提到默克，可能大家熟知的是其在醫療健康領域和生命科學方面所做的貢獻，這家成立於1668年，經歷了三個多世紀的企業，如今正在半導體領域大放異彩。默克發力半導體領域的「武器」是材料，全世界幾乎每個芯片都會採用至少一種默克的產品或服務。

材料之於半導體的重要性

半導體原材料是集成電路產業的基石，處於整個行業的上游環節，對半導體產業發展起着重要支撐作用。半導體材料主要應用於晶圓製造與芯片封裝環節，具有產業規模大、細分領域多、技術門檻高、更新速度快等特點。

產業規模大：根據SEMI的統計，2021年全球晶圓製造材料的市場規模為404億美元，佔半導體材料整體市場的63%；封裝材料的市場為239億美元，佔整體的37%。

細分領域多：從晶圓裸片到芯片成品，中間需要經過氧化、濺鍍、光刻、刻蝕、離子注入、以及封裝等上百道特殊的工藝步驟，集成電路生產的各個環節均要用到半導體原材料。其中晶圓製造環節所用到的材料包括硅片、光刻膠、光刻膠配套試劑、溼電子化學品、電子氣體、CMP拋光材料、以及靶材等，從市場份額來看，在所有這些晶圓製造材料中，硅片市佔最大，約33%，其次是電子氣體和光刻機及配套試劑；芯片封裝材料包括封裝基板、引線框架、樹脂、鍵合絲、錫球、以及電鍍液等，同時類似溼電子化學品中又包含了酸、鹼等各類試劑，細分子行業多達上百個，從市場份額來看，半導體封裝材料中，封裝基板佔比最大（約40%），其次是引線框架和鍵合線。

技術門檻高：半導體材料的技術門檻一般要高於其他電子及製造領域相關材料，其具備純度要求高、工藝複雜等特徵，在研發過程中需要下游對應產線進行批量測試。同時由於芯片製造過程的不同、下游廠商對材料使用需求的不同等因素，導致對應材料的參數也有所差異。

更新速度快：歸根結底，半導體材料也是伴隨着工藝節點的進步而發展起來的一大領域，隨着工藝越來越先進，對半導體材料的等級要求也越來越高，包括潔淨度、純度等。如果半導體材料等級達不到要求，則會影響最終芯片的性能、穩定性和良率。

數據的爆炸式增長、5G、人工智能、物聯網和擴展現實都需要體積更小、功效更高的芯片。為了應對半導體行業的複雜性和對改進性能的持續需求，在半導體的衆多產業鏈中，材料變得比以往任何時候都更重要。材料的質量和水平直接決定了芯片的性能好壞。過去40年來，默克一直是半導體行業的主要提供商，現在，默克正在利用材料為半導體行業的創新貢獻更強的動力。

默克強大的半導體材料版圖

近些年來，通過收購和整合，默克已經成為在全球半導體制造行業擁有最廣和最全材料產品線之一的電子材料供應商。例如2019年默克收購美國Versum Materials；2022年8月收購韓國Mecaro的化學業務。目前，默克提供的產品組合覆蓋晶圓加工工藝的所有關鍵環節，包括離子注入、圖形化、沉積、平坦化、蝕刻、清洗，以及後期封裝測試。

默克的半導體行業解決方案

具體來看，默克主要能提供六大類半導體材料：圖案化材料（Pattering）、沉積材料、平面化材料、表面處理和清潔材料、特種氣體。

封裝材料：厚膜抗蝕劑、包裝清潔劑、漿料和互連材料；

Pattering：光刻膠、圖案增強材料、工藝材料、旋塗硬掩模和定向自組裝DSA；

沉積材料：薄膜沉積工藝是集成電路製造過程中最為關鍵的工藝之一，半導體薄膜材料是薄膜沉積工藝中的關鍵材料。默克可提供薄膜化學氣相沉積 (CVD) 和原子層沉積 (ALD) 工藝所需的材料；

平面化材料：硅拋光、FEOL電介質、BEOL互聯、先進封裝等領域的平面化材料；

表面處理和清潔材料：廣泛的配方去除劑和溼蝕刻劑組合，如IC清洗、光刻清潔、溼法刻蝕劑、聚合物去除化學；

特種氣體：在晶圓加工工藝的關鍵環節中，從沉積、摻雜、蝕刻到後期封裝測試的每一步都離不開電子特氣。默克擁有超過 40 種特種氣體的廣泛產品組合，涵蓋蝕刻、清潔、沉積和摻雜氣體。

尤為值得一提的是，中國是默克非常看重的半導體市場，默克涉足中國市場已近90年。在這90年的歷史長河中，他們在各個商業領域不斷發展，今天默克的重點是在電子領域。2022年初，默克公布了「向上進擊」 中國投資倍增計劃，計劃於2025年前向其電子科技業務新增在華投資至少10億元人民幣，聚焦半導體領域。當前，默克電子科技業務在中國大陸運營着三家高科技製造工廠及配套研發與應用中心，分別位於上海金橋、上海外高橋和江蘇蘇州。

