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1、11編寫說明編寫說明本報告集由國家知識產權局公共服務司組織編寫。相關知識產權信息公共服務成果報告由各省知識產權局收集和推薦。經項目組初步篩選、專家評審后確定本次共享發布報告。報告集分為信息技術、新能源、新材料、生物醫藥、化學、創新研究 6 個分冊，共 14 項成果報告。報告集充分考慮了信息的安全性與適宜性，主要內容為縮編后的精簡成果，并對部分章節內容進行了必要的刪減調整及脫敏處理，最大化展現各成果的核心價值與亮點。本次成果匯集和發布，旨在推廣知識產權信息利用成果，促進發揮知識產權信息戰略價值，進一步強化知識產權信息服務對科技創新和產業優化升級的支撐作用。衷心感謝慷慨共享成果的知識產權公共服務機

2、構。相信通過不斷開展信息利用成果共享，加強知識產權公共服務機構之間專業交流與互鑒，能夠有力推動信息服務環境的開放化、協同化，促進知識產權信息利用和服務規范化發展，為激勵創新、優化資源配置和促進高質量發展提供更加有力支撐。編輯組2024 年 9 月2目 錄半導體光刻膠專利分析研究報告.1集成電路產業碳化硅技術專利分析研究報告.77陜西省傳感器產業專利導航報告.116知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊1半導體光刻膠專利分析研究報告江蘇省知識產權保護中心江蘇省知識產權保護中心（江蘇省專利信息服務中心）（江蘇省專利信息服務中心）南京工業大學南京工業大學原報告定稿時間：原報告定稿

3、時間：20242024 年年 4 4 月月知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊2編寫人員名單課題負責人課題負責人：王亞利 江蘇省知識產權保護中心 主任 正高工程師趙乃瑄 南京工業大學 館長 研究館員課題組成員：課題組成員：鮑志彥 南京工業大學 科長 副研究館員李杉杉 南京工業大學 副研究館員許思嫻 南京工業大學 館員沈玲玲 南京工業大學 館員程琳 南京工業大學 館員王凱 南京工業大學 館員龔躍鵬 江蘇省知識產權保護中心 知識產權高級工程師孟彥娟 江蘇省知識產權保護中心 知識產權高級工程師張靜文 江蘇省知識產權保護中心知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分

4、冊3成果亮點該案例立足省內光刻膠產業實際發展現狀與需求，理清半導體光刻膠領域的國內外整體發展態勢，重點聚焦我國半導體光刻膠產業發展亟需突破的關鍵技術，為我國半導體光刻膠產業的高速發展提供支撐。從半導體光刻膠產業成熟技術、主流技術和前沿替代技術著手，分析其技術來源和目標市場、全球創新主體、核心專利技術等，找準我國光刻膠產業在前沿技術、產業鏈安全等突出問題，從推進創新成果轉移轉化、核心技術自主化、產業鏈上下游一體化等方面提出意見建議。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊4第 1 章 半導體光刻膠產業發展概況光刻膠是一種對光敏感的混合液體，又稱作光致抗蝕劑，是指經過不同波長的光

5、或電子束、離子束、射線等照射或輻射后，在曝光區域發生交聯或降解，從而改變其在顯影液中的溶解度和親疏水性的混合物。主要組分為樹脂、感光劑、溶劑及表面活性劑等添加劑。按照其化學反應機理和顯影原理分類，光刻膠可分為負性膠和正性膠兩類。1.1 半導體光刻膠產業發展現狀光刻膠的技術復雜，品種較多，下游產品以光刻膠應用為主。光刻膠在給予一定量的曝光之后，在顯影液中的溶解率會顯著提高，是屬于光降解型，所得圖形與掩膜版相同。按照曝光光源的波長分類，光刻膠可分為紫外光刻膠（300-450nm，i 線、g 線）、深紫外光刻膠（ArF，193nm、KrF，248nm）、極紫外光刻膠（EUV，13.5nm）等。通常情

6、況下，在使用相同工藝方法的情況下，曝光波長越短，加工分辨率越好。按應用領域分類，光刻膠可分為印刷電路板（PCB）、平板顯示和半導體用光刻膠。目前，全球光刻膠的核心技術基本被日本和美國企業掌握，中國在光刻膠行業與國際先進水平相比仍有差距。國外光刻膠制造商起步早，技術成熟，市場把控力強。中國光刻膠制造商起步較晚，缺乏技術積累，中國光刻膠關鍵原材料和光刻膠設備主要依賴進口，對外依存度大，導致中國光刻膠制造商在市場中處于弱勢。1.2 國內半導體光刻膠產業政策中國政府對于光刻膠的發展關注度較高，國內企業通過技術創新逐步縮小中游環節與國外制造商的差距。自“六五”計劃以來，光刻膠行業被列為國家高新技術計劃和

7、國家重大科技項目。中國政府通過頒布一系列紅利政策，鼓勵光刻膠行業產品研發和技術升級，在規劃部署行業發展方向上起到了引導的作用。目前，國內光刻膠廠商知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊5正處于快速追趕期，江蘇省優勢企業蘇州瑞紅和南大光電均在“02 專項”的扶持下已經分別具備 i 線光刻膠產能規模優勢和 ArF 光刻膠研發突破優勢。伴隨著 ArF 光刻膠研發完畢，南大光電順利完成客戶驗證，國產光刻膠進入快速發展階段。表表 1-1 半導體光刻膠發展戰略主要政策半導體光刻膠發展戰略主要政策政策名稱政策名稱頒布頒布日期日期頒布頒布主體主體主要內容及影響主要內容及影響新材料關鍵技術產

8、業化實施方案2017-12發改委指出要發展高端專用化學品，包括 KrF(248 納米)光刻膠和 ArF 光刻膠（193 納米），為大型和超大型集成電路提供設備，且單套裝置規模達到 10 噸/年?！笆濉毕冗M制造技術領域科技創新專項規劃2017-05科技部明確將深紫外光刻膠列為極大規模集成電路制造裝備及成套工藝的關鍵材料，支撐關鍵材料產業技術創新生態體系建設與發展。石化和化學工業發展規劃（2016-2020年）2016-09工信部指出要發展集成電路用電子化學品，重點發展KrF（248 納米）和 ArF（193 納米）光刻膠，推進中國電子化學品行業發展。國家重點支持的高新技術領域（2015）20

9、15-10科技部、財政部明確將高分辨率光刻膠及配套化學品列入“精細化學品”大類的“電子化學品”項，光刻膠成為中國重點發展的新材料領域。國家集成電路產業發展推進綱要2014-06國務院提出要加強集成電力裝備、材料與工藝結合，開發光刻膠、大尺寸硅片等關鍵材料，加強集成電路制造企業和裝備、材料企業的協作，加快產業化進程，增強產業配套能力。電子基礎材料和關鍵元器件“十一五”專項規劃2008-01工信部指出要重點支持國內 6 英寸及以上集成電路生產所有的 248 納米及以下光刻膠、引線框架等配套產品。1.3 半導體光刻膠產業鏈構成半導體光刻膠行業產業鏈由上至下可分為上游主體原材料供應商和設備供應商，中游

10、主體光刻膠制造商及下游應用終端領域。（1）上游分析光刻膠行業產業鏈上游參與者為溶劑、樹脂、光敏劑等各類原材料供應商和光刻機、顯影機、檢測與測試等設備供應商。溶劑、樹脂、光敏劑是光刻膠生產的主要原材料，其中光敏劑在光刻膠生產總成本中占比達到 60%。在上游原材料環節,中國光刻膠制造商對進口材料依賴性較大，議價能力弱。樹脂是光刻膠生產的主要原材料，中國從事光刻膠樹脂研發及生產的供應商較少，雖然山東圣泉新材料股份有限公司等知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊6企業具備樹脂生產能力，但生產的樹脂質量不穩定，符合光刻膠制造商要求的樹脂產量僅有 30%左右，中國光刻膠上游原材料市場主

11、要被日本、韓國和美國廠商所占據。（2）中游分析半導體光刻膠行業的中游參與主體為光刻膠制造商，主要負責光刻膠的研發、制造和銷售。在中游環節，中國光刻膠制造商參與主體市場的份額較低，與國外光刻膠制造商仍存在差距。當前全球光刻膠生產制造主要被日本合成橡膠株式會社、東京應化株式會社、信越化學工業株式會社、日本住友化學株式會社、富士膠片株式會社等制造商所壟斷，尤其在高分辨率的 EUV、KrF 和 ArF 光刻膠領域，其核心技術基本由美國和日本制造商所掌握。當前日本住友化學、東京應化等制造商掌握超過 90%的半導體光刻膠市場，在需要先進制造技術的 EUV、KrF 和 ArF 光刻膠市場也占據了50%以上的

