日本半导体战略 日本半导体联盟半导体日本与荷兰签署半导体合作备忘录：采购 ASML...
日本一直以其在半导体行业的设备和材料而自豪。 2019年，一项禁令一度扼住了韩国半导体的咽喉，涉及的材料包括高纯氟化氢、氟聚酰亚胺、光刻胶等。 直到几个月前，受伤双方才握手言和。
为什么高纯氟化氢要与光刻胶并列？ 它是一种湿式电子化学品（Wet），类似于电子气体，作为半导体产品的“血液”，没有它就无法生产芯片。
本文是“库特硬科技”策划的“国产替代”系列文章的第二十六篇，重点关注湿电子化学品。 在本文中，您将了解：半导体生产中将使用哪些湿式电子化学品、有哪些特殊要求、国内外目前的发展现状以及国内发展的前进方向。
付斌丨作者
李拓丨编辑
1.液体中的贵族充满壁垒
在行业中，湿电子化学品有很多名称。 国际上称为工艺化学品（），国内称为“电子级试剂”、“超洁净高纯化学试剂”等。
晶圆制造材料中，14%用于湿式电子化学品[1]，用于芯片清洗、腐蚀和晶圆清洗等，决定了最终的良率、电性能和可靠性。 [2]
例如，光刻工艺结束后，蚀刻工艺需要使用特定的蚀刻溶液与薄膜发生化学反应； 蚀刻后，需要用剥离液将光刻胶未曝光的部分溶解； 被灰尘、颗粒、金属或离子导电污染物污染时，清洗液可以去除这些杂质； 在金属化工艺中，电镀铜液是铜互连工艺中不可缺少的化学品。
除了集成电路之外，平板显示器和太阳能电池也离不开湿电子化学品。 由于其功能性强、附加值高、能够向终端产品性能传导，业界普遍认为湿式电子化学品是撬动行业的重要杠杆。
材料是半导体产业的重要支撑[3]
严格来说，只要是半导体生产过程中呈液体、膏状、粘稠状的都属于湿式电子化学品，但业内所指的湿式电子化学品一般是指超高纯试剂。
芯片制造容不下任何一粒沙子。 湿电子化学品中的硼、硅、砷、磷、硫、氯、有机碳等金属离子和非金属离子杂质也会直接影响芯片的3D结构。 [4]
杂质对集成电路的危害[5]
半导体行业使用的湿化学品被誉为化工行业的贵族，纯度要求最高。
在纯度方面，全球实行SEMI国际标准，根据金属杂质、受控颗粒大小、颗粒数量、IC线宽分为五个等级。 G5为最高等级，不同等级适合不同的应用。 其中，太阳能光伏一般只需G1级别，显示面板和LED一般需要G2~G3级别，半导体对应G4~G5，技术壁垒最高。
SEMI 湿电子化学品国际标准牌号[6]
集成电路用湿电子化学品种类较多，按成分和工艺可分为通用湿化学品和功能湿化学品两大类：
湿式电子化学品的分类及具体产品、列表丨国科硬科技
参考文献丨格林达招股说明书[6]、晶瑞电材2022年年报[7]
具体来说，一般化学品中硫酸、氢氟酸、硝酸、磷酸、盐酸、双氧水、氨水、异丙醇的消耗量特别大。 缓冲氧化物蚀刻剂（BOE）、清洗液和电镀液的消耗量随着工艺的复杂性而增加。
对于芯片来说，工艺技术越先进，湿式电子化学品的使用量就越多。 SEMI统计显示，从28nm到5nm的总工艺步骤将从400道增加到1200多道，进一步带动湿式电子化学品用量的增加。 [3]
一些常用的电子级化学品应用于制表丨国科硬科技
参考文献丨《微纳电子与智能制造》[8]《上海化工》[9]、中金公司[10]
当然，不仅液体本身要纯净，而且在包装、运输和使用过程中也必须足够清洁。 可以说，湿式电子化学品的各个环节都存在技术壁垒：
2、从国产替代到小康
集成电路湿法电子化学品有较为专业的客户，但也有一定的市场规模。 据中国电子材料行业协会数据显示，2022年至2025年，全球集成电路湿化学品市场规模将从56.9亿美元增长至63.81亿美元。受下游芯片需求下降影响，全球市场规模将由56.9亿美元增长至63.81亿美元。 2023年将达到51个，同比略有下降，其中中国整体市场规模将在2025年增长至10.27亿美元。 [3][12]
从化学品关键类别来看，硫酸、双氧水、Cu PERR（刻蚀后清洗剂）、CMP抛光液是2023年全球湿式电子化学品使用量前四名，占比分别为23%、20%、14% 、14%，其次是氨水、磷酸、AI PERR（蚀刻后清洗剂）、氢氟酸、异丙醇、盐酸、硝酸。
湿式电子化学品产品细分市场[12]
一代产品、一代材料，湿式电子化学品技术门槛高、投资大、更新换代快。 此外，中国的起步比国外晚几十年，因此在市场上竞争并不容易。