而今年以來，默克兩個材料生產基地已在中國落地生根：

2022年9月2日，坐落於上海浦東新區默克金橋基地的默克電子科技中國中心正式開業，這是繼以液晶、光刻膠為主的顯示材料本地投產多年後，默克在華首個有機發光二極管（OLED）材料生產基地建成並投入運營，此舉將幫助默克完善覆蓋OLED材料完整價值鏈的本地化能力，為中國及亞洲客戶打造靈活穩定的供應鏈。

默克上海浦東金橋基地

2022年9月15日，默克張家港半導體一體化基地正式開工奠基，新建半導體薄膜材料和電子特種氣體的量產工廠、化學品倉儲和物流分銷中心。這兩種材料的選擇，是默克基於中國對這兩類材料的迫切需求，以及當下全球供應鏈的複雜形勢下而做出的考量。一方面填補國內在薄膜前驅體材料方面的產能缺口；另一方面，特種氣體對存儲產業的發展至關重要，中國在存儲領域這幾年發展勢頭很猛，默克計劃投產的高純度電子特氣作為先進存儲芯片製程中的關鍵材料，其本地化量產也將為各大存儲芯片製造商的原材料供應和穩定生產提供堅實保障。該基地的投資建設是默克「向上進擊」 中國投資倍增計劃的核心組成部分。項目一期固定資產投入約為5.5億元人民幣，其物流分銷中心與生產工廠將分別於2023年第一季度和第四季度建成並投入運營。

默克張家港半導體一體化基地

目前默克所服務的客戶覆蓋代工廠、IDM、無廠半導體公司、OSAT、OEM等等多個類型。其中，為中國大陸超過100家芯片製造企業長期供應着150餘種各類高純化學品、電子特氣材料，因此他們對半導體工廠的運作瞭如指掌。默克生產的這些材料，均有對應的交付設備，確保能安全、可靠地將氣體和化學品輸送至各個半導體工廠。

在默克看來，材料科學未來在推動中國電子市場推陳出新和助力中國半導體產業做大做強方面將發揮至關重要的作用。通過這兩大基地的建成，默克將進一步以優化升級的本地化生產和供應鏈佈局賦能中國集成電路產業。

探索和支持未來新技術的發展

#Always Curious

今天的科學就是明天的技術，隨着摩爾定律走到極限，需要設計一些新材料來支持產業更好的發展，而這正是默克的強項所在。默克正在不斷投資科技的未來，如3D NAND、定向自組裝（DSA）分子製造技術、冷卻芯片（cooler chip）的製造等等。材料和設備是半導體產業的基石，一代技術依賴於一代工藝，一代工藝依賴於一代材料和設備來實現。

在閃存領域，3D NAND 技術正在快速發展。然而從2D到3D NAND的轉變過程，需要對存儲設備的製造工藝進行重大改變。工藝效率、材料創新和污染控制等因素都將影響3D NAND的性能、產量和成本。在這方面，默克的沉積、圖案化材料和旋塗介電材料對製造3D NAND芯片的工藝至關重要。例如 Spinfil ®旋塗介電材料，旨在分別填充階梯孔和深溝槽孔並簡化 3D NAND 的製造過程；再者，先進光刻材料KrF厚膜被用作蝕刻掩模，它使3D NAND「蓋樓」成為可能。

現在芯片的熱管理是制約行業必須探索新途徑的原因。新的研究表明，具有集成冷卻功能的微芯片是電子產品更加高效和可持續的一大創新方向。默克也在密切關注這方面的研究冷卻功能對於保持處理器的最佳性能和內存保持快速和可靠至關重要，但其面臨的挑戰在於成本昂貴和效率低。而縮小冷卻規模是提高冷卻效率的一個有效解決途徑，研究人員已經開發出一種方法，將這些三維微通道切割成構成無數電子元件主幹的硅片，通過這種方式，他們解決了製造點的冷卻問題，更重要的是，它可以通過已經到位的生產流程來完成。但這仍需要進一步的工作才能將概念驗證真正落實到大衆市場和商業上。

除此之外，默克正在研究一種完全不同且更具成本效益的計算機芯片製造方法，那就是定向自組裝（DSA）。DSA是一種互補的圖案化方法，可使用嵌段共聚物實現精細間距和預定義的圖案。區別於EUV光刻「自上而下」的技術，DSA是一種「自下而上」的光刻技術，它能夠突破傳統光學光刻的衍射極限。將DSA光刻與傳統的「自上而下」的EUV光刻相結合，可以提高現有光刻工藝（例如SADP/SAQP）的分辨率、修復圖形缺陷和改善關鍵結構的特徵尺寸均勻性，從而產生更高密度的半導體器件。

結語

世界在變，默克也在不斷變化着，擁有超過350年曆史的德國集團總是在不斷面臨時間帶給它的挑戰。創新是默克這家企業350多年，立足至今的關鍵理念。併購投資、建廠，默克正在不斷增強半導體材料業務的競爭力，同時也將為新一代半導體和顯示科技的發展注入澎湃動力。我們也期待默克能為整個半導體行業以及國內半導體產業的發展所帶來的貢獻。

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀讚好同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。