12、份額。（3）下游分析半導體光刻膠行業產業鏈下游應用終端領域就是半導體芯片。中國光刻膠下游終端用戶嚴重依賴光刻膠上游和中游供應商。光刻膠行業產業鏈下游應用終端領域主要包括半導體、平板顯示器和 PCB 領域。在“互聯網+”和 5G 進程持續深化的背景下，中國下游應用領域企業雖然實現半導體、平板顯示和 PCB 大規模制造，但對光刻膠的需求日益增長，核心技術被日本、美國制造商壟斷。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊7圖圖 1-1 中國光刻膠行業的產業鏈中國光刻膠行業的產業鏈1.4 半導體光刻膠技術發展現狀與趨勢1.改進現有材料，適配極限分辨率隨著集成電路芯片設計尺寸的不斷減小，

13、光學光刻越來越接近其物理分辨的極限，從微米級到現在納米級的蝕刻，甚至將來可能到原子級的蝕刻。有機聚合物型化學放大光刻膠 CAR 是目前 248nm 和 193nm 光科技術中所使用的主流光刻膠。因此，考慮到成本問題，當前一些光刻膠生產廠商研究如何通過改進 193nm 光刻技術中應用的有機聚合物型化學放大光刻膠，以實現新型集成電路芯片所需的高分辨率、敏感度、線寬粗糙度及顯影性能。目前，對于這些性能的提高最主要的研究手段是圍繞基體樹脂和光產酸劑的結構改進而進行的。在基體樹脂中引入特定的酸不穩定單元、光產酸單元、酚基單元，對光產酸劑的陰離子部分進行分子設計，均是當前值得關注的技術熱點。目前，193n

14、m 浸沒式光刻與多重圖形曝光技術已經被證明可用于16/14nm 技術節點乃至 10/7nm 技術節點。2.突破技術瓶頸，開發新型替代技術對 193nm 光刻膠進行改進以適配更低的分辨率的方法符合成本效益，但隨著分辨率的不斷減小，工藝復雜度及成本越來越高，同時這種做法還是限制了線寬粗糙度（LER）、敏感度和分辨率的發展，尤其在分辨率達到 7nm 以下時受到了阻礙。近年知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊8來，業內開展了新一代替代型技術的研發，其中較為常見的技術包括極紫外（EUV）光刻、嵌段聚合物大分子自組裝及電子束光刻。3.光刻材料與光刻工藝的一體化發展光刻膠市場擁有較強“

15、定制化”屬性，各項產品堪稱小眾，且驗證周期長，材料品類繁多，規格多樣，上游光刻材料的純度與光刻設備和工藝的發展對光刻膠的質量都會產生重要影響。光刻膠行業產業鏈上游參與者為溶劑、樹脂、光敏劑等各類原材料供應商和光刻機、顯影機、檢測與測試等設備供應商。溶劑、樹脂、光敏劑是光刻膠生產的主要原材料，其中溶劑占光刻膠總質量 80%-90%，而光敏劑在光刻膠生產總成本中占比達到 60%。因此，這些上游材料的供應鏈不全或純度不足，都必將影響光刻膠產業的發展。在上游設備方面，光刻機、顯影機、檢測與測試設備是半導體光刻膠制造的核心設備，這些光刻設備與光刻膠在新產品開發、產品銷售等方面均存在一定協同效應。因此，對

16、光刻膠生產企業而言，光刻材料與光刻工藝的一體化發展必將成為未來的發展趨勢。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊9第 2 章 半導體光刻膠全球專利宏觀分析2.1 半導體光刻膠全球專利態勢分析2.1.1 半導體光刻膠全球專利申請態勢分析2.1.1.1 全球專利申請趨勢分析本節通過檢索和分析半導體光刻膠全球專利申請總量，繪制專利申請年度趨勢圖，了解該領域全球專利技術的總體發展趨勢。對檢索到的 22062 件專利申請按照申請年進行統計，梳理從 1947 年至今全球半導體光刻膠專利技術的申請年度變化趨勢（見圖 2-1）?？梢钥闯?，全球半導體光刻膠技術的發展大致經歷了以下三個階段：第

17、一階段（1947 年-1979 年）為萌芽期。該階段屬于半導體光刻膠技術積累階段，專利申請數量增長緩慢。全球光刻膠行業起步于 1950 年前后，貝爾實驗室嘗試開發首塊集成電路，采用了重鉻酸鹽明膠體系，半導體光刻膠由此誕生。1950 年至1970 年屬于專利零星申請階段，年均申請量不超過 50 件且申請不連貫，表明這個時期半導體光刻膠技術還處于前期探索階段。1958 年，美國柯達公司成功研發出環化橡膠-雙疊氮系光刻膠（KTFR），該體系在 1957-1972 年間一直為半導體工業的主力體系。第二階段（1980 年-1994 年）為成長期。在全球集成電路行業集成度不斷提高的發展背景下，光刻膠作為半

18、導體制造環節中的核心材料，其研發熱度持續上升。從1980 年開始至 1990 年的十年間，申請量出現了明顯增幅，但年度申請量仍未突破500 件?？梢娫诖藭r期，半導體光刻膠的相關技術開始得到一定的關注，光刻膠技術工藝逐步提高，研發機構的初步布局推動了申請量的上漲。20 世紀 80 年代中期，i線光刻技術進入開發期，并逐步取代了 g 線光刻膠。此外，隨著 KrF（248nm）、ArF（193nm）等稀有氣體鹵化物準分子激發態激光光源技術的發展，20 世紀 80 年代，深紫外（DUV）光刻系統也開始逐步投入使用。IBM 在 1980 年代早期就突破了KrF 光刻，并在 1980 年代早期至 1995

19、 年的十余年時間一直保持壟斷地位。但在此知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊10期間，KrF 光刻膠的市場增速緩慢，并未大規模放量，可能源于 1980-1995 年間半導體工藝節點主要集中在 1.5m-0.35m，這一范圍的工藝可以用 i 線光刻實現。i線光刻膠技術的成熟化和 KrF 技術尚未得到足夠重視可能是造成 1990 年至 1995年間專利申請回落的主要原因。第三階段（1995 年至今）為快速發展期。隨著 21 世紀的到來，集成電路產業獲得快速發展，制備集成電路所需的光刻膠技術也迎來了爆發增長的時期。1995 年至2005 年的十年中，半導體光刻膠技術相關專利的年

20、申請量呈現快速增長態勢。這一方面和世界范圍內專利申請總量激增有關，另一方面也受到市場對于半導體芯片需求的影響，半導體光刻膠領域的潛在市場推動行業內的研發機構開始進行大面積的專利布局。隨著半導體芯片集成度和精密度的不斷提高，對半導體光刻膠性能的要求越來越高，從而推動了半導體光刻膠領域的全球研發熱潮。但在 2005 年至 2009 年間全球半導體光刻膠申請趨勢出現回落趨勢，這可能與此階段深紫外光刻技術已經趨于成熟有關。隨著集成電路工藝的不斷發展，ArF 光刻技術在 7nm 節點工藝復雜程度急劇提高，迫切需要新一代替代技術的出現。2010 年來，以極紫外（EUV）光刻膠為代表的新型替代性技術的廣泛研

21、發為半導體光刻膠技術的發展帶來了新的契機，從而推動全球光刻膠技術專利申請又出現了進一步的回升。圖圖 2-1 半導體光刻膠全球專利申請趨勢半導體光刻膠全球專利申請趨勢(1947-2024)2.1.1.2 全球專利申請區域分析知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊11對半導體光刻膠全球專利申請區域進行分析（如表 2-1），排名前 10 的國家/地區依次為日本、美國、韓國、中國、歐洲專利局(EPO)、中國臺灣、德國、英國、加拿大和法國，向這些國家、地區以及區域性組織提交的專利申請量占到全球范圍內提交的專利申請總量的 97.35%。表表 2-1 半導體光刻膠全球專利申請區域一覽半導

22、體光刻膠全球專利申請區域一覽序號序號專利申請國專利申請國/地區地區專利申請數（件）專利申請數（件）專利占比專利占比1日本716534.32%2美國392718.81%3韓國343916.47%4中國20379.76%5EPO15237.30%6中國臺灣13426.43%7德國4552.18%8英國3021.45%9加拿大1340.64%10法國1310.63%11其他國家和地區5522.65%2.1.2 半導體光刻膠全球專利技術來源國與目標市場分析2.1.2.1 技術來源國/地區分析對半導體光刻膠領域專利申請進行技術來源國分析，全球 43 個國家或地區的申請人進行了半導體光刻膠領域相關專利申請

