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集成電路材料對集成電路制造業安全可靠發展以及持續技術創新起到至關重要的支撐作用。本報告將全面梳理我國集成電路材料產業細分領域的發展狀況。
本報告系列文章將分以下幾個部分依次發布：（1）我國集成電路發展態勢及我國集成電路產業總體情況 （2）襯底材料發展情況；（3）光刻膠和掩膜版發展情況；（4）工藝化學品和電子氣體發展情況；（5）拋光材料和靶材發展情況。（6）封裝材料發展情況。
我國集成電路發展態勢及我國集成電路產業總體情況
一、我國集成電路發展態勢
集成電路產業作為信息技術產業的核心，是支撐經濟社會發展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業，是培育發展戰略性新興產業、推動信息化和工業化深度融合的基礎，是保障國家信息安全的重要支撐，其產業能力決定了各應用領域的發展水平，并已成為衡量一個國家產業競爭力和綜合國力的重要標志之一。2018年兩會的《政府工作報告》論述中，把推動集成電路產業發展放在實體經濟發展的首位強調，凸顯出在中國制造大投入、大發展、大跨越的趨勢下集成電路產業的重要性和先導性。
長期以來，我國是世界上最大的集成電路消費市場，但是由于核心技術落后，大部分產品嚴重依賴進口。海關總署公布的數據顯示，從2013年開始，我國集成電路進口額突破2000億美元，已經連續四年遠超原油這一戰略物資的進口額，位列我國進口最大宗商品（圖1）。集成電路貿易逆差持續擴大，阻礙我國國民經濟的快速發展；高端核心芯片幾乎全部依賴進口，直接威脅我國國防系統的信息安全和通訊、能源、工業、汽車、消費電子等支柱產業的產業安全。
圖1 我國集成電路與原油進口金額對比
當前，中美貿易摩擦不斷升級，我國集成電路產業“軟肋”頻現。從《瓦森納協定》到如今持續發酵的中美貿易摩擦，以美國為首的歐美國家一直緊防我國自主發展核心知識產權，集成電路更是發達國家制衡我國屢屢得逞的戰略武器：受限于《瓦森納協議》，從芯片設計、制造等多個領域，我國都無法借鑒國外的最新科技；2017年，美國發布報告《確保美國半導體的領導地位》，不僅將發展半導體上升為國家安全的重要戰略，還將我國明確為威脅對象；在進出口貿易中，美國多次發布針對我國的“301調查”和“337調查”報告，不斷更新加征關稅的自中國進口產品清單，集成電路行業赫然在列；美國接連對中興、華為、晉華等戰略支柱企業進行封殺和定點打擊，彰顯其遏制中國5G及相關集成電路支撐產業崛起的決心和手段，等等。這些接踵而至且切中要害的強勢打壓，嚴重掣肘我國集成電路的發展。
圖2 我國12英寸芯片廠分布
近十年來，我國政府通過實施國家科技重大專項01/02專項，頒布國家和地方政策，成立產業基金等多種方式大力支持集成電路產業的發展，特別是從2014年《國家集成電路產業發展推進綱要》頒布實施以來，各地發展集成電路熱情高漲，紛紛興建新工廠。據統計，到2018年底，我國12英寸晶圓廠已投產14條，15條線宣布在建并預計2020年前投產（圖2），屆時全國12寸晶圓廠產能將超過2500k/月。目前在建12寸晶圓廠涉及投資額約5013億元；規劃中的12寸晶圓廠投資高達7812.3億元。各地晶圓廠興建不停，國內產能的集中釋放，為集成電路產業提供了巨大的發展空間，然而產業鏈各環節依然薄弱，產業整體嚴重受制于人，因此，我國集成電路制造業發展機遇和風險并存。
二、我國集成電路材料產業發展情況
產業規模大、細分行業多、技術門檻高的集成電路材料業是整個集成電路產業的先導基礎，其對集成電路制造業安全可靠發展以及持續技術創新起到至關重要的支撐作用，約400億規模的集成電路材料業支撐起4000億美元規模的集成電路產業以及上萬億規模的電子應用系統產業的良性發展。材料作為集成電路產業的“脖子”，一旦受卡，整個制造業將受到重創，例如2011年日本“311大地震”造成集成電路關鍵原材料供貨中斷，包括臺積電、聯電等芯片制造廠，雖然靠著庫存渡過難關，但在材料恢復全產能供貨之前，營收仍受到不同程度的影響。與此同時，集成電路使用的材料種類層出不窮，材料成分也越發復雜，集成電路性能的提升越發依賴材料技術的底層創新（圖3）。過去，應變硅、高k金屬柵、鈷互聯材料等越來越多材料領域的創新和應用，推動芯片制造沿著摩爾定律持續前行。據估算，材料對芯片性能提升的貢獻目前已超過六成。可以預見，未來超越摩爾領域的異質集成、3D IC、二維半導體等技術能否取得突破性進展，將更多依賴于材料的創新。
