湿电子化学品——把握半导体材料机遇,“工业味精”国产替代加速

来源: 西安吉利电子新材料股份有限公司   日期:2022-04-26  点击:1063  属于:行业新闻

引言

湿电子化学品是电子行业湿法制程的关键材料,被称为“工业味精”,广泛应用于光伏、显示面板、半导体制造中,2022年国内市场规模接近200亿元。高端湿电子化学品的门槛和附加值极高,我国仍高度依赖进口,尤其是8寸以上晶圆制造中用到的高端功能型湿电子化学品,国产化率低于10%,具备较高的投资价值。
 

湿电子化学品:

半导体制造材料的关键一环

被称为“工业味精”

湿电子化学品(Wet Chemicals)属于电子化学品领域的一个分支,为微电子、光电子湿法工艺制程(主要包括湿法蚀刻、清洗、显影等)中使用的各种液体电子化工材料。湿电子化学品行业上承基础化工原料,下接电子信息材料行业,其主体成分和洁净度对下游产品的良率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响,是电子行业湿法制程的关键材料,被称为“工业味精”。

(1)湿电子化学品可分为通用型与功能型材料

湿电子化学品按用途划分,可分为通用型化学品和功能型化学品:

  • 通用型湿电子化学品:以超净高纯试剂为主,一般为单组分、单功能、被大量使用的液体化学品,按照性质可划分为酸类、碱类、有机溶剂类和其他类;

  • 功能型湿电子化学品:通过复配手段满足制造中特殊工艺需求的复配类化学品;由于是混合化学物,理化指标很难通过普通仪器定量检测,只能通过应用手段评价其有效性;主要包括蚀刻液、清洗液、显影液、去胶液和抛光液等。

     

 

                                                                             图表 1 湿电子化学品具体分类

 

(2)湿电子化学品应用广泛,可应用于光伏、显示面板、半导体等行业

 

湿电子化学品主要应用于光伏太阳能电池、显示面板和半导体等行业。其中,光伏用湿电子化学品门槛和附加值最低;半导体级产品的门槛最高,更新换代速度快,要求严格,而利润空间也最大。

图表 2 湿电子化学品主要应用场景

 

(3)国内规模近200亿元并保持高增速,行业前景可期

 

电子制造持续向中国迁移,对湿电子化学品需求将扩大。全球面板、半导体FAB、先进封装等产业经过 3 次转移后,形成了目前中日韩三足鼎立的局面。随着中国5G、物联网、新能源汽车、折叠手机等新兴产业领跑全球,同时作为电子消费的最大市场,电子制造产业仍有加速向中国大陆转移的趋势,中国对湿电子化学品的需求还将持续扩大。

图表 3 半导体三次产业转移示意图

 

半导体市场中,大陆晶圆厂进入投产高峰期,湿电子化学品用量大幅增加,且产品要求趋严;面板市场中,国内产能位居全球第一,多条高世代面板产线投产以及OLED在小尺寸市场的渗透,拉动产品用量提升;光伏市场中,平价上网打开太阳能电池片用湿电子化学品的增长空间。根据测算,中国湿电子化学品2022年的市场规模约为200亿元,其中,约40%为高端功能性产品,预计未来三年将保持22%的高增速。

图表 4 中国湿电子化学品市场规模

 

 

高端功能型产品:

注重行业know-how

仍处于国产化“盲区”

 

由于下游半导体等应用场景的特殊性,湿电子化学品产品具备更新迭代快、质控要求高、对生产及使用环境洁净度要求高的特点。通用型湿电子化学品讲究纯度,而功能型湿电子化学品则讲究配方,后者产品开发对于厂商的行业经验以及对客户需求的把握有更高的要求,国内企业缺乏提纯、混配、工艺控制等核心环节的经验和能力,亟待国产化突破。

 

(1)湿电子化学品核心壁垒在于提纯、混配、分析检测与包装运输

 

湿电子化学品对纯度和洁净度要求极高,在生产、检测、包装、运输等各环节均有严格要求。通用型高纯试剂核心生产工艺主要涉及物理纯化的提纯工艺,功能型产品主要为配方性的混配工艺。具体而言:

 

  • 提纯:超高纯试剂制备的关键在于控制并达到其所要求的杂质含量和颗粒度。一般的蒸馏方法将离子含量降低到10-9级还相对容易,但要继续达到10-9以上对处理设备、容器和环境要求非常高,处理成本也会大幅提高。

     

  • 混配(功能型产品的关键):混配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,根据不同客户需求定制开发,通过不断的调配、试验、试制及测试才能完成。

     

  • 分析检测:分析检测是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等。随着工艺制程的不断发展演进,对湿电子化学品的颗粒粒径、金属/非金属含量都有严格的要求,除了对制造工艺的严格控制外,也需要分析检测技术的跟进。

     

  • 包装运输:湿电子化学品多为易燃、易爆、强腐蚀的危险品,且对运输过程中洁净度要求极高。规模运输过程多采用内衬PFA、PTFE等高性能氟树脂的槽车,造价较为高昂,且全球仅少数厂家具备供应能力。

 