23、。對全球半導體光刻膠領域排名前 10 的技術來源國依次是日本、美國、韓國、中國、德國、中國臺灣、瑞士、英國、法國、荷蘭。從圖 2-2 中可以看出，來源于日本的專利申請最多，專利族數量達到 7679 項，專利申請 12372 件，占全球總申請量的 57.86%。目前，日本是全球半導體光刻膠產業的壟斷國家，也是世界半導體光刻膠市場上占有份額最大的國家，日本擁有該領域最多的巨頭公司，包括東京應化、JSR、富士膠片、信越化學等都是該領域的頂級公司，基本形成壟斷地位，在該領域的研發和投入引領國際先進水平，同時也瓜分著該領域絕大部分的市場份額。排名第二和第三的為美國和韓國，美國申請量為 2456 項（47

24、51 件），韓國申請量為 1345 項（2225 件），分別占全球總申請量的 18.51%和 10.13%。中國專利申請為 570 項（617 件），排名第四，占全球總申請量的4.30%，與日本和美國的申請量相比，差距很大。德國專利申請為 391 項（706 件），排名第五，占全球總申請量的 2.95%。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊12圖圖 2-2 半導體光刻膠全球專利技術來源國半導體光刻膠全球專利技術來源國/地區占比地區占比2.1.2.2 技術目標市場分析關聯分析圖 2-3 為半導體光刻膠技術來源排名前 5 的國家/地區，即日本、美國、韓國、中國和德國在全球十大

25、主要技術目標國的專利分布氣泡圖?？梢钥闯?，日本作為該領域專利申請第一的國家，非常重視在本土的布局，本土布局數量達到 5967 件。除本土以外，依次在韓國、美國、中國臺灣、歐洲、中國都有相當數量的布局，專利布局數量分別為 1665 件、1311 件、930 件、651 件和 608 件。這說明，日本的專利申請人在扎根于本土的專利布局外，也相當重視對于全球其他區域的技術占領。美國作為第二大技術來源國，主要在美國本土和日本進行布局，布局數量分別為 693 件和797 件，其次是韓國（514 件）、歐洲（557 件）和中國（346 件）。相對于日本和美國，韓國、中國、德國則更加側重于本土的專利布局。韓

26、國除了在本土申請的 1108 件專利外，在美國、日本和中國均進行了一定程度的布局，布局數量分比為 254 件、249 件和 219 件，這說明美國、日本和中國是韓國企業的主要海外技術目標市場。中國在本土的專利公開數量為 564 件，而與此相對的是來源于中國的專利在美國公開數量僅為 17 件，在其他國家該數量則更低，這一方面說明中國的專利申請人更加側重于在本國布局，對于海外市場的重要性的認識偏低，另一方面也說明目前中國的專利申請人在該領域的技術相對落后，暫時不具備向發達國家輻射技術影響力的能力。因此，在半導體產業創新日益白熱化的浪潮中，中國的專利申請人一方面要提高全球布局的意識，另一方面更要增強

27、自身的技術實力，縮小與全球領先申請人之間的技術差距，提升專利數量和質量。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊13圖圖 2-3 半導體光刻膠領域主要技術來源國半導體光刻膠領域主要技術來源國/技術目標國專利申請數量分布技術目標國專利申請數量分布2.1.3 半導體光刻膠全球專利技術分析結合課題前期的產業調研情況，目前全球半導體光刻膠產業的技術可分為三類：（1）產業成熟技術：主要包含 g 線（436nm）光刻膠和 i 線（365nm）光刻膠，這兩類技術是半導體光刻膠領域研究的早期技術，在上世紀末已達到成熟水平，在低端半導體產品中的應用較為廣泛；（2）產業主流技術：主要包含 KrF

28、 光刻膠和 ArF光刻膠，這兩類光刻膠技術是當前半導體光刻膠領域的主流產品，能夠滿足當前市場上絕大部分半導體產品的需求；（3）前沿替代技術：主要包含極紫外（EUV）光刻膠、電子束光刻膠，這兩類技術各自具有獨特優勢，可滿足半導體微細圖形線路的加工制造需求，是半導體光刻膠技術的未來發展方向。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊14圖圖 2-4 半導體光刻膠技術全球專利主要技術構成半導體光刻膠技術全球專利主要技術構成圖 2-4 展示了全球半導體光刻膠各主要技術分支的專利申請占比，如圖所示，產業成熟技術的專利申請 7386 件，占全球半導體光刻膠專利集合的 33.78%，由于成熟

29、技術研發歷程較長，專利積累數量較多，所以專利占比較多。產業主流技術的專利申請 6760 件，占全球半導體光刻膠領域專利集合的 30.91%，主要包括 KrF、ArF等深紫外光刻膠技術。主流技術是目前半導體光刻膠中市場需求最為旺盛的，但發展歷程較成熟技術短，因此專利占比略低于成熟技術占比。前沿替代技術專利申請7722 件，占全球半導體光刻膠領域專利集合的 35.31%，主要涉及 EUV 光刻膠、電子束光刻膠等前沿技術，這些前沿技術是未來尖端光刻膠的發展趨勢，近年來的研究熱度急劇上升，三者的專利申請總和甚至超越了成熟技術和主流技術，需要引起足夠的重視。2.1.4 半導體光刻膠全球主要創新主體分析對

30、全球半導體光刻膠領域的前 10 位申請人進行了專利族申請統計（圖 2-5），專利族申請量排前 10 的依次是富士膠片、信越化學、東京應化、住友化學、JSR、三菱公司、日立公司、三星電子、IBM 和陶氏化學。申請量排名前 10 公司的申請量總和占全球總申請量的 42.51%，在該領域呈現明顯的巨頭化態勢。其中，全球專利申請量排名前 7 的巨頭富士膠片、信越化學、東京應化、住友化學和 JSR、三菱公司、日立公司均為日本企業，日本在該領域的壟斷地位可見一斑。富士膠片是該領域專利申請數量最多的公司，達到了 1244 項（1963 件），其次為信越化學、東京應化、住友化學、JSR、三菱公司和日立公司，申

31、請量分別為 753 項（1796 件）、600 項知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊15（1063 件）、577 項（891 件）、485 項（698 件）。值得注意的是，美國的陶氏化學、IBM 公司的專利族數量低于日本的三菱公司和日立公司，但其專利申請數量則高于這兩家公司，可見陶氏化學和 IBM 公司同族專利數量較多，技術布局較為廣泛。而前 10 名的申請人中，沒有來自中國的企業，因此中國本土企業與國際巨頭在全球專利申請量上存在較為顯著的差距。圖圖 2-5 半導體光刻膠技術全球申請人占比半導體光刻膠技術全球申請人占比2.2 半導體光刻膠中國專利態勢分析2.2.1 半導

32、體光刻膠中國專利申請態勢分析截止 2024 年 4 月 30 日，半導體光刻膠領域中國專利申請總量為 2037 件，其中中國本土專利申請 705 件，占比 34.61%，國外來華專利 1332 件，占比65.39%，國外來華專利申請量是中國本土申請量的近兩倍。圖 2-7 為中國半導體光刻膠專利申請趨勢圖，從專利年度申請量來看，可將我國半導體光刻膠專利技術的發展分為四個階段：第一階段為萌芽期（1990 年-1996 年）：這一階段專利申請總量為 15 件，年申請量很低。這是由于早期國內半導體光刻膠技術還沒有廣泛開展研究，國外相關研究也處于初級階段，國外研發機構初步的專利布局推動了我國專利申請量的

33、上漲。第二階段為平穩發展期（1997 年-2006 年）：在這十年間，隨著中國半導體產業的發展，陸續有多家光刻膠廠商，如科萊恩、東京應化、SK 海力士、住友化學等在中知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊16國市場進行專利布局，同時中國本土也有研究機構開始開展光刻膠的相關研究，使得這段時間專利申請量相比第一階段有所增長，整體呈現平穩發展趨勢。第三階段為波動發展期（2007 年-2015 年）：進入 21 世紀，半導體光刻膠的目標市場開始從日本、韓國、中國臺灣向中國大陸轉移，專利年度申請量變化不大，在40-80 件專利的較大區間內上下波動，這意味著光刻膠行業在較長時間內一直有

34、著較高的研發熱度，半導體光刻膠技術步入了波動發展階段。第四階段為高速發展期（2016 年至今）：在 2016 年之后，申請量有了更為明顯的上升趨勢，半導體光刻膠技術領域進入高速發展階段，2021 年專利申請量達到峰值（190 件），2022-2024 年部分專利數據尚未全部公開，數值有所下降。該階段專利申請量的快速增長與政府導向性政策以及外部環境的雙重因素有關，企業在半導體光刻膠領域仍有很大的研發熱情。圖圖 2-7 半導體光刻膠中國專利申請趨勢半導體光刻膠中國專利申請趨勢2.2.2 半導體光刻膠中國專利申請區域分析圖 2-8 列出了中國半導體光刻膠專利申請的重點省份，北京、江蘇、廣東、上海、浙