集成電路材料作為集成電路產業鏈中細分領域最多的一環，貫穿集成電路制造的晶圓制造、前道工藝（芯片制造）和后道工藝（封裝）整個過程，按照產業鏈主要分為襯底材料、工藝材料（包括光刻膠、掩膜版、工藝化學品、電子氣體、拋光材料、靶材）以及封裝材料三大板塊。據SEMI統計，2017年全球集成電路材料產業規模達到469億美元，其中襯底材料、工藝材料和封裝材料比例約為1：2：2。從區域來看，我國大陸自2016年以來已躍居僅次于我國臺灣的第二大材料消費地區（圖4），且市場容量高速增長（2017年同比增長12%），顯示出巨大的市場需求潛能。
圖3 左圖：2015年和1985年集成電路使用的材料元素種類對比；右圖：芯片性能提升的貢獻因素。
圖4 左圖：2017年全球集成電路材料細分市場產品結構；右圖：2017年全球集成電路材料市場區域結構。
在供給側，盡管我國集成電路材料產業持續壯大，但相對我國市場的需求和發展，材料自給能力還遠遠不夠。近幾年，受國家政策支持以及國內市場需求的雙重驅動，我國集成電路材料發展到了一個新的高度，關鍵材料實現從無到有，產業增長進一步加快，培育了一批富有創新活力，具備一定國際競爭力的骨干企業。根據集成電路材料和零部件產業技術創新戰略聯盟（ICMTIA）統計，我國集成電路材料營收十年翻兩番，江豐電子、安集微電子等公司的濺射靶材和拋光液等上百種關鍵材料通過大生產線認證進入批量銷售，打入國內外先進芯片廠供應鏈。但是，我國集成電路材料還很弱小，自主可控和參與國際競爭能力遠遠不足（圖5），主要產品還集中在中低端，高端產品嚴重依賴進口，“卡脖子”問題嚴峻。根據工信部對30多家大型企業130多種關鍵基礎材料調研結果顯示，32%的關鍵材料在我國仍為空白，52%依賴進口。集成電路材料遭“卡脖子”，嚴重制約我國集成電路產業健康發展。
圖5 近10年我國集成電路材料市場需求及國產半導體年銷售收入對比
襯底材料發展情況
襯底材料按照演進過程可分為三代：以硅、鍺等元素半導體材料為代表的第一代，奠定微電子產業基礎；以砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）等化合物材料為代表的第二代，奠定信息產業基礎；以及以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等寬禁帶半導體材料為代表的第三代，支撐戰略性新興產業的發展（圖6）。
圖6 襯底材料分類
目前硅已經成為應用最廣的一種半導體材料。從半導體器件產值來看，2017年全球95%以上的半導體器件和99%以上的集成電路采用硅作為襯底材料，而化合物半導體市場占比在5%以內。從襯底市場規模看，2017年硅襯底年銷售額87億美元，GaAs襯底年銷售額約8億美元，GaN襯底年銷售額約1億美元，SiC襯底年銷售額約3億美元。硅襯底銷售額占比達85%+，其主導和核心地位仍不會動搖。以下重點分析我國硅片、GaAs、InP、GaN以及SiC這幾種重要襯底材料的技術水平和產業化能力。
一、硅襯底
目前主流的硅片尺寸為300mm（12英寸）、200mm（8英寸）以及150mm（6英寸）。其中，12英寸硅片自2009年開始市場份額超過50%，到2015年的份額已經達到78%，預計2020年將占硅片市場需求超過84%的份額，是硅片市場的首要產品。
全球硅片市場高度集中。目前硅片的供應商主要有日本的信越化學和盛高、臺灣的環球晶、德國的Siltronic以及韓國的SK Siltron，這五大供應商通過產業整合和并購已經占據了全球94%的市場份額（圖7）。
圖7 全球主要硅片供應商市場份額
相比之下，我國硅片生產商分布零散，主要硅片產品集中在6-8英寸，12英寸硅片的研發和生產處于起步階段。當前，有研半導體、金瑞泓、天津中環、洛陽麥克斯、合晶/晶盟、中環環歐等公司能夠批量供應6英寸硅片，滿足國內小尺寸硅片市場的需求。隨著我國集成電路正積極邁向8英寸與12英寸制造，各地多項大硅片項目正在啟動中。2017年以來，我國陸續已有近20個硅片項目公布規劃，部分項目已開工建設，少數項目實現量產。