图表 5 功能型湿电子化学品混配工艺流程示意图

 

(2)功能型产品重在配方,对供应商的团队经验和能力提出更高要求

 

如上文所述,功能型湿电子化学品最关键的步骤是混配,而配方的获取与迭代具备很高的行业门槛。对供应商而言,需要考虑到原料选型、配方比例,在符合应用环节功能的同时,还需要满足客户对于产品的特殊性要求。除此之外,在生产中的工艺控制、分析检测也有一定壁垒,如投料的顺序与速度、混合技术的时间与强度、过滤分析检测的设备选型等。尤其在半导体领域,由于材料对于生产的重要性,细微的污染或组分偏差都将对成品率、电性能、可靠性等造成严重影响,部分客户的验证周期长达一年以上,进入壁垒极高。因此,供应商需要掌握精密湿电子化学品加工的底层核心技术,覆盖配方、工艺控制、分析检测的全方位能力,更需要在行业中具备充分的经验,把握客户的真实需求。

 

(3)功能型产品国产化率尚低,仍亟待突破

 

中国传统化工产业相对发达,在化学品的提纯和工艺积累上较为成熟,因此,在光伏、面板3.5代线、半导体6寸及以下晶圆加工等低端通用型产品,国产化已有一定进展。但在8寸以上的晶圆加工与G6以上显示面板领域湿电子化学品国产化率仍未能突破20%。

 

相较通用型产品,功能型湿电子化学品的国产化率极低。功能型产品的研发高度依赖于产业经验积累以及客户的长期“陪跑”,要求极高。国内在这一领域仍处于起步阶段,高端功能型产品国产化率低于5%,部分产品(如半导体级抛光液、去胶液、蚀刻液等)基本处于国产化的空白地带。

图表 6 常见的功能型湿电子化学品国产化率

 

 

国产化进程:

湿电子化学品被海外厂商垄断

国内企业从通用型产品逐步切入

 

湿电子化学品仍被海外杜邦、汉高、巴斯夫等海外巨头垄断,但国产化进程加快,国内企业从通用型产品或单点功能型产品进入,借助市场应用与性价比的优势,逐步获得客户青睐。

 

(1)湿电子化学品竞争格局:海外厂商垄断,中国大陆仍处第四梯队

 

宏观层面上,中国大陆在湿电子化学品领域处于全球第四梯队,虽然占有11%的市场份额,但整体呈现品类单一、产品附加值低的特点。相比海外杜邦、汉高、巴斯夫等全品类化学品巨头,中国的湿电子化学品厂商还有很长的路要走。

图表 7 湿电子化学品竞争格局

 

(2)国产化机遇:性价比优势+客户响应能力有望推动材料国产化替代加速

 

我国湿电子化学品起步较晚,2006年后逐步进入规模化发展阶段,但在规模、技术水平上与国际上的湿电子化学品巨头还有很大的差距。但我们需要注意到,IC制造产业向中国大陆转移的趋势不变,作为“工业味精”,湿电子化学品是制造环节中必不可少的材料,具备重要的“卡脖子”属性,国产化替代是大势所趋;同时,国内基础化工行业成熟,为湿电子化学品的发展提供了良好基础,我们认为以湿电子化学品为代表的半导体材料将在未来三年实现快速突破。

 

随着行业积累与技术迭代,国内已经涌现出了一批厂商,大多从通用型产品转进,或选择单一品类的功能型产品切入。部分企业的产品性能优越,可以比肩杜邦、东进等海外厂商;且同时拥有高效的客户响应能力,很好地弥补了海外大厂的缺点。根据我们对市场与现有玩家的梳理,与通用型湿电子化学品追求纯度不同,功能型湿电子化学品重在配方以及工艺,然而中国基础相对薄弱,人才稀缺,缺乏产业经验,因此团队经验就显得尤为重要,目前国内实现多品类功能型产品覆盖的企业十分稀缺。我们认为,率先实现突破的企业,尤其是可以做到多品类覆盖的厂商将可以在国产化替代浪潮中快速抢占市场,成为行业龙头。

 

总结

 

湿电子化学品是电子行业湿法制程的关键材料,对电子元器件的成品率、电性能、可靠性均有重要影响。其中,通用型产品有赖于国内成熟的基础化工产业已有一定的发展,而功能型产品由于强调配方,国内厂商缺乏经验,尚处于初步发展阶段。我们看好以湿电子化学品为代表的半导体材料行业,具备短期紧缺与长期成长的重要属性,“大基金”二期也加大了在材料、设备等制造领域的投资,将是国产化突破的重要切入口。

 

在当前背景下,国家对半导体、显示面板、光伏产业的大力扶持,加之国内企业的成本、合作协同、快速响应等方面的优势,将加速国内厂商在湿电子化学品领域的国产突破。目前,部分国内厂商凭借在行业中的积累,已经实现多品类湿电子化学品突破,在部分应用场景的性能甚至超越海外厂商,且具备更优秀的客户响应能力与成本优势,成功进入半导体客户并实现量产。我们认为,未来三年将是材料国产替代的重要时间窗口,作为“工业味精”的湿电子化学品亟待突破,值得持续关注。

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