35、江是中國申請量排名前 4 的地域，其專利申請總量占國內專利申請量的 73.66%。北京專利申請量為 100 項，居于全國首位，占國內專利申請總量的 21.46%，這與其擁有如京東方、中科院等國內知名光刻膠企業和研究機構有關；江蘇擁有蘇州瑞紅、常州強力、南大光電等半導體光刻膠領域國內龍頭企業，專利申請量為 99 項，排名第二；廣東省專利申請量為 84 項，專注于半導體顯示領域的華星光電是該省半導體知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊17光刻膠的主要研發機構；上海市專利申請量為 63 項，上海博棟、上海新陽、中芯國際、同濟大學等具有一定規模的企業和院校是該地區主要的光刻膠生產

36、和研發機構。由此可見，我國半導體光刻膠領域申請地域來源相對集中，主要集中在北上廣、長三角地區，說明半導體光刻膠技術發展程度對地區經濟發展水平有高度依賴性，且這些地區擁有很多重點大學、科研院所，也為光刻膠的技術研發提供強大的科研支撐。圖圖 2-8 半導體光刻膠中國本土專利申請主要省份分布半導體光刻膠中國本土專利申請主要省份分布2.2.3 半導體光刻膠中國技術分析圖 2-9 為中國半導體光刻膠專利技術構成占比餅圖，其中前沿替代技術為 541件，占半導體光刻膠領域申請總量的 26.58%，產業主流技術為 703 件，占申請總量的 34.49%，產業成熟技術為 793 件，占申請總量的 38.93%。

37、圖圖 2-9 半導體光刻膠中國專利主要技術構成占比半導體光刻膠中國專利主要技術構成占比知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊18前沿替代技術相關的專利申請量在半導體光刻膠領域占的比例最小，產業成熟技術占比最大，說明我國生產能力主要集中于 g 線、i 線光刻膠等中低端產品。雖然EUV 光刻、嵌段聚合物大分子自組裝及電子束等高端光刻膠近年來專利申請明顯增加，但仍處于研發階段。2.2.4 半導體光刻膠中國專利主要創新主體分析由圖 2-10 可見，中國本土專利申請量的前 5 名分別為京東方、中科院化學所、蘇州瑞紅、常州強力、華星光電。國內本土專利前 10 的申請人中，有 7 家來自

38、企業，這表明國內半導體光刻膠企業在國內具有一定的研發實力和技術儲備，且目前我國半導體光刻膠產業較多的研究成果已處于應用階段。圖圖 2-10 半導體光刻膠中國本土專利申請人半導體光刻膠中國本土專利申請人 TOP10在中國本土申請人方面，隨著國家對半導體產業的大力投入，國內企業也開始加大對半導體光刻膠技術的研發并取得了一些成果，尤其涌現了一批優秀的光刻膠公司及科研院所，旨在突破國內高端光刻膠受制于人的局面，使光刻膠國產化由低端走向高端。中國本土專利申請人中，排名第一的是京東方，近年來京東方大力發展光刻膠技術，產品覆蓋 KrF（248nm）、i 線、g 線的光刻膠及配套試劑。北京北旭電子材料有限公司

39、作為京東方全資子公司，是國內較早涉足光刻膠的企業，實力強勁，國內面板用光刻膠的主要供應商之一。排名第二的是中科院化學所，中國科學院化學研究所是以基礎研究為主，有重點地開展國家急需的、有重大戰略目標的高新技術創新研究，其參與了（02 專項）“極知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊19紫外光刻膠材料與實驗室檢測技術研究”項目，完成了 EUV 光刻膠關鍵材料的設計、制備和合成工藝研究、配方組成和光刻膠制備、實驗室光刻膠性能的初步評價裝備的研發，為我國的半導體集成電路產業的穩定發展提供了人才支持和技術支持。蘇州瑞紅的專利申請量與常州強力持平。蘇州瑞紅成立于 1993 年，是國內著

40、名的主營光刻膠產品及其配套試劑的公司，生產光刻膠 20 多年。于 2013 年驗收了TFTLCD 用光刻膠的研發項目，目前主要生產 i 線光刻膠。在國內處于光刻膠生產企業的領先地位，擁有達到國際先進水平的光刻膠生產線，生產的光刻膠主要應用于半導體及平板顯示領域，承擔并完成了國際重大科技項目“i 線光刻膠產品開發及產業化”項目，i 線光刻膠已向中芯國際、揚杰科技、福順微電子等客戶供貨。目前 KrF光刻膠已完成中試，產品分辨率達到了 0.250.13m 的技術要求，建成了中試示范線。常州強力新材深耕 g 線、i 線、LCD 和半導體領域，是全國唯一一家向全球主要光刻膠企業供應 FPD 彩色光刻膠及

41、半導體光刻膠專用化學品并擁有自主知識產權的高端電子化學品供應商，應用于干膜光刻膠的 HABI 系列及彩色光刻膠的肟酯類光引發劑全球份額分別高達 65%及 40%。華星光電是申請量排名第五的國內申請人，是 2009 年成立的液晶平板顯示生產公司，并且在 2019 年成為 TCL 的子公司，華星光電擁有 LCD 和 AMOLED 等產業，是實力強勁的面板生產企業，那么從光刻膠專利申請來看，其在半導體光刻膠領域也擁有不俗的技術實力。北師大（14 項）、中科院理化所（14 項）、北京科華（14 項）、西迪光電（13項）、南大光電（11 項），排名相對靠后，申請量相差較小?？梢哉J為中國專利申請的技術集中

42、度還較弱，尚未出現壟斷趨勢，多家企業都在積極研發。隨著國家對半導體光刻膠的繼續關注和大力支持，半導體光刻膠產業將會迎來更多的中國本土申請人。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊20第 3 章 半導體光刻膠產業成熟技術近紫外光刻膠專利分析3.1 g 線光刻膠全球專利態勢分析3.1.1 g 線光刻膠全球專利申請趨勢及區域分析共檢索到 g 線光刻膠相關專利申請 4085 件，對其按照申請年進行統計，梳理從1952 年至今 g 線光刻膠全球專利申請趨勢（圖 3-1），總體整體呈先增長再下降的趨勢。1952 年-1983 年間，g 線光刻膠技術共有 316 件專利申請，1952 年

43、至 70年代初僅有零星申請且總數較低，1970 年至 1984 年，專利申請量呈緩慢上升趨勢，但年均申請量不足 20 件，其中 1979 年至 1984 年間增長速度有所加快，可能這時期日本 JSR 等企業開始進入半導體光刻膠行業，進而提高了總體的專利申請量。圖圖 3-1 g 線光刻膠全球專利申請趨勢線光刻膠全球專利申請趨勢隨后的 20 年間，g 線光刻膠全球專利申請量急速增加，并于 1990 年達到頂峰，年申請量達 185 件，在 1990 年至 2005 年期間雖然申請量有所滑落，但仍保持較高水平。這一方面和 g 線光刻膠技術不斷發展并成為半導體光刻膠領域研發熱點有關，另一方面也很可能受到

44、市場對于 g 線光刻膠半導體芯片的需求影響，半導體光刻膠領域的潛在市場推動行業內的研發機構開始進行大面積的專利布局，使得 g 線光刻膠專利的申請量激增，而后階段專利申請量的輕微滑落，很可能是因為隨著 21 世紀的到知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊21來，集成電路產業獲得快速發展，g 線光刻膠技術開發已較為成熟，技術創新空間已十分狹小，更先進的 i 線、ArF、KrF 以及 EUV 等光刻膠技術快速發展并成為新的研究熱點，導致 g 線光刻膠技術相關專利的年申請量呈波動式下降趨勢。對 g 線光刻膠全球專利申請的目標國/地區進行分析（圖 3-2），排名前 5 的國家/地區依

45、次為日本、美國、韓國、中國、歐洲專利局（EPO），占全球專利申請總量的90.38%。其中在日本布局的專利為 1520 件，占全球專利申請總量的比例 38.87%，排名第二和第三的國家分別為美國和韓國，布局在美國的專利數為 704 件，占比為18.01%，布局韓國的專利數為 575 件，占比為 14.71%。在中國布局的專利數為371 件，占比為 9.5%。在歐洲布局的專利數為 364 件，占比為 9.31%。圖圖 3-2 g 線光刻膠專利主要技術目標國線光刻膠專利主要技術目標國/區域占比圖區域占比圖3.1.2 g 線光刻膠全球專利技術來源國及目標市場分析3.1.2.1 主要技術來源國/地區分析