在8英寸硅片方面，未來我國新增硅片設計產能將超過350萬片/月（表1），并且產能正在加速釋放中。其中浙江金瑞泓建成了8英寸硅片的生產線，具備月產12萬片能力；有研半導體8英寸硅片產能提升至每月10萬片，達到0.13μm技術要求，并獲得海外知名廠商的正片訂單；中環股份建成了從區熔設備制造、單晶制備、硅片加工的完整產業鏈，具備月產5萬片8英寸IGBT器件用拋光片生產能力；上海新傲、河北普興、南京國盛等具備8英寸外延片批量生產能力。絕緣體上硅（SOI）作為硅襯底的一個重要分支，在高溫、強輻射等特殊應用以及高頻、低功耗等差等異化應用中優勢明顯。在商用8英寸SOI襯底方面，上海新傲擁有一系列自主知識產權的8英寸SOI產品，供貨給全球一流芯片制造廠，應用于航空航天、射頻通信等領域，相關產品持續上量中；沈陽硅基也有一定的SOI襯底制造能力，產品主要應用于射頻及MEMS傳感器等。
表1 國內8英寸硅片主要供應商及投產計劃
在12英寸硅片方面，未來我國新增硅片設計產能將接近500萬片/月（表2），但目前僅有上海新昇和有研半導體兩家公司能夠少量生產12英寸硅片，其中上海新昇已研發出適用于45~28nm工藝節點的12英寸硅片，實現產能10萬片/月，完成產品認證數十個；有研半導體建有一條適用于90nm節點的12英寸硅片生產中試線，月產能1萬片；除此之外，其他大硅片項目仍處于規劃建廠或產品研發的早期階段。
分析可知，我國8英寸硅片已經開始進入放量階段，預計2年內將對全球8英寸硅片供應端產能影響。相較于8英寸國產硅片的量產進度，12英寸國產硅片遠未進入產能釋放階段，與龐大的需求相比供應量遠遠不足。初步估計，到2020年我國大陸芯片制造能力有望達到全球的30%，屆時我國大陸12英寸硅片產能與芯片代工產能嚴重失配。除了供需缺口之外，我國12英寸硅片產品的質量也有待提升。國內現有硅片產品僅能支持28nm節點及以上工藝，無法滿足14nm以下更先進制造工藝的需求，較世界先進水平尚存在至少2代差距。另外，由于研發技術難度大以及國外的技術封鎖，我國尚不具備12英寸SOI襯底的生產能力。因此，短期內我國12英寸硅襯底嚴重依賴進口的狀況不會改變。此外，我國尚無一家公司能夠批量供應射頻微波用大尺寸高阻硅（HR-Si）襯底。
表2 國內12英寸硅片主要供應商及投產計劃
表3 國內電子級多晶硅主要供應商及投產計劃
二、GaAs襯底
半絕緣高阻GaAs（ρ＞107Ω-cm）拋光片和外延片襯底具備高功率和高線性度的特性，在射頻應用領域占有一定的市場份額。目前4-6英寸GaAs襯底市場主要掌握在美日歐廠商手中。在GaAs拋光片供應方面，日本住友電工、德國弗萊貝格化合物材料、AXT三家公司占據約95％市場份額。GaAs外延片市場經歷了多次整合，如今產生了英國IQE、臺灣全新光電（VPEC）、日本住友化學、美國英特磊四大領導廠商，銷售的6英寸半絕緣GaAs產品的電阻率從107Ω-cm覆蓋到108Ω-cm，具有較高的晶體軸向和徑向電阻率均勻性，拋光片的加工幾何參數如翹曲等很小，拋光片表面質量狀態優良。
目前國內的GaAs襯底產品以LED用低阻GaAs拋光片為主，射頻用半絕緣襯底由于研究基礎較薄弱還未形成產業規模，高質量4-6英寸半絕緣體GaAs基本依賴進口。我國從事GaAs單晶研發與小規模生產的公司主要有：大慶佳昌、中科晶電、云南鑫耀、廊坊國瑞、天津晶明、新鄉神州、揚州中顯、中科嫁英、海威華芯、有研新材等公司，其中中科晶電和天津晶明具備4英寸GaAs襯底的生產能力，正在研發6英寸半絕緣拋光片；新鄉神舟近期開始進行VGF法生長半絕緣GaAs單晶工藝研究，目前市場定位還不是很明確，主要以承擔軍工科研任務為主。
整體上，我國GaAs材料產業發展迅速，但由于加工經驗和設備的限制，生產的產品性能指標與國外領先水平還有一定的差距（表4），表現在：單晶位錯密度高，電阻率均一性差，批次間重復性低等。我國射頻芯片廠用低位錯密度的高質量大尺寸GaAs襯底需要進口。
表4 國內某公司半絕緣GaAs與國際先進水平的對比
三、InP襯底
InP襯底是數據通信收發器不可或缺的材料。Yole預測，5G技術的深入發展將帶動InP拋光片和外延片市場由2018年的7700萬美元，增長到2024年的1.72億美元，復合年增長率達14%。目前InP襯底的主流尺寸是2-6英寸，且市場集中度較高，超過80%的襯底市場份額由日本住友電工和美國AXT兩家公司占有。
