提到默克，可能大家熟知的是其在医疗健康领域和生命科学方面所做的贡献，这家成立于1668年，经历了三个多世纪的企业，如今正在半导体领域大放异彩。默克发力半导体领域的“武器”是材料，全世界几乎每个芯片都会采用至少一种默克的产品或服务。

材料之于半导体的重要性

半导体原材料是集成电路产业的基石，处于整个行业的上游环节，对半导体产业发展起着重要支撑作用。半导体材料主要应用于晶圆制造与芯片封装环节，具有产业规模大、细分领域多、技术门槛高、更新速度快等特点。

产业规模大：根据SEMI的统计，2021年全球晶圆制造材料的市场规模为404亿美元，占半导体材料整体市场的63%；封装材料的市场为239亿美元，占整体的37%。

细分领域多：从晶圆裸片到芯片成品，中间需要经过氧化、溅镀、光刻、刻蚀、离子注入、以及封装等上百道特殊的工艺步骤，集成电路生产的各个环节均要用到半导体原材料。其中晶圆制造环节所用到的材料包括硅片、光刻胶、光刻胶配套试剂、湿电子化学品、电子气体、CMP抛光材料、以及靶材等，从市场份额来看，在所有这些晶圆制造材料中，硅片市占最大，约33%，其次是电子气体和光刻机及配套试剂；芯片封装材料包括封装基板、引线框架、树脂、键合丝、锡球、以及电镀液等，同时类似湿电子化学品中又包含了酸、碱等各类试剂，细分子行业多达上百个，从市场份额来看，半导体封装材料中，封装基板占比最大（约40%），其次是引线框架和键合线。

技术门槛高：半导体材料的技术门槛一般要高于其他电子及制造领域相关材料，其具备纯度要求高、工艺复杂等特征，在研发过程中需要下游对应产线进行批量测试。同时由于芯片制造过程的不同、下游厂商对材料使用需求的不同等因素，导致对应材料的参数也有所差异。

更新速度快：归根结底，半导体材料也是伴随着工艺节点的进步而发展起来的一大领域，随着工艺越来越先进，对半导体材料的等级要求也越来越高，包括洁净度、纯度等。如果半导体材料等级达不到要求，则会影响最终芯片的性能、稳定性和良率。

数据的爆炸式增长、5G、人工智能、物联网和扩展现实都需要体积更小、功效更高的芯片。为了应对半导体行业的复杂性和对改进性能的持续需求，在半导体的众多产业链中，材料变得比以往任何时候都更重要。材料的质量和水平直接决定了芯片的性能好坏。过去40年来，默克一直是半导体行业的主要提供商，现在，默克正在利用材料为半导体行业的创新贡献更强的动力。

默克强大的半导体材料版图

近些年来，通过收购和整合，默克已经成为在全球半导体制造行业拥有最广和最全材料产品线之一的电子材料供应商。例如2019年默克收购美国Versum Materials；2022年8月收购韩国Mecaro的化学业务。目前，默克提供的产品组合覆盖晶圆加工工艺的所有关键环节，包括离子注入、图形化、沉积、平坦化、蚀刻、清洗，以及后期封装测试。

默克的半导体行业解决方案

具体来看，默克主要能提供六大类半导体材料：图案化材料（Pattering）、沉积材料、平面化材料、表面处理和清洁材料、特种气体。

封装材料：厚膜抗蚀剂、包装清洁剂、浆料和互连材料；

Pattering：光刻胶、图案增强材料、工艺材料、旋涂硬掩模和定向自组装DSA；

沉积材料：薄膜沉积工艺是集成电路制造过程中最为关键的工艺之一，半导体薄膜材料是薄膜沉积工艺中的关键材料。默克可提供薄膜化学气相沉积 (CVD) 和原子层沉积 (ALD) 工艺所需的材料；

平面化材料：硅抛光、FEOL电介质、BEOL互联、先进封装等领域的平面化材料；

表面处理和清洁材料：广泛的配方去除剂和湿蚀刻剂组合，如IC清洗、光刻清洁、湿法刻蚀剂、聚合物去除化学；

特种气体：在晶圆加工工艺的关键环节中，从沉积、掺杂、蚀刻到后期封装测试的每一步都离不开电子特气。默克拥有超过 40 种特种气体的广泛产品组合，涵盖蚀刻、清洁、沉积和掺杂气体。

尤为值得一提的是，中国是默克非常看重的半导体市场，默克涉足中国市场已近90年。在这90年的历史长河中，他们在各个商业领域不断发展，今天默克的重点是在电子领域。2022年初，默克公布了“向上进击” 中国投资倍增计划，计划于2025年前向其电子科技业务新增在华投资至少10亿元人民币，聚焦半导体领域。当前，默克电子科技业务在中国大陆运营着三家高科技制造工厂及配套研发与应用中心，分别位于上海金桥、上海外高桥和江苏苏州。