46、圖圖 3-3 g 線光刻膠全球專利技術主要來源國線光刻膠全球專利技術主要來源國/地區占比情況地區占比情況知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊22根據 g 線光刻膠全球專利技術區域分布特點，可以分析出國家/地域的技術優勢。從技術來源國的角度進行分析（圖 3-3），來源于日本的專利申請最多，申請專利達1725 項，占全球申請總量的 60.36%。目前，日本是全球半導體光刻膠產業的壟斷國家，也是世界半導體光刻膠市場上占有份額最大的國家。日本擁有該領域最多的巨頭公司，包括東京應化、JSR、富士膠片、信越公司等都是該領域的頂級公司，基本形成產業壟斷地位，不僅引領著該技術領域的技術發

47、展方向，同時也瓜分著該領域絕大部分的市場份額。排名第二和第三的為美國和韓國，美國申請專利數為 512 項，占比為 17.91%，韓國申請專利數為 217 項，占比為 7.59%。中國專利申請為 125 項，排名第 4，占比為 4.37%，與日本、美國及韓國相比，存在很大差距。3.1.2.2 技術目標市場分析圖圖 3-4 g 線光刻膠技術主要來源國家線光刻膠技術主要來源國家/地區及其技術目標市場分布地區及其技術目標市場分布對 g 線光刻膠技術來源國與技術目標國進行關聯分析，能夠從宏觀層面把握世界范圍內技術和市場的變化，了解全球 g 線光刻膠產業生產、消費熱點的轉移情況。圖3-4 為 g 線光刻膠

48、技術主要來源國家/地區及其技術目標市場的分布圖。從中可以看出，日本作為技術來源國體現出了絕對優勢，日本在本土申請了 1323 件專利，牢牢占據知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊23了其本土的專利市場，同時海外申請的專利數達到 989 件，主要在美國、韓國、歐洲和中國等國家和地區進行專利布局，可見日本在 g 線光刻膠領域不可動搖的主導地位；美國作為全球第二大技術來源國，非常重視海外專利市場，除了在美國本土申請了295 件專利，同時海外申請的專利數達到了 602 件，主要在歐洲、日本等國家和地區進行專利布局。韓國也重視本土申請，在韓國本土申請了 176 件專利，此外在海外也

49、有少量的專利布局。與此相對的是，中國的海外申請專利僅有 8 件，這一方面說明中國的專利申請人對于海外市場的重要性的認識偏低，另一方面也說明目前中國的專利申請人在該領域的技術相對落后，暫時不具備向發達國家輻射技術影響力的能力。結合技術來源國分析結果對比可知，日本作為 g 線光刻膠最大的申請國，對于海外 g線光刻膠市場的拓展有著較強的敏銳度和行動力；中國 g 線光刻膠技術研發可能存在技術強度和創新力不足的情況，缺乏對于未來海外市場的有力把控。3.1.3 g 線光刻膠全球主要創新主體分析對全球 g 線光刻膠技術領域的前 10 位申請人進行了專利族申請統計（表 3-1），其中專利族申請量排前 5 的依

50、次是住友化學、東京應化、日立公司、富士膠片和富士通，均為日本企業。住友化學是該領域專利申請數量最多的公司，達到了 208 項，其次為東京應化、日立化學、富士膠片和富士通，分別為 186 項、140 項、97 項和87 項。這 5 大公司的申請量總和占全球總申請量的 28.61%，因此在該領域呈現明顯的巨頭化態勢，并且需要指出的是，這 5 大巨頭均屬于日本企業，日本在該領域的壟斷地位可見一斑。后 5 名申請人分別是韓國的三星、日本的瑞翁、信越化學、JSR和美國的 IBM。而前 10 名的申請人中，沒有來自中國的企業，可見中國本土企業與國際巨頭在 g 線光刻膠專利技術方面存在較為顯著的差距。表表

51、3-1 g 線光刻膠全球主要申請人線光刻膠全球主要申請人序號序號申請人申請人國別國別專利族（項）專利族（項）專利申請數（件）專利申請數（件）1住友化學日本2082612東京應化日本1862853日立公司日本1401654富士膠片日本971185富士通日本8798知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊24序號序號申請人申請人國別國別專利族（項）專利族（項）專利申請數（件）專利申請數（件）6三星電子韓國751077瑞翁日本75808信越化學日本711029JSR日本657410IBM美國62793.1.4 g 線光刻膠中國專利態勢分析3.1.4.1 中國專利申請趨勢分析中國 g

52、 線光刻膠技術專利申請為 371 件，其中中國本土申請人申請了 106 件專利，占比 28.57%，其余均為國外來華申請專利。對 371 件中國 g 線光刻膠專利按照申請年進行統計，得到 1986 年至今中國 g 線光刻膠專利申請趨勢圖（圖 3-5）。圖圖 3-5 g 線光刻膠中國專利年度申請趨勢線光刻膠中國專利年度申請趨勢如圖 3-5 所示，1995 年以前，g 線光刻膠領域的中國專利申請量一直較低，未能突破兩位數，這是因為一方面該階段中國在該領域的技術相對落后，還處于摸索階段，另一方面光刻膠所涉及的半導體產業在 2000 年后才從日本、韓國和臺灣部分向中國大陸轉移。此后，中國專利的申請數量

53、開始出現較為明顯的增長趨勢，這是由于隨著中國經濟的高速發展，手機、電視、電腦等電子消費產品在中國市場快速擴張，半導體產業的國際巨頭紛紛在中國進行產業布局。2005 年以后，該領域的中國專利申請增長速度進一步提升，國內企業在政府導向性政策以及外部環境的雙重刺激下，更知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊25為大力的投入了光刻膠的研究，京東方、華星光電、蘇州瑞紅等公司加大了該領域的研發速度。3.1.4.2 中國專利技術區域分析g 線光刻膠領域的中國本土專利共 106 件，分布于我國 15 個省直轄市，但專利申請數量上存在較大差異，圖 3-6 列出了專利申請量排名前 10 的省份

54、，北京、江蘇、上海、廣東和安徽是中國申請量排名前五的地域，其專利申請總量占國內專利申請量的 78.3%。國內北京專利申請量最多，有 29 件，占國內專利申請量的 27.36%，這與北京擁有如京東方、北京科華和中科院所等國內知名光刻膠企業和研究機構密切相關。江蘇專利申請 23 件，排名第二，其擁有國內半導體光刻膠領域的龍頭企業，如蘇州瑞紅、常州強力和西迪光電等；上海排名第 3，專利申請量為 11 件，上海中大、上海新陽和上海飛凱電子等具有一定規模的企業是該地區主要的光刻膠生產和研發機構；第四是廣東省和安徽省，專利申請量為 10 件，代表企業分別為容大光電和鑫晟光電?？梢?，該領域國內申請地域來源相

55、對集中，主要集中在華東地區和華南地區，說明半導體光刻膠技術發展程度對地區經濟發展水平有高度依賴性。圖圖 3-6 g 線光刻膠中國本土專利主要省份分布線光刻膠中國本土專利主要省份分布3.1.4.3 中國專利主要創新主體分析由于中國在 g 線光刻膠領域起步晚，且技術基礎相對薄弱，因此國內申請人的專知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊26利申請量普遍不高。g 線光刻膠技術專利申請排名前 5 的國內研發機構分別為京東方、蘇州瑞紅、中科院化學所、北京科華和華星光電。其中京東方申請專利 14 項，占國內專利申請總量的 13.21%，蘇州瑞紅申請專利 6 項，占比 5.66%，中科院化

56、學所申請專利 5 項，占比 4.72%，北京科華申請專利 4 項，占比 3.77%，華星光電申請專利 4 項，占比 3.77%。圖圖 3-7 g 線光刻膠中國專利本土申請人線光刻膠中國專利本土申請人 TOP5（單位：件）（單位：件）圖 3-8 為 g 線光刻膠領域國內排名前 5 的申請人 2004 年至 2024 年的年度申請趨勢。從圖中可看出，中科院化學所是我國最早開始申請 g 線光刻膠專利的機構，但在 2011 年之后沒有專利申請；京東方于 2007 年開始進入該領域，并在 2015年申請了 5 項專利；北京科華于 2013 年開始申請 g 線光刻膠相關專利，而蘇州瑞紅和華星光電則分別在

57、2015 年和 2016 年開始進入該領域。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊27圖圖 3-8 g 線光刻膠中國本土專利主要申請人年度申請趨勢線光刻膠中國本土專利主要申請人年度申請趨勢3.2 i 線光刻膠全球專利態勢分析3.2.1 i 線光刻膠全球專利申請趨勢分析及區域分析共檢索到 i 線光刻膠相關專利申請 4795 件，對其按照申請年進行統計，得到從1952 年至今全球 i 線光刻膠技術的專利申請趨勢圖（圖 3-9）。1952 年到 1970 年期間，i 線光刻膠技術僅申請了 30 件專利，且專利申請不連貫，年申請量不超過 10 件。1970 年到 1980 年期間，