由于InP晶體生長設備和技術門檻極高，國內只有少數廠家和科研單位可以制造InP單晶生長設備和生長InP襯底。中國電科13所最早設計了國產InP高壓單晶爐并制備了我國第一根InP單晶，其余的生產企業還包括鼎泰芯源、北京世紀金光、云南鍺業、廣東天鼎思科新材料、廣東先導半導體材料、深圳泛美、南京金美鎵業等。其中珠海鼎泰芯源通過與中科院半導體所的團隊進行聯合攻關，已掌握了2-6英寸襯底的生產技術，產品產能為10萬片/年（折合2英寸）。
比較來看，我國InP材料行業雖然在材料合成、晶體生長、材料熱處理和材料特性等方面取得進步，也掌握了2-6英寸襯底片的技術，但國內企業產能規模仍然較小，大尺寸InP生產能力不足，市場主要掌握在外資企業中。
四、GaN襯底
由于GaN體單晶的生長需要高溫、高壓等極端的物理條件，因此不能用傳統晶體生長方法直接合成，很長時間里，GaN單晶薄膜都是在異質基底上外延得到的。起先，藍寶石是最常用的GaN異質外延基底，但是由于其晶格常數和熱膨脹系數與GaN 有顯著的差別，得到的外延襯底片僅適用于制備低端LED器件。SiC具有晶格失配小、導熱性能好等特點（表5），非常適合高質量GaN外延材料的生長，是制作高頻、大功率GaN HEMT器件的主要基底材料。相較于SiC基GaN材料，Si基GaN襯底材料在低成本和大尺寸制備方面頗具優勢，同時可與Si工藝兼容從而實現大規模量產。因此，在低成本、高產能需求的通信領域和消費類電子領域，Si基GaN材料是近年來商業化最快的GaN外延片。隨著市場對高功率、高頻器件需求的增大以及HVPE生長技術的不斷成熟，越來越多的GaN基器件也開始采用先進的GaN同質外延材料，但GaN體單晶的成本一直居高不下。此外，晶圓鍵合是用于制備GaN異質襯底的另一種新興技術。目前GaN-on-Si和GaN-on-SiC材料能夠滿足集成電路應用需求，而其他襯底預計在2020年涉足射頻和功率應用領域（圖8）。
表5 不同基底上GaN單晶材料的特性
目前GaN體單晶市場重度集中。住友電工、日立電線、古河機械金屬和三菱化學等日本公司已可以批量出售2-3英寸GaN體單晶材料，占據了超過85%的全球市場，并具備4英寸體單晶的小批量供應能力。其它廠商仍處于小規模量產或研發階段，代表性公司有Aixtron、Kyma、牛津儀器等。在外延片方面，美國科銳、雷聲、道康寧，英國IQE，日本羅姆以及比利時的EpiGan（近期被Soitec收購）等多家公司可以供應3-4英寸GaN-on-SiC外延片，部分公司開始量產6英寸外延片。4-8英寸GaN-on-Si襯底也已經實現商用化，知名供應商包括日本的NTT-AT、比利時的EpiGan等，美國IR、英國IQE、日本Dowa、德國Azzurro、法國ST等公司也正在開發8英寸GaN-on-Si外延技術。另外，法國Soitec在GaN鍵合片研發方面獨樹一幟，基于智能剝離技術開發的6英寸GaN-on-Si鍵合片已進入試生產階段。
圖8 GaN材料發展趨勢
與此同時，我國GaN材料制備技術也不斷取得突破。GaN體單晶材料方面，蘇州納維、東莞中鎵以及廈門中芯晶研具備2-4英寸產品批量化生產能力，并積極向6英寸拓展。在GaN外延片方面，我國遍地開花，競相重點布局GaN-on-Si外延片制造，其中長三角地區聚集了眾多技術領先的GaN外延片生產商，研發能力全國最強，產業鏈最完備（表6）。整體上，我國已經具備了一定的GaN材料研發和產業化能力，但產品的質量和產能仍需不斷加強。
表6 國內GaN外延片生產廠商、產品規格及產能
五、SiC襯底
SiC襯底在電力電子和微波射頻領域具有廣闊的應用前景，因此成為半導體技術研究前沿和產業競爭焦點，目前已基本形成了美國、歐洲、日本三足鼎立的局面。國際上實現SiC單晶和外延片商業化的公司主要有美國的科銳、Bandgap、Dow Dcorning、II-VI、Instrinsic，日本的Rohm、NSC、Nippon、Sixon、Bridegestone、昭和電工、Denso，芬蘭Okmetic，德國Sicrystal、英飛凌，比利時EpiGaN等。其中，科銳是全球最大的SiC單晶供應商，占全球市場的85%以上，Sicrystal公司是歐洲地區的主要供應商。從產品來看，國際主流SiC襯底材料產品已經向6英寸過渡，8英寸襯底樣品已經面市。