目前，欧美日韩主要厂商占据全球湿式电子化学品市场70%以上的份额，格局较为稳定。 统计显示，欧美约占全球市场份额的32%，日本占全球市场份额的29%，中国大陆仅占12%。 [13]
从产品来看，国产产品主要是太阳能电池等领域的低端产品，技术壁垒较低，竞争激烈； 中端平板显示器和半导体产品相互竞争； 高端产品以德国、美国、日本为主。 [14]
2021年全球湿化学品市场格局（按销售额）[13]
欧美老牌化工企业的产品等级普遍在G4以上，几乎与半导体芯片制造业的发展同步。 代表企业有德国巴斯夫（Basf）、德国默克（E.）、美国霍尼韦尔（）、美国贝克、美国ATMI等[15]
日本的工业发展虽然晚于欧美，但发展速度很快。 目前技术水平与欧美企业基本持平。 代表企业有关东化学、三菱化学、京都化学、日本合成橡胶、住友化学、和光纯药工业（Wako）、宇部兴产（UBE）等[5]。
韩国和中国台湾的湿式电子化学品也发展迅速，其生产技术和工艺水平已经可以在高端领域与欧美和日本竞争。 东英华、中国台湾联实电子化学品、新林科技等
国际湿电子化学品代表性企业[6]
我国湿法电子化学品取得了一定突破，在通用化学品方面已初步形成产业规模，但在超高纯试剂方面，无论从质量还是数量上都难以满足电子行业的需求。 2019年，中国大陆企业在超洁净高纯化学品供应方面仅占中国市场的9%。 [16]
数据显示，2022年我国湿式电子化学品整体需求量将增至261.69万吨，而去年为213.52万吨。 预计2023年需求量将达到307.03万吨。 其中，集成电路、显示面板、光伏行业需求分别为96.59万吨、116.6万吨、93.84万吨。 预计到2025年，国内总需求将增至370万吨，其中集成电路、显示面板、光伏产业需求分别为106.94万吨、149.5万吨、113.12万吨。 [7]
需求和市场并不是对等的，越高端的产品就越有价值。 2021年我国湿式电子化学品市场规模137.8亿元，其中集成电路、显示面板、光伏行业分别为52亿元、62亿元、17亿元，占比40%、47分别为 % 和 1.7%。 预计2022年至2028年国内市场规模将从163.9亿元增长至301.7亿元。 [7]
我国三大应用市场湿式电子化学品需求规模[13]
目前，我国湿法电子化学品整体国产化率约为35%，集成电路用湿法电子化学品国产化率约为23%。 其中，高端半导体所需的氢氟酸国内产率约为30%，硝酸约为50%，盐酸约为20%，硫酸约为10%，氨水的产率约为40%，过氧化氢的产率约为70%[11]，NMP、四甲基氢氧化铵等产品在高端领域的应用尚属空白。 [17]
话虽如此，我国进步非常快，目前已经实现了集成电路、平板显示器、太阳能电池的全面国产替代。 也就是说，每个领域至少都有可用的产品。
截至目前，国内从事湿法化学品研究和生产的企业有40多家，主要分为湿法电子化学品专业供应商、电子材料平台企业和大型化工企业三类[18]。 包括江阴江华微电子、江阴润马电子、江苏艾森、浙江凯盛有氟、晶锐电子、杭州格林达、湖北幸福电子、中聚鑫科技、多氟多、安集威、上海新阳、沧州新联、无锡三凯、镇江润晶等，客户包括台积电、中芯国际、长电科技、华润微、士兰微等先进代工厂、封装厂、IDM企业。
其中，电子级硝酸、氢氟酸、磷酸取得重大突破并进入国际供应链，电子级硫酸、盐酸、氨水、双氧水在国内已部分批量应用。 16]。 例如，江华威的电子级氢氟酸/硫酸/硝酸，湖北幸福、精锐电子的电子级磷酸/硫酸/硅蚀刻剂/铝蚀刻剂，苏州精锐的电子级双氧水、上海新阳电子的电子级双氧水等。级硫酸/铜电镀液/铜蚀刻后清洗液、安集微铜抛光后清洗液已批量应用于8英寸集成电路生产线、12英寸28nm及以上技术节点晶圆制造用湿式电子化学品已少量应用，大部分处于体系认证阶段，28nm以下技术处于实验室研究和小规模测试开发阶段。 [19]
我国湿法电子化学品生产企业不完全统计
参考文献丨格林达招股说明书[6]、平安证券[20]
近年来，在国产替代需求以及日韩半导体贸易战的推动下，我国湿法电子化学品市场产量持续增长。 2016年至2022年，产量将从24万吨增至80万吨，2022年同比增长23.1%[20]。 不仅如此，到2025年，中国还将新增大量产能。
2022~2025年各企业湿式电子化学品新增产能规划[20]