58、i 線光刻膠專利申請出現小幅度增長，年申請量在 5 件以上，1975 年達到 21 件。隨著光刻工藝的提高，半導體工藝制成發展到 0.5m 以下，環化橡膠體系光刻膠和 g 線光刻膠已經不能滿足分辨率要求，市場需求推動了 i 線光刻膠技術的研發。在 1981 年至 1990 年間，i 線光刻膠申請量一直呈現上升趨勢，共申請了 940件專利，于 1987 年突破 100 件，1990 年出現第一個申請高峰，高達 191 件。在全球集成電路行業發展的背景下，光刻膠技術工藝逐步提高，i 線光刻技術快速發展期，i 線光刻膠在半導體工業中開始大規模應用。由于集成電路對密度和集成度水平有了更高的要求，半導體

59、用光刻膠通過不斷縮短曝光波長以提高極限分辨率，世界芯片工藝水平跨入微納米級別。此后，專利申請量明顯下降，降至 130 件/每年以下，這是因為隨著集成電路產業發展至 250nm 節點以下，對分辨率要求越來越高，i 線已經不能滿足要求，KrF、ArF 等光刻膠開始規知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊28?；瘧?，全球光刻膠企業紛紛將研發方向轉入深紫外和極紫外光刻技術，i 線光刻膠技術的成熟和市場需求的飽和，導致專利申請趨于平穩。圖圖 3-9 i 線光刻膠全球專利申請趨勢線光刻膠全球專利申請趨勢表 3-2 展示了 i 線光刻膠全球專利技術全球目標市場分布情況。日本、美國、韓國

60、、中國和歐專局是專利布局前五名的國家和區域組織，向這些國家、地區以及區域性組織提交的申請專利量共計 4090 件，占到全球范圍內提交的專利申請總量的85.29%。其中，在日本布局的專利最多，高達 1684 件，占全球專利申請總量的比例 35.12%。排名第二和第三的國家為美國和韓國，布局美國的專利為 835 件，占比為 17.41%；布局韓國的專利為 687 件，占比為 17.33%；在中國布局的專利為465 件，占比為 9.70%；布局歐專局的專利有 419 件，占比為 8.74%。表表 3-2 i 線光刻膠全球主要技術目標國線光刻膠全球主要技術目標國/地區統計地區統計序號序號技術目標國技術

61、目標國/地區地區專利申請數（件）專利申請數（件）1日本16842美國8353韓國6874中國4655歐專利局4196中國臺灣1577德國1118英國649加拿大2110澳大利亞213.2.2 i 線光刻膠全球技術來源及目標市場分析知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊293.2.2.1 主要技術來源國/地區分析從技術來源國的角度進行分析（表 3-3）可以看出，日本在全球占據了絕對領先的地位，來源于日本的專利申請最多，申請量達 1966 項專利，占全球申請總量的60.60%，躋身當今全球半導體光刻膠產業的壟斷國家之一，擁有該領域最多的巨頭公司，包括東京應化、JSR、富士膠片、

62、信越化學等光刻膠龍頭企業。美國申請了601 項專利，韓國申請了 235 項專利，分別占全球申請總量的 18.5%和 7.24%，列居第二位和第三位。中國申請了 142 項專利，占比 4.38%，排名第四，但仍與日、美、韓存在較大差距。德國申請了 103 項專利，占全球申請的 3.18%，位列第五。此外瑞士、英國、盧森堡等國家均在 i 線光刻膠技術領域布局了相關專利。表表 3-3 i 線光刻膠全球專利主要技術來源國線光刻膠全球專利主要技術來源國/地區統計地區統計序號序號技術來源國技術來源國/地區地區專利族數（項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請數（件）1日本196627672美國60110

63、703韓國2353154中國1421505德國1031746瑞士971937英國31368英屬維爾京群島30329中國臺灣131410盧森堡7143.2.2.1 技術目標市場分析對 i 線光刻膠全球專利主要技術來源國與技術目標國進行關聯分析，圖 3-10 為i 線光刻膠全球專利技術主要來源國/地區，即日本、美國、韓國、中國和德國五個國家及其技術目標市場的專利數量分布情況。從圖中看出，日本作為該領域專利申請第一大國，其第一專利布局目標國是日本本土，數量達到 1468 件，除了在日本本土申請以外，在美國、韓國、中國、歐專局和中國臺灣等國家和地區的專利布局均超過100 件。說明日本申請人扎根于本土外

64、，對全球其他區域同樣具有很強的技術輻射能力。美國作為第二大技術來源國，很重視在海外的技術輸出，除了在美國本土進行布局之外，在歐專局、日本、韓國和中國分別布局了 163 件、151 件、106 件和 64知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊30件專利，在中國臺灣、德國和英國等國家和地區也有均衡的布局。韓國作為第三大技術來源國，主要在韓國本土進行布局，數量達到 187 件，占總申請量的 59.4%，其次重視在日本、中國和美國的專利申請，分別布局了 41 件、33 件和 28 件。排名第四的中國申請人相對于日美韓等國的申請人，更加側重于本土的專利布局，國內總計申請專利 137

65、件，僅在美國和韓國有少量的海外申請。這一方面說明中國專利申請人在 i 線光刻膠技術發展初期非常重視保護本土市場，但缺乏對海外市場敏銳性和執行力；另一方面也說明目前中國專利申請人在該領域的技術相對落后，暫時不具備向發達國家輻射技術影響力的能力。圖圖 3-10 i 線光刻膠主要技術來源國線光刻膠主要技術來源國/地區技術目標國的專利布局地區技術目標國的專利布局3.2.3 i 線光刻膠全球主要創新主體分析對全球 i 線光刻膠領域的前 10 位申請人進行了專利族申請統計（表 3-4），專利族申請量排前十的依次是住友化學、東京應化、日立公司、富士膠片、信越化學、富士通、科萊恩、瑞翁、三星電子和 IBM。知

66、識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊31表表 3-4 i 線光刻膠全球專利主要申請人線光刻膠全球專利主要申請人序號序號國別國別申請人申請人專利族數（項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請數（件）1日本住友化學2393042日本東京應化1983153日本日立公司1742154日本富士膠片1572515日本信越化學961366日本富士通87997瑞士科萊恩781628日本瑞翁76819韓國三星電子7510710美國IBM6484從申請人的國別來看，申請量排名前 10 位的申請人中有日本企業 7 家，美國企業 1 家，韓國企業 1 家，瑞士企業 1 家，說明日本企業該領域占據

67、主導地位。全球專利申請量排名前 5 的公司全部來源于日本，其中住友化學是該領域專利申請數量最多的公司，達到了 239 項；其次為東京應化、日立公司、富士膠片和信越化學，分別為 198 項、174 項、157 項和 96 項。來源于瑞士的科萊恩申請了 78 項專利，來源于韓國的三星電子申請了 75 項專利，來源于美國的 IBM 申請了 64 項專利。前十名的申請人中沒有來自中國的申請人，說明中國企業與日美韓瑞的巨頭企業存在較大的技術差距。3.2.4 i 線光刻膠中國專利態勢分析3.2.4.1 中國專利申請趨勢分析i 線光刻膠技術中國專利申請量為 465 件，其中中國本土申請 106 件，占比22

68、.79%，其余均為國外來華申請。圖 3-11 為 i 線光刻膠中國專利年度申請趨勢圖。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊32圖圖 3-11 i 線光刻膠中國專利年度申請趨勢線光刻膠中國專利年度申請趨勢從圖中可以看出，i 線光刻膠中國專利申請總體呈折線式上升趨勢，相較于美國和日本，我國光刻膠行業發展和起步時間較晚。1986 年到 1994 年期間呈現零星申請態勢，年申請不超過 5 件。這一方面是由于中國的專利制度起步較晚，另一方面，是由于中國的半導體產業發展相對滯后，該階段屬于技術積累期。1995 年到 2004 年期間是中國 i 線光刻膠技術的發展期，2004 年達到申

69、請高峰，有 33 件專利申請。在該階段 i 線光刻膠正處于大規模應用期，隨著中國逐漸成為全球重要的電子產業和半導體消費市場，國內的蘇州瑞紅、北京科華、京東方等一批光刻膠技術領先企業在政府導向性政策和外部環境的雙重刺激下，大力投入該領域的研發，研發機構的投入和市場的需求，導致中國專利申請開始平穩增加。2005 年至今，i 線光刻膠中國專利申請開始下降，隨后呈現平穩態勢，專利申請量降至 30 件以下。這是由于該階段全球半導體工藝節點已經發展到 0.25m 以下，逼近 i 線光刻膠的極限，KrF、ArF 等光刻膠開始規?；瘧?，許多技術領先企業也紛紛開始轉向先進光刻膠的研發，i 線光刻膠技術的成熟和