我國SiC生產企業的技術研發能力處于與世界先進水平并行的地位，國內開始批量生產4英寸導電和半絕緣襯底，并開發出6英寸樣品（表7），但產品批量生產能力較弱，產品的微管缺陷密度與位錯缺陷密度等關鍵技術指標與國際水平存在一定差距，主要以國內市場為主。
表7 國內SiC襯底生產廠商、產品規格及產能
六、其他襯底材料
以5G芯片及其集成技術為代表的新興差異化應用的發展需要多種核心襯底材料的支撐。除了硅片、化合物半導體以外，SiGe、硅基壓電材料（POI、AlN及其化合物等）也是5G所需的核心關鍵材料。我國在這些高質量特殊襯底材料制備方面基礎薄弱，相關產品尚處于實驗室或中試階段。
光刻膠和掩膜版發展情況
一、光刻膠
光刻膠是微細圖形加工關鍵材料之一，由成膜樹脂、感光組分、微量添加劑（染料、增粘劑等）和溶劑等成分組成的對光敏感的混合液體，具有純度高、生產工藝復雜、生產及檢測等設備投資大、技術積累期長等特征，屬于資本技術雙密集型產業。目前，全球芯片工藝水平已跨入微納米級別，光刻膠的波長由紫外寬譜（300-450nm）逐步至G線（436nm）、I線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm），以及最先進的EUV（<13.5nm）水平（表8）。從全球光刻膠分類市場份額占比來看，高端光刻膠占據最大的市場份額，其中G/I線光刻膠占比為24%，KrF光刻膠占比為22%，ArF光刻膠占比為41%。
表8 光刻膠種類、應用領域及特性
全球光刻膠市場基本被日本JSR、東京應化、住友化學、信越化學，美國羅門哈斯等幾家大型企業所壟斷，市場集中度非常高。國內芯片制造廠向28nm以下更小節點不斷發展，先進工藝對高端光刻膠的需求不斷增大。但高端光刻膠因技術受卡，始終依賴進口，國產化率低（表9）。根據中國產業信息網的數據，適用于6英寸硅片的G/I線光刻膠的自給率分別約為60%和20%，適用于8英寸硅片的KrF光刻膠的自給率僅有1%，而適用于12寸硅片的ArF光刻膠完全依靠進口。
表9 光刻膠企業材料量產和研發情況
目前我國有北京科華、蘇州瑞紅、濰坊星泰克、上海飛凱光電材料、容大感光、廣信材料、東方材料、永太科技等超過10家光刻膠企業，但產品能夠批量進入集成電路的只有三家，分別是北京科華（南大光電持股31.39%）、蘇州瑞紅（晶瑞股份100%控股）和濰坊星泰克。北京科華主要產品為紫外負性光刻膠及配套試劑，lift-off負膠，紫外正性光刻膠（G線、I線）及配套試劑，248nm光刻膠。北京科華的I線光刻膠已全面進入國內主要的6英寸及以下芯片廠，并在部分8英寸芯片廠實現小批量應用。同時，北京科華進一步研發ArF光刻膠，2017年研發生產的ArF干法光刻膠中試產品已完成在國內一流芯片制造廠的測試；蘇州瑞紅主要產品為紫外負性光刻膠及配套試劑、G線光刻膠及配套試劑等。蘇州瑞紅承擔的國家02專項項目I線光刻膠產業化技術開發項目正在進展當中；濰坊星泰克主要產品包括G線光刻膠、Lift-off負膠。
從國內市場來看，目前主流的四種中高端光刻膠中，G/I線光刻膠已經實現量產；KrF光刻膠正逐步通過芯片廠認證并開始小批量生產；ArF光刻膠樂觀預計在2020年能有效突破并完成認證；最新的EUV和電子束光刻膠方面，現在國內還不具備條件也沒有這方面研發能力，量產更是遙遙無期。
另外，我國光刻膠的發展面臨高純光刻膠原材料的國產化問題。除了強力新材、河南翰亞微電子江蘇天音化工等少數企業能夠少量供應部分光刻膠原材料以外，高端光刻膠所需的樹脂主體材料、光敏劑、抗反射涂層（ARC）等基本依賴進口。
二、掩膜版
掩膜版（表10）在集成電路行業中的作用就像照相行業中的膠卷底片，行業地位特殊，其質量很大程度上決定了集成電路最終產品的質量。對于芯片制造，掩膜版的設計和制造需要與集成電路工藝緊密銜接，因此，芯片制造廠一般都有配套的專業掩膜版工廠，先進的掩膜版技術也因此掌握在先進芯片制造廠商手中。目前，英特爾、三星、臺積電、Globalfoundries等全球最先進的芯片制造廠所用的掩膜版大部分由自己的專業工廠生產，外購量較少。據統計，芯片大廠附屬掩膜版廠的掩膜版收入占整體掩膜版市場收入的六成。對于非先進制程，特別是一些60nm及90nm以上制程產品，掩膜版外包的趨勢非常明顯，獨立掩膜版制造廠的市場比較高。目前全球獨立的掩膜版廠商包括美國Photronic、日本DNP 、日本Toppan、臺灣光罩以及SK-Electronics等，前三家公司占據80%以上的市場份額。