现阶段国产替代只是第一步，我们还要面对小康社会的问题：国内企业产品相对单一，缺乏多品种市场占有率高的龙头企业； 尽管部分企业在多品种产品上取得了突破，但高品质产品仍然有限，特别是在先进制造工艺方面。 [13]
3、要想赚钱，就绕产业链走
做湿电子化学品不容易，靠湿电子化学品赚钱更难。
从国内各企业财报来看，整体毛利率在20%~50%之间波动，功能性湿电子化学品毛利率在30%~60%之间波动，高端产品毛利率可达70%。 5%~30%浮动。
相反，湿式电子化学品技术门槛高、研发投入大、研发周期长，全球化学品厂商扩张谨慎。 SIA报告提到，美国一些芯片工厂几乎每年都会出现湿电子化学品短缺的情况。 [21]
国际领先企业大多是材料领域的多面手。 他们可以通过制造更多类型来避免周期性风险。 同时，可以形成产业链和网络，实现原材料、中间体和副产品价值的最大化。 这一点从专利中可以看出。
以半导体、湿电子化学品为关键词搜索，有170个国家/地区的19,421项专利，总价值13.13亿美元。 其中，美国申请量排名第一，占全球湿式电子化学品相关专利的35.84%，其次是日本、中国、韩国、欧洲，分别占比19.75%、19.36%、10.59% 、 和 分别占全球总量的 7.6%。 需要强调的是，国内专利出海较为缺乏，而美国、日本相关专利出海情况相对较好。
湿式电子化学技术来源国家/地区排名，图片来源丨智慧芽
专利排名前列的企业大多是超大型综合性化工企业，包括德国巴斯夫、韩国LG化学、日本富士、日本住友化学、美国杜邦等。 相比之下，湖北幸福、江阴润马、江阴江华为等国内企业的专利数量也在不断追赶国外企业。
湿电子化学品典型申请人分析，图片来源丨智慧芽
作为三大半导体材料，含氟电子气体、湿式电子化学品、光刻胶有着相似的产业逻辑。
从德国巴斯夫、林德、默克、住友化学、三菱化学、杜邦六家全球龙头企业的布局来看，五家涉足湿式电子化学品和光刻胶领域，涵盖剥离、清洗、显影、抛光等相关专利。
电子化学品领域领先企业基于专利的技术布局比较[22]
领先并非一蹴而就。 湿式电子化学品于20世纪60年代首次应用，世界经历了多轮洗牌和整合。 目前，全球湿式电子化学品处于稳定增长阶段，预计5至20年后进入成熟阶段。
基于专利数据计算的技术成熟度[22]
领先国家化学试剂行业商业模式的发展主要分为三个阶段：第一阶段是通过独立经营实现自产自销； 第二阶段向配套设备、试剂、服务方向发展，实现全产品线供应； 第三阶段，培育研发和营销网络，行业开始形成联盟合作或重组兼并，市场集中度迅速提高。 [23]
过了第三阶段，就是吞噬鲸鱼的巨人了，而且集中度与日俱增。 例如，2004年，巴斯夫收购了默克的电子化学品业务[24]，2019年，默克完成了对 的收购。 [25]
目前我国还处于发展阶段。 与全球百年老店相比，现阶段很难实现大规模并购，因此围绕产业链发展或许是一个好办法。
上游方面，原材料的价格和供应是湿电子化学品厂商的生命线。 炼油厂的关闭将影响异丙醇和硫酸的成本和可用性。 随着环保管控的收紧，原材料价格的波动也会影响产品产量。 此外，制造业发电用天然气和石油价格的上涨和限制将导致化学品价格随之上涨。
例如，氢氟酸一般是在萤石中添加硫酸生产的，全球年产700万吨萤石，其中60%产自中国，导致日本90%以上的氢氟酸及其主要原材料依赖进口来自中国[26]，我国多氟、幸福电子、滨化、中聚鑫等公司均拥有G5级氢氟酸，不仅进入台积电、中芯国际产业链，也成为中美半导体贸易战中的主要替代品日本和韩国。 品尝。
在中下游，湿电子化学品作为危险化学品包装和运输成本极高，因此湿电子化学品制造商大多围绕芯片制造商建厂。
例如，台积电此前宣布计划在美国亚利桑那州建厂。 随后，其供应商LCY宣布计划在亚利桑那州重新包装和纯化异丙醇。 生产电子级过氧化氢和四甲基氢氧化铵显影剂、电子级溶液和电镀液。 [12]
可以说，虽然国内湿法电子化学品还存在差距，但上游原材料供应充足，这给国内生产企业带来巨大优势。 剩下的就是围绕产业链继续增加自己的厚度。
随着纳米工艺越来越接近1nm，芯片厂商之间的工艺差异越来越大，湿式电子化学品的定制需求越来越大。 或许这将成为国内企业的转折点。
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