70、市場需求的飽和，導致專利申請趨于平穩。3.2.4.2 中國專利技術地區分布i 線光刻膠中國專利本土申請有 106 件，分布在我國 15 個省份，但申請數量上存在明顯差異。圖 3-12 展示了 i 線光刻膠中國本土專利申請省份分布情況，依次是北京、江蘇、上海、廣東、山東、四川、河北、安徽、湖北、湖南、吉林、福建、江西、陜西和浙江。其中，來源于北京，江蘇和上海三個省份的專利申請量均超過 15項，這三個省份的專利申請量合計 69 項，占中國專利本土申請量的 65.09%。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊33北京是我國 i 線光刻膠專利申請量最多的省份，共申請了 30 項專利

71、，占國內本土專利申請量的 28.31%，這與北京擁有最早開展 i 線光刻膠技術研發的中科院化學所和中高檔光刻膠生產基地的北京科華等國內知名光刻膠企業和研究機構密切相關。江蘇專利申請量為 23 項，排名第二，省內擁有包括常州強力、南大光電、蘇州瑞紅等一批從事光刻膠原料及配套試劑生產的國內技術領先企業。排名第三的上海專利申請量為 16 項，擁有如上海新陽、上海極紫科技、中芯國際、同濟大學等技術力量雄厚的高校和創新型企業。圖圖 3-12 i 線光刻膠中國本土專利申請地域分布線光刻膠中國本土專利申請地域分布3.2.4.3 中國專利主要創新主體分析對 106 件中國本土專利申請進行申請人分析（圖 3-1

72、3），專利申請量排名前 5的國內申請人依次是京東方、北京科華、常州強力、中科院理化所和蘇州瑞紅。從專利申請量上可看出，國內申請人與日美韓等國家的申請人存在較大差距。京東方是國內尖端的顯示和智能制造技術公司，在全球的 LCD 和 OLED 市場都占有重要的地位，其大力發展光刻膠技術，目前是國內 i 線光刻膠領域排名第一的申請人，有 16 項專利申請；排名第二的北京科華技術力量雄厚，擁有多名光刻膠專利，具備很強的光刻膠及原材料合成、配方及相關基礎評價能力，并擁有中高檔光刻膠生產基地有 14 項專利申請；排名第三的常州強力是 1997 年成立的化工原料生產企業，主要生產光刻膠中的樹脂、光酸和單體等化

73、工原料，有 10 項專利申請。排名第四的中科院理化所是國內最早開展 i 線光刻膠技術研發的機構，在該領域具有很強的研發能力，申請了 9 項專利。排名第五的蘇州瑞紅是國內著名的主營光刻膠產品及其配套試劑的公司，目前主要生產 i 線光刻膠。這五家企業的專利申請總量占中國專利本土知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊34申請的 51.89%。圖圖 3-13 i 線光刻膠中國專利本土申請人線光刻膠中國專利本土申請人 TOP5圖 3-14 顯示了 i 線光刻膠中國專利本土申請排名前 5 位的國內申請人從 2004年至今的專利申請趨勢。從圖中看出，中科院理化所是最早開始研發 i 線光刻

74、膠技術的機構，但目前其技術研發主要方向是針對極紫外光刻膠的研發，在 i 線光刻膠技術領域只有零星申請，且不連貫。北京科華和蘇州瑞紅幾乎于同期開始涉足該領域，兩家企業的專利申請趨勢較為一致，這兩家企業都是國內領先光刻膠企業，特別是在中高端光刻膠技術領域同樣具備較強的研發實力。常州強力進入該領域較晚，2018 年開始出現專利申請。圖圖 3-14 i 線光刻膠中國本土專利主要申請人申請趨勢線光刻膠中國本土專利主要申請人申請趨勢知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊35第 4 章 半導體光刻膠產業主流技術深紫外光刻膠專利分析4.1 KrF 光刻膠全球專利態勢分析由于 i 線光刻膠的

75、主要成分酚醛樹脂在 248nm 的曝光光源處不透明，與產酸劑存在競爭吸收關系，光敏性較差，無法應用于 248nm 光刻工藝中，人們開始了適用于 248nmKrF 光源光刻膠的相關研究。4.1.1 KrF 光刻膠全球專利申請趨勢分析及區域分析經檢索，KrF 光刻膠全球專利申請共計 3239 件，其中日本專利申請 883 件，占比 27.26%，排名第一；韓國、美國專利申請分別為 752 件（占比 23.22%）和604 件（占比 18.65%），分列第二和第三（如圖 4-1 所示），中國專利申請 302 件，中國臺灣專利申請 291 件，分列第四第五，與日本、韓國和美國相比，還是存在較大的差距。

76、圖圖 4-1 KrF 光刻膠全球專利申請地域統計光刻膠全球專利申請地域統計對檢索到的 3239 件專利申請按照申請年進行統計，梳理從 1983 年至今 KrF光刻膠全球專利申請年度變化趨勢（見圖 4-2）、中、美、日、韓四國專利申請趨勢（見圖 4-3），大致分為四個階段：第一階段（1983 年-1986 年）為萌芽期，KrF 光刻膠行業起步于 1983 年，從1983 年起到 1986 年屬于零星申請階段，年均申請量不超過 5 件且申請不連貫，說知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊36明該時期的 KrF 技術尚處于前期探索、積累階段，整體技術發展速度緩慢。結合圖4-3 也

77、可以看出，在 KrF 光刻膠萌芽期，只有美國和日本在該技術領域申請了專利。美國 IBM 公司是 KrF 光刻膠的開創者，于 1983 年首先研發出使用 KrF 激光器產生的 UV 輻照蝕刻聚酰亞胺的光刻膠體系。隨后日本東芝公司開發出甲基丙烯酸甲酯體系，為后續的 KrF 光刻膠體系研發奠定了基礎。第二階段（1987 年-1997 年）為初步發展期，光刻膠作為半導體制造環節中的重要材料，其研發熱度持續上升。從 1987 年開始至 1997 年的十多年間，KrF 光刻膠相關專利的申請量出現了明顯增幅，但年度申請量仍未突破 50 件，可見此時 KrF光刻膠的相關技術已經開始得到了一定的關注，研發機構的

78、初步布局推動了申請量的上漲。但由于該時期半導體行業龍頭英特爾公司的制程僅僅從 3m 深入到了0.35m，此類微米級制程 i 線光刻膠足夠勝任，尚未到達需要 KrF 光刻大規模放量的時代，直接限制了相對來說更先進但成本更高的 KrF 光刻膠技術的發展。第三階段（1998 年-2006 年）為快速發展期，隨著半導體工藝制程進入0.25m 大關，已經到達分辨率極限的 i 線光刻膠不再能滿足生產需求，以東京應化為代表的日本企業研發的 KrF 光刻膠迅速占領了高端光刻膠市場。這一時期的年度申請量幾乎全部在 150 件以上，在 2003 年更是達到了巔峰的 225 件。從圖 4-3 中也可以看出，這一時期

79、研發機構和龍頭企業持續在韓國和日本布局 KrF 光刻膠相關專利，2001 年美國終于走出半導體行業的寒冬后也重新發力。值得注意的是，這一時期我國引進了多家半導體巨頭企業來華開設代工廠，這些企業在大陸和臺灣布局了大量的 KrF 光刻膠相關專利，對國內企業形成了合圍之勢，加上光刻膠研發本身的高難度，導致這一時期盡管申請量不低，但國內研發機構的自主申請和布局極少，且主要集中在臺灣地區尤其是臺積電公司。第四階段（2007 年至今）為成熟期，這個階段 KrF 光刻膠相關專利年度申請量維持在 100 件左右，整體波動不大。2005 年后半導體工藝的發展對于分辨率提出了更高要求，KrF 光刻工藝逐漸為 Ar

80、F 光刻所取代，相應的，ArF 光刻膠也取代了 KrF光刻膠成為研發的熱門和主流。但由于二者同為深紫外化學放大型光刻膠，配方和工藝上有著可借鑒之處，ArF 光刻膠的發展也在一定程度上反推了 KrF 光刻膠的發展。綜上所述，KrF 光刻膠技術經過了一個較長的歷史時期，目前已經進入了平穩發知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊37展的成熟階段，巨頭化趨勢明顯，整體的專利布局基本固化。圖圖 4-2 KrF 光刻膠全球專利申請年度變化趨勢光刻膠全球專利申請年度變化趨勢圖圖 4-3 KrF 光刻膠中、美、日、韓四國專利申請趨勢光刻膠中、美、日、韓四國專利申請趨勢4.1.2 KrF 光