我國掩膜版生產公司以外資為主，美國Photronics和日本Toppan都在上海建有大規模生產基地，占據了我國高檔光掩膜版市場。我國本土的掩膜版廠主營生產低端產品，按經營模式可分為3類：第一類是科研院所，包括中科院微電子中心，中國電科13所、24所、47所、55所等；第二類是獨立的掩膜版制造廠商，主要有無錫迪思微電子和無錫中微，技術水平分別為0.8μm-0.13μm和0.25μm；第三類是芯片廠配套的掩膜廠，以中芯國際掩膜廠為代表，技術水平為0.25μm-0.18μm。整體而言，國內企業掩膜版加工能力有限，高端掩膜版技術與國外先進水平差距較大。
表10 常用掩膜版類型及特性
掩膜版的主要原材料為掩膜基板、掩膜保護膜（Pellicle透明保護膜等）等。基板通常是高純度、低反射率、低熱膨脹系數的石英玻璃，其成本占到掩膜版原材料采購成本的90%左右，是制造掩膜版的核心材料。我國尚不具備生產高檔高純石英掩膜基板的生產能力。掩膜保護膜可以增加芯片生產的良率并且減少掩膜版清潔次數和磨損，是降低光刻工藝成本的關鍵材料，該種保護膜生產技術被美國、日本壟斷。我國迄今僅有芯恩報道了在掩膜基板和掩膜保護膜相關領域的探索性布局。
工藝化學品和電子氣體發展情況
一、工藝化學品
高純工藝化學品主要包括無機酸類、無機堿類、有機溶劑類等通用化學品以及配方型化學品（表11），通常用于芯片生產中的清洗、光刻、刻蝕、顯影、互聯等工藝，是集成電路制造用關鍵材料。
表11 通用和配方型工藝化學品類別
集成電路行業對高純化學試劑的微量金屬雜志含量、顆粒粒徑和數量、陰離子雜志含量等方面有嚴格要求。根據SEMI標準，應用于集成電路領域的高純化學品集中在SEMI G3、G4水平，且集成電路線寬越窄，所需的高純化學試劑的標準越高，純度和潔凈度的要求也就越高（表12）。常用的高純化學試劑已經超過30種，多用于清洗、刻蝕等工藝。
表12 高純化學試劑SEMI國際標準等級
配方型化學品是指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復配類化學品，主要包括清洗腐蝕試劑和光刻膠配套試劑等。清洗腐蝕試劑主要用于集成電路制造過程中的濕法清洗和刻蝕工藝。清洗腐蝕試劑的主要特點是技術含量高、工藝配套性強。同時，由于集成電路制造工藝的不同或技術節點的不同，對其質量和性能的要求也不盡相同，表13列出了集成電路制造工藝中常用的清洗腐蝕試劑。光刻膠配套試劑是指在集成電路制造中與光刻膠配套使用的試劑，主要包括有機溶劑、稀釋劑、顯影液、漂洗液、剝離液、去邊液等（表14）。大部分光刻膠配套試劑的組分是有機溶劑和微量添加劑，溶劑和添加劑都是具有低金屬離子及顆粒含量的高純試劑。
由于多數配方型化學品是混合物，它的理化指標很難通過普通儀器定量檢測，只能通過應用手段來評價其有效性，因此產品應用測試周期較長。
表13 常用的清洗刻蝕試劑
表14 光刻膠配套試劑及用途
全球工藝化學品主要生產企業有德國巴斯夫，美國亞什蘭化學、Arch化學，日本關東化學、三菱化學、京都化工、住友化學，臺灣鑫林科技，韓國東友精細化工等，上述公司占全球市場份額的85%以上。
國內生產超凈高純試劑的企業中產品達到國際標準且具有一定生產量的企業有30多家，技術水平主要集中在G2級（國產化率80%）以下，8英寸（G3）及12英寸（G4）需求的高純化學品基本靠進品，國產化率約為10%，僅有少數部分技術領先企業的部分產品達到了國際SEMI G4標準。國內生產工藝化學品的企業主要有晶瑞股份、江陰江化微、江陰潤瑪電子、江陰化學試劑、蘇州晶瑞化學、浙江凱圣（巨化股份）、上海新陽、湖北興發、達諾爾等（表15）。其中晶瑞股份的超純氫氟酸、鹽酸、硝酸和氨水純度等級已達到SEMI G3、G4等級，雙氧水產品品質達到10ppt（相當于SEMI G5等級），目前已在華虹宏力進行上線評估；江化微硝酸、氫氟酸、氨水等細分產品都達到了G4、G5的行業水平，G3等級的硫酸、過氧化氫、異丙醇、低張力二氧化硅蝕刻液、鈦蝕刻液進入國內6英寸晶圓、8英寸先進封裝凸塊芯片生產線，部分光刻膠配套試劑產品進入中芯國際、士蘭微等供應鏈；浙江凱盛生產的電子級硝酸進入國內12英寸芯片工藝制程供應鏈；上海新陽已成為先進封裝和傳統封裝行業所需電鍍與清洗化學品的主流供應商，其超純電鍍硫酸銅電鍍液已成功進入中芯國際、海力士的28nm大馬士革工藝制程，成為Baseline產品，進入工業化量產階段。