而今年以来，默克两个材料生产基地已在中国落地生根：

2022年9月2日，坐落于上海浦东新区默克金桥基地的默克电子科技中国中心正式开业，这是继以液晶、光刻胶为主的显示材料本地投产多年后，默克在华首个有机发光二极管（OLED）材料生产基地建成并投入运营，此举将帮助默克完善覆盖OLED材料完整价值链的本地化能力，为中国及亚洲客户打造灵活稳定的供应链。

默克上海浦东金桥基地

2022年9月15日，默克张家港半导体一体化基地正式开工奠基，新建半导体薄膜材料和电子特种气体的量产工厂、化学品仓储和物流分销中心。这两种材料的选择，是默克基于中国对这两类材料的迫切需求，以及当下全球供应链的复杂形势下而做出的考量。一方面填补国内在薄膜前驱体材料方面的产能缺口；另一方面，特种气体对存储产业的发展至关重要，中国在存储领域这几年发展势头很猛，默克计划投产的高纯度电子特气作为先进存储芯片制程中的关键材料，其本地化量产也将为各大存储芯片制造商的原材料供应和稳定生产提供坚实保障。该基地的投资建设是默克“向上进击” 中国投资倍增计划的核心组成部分。项目一期固定资产投入约为5.5亿元人民币，其物流分销中心与生产工厂将分别于2023年第一季度和第四季度建成并投入运营。

默克张家港半导体一体化基地

目前默克所服务的客户覆盖代工厂、IDM、无厂半导体公司、OSAT、OEM等等多个类型。其中，为中国大陆超过100家芯片制造企业长期供应着150余种各类高纯化学品、电子特气材料，因此他们对半导体工厂的运作了如指掌。默克生产的这些材料，均有对应的交付设备，确保能安全、可靠地将气体和化学品输送至各个半导体工厂。

在默克看来，材料科学未来在推动中国电子市场推陈出新和助力中国半导体产业做大做强方面将发挥至关重要的作用。通过这两大基地的建成，默克将进一步以优化升级的本地化生产和供应链布局赋能中国集成电路产业。

探索和支持未来新技术的发展

#Always Curious

今天的科学就是明天的技术，随着摩尔定律走到极限，需要设计一些新材料来支持产业更好的发展，而这正是默克的强项所在。默克正在不断投资科技的未来，如3D NAND、定向自组装（DSA）分子制造技术、冷却芯片（cooler chip）的制造等等。材料和设备是半导体产业的基石，一代技术依赖于一代工艺，一代工艺依赖于一代材料和设备来实现。

在闪存领域，3D NAND 技术正在快速发展。然而从2D到3D NAND的转变过程，需要对存储设备的制造工艺进行重大改变。工艺效率、材料创新和污染控制等因素都将影响3D NAND的性能、产量和成本。在这方面，默克的沉积、图案化材料和旋涂介电材料对制造3D NAND芯片的工艺至关重要。例如 Spinfil ®旋涂介电材料，旨在分别填充阶梯孔和深沟槽孔并简化 3D NAND 的制造过程；再者，先进光刻材料KrF厚膜被用作蚀刻掩模，它使3D NAND“盖楼”成为可能。

现在芯片的热管理是制约行业必须探索新途径的原因。新的研究表明，具有集成冷却功能的微芯片是电子产品更加高效和可持续的一大创新方向。默克也在密切关注这方面的研究冷却功能对于保持处理器的最佳性能和内存保持快速和可靠至关重要，但其面临的挑战在于成本昂贵和效率低。而缩小冷却规模是提高冷却效率的一个有效解决途径，研究人员已经开发出一种方法，将这些三维微通道切割成构成无数电子元件主干的硅片，通过这种方式，他们解决了制造点的冷却问题，更重要的是，它可以通过已经到位的生产流程来完成。但这仍需要进一步的工作才能将概念验证真正落实到大众市场和商业上。

除此之外，默克正在研究一种完全不同且更具成本效益的计算机芯片制造方法，那就是定向自组装（DSA）。DSA是一种互补的图案化方法，可使用嵌段共聚物实现精细间距和预定义的图案。区别于EUV光刻“自上而下”的技术，DSA是一种“自下而上”的光刻技术，它能够突破传统光学光刻的衍射极限。将DSA光刻与传统的“自上而下”的EUV光刻相结合，可以提高现有光刻工艺（例如SADP/SAQP）的分辨率、修复图形缺陷和改善关键结构的特征尺寸均匀性，从而产生更高密度的半导体器件。

结语

世界在变，默克也在不断变化着，拥有超过350年历史的德国集团总是在不断面临时间带给它的挑战。创新是默克这家企业350多年，立足至今的关键理念。并购投资、建厂，默克正在不断增强半导体材料业务的竞争力，同时也将为新一代半导体和显示科技的发展注入澎湃动力。我们也期待默克能为整个半导体行业以及国内半导体产业的发展所带来的贡献。

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