂,随着微电子技术的发展而同步或超前发展,同时它又对微电子技术的发展起着制约作用,一代集成电路产品需要一代的超净高纯试剂与之配套。
表:集成电路集成度持续提升对湿电子化学品的要求也在提升
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随着集成电路制作要求的提高,对工艺中所需的湿电子化学品纯度的要求也不断提高。从技术趋势上看,满足纳米级集成电路加工需求是超净高纯试剂今后发展方向之一。“超净”、“高纯”是湿电子化学品产品最基本和最严格的要求。为了衡量不同湿电子化学品的“超净”和“高纯”的程度,SEMI(SemiconductorEquipmentandMaterialsInternational,国际半导体设备和材料协会)于1975年成立了SEMI化学试剂标准化委员会,专门制定、规范超净高纯试剂的国际统一标准—SEMI标准,并取得世界范围内的普遍认可。SEMI国际标准的关键技术指标包括单项金属离子,单项阴离子,颗粒数等,另外根据不同产品特点会相应增加其它一些技术指标。
表:湿电子化学品SEMI国际标准等级
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按照SEMI标准,如果给湿电子化学品分级别或档次的话,那么用于≥1.2μm属于低档产品(需采用SEMIG1等级的湿电子化学品),0.8~1.2μm属于中低档产品(需采用SEMIG2等级的湿电子化学品),0.2~0.6μm属于中高档产品(需采用SEMIG3等级的湿电子化学品)。0.09~0.2μm和<0.09μm则属于高档产品(需采用SEMIG4等级的湿电子化学品),其中≥1.2μm和0.8~1.2μm的硅片主要用于制作分立器件;0.2~0.6μm和0.09~0.2μm的硅片主要用于大规模集成电路和超大规模集成电路制造中。
表:超净高纯试剂在各应用领域的产品标准
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湿电子化学品关键生产技术也在于确保产品的纯净度。湿电子化学品主要采用蒸馏、亚沸蒸馏等温蒸馏、减压蒸馏以及升华、化学处理、气体吸收等技术,将产品中的金属杂质分离出来确保产品的纯净度。湿电子化学品制备的工艺技术,主要由工艺制备技术、颗粒分析测试技术、金属杂质分析测试技术、非金属杂质分析测试技术、包装技术等所构成。
湿电子化学品在运输过程中极易受污染,所以超净高纯试剂的包装及供应方式是超净高纯试剂使用的重要一环。特别是颗粒控制的相关技术,它贯穿于超净高纯试剂生产、运输的始终,包括了环境控制、工艺控制、成品包装控制等各个环节。
3、政策积极导向望加快集成电路等产业进口替代进程
2000年以来政府颁布了一系列相关政策支撑中国半导体产业的发展。同时,国家集成电路产业投资基金(简称“大基金”)的成立更是为集成电路产业发展带来了大量长期资金。政策和资金的积极导向有望加快集成电路等产业进口替代进程,从而加快大陆湿电子化学品行业的发展。
表:湿电子化学品及下游相关产业政策
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《国家集成电路产业发展推进纲要》提出要加快发展集成电路制造业,抓住技术变革的有利时机,突破投融资瓶颈,持续推动先进生产线建设,并提出,到2020年我国半导体产业年增长率不低于20%。同时,《中国制造2025》明确提出了2020年我国芯片自给率要达到40%,2025年要达到50%的标杆。而工信部的相关实施方案则更提出了新目标:10年内力争实现70%芯片自主保障且部分达到国际领先水平。大基金的成立满足了半导体产业作为资金密集型行业的资金需求,解决了过去半导体行业的发展主要靠企业自有资金,民间资本由于惧怕风险也不敢长期投入的问题。有了大基金后,整个资金撬动效应是十分明显的。
在国家政策的推动下,我国地方性集成电路产业基金也相继设立。目前除了北、上、深一线城市,各省市均有规模不等的集成电路投资基金,总计规模超过3千亿元,如果加上民间资金很可能已经超过3500亿元规模,产业融资瓶颈得到进一步缓解。我们认为中国大陆是世界最主要的电子产品生产区域,旺盛的需求是半导体产业生根发展的土壤,而政策和资金的积极导向有望加快集成电路等产业进口替代进程,半导体等产业正在向中国大陆等地区转移,从而加快大陆湿电子化学品行业的发展。