表15 國內工藝化學品企業及代表產品
二、電子氣體
在集成電路制造業中，氣體的使用非常廣泛，約占全部生產材料的三分之一。氣體的純度和潔凈度直接影響到電子元器件的質量、集成度、特定技術指標和成品率，并從根本上制約著電路和器件的精確性和準確性。目前，大部分高純氣體的純度達到99.99%（4N）以上，部分氣體純度應達到5N以上。在集成電路工業中應用的有110余種氣體，其中常用的有超過30種，按其本身化學成分可分為硅系、砷系、磷系、硼系、金屬氫化物、鹵化物和金屬烴化物七類，按在集成電路中不同應用途徑可分為摻雜氣體、外延氣體、摻雜氣體、刻蝕用氣體、化學氣相沉積氣和載氣等（表16）。
表16 集成電路中常用的氣體（綠色字體代表已實現國產化）
電子氣體從生產到分離提純以及運輸供應階段都存在較高的技術壁壘，市場準入條件高，全球市場主要被幾家跨國巨頭壟斷。包括美國空氣化工、普萊克斯、德國林德集團、法國液化空氣、日本大陽日酸株式會社等公司占據了全球電子氣體90%以上的市場份額。國內電子氣體企業的生產技術與國外存在較大差距，電子氣體市場仍被外企主導。截止2016年年底，美國化工、普萊克斯、日本昭和電工、英國BOC公司、法國液化公司、日本酸素等六家公司合計占據了我國電子氣體85%的市場份額，國內企業主要集中在中低端市場。
國內從事高純電子氣體生產的主要企業有中船重工七18所、中昊光明化工研究設計院、蘇州金宏氣體、大連保稅區科利德化工科技、佛山市華特氣體、江蘇南大光電、黎明化工研究設計院、綠菱電子材料（天津）、廣東華特氣體、北京華宇同方化工科技、杭州同益氣體研究所、湖北晶星科技、江蘇雅克科技、南京亞格泰新能源材料、上海正帆科技等十幾家企業。其中中船重工的NF3、WF6進入國內主流12英寸芯片制造廠商生產線，雅克科技產品中CF4進入臺積電12英寸28nm晶圓加工生產線，南大光電所售高純磷烷、砷烷產品以及三甲基鎵、三甲基銦、三乙基鎵、三甲基鋁等MO源產品純度達到6N級別。
雖然我國電子氣體已經擺脫完全依賴進口的狀態，國內企業已經基本具備了生產部分高純電子氣體的能力，但是由于本土電子氣體的生產和供應商規模較小，產品質量穩定性差，國內電子產品的包裝、儲運未能和現代電子工業的要求接軌等原因，導致目前大部分電子氣體還不能全面進入集成電路領域（表16）。
拋光材料和靶材發展情況
一、拋光材料
CMP拋光材料是集成電路制造中的關鍵耗材，主要包括拋光液、拋光墊和修整盤等，其中拋光墊與拋光液占80%以上。隨著集成電路工藝技術節點尺寸的不斷縮小，互聯層數的不斷增加和新材料新工藝的應用，CMP在芯片工藝制程中的使用次數和重要性不斷增加（圖9），所拋光的材料有多種金屬（包括Co、Al、W、Cu、Ta等）和非金屬（包括SiO2、Si3N4、襯底材料等），技術節點降低同時對CMP提出了更高的要求，在拋光缺陷、表面污染物的尺寸和數量、拋光性能的穩定性、拋光工藝可控性、拋光均一性、電性能和可靠性等方面提出了更為苛刻的要求。
拋光液是決定CMP工藝性能最終良率最為關鍵的材料，約占整個CMP材料市場的49%。拋光液主要由納米級的研磨顆粒、不同化學劑和去離子水組成。針對具體工藝和被拋光材料的要求，不同種類的研磨顆粒（如二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰等）和多種化學試劑（如金屬絡合劑、表面抑制劑、氧化還原劑、分散劑以及其他助劑等）被使用在CMP拋光液的配方中。根據其應用，拋光液可以使用在集成電路芯片制造前/后道的各個工序中，如FinFET柵極、淺溝道隔離、鎢栓塞、銅互聯等。另外，拋光液還應用在先進封裝中的硅通孔工藝中，所需要的拋光液也因工藝和材料要求的不同而不同。集成電路用拋光液市場主要被美日歐企業壟斷，主要企業有美國的 Cabot、Nalco、Rodel、DuPont、Grace，荷蘭的Akzol Nobel，德國的Bayer和Wacker，日本的 Fujimi、Fujifilm、Nissan Chemical、Fuso等，占據全球90%以上的市場份額。
