2022年半导体材料行业细分市场分析.docx

2022年半导体材料行业细分市场分析半导体是指常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，其下游应用十分广泛，包括集成电路，通讯系统，光伏发电，人工智能等领域。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，其中硅是商业应用上最具有影响力的一种。中国集成电路芯片市场容量快速扩大，带动半导体材料需求增加。据中国半导体行业协会（CSIA）统计，2015年中国集成电路市场为3610亿元，2020年增长至8848亿元，年复合增速达到19.64%。2020年我国集成电路芯片产量达到2339亿块，同比增长15.9%。根据SEMI数据，2015年全球半导体材料市场规模为432.9亿美元，2020年增长至553.0亿美元，年复合增速达到5.02%。半导体产业链各环节使用的材料差别较大。半导体材料使用主要集中在制造和封装两大环节，一般来说，半导体材料可分为晶圆制造材料和封装材料。其中，晶圆制造材料包括硅片、电子特气、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、抛光材料等；封装材料包括引线框架、封装基板、陶瓷基板等。制造环节的材料技术门槛较高，目前主要被欧美、日本和韩国的材料生产商主导。1.前驱体：市场迅速增长，突破国外垄断前驱体是半导体制造的核心材料之一，主要应用于薄膜沉积工艺。化学性质上半导体前驱体为携有目标元素，呈气态或易挥发液态，具备化学热稳定性，同时具备相应的反应活性或物理性能的一类物质。在半导体制造过程中，前驱体主要应用于薄膜沉积环节，以形成符合半导体制造要求的各类薄膜层，也可用于氧化环节以减少硅衬底消耗及互连环节。ALD为未来薄膜乘积主流方法。薄膜沉积三大方法为物理沉积PVD、化学气相沉积CVD和原子气相沉积ALD。其中ALD成膜均匀性好、薄膜密度高、台阶覆盖性好、可以实现低温沉积(50℃~500℃)，更符合晶圆小尺寸化趋势，是未来主流。ALD方法下，High-k、金属前驱体是未来的发展趋势。前驱体按用途可分为High-k前驱体、Low-k前驱体、氧化硅及氮化硅前驱体、金属及金属氮化物前驱体等：（1）高介电常数前驱体（High-k）：主要用于45nm及以下半导体制造工艺流程，应用于存储、逻辑芯片的CVD和ALD沉积成膜技术中，形成集成电路中的电容介质或栅极电介质，解决器件微缩及漏电问题，可将漏电降至传统工艺的10分之一左右，大幅提升良率；也可应用于柔性OLEDALD工艺，保护有机发光材料不受氧气、水汽的影响，提升整体性能和寿命。（2）氧化硅及氮化硅前驱体主要用于20nm以下存储、逻辑芯片制造光刻工艺中最主流的微影技术（双重微影技术，DPT），用于侧壁空间层（SpacerLayer）、形成栅极侧壁氧化硅或氮化硅以保护起到控制作用的栅极，从而延长集成电路使用寿命，还应用于柔性OLEDALD工艺。（3）金属及金属氮化物前驱体主要用于存储、逻辑芯片中的电容电极、栅极过渡层、隔离材料，有利于制备更小电容器；也可用于相变存储器中的相变材料，可以提高存储数据的速度。28nm工艺节点开始使用ALDHKMG技术，其利用High-k材料代替传统的SiO2（或SiON）作为栅介质层，采用金属栅代替多晶硅栅，由此增加High-k和金属前驱体的需求，决定了未来应用于ALD技术前驱体的主流趋势。从下游应用来看，存储器是集成电路最重要的细分领域之一，DRAM和NANDFlash是最核心的存储类型。集成电路产业可细分为存储器，微处理器，逻辑电路和模拟电路等应用领域，其中，存储器占集成电路比重超30%。DRAM和NANDFlash是最重要的两种存储产品类型，合计占市场份额超过95%。2020年存储器IC市场总收入达到约1220亿美元，同比增长15%。NAND堆叠层数增多驱动前驱体用量翻倍成长，深宽比不断加深提升单位价值。近年，NANDFlash制造技术向3D技术发展，以适应小体积、大容量的市场需求，通过增加立体硅层的方式，既能提高单位面积存储密度，增加容量，又能改善存储单元性能，控制成本；在制造方面，与平面器件显著不同之处在于垂直集成放宽了对3DNAND器件的光刻要求，而是将最复杂的工艺挑战转移到沉积和刻蚀上，3D结构中，需要进行几十层甚至上百层薄膜堆叠材料的生长，即随着堆叠层数逐渐增加，前驱体单位用量将翻倍增长，此时深宽比也不断加深，高深宽比孔道需要纵向和横向沉积单位价值量更高的High-k等前驱体。DRAM制程越先进/深宽比越深，前驱体用量越多/价值越高。DRAM的技术发展路径本质是以微缩制程来提高存储密度，芯片制程越先进，尤其是20nm以下存储、逻辑芯片制造光刻工艺中最主流的双重微影技术，以及HKMG技术运用越广泛，由此驱动氧化硅及氮化硅、High-k、金属前驱体的单位用量大幅提升。同时电容是电容器表面积和介电常数的函数，还与介电材料厚度成反比，因此，增大电容器表面积、增大介电常数以及