圖9 不同技術節點CMP工藝處理的材料
國內從事CMP拋光液研發與生產的企業有安集微電子、上海新安納電子、北京國瑞升科技等。其中安集微生產的銅/銅阻擋層拋光液、二氧化硅拋光液、TSV拋光液、硅拋光液、銅拋光后清洗液等產品已成功進入國內外8英寸和12英寸客戶芯片生產線使用，銅/銅阻擋層拋光液產品已經進入國內外領先技術節點，產品涵蓋130nm~28nm技術節點；上海新安納電子級二氧化硅納米磨料成功應用于集成電路拋光液，是目前國內唯一的供應商，研發出的硅片粗拋拋光液獲得中國新材料首批次應用的支持，成功應用在8英寸和12英寸硅片拋光上。另外，上海新安納在存儲器拋光液等產品開發方面取得較好進展。
雖然我國在拋光液領域取得了點的突破，但是整體上我國拋光液的國產化率約為5%，主要為銅及其阻擋層拋光液、TSV拋光液和硅的粗拋液，其它的CMP工藝拋光液（硅片精拋液、化合物半導體拋光液，14nm以下FinFET工藝拋光液，鈷、銣等新金屬互聯材料的拋光，STI拋光液等）及其拋光磨料還是依賴進口。
CPM工藝中的另一個重要工藝耗材為拋光墊，約占整個CMP材料市場的33%。拋光墊的主要功能是提供機械摩擦和承載拋光液，是影響CMP拋光工藝參數（如拋光速率、均勻度、平整度、缺陷率）的關鍵因素之一。拋光墊主要以聚亞氨脂為原材料，通過特殊的發泡和成型工藝制作而成。根據不同CMP工藝的需求，需要對拋光墊的材料配方和工藝進行調整，從而獲得不同的拋光墊硬度、發泡尺寸、可伸縮性以及表面溝槽的圖形和深度。目前，國際上拋光墊市場由陶氏化學一家獨大，占整個市場份額的80%，嘉柏微電子次之，約占10%的市場份額。CMP修整盤也是CMP工藝材料中的關鍵組成部分，其作用是將金剛石顆粒鑲嵌在金屬胎體上，在拋光過程中對拋光墊進行修正，以保證拋光工藝的穩定性和重復性。美國的3M、韓國的Saesol、我國臺灣的中砂等公司都占有一定的CMP修整盤市場份額。
國內方面，近年來成長起來的成都時代立夫在CMP拋光墊產品開發方面取得較好進展，部分產品在8英寸和12英寸CMP工藝中正在進行應用評估；湖北鼎龍控股開發的銅拋光墊、氧化物拋光墊和鎢拋光墊也開始認證；此外，寧波江豐電子和蘇州觀勝半導體也開始上馬新型局拋光墊項目。深圳嵩洋微電子正在開發金剛石修整盤；寧波江豐電子的金剛石修整盤和保持環已進入評價驗證階段。就拋光墊修整盤整體而言，我國本土企業仍處于嘗試突破階段，高端產品依然空白。
二、靶材
高純濺射靶材（包括蒸發材料）作為集成電路芯片制造過程中重要的配套材料之一，主要用于金屬化工藝中互連線、阻擋層、通孔、背面金屬化層等薄膜的制備。使用的靶材原材料主要有超高純鋁及其合金、銅、鈦、鉭、鎢、鎢鈦合金以及鎳及合金、鈷、金、銀、鉑及合金等（表17）。
全球靶材制造行業呈現寡頭壟斷格局，少數日美化工與制造集團主導了全球靶材制造行業，其中霍尼韋爾、日礦金屬、東曹、普萊克斯、住友化學、愛發科等跨國集團占據主導地位。
在國內，靶材是集成電路材料領域最先打破國外壟斷的產品。目前我國靶材行業已經初具規模，隨著國內靶材企業的不斷技術創新，出現了具備和日美跨國集團競爭的本土靶材企業。國內靶材行業龍頭包括寧波江豐電子、有研新材子公司有研億金新材等。在邏輯芯片用靶材方面，國內最大的靶材生產商江豐電子生產的8-12英寸鋁、鈦、銅、鉭靶材已批量進入國際主流芯片廠，公司產品70%以上銷往以臺積電等為代表的280多家海外芯片制造工廠，并在國際領先的7nm技術得到量產應用；在封裝用靶材方面，有研億金新材8英寸靶材也開始進入市場，公司正在建設12英寸系列靶材生線，在稀貴金屬靶材研究與生產方面具備優勢。
表17 常用靶材類別及其純度和用途
整體上，我國高純靶材生產技術已躋身國際第一梯隊，以江豐電子為代表的國內靶材廠商目前掌握了鈦靶、鋁靶、銅靶等靶材從提純到最終靶材成型的整套工藝，但7nm先進工藝用高端鈷靶以及存儲芯片用鎢靶始終被韓國、美國等跨國公司壟斷，國內供應商還在需求突破。
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