81、刻膠技術來源國及目標市場分析從技術來源的角度進行分析（表 4-1），日本在全球占據了絕對領先的地位，來源于日本的專利申請最多，達到了 1992 件申請（985 項專利族），占全球總申請量的61.25%。目前，日本是半導體光刻膠產業的壟斷國之一，也是世界高端光刻膠市場上占有份額最大的國家，擁有該領域最多的巨頭公司，包括東京應化、JSR、富士膠片、信越化學等光刻膠龍頭企業。韓國申請了 354 項專利族，美國申請了 253 項專利族，分別占世界專利族申請總量的 20.50%和 14.65%，列居第二、三位。中國申請的專利族為 59 項，排名第知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊

82、38四，與日韓美還存在著相當的差距。中國臺灣申請的專利族為 27 項，排名第五。此外德國、盧森堡、英國等國家在 KrF 光刻膠制備技術領域也有一些研究投入與產出。表表 4-1 KrF 光刻膠全球專利技術來源國光刻膠全球專利技術來源國/地區統計地區統計序號序號技術來源國技術來源國/地區地區專利族數（項）專利族數（項）專利申請數專利申請數（件）（件）1日本98519922韓國3546883美國2474014中國59665中國臺灣27296德國26417盧森堡5148英國799其他1112對 KrF 光刻膠專利的技術來源國/地區與目標市場進行關聯分析，能夠從宏觀層面把握世界范圍內 KrF 光刻膠研發

83、重心和市場布局的變化，了解全球光刻膠產業生產、消費熱點的轉移情況，圖 4-4 展示了 KrF 光刻膠全球專利的技術來源國/地區和目標市場分布，即日本、韓國、美國、中國、德國、中國臺灣、盧森堡和英國?？梢钥闯?，日本作為該領域專利申請第一大國，其第一專利布局目標國是日本本土，數量達到729 件，除了日本本土以外，依次在韓國、美國、中國臺灣、中國有相當數量的布局，可見日本的專利申請人在扎根于本土的專利布局外，也相對重視對于全球其他區域的技術占領。韓國作為第二大技術來源國，主要在韓國本土進行布局，數量達到 297 件，其次是日本、美國和中國。美國位列第三，除了在美國本土進行布局之外，在韓國、日本、中國

84、、歐洲等國家和地區都有著均衡的布局。而來源于中國的專利申請相對于來源于日韓美的專利申請，更加側重于本土的專利布局，國內總計申請專利 58 件，而在其他國家總計公開數量僅為 4 件。這一方面說明中國的專利申請人更加側重于在本國布局，對于海外市場重要性的認識偏低，另一方面也說明目前中國的專利申請人在該領域的技術相對落后，暫時不具備向發達國家輻射技術影響力的能力。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊39圖圖 4-4 KrF 光刻膠專利主要技術來源國光刻膠專利主要技術來源國/地區及目標市場分布地區及目標市場分布綜上所述，日本、韓國、美國三大 KrF 光刻膠技術大國的專利布局在立足

85、本土的同時，積極注重海外布局，中國申請人的海外布局意識有待提高。因此，在半導體產業日益白熱化的浪潮中，中國的專利申請人一方面要提高全球布局的意識，重視專利申請和自我保護，在當今頻繁的國際貿易中防止可能出現的技術壁壘。另一方面更要增強自身的技術實力，縮小與全球領先申請人之間的技術差距，提升專利數量和質量。4.1.3 KrF 光刻膠全球主要創新主體分析對全球 KrF 光刻膠領域的前 10 位申請人進行了專利族統計（表 4-2），專利族申請量排前 10 的依次是信越化學、SK 海力士、富士膠片、陶氏化學、松下電器、住友化學、三菱公司、JSR、三星電子和東京應化。從申請人的國別來看，在專利族申請量排名

86、前 10 位的申請人中，日本企業 7 家，韓國企業 2 家，美國企業 1 家。全球專利族申請量排名前 5 的公司中 SK 海力士來自韓國、陶氏化學來自于美國，其余均為日本企業。信越化學是該領域專利申請數量最多的公司，達到了 305 項（818 件），其次為 SK 海力士、富士膠片、陶氏化學和知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊40松下電器，分別為 213 項、138 項、102 項和 89 項，僅這五大公司的專利族申請數總和就占全球總申請數的 50.33%，超過一半，可見該領域呈現明顯的巨頭化態勢，同時日本占據壟斷地位。后五名申請人分別是日本的住友化學、三菱公司、JSR、

87、東京應化以及韓國的三星電子，均超過 40 項。前 10 名的申請人中沒有來自中國的申請人。表表 4-2 KrF 光刻膠全球專利申請人光刻膠全球專利申請人 TOP10序號序號專利申請人專利申請人國別國別專利族數專利族數（項）（項）專利申請數專利申請數（件）（件）1信越化學日本3058182SK 海力士韓國2134083富士膠片日本1382424陶氏化學美國1021645松下電器日本891226住友化學日本751067三菱公司日本631658JSR日本58939三星電子韓國446310東京應化日本41734.1.4 KrF 光刻膠核心專利分析4.1.4.1 成膜樹脂核心專利分析表 4-3 展示了

88、KrF 光刻膠領域成膜樹脂研發相關的高被引專利，可以看到日本信越化學和韓國 SK 海力士的前身現代電子在該領域具有較高的技術認可度，引領了成膜樹脂先進材料的研發。這些專利的申請時間集中在初步發展期和快速發展期，說明這些專利公開的配方和制備方法在一定程度上奠定了 KrF 光刻膠成膜樹脂體系的基礎。目前 KrF 光刻膠主要的成膜樹脂有三種，分別是聚羥基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和 N 取代的馬來酰亞胺衍生物，其中，聚羥基苯乙烯體系是 KrF 光刻中最通用的光刻膠。實際生產中，為了得到更好的綜合性能，通常采用多類單體樹脂進行共聚，并使用自由基聚合。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業

89、分冊41表表 4-3 KrF 光刻膠成膜樹脂高被引專利光刻膠成膜樹脂高被引專利序序號號公開號公開號標題標題申請人申請人申請年申請年被引證被引證次數次數1US5876900AChemically amplified positive resistcomposition信越化學1997682JP2005049810A下層膜形成材料形成方法信越化學2003413US5759739AResist composition with polymericdissolution inhibitor and alkali solubleresin信越化學1996384JP07316268A遠紫外光吸収材料及用形

90、成方法松下電器1994365US6028153ACopolymer resin of maleimide andalicyclic olefin-based monomers,photoresist containing the copolymerresin and the preparation thereofSK 海力士1998356US6165672AMaleimide or alicyclic olefin-basedmonomers,copolymer resin of thesemonomers and photoresist using theresinSK 海力士1998267

91、EP701171A1Resist compositions信越化學1994208US5972559AChemically amplified positive resistcompositions信越化學1997209US6291131B1Monomers for photoresist,polymersthereof,and photoresist compositionsusing the sameSK 海力士19991810JP2000080124A単量體、共重合體製造方法、組成物、形成方法、半導體素子SK 海力士1999161.聚羥基苯乙烯類 KrF 光刻膠知識產權公共服務機構信息服務

92、成果共享報告集信息技術產業分冊42圖圖 4-5 含有對羥基苯乙烯單體結構的含有對羥基苯乙烯單體結構的 KrF 光刻膠成膜樹脂光刻膠成膜樹脂聚羥基苯乙烯具有良好的紫外光透過能力，其結構中含有的大量苯環增強了抗蝕刻能力，是 248nm 光刻膠成膜樹脂的理想材料，也是目前研究、生產和使用最多的一類化合物。商品化的 248nm 光刻膠多采用 t-BOC 基團部分保護的對羥基苯乙烯與其他樹脂的共聚物作為成膜樹脂，一些已經公開的聚合物結構如圖 4-5 所示，主要包括聚對羥基苯乙烯與其衍生物的共聚物、聚對羥基苯乙烯-聚丙烯酸酯共聚物、聚對羥基苯乙烯-N-馬來酰亞胺共聚物等。2.聚甲基丙烯酸甲酯類 KrF 光

93、刻膠聚甲基丙烯酸甲酯不含芳環，在 248nm 處透明度高，是最早應用于成膜樹脂的一類化合物，但是由于其通過主鏈斷裂成像，需要曝光能量較高，在化學增幅技術引入之前限制了其應用。隨著化學增幅技術的引入，通過取代改性側鏈接上各種基團，合成了一系列聚甲基丙烯酸甲酯的衍生物類成膜樹脂。聚甲基丙烯酸酯由于其不含芳環，在等離子體作用下容易斷裂，造成其作為成膜聚合物的抗干法腐蝕性差，限制了其應用，在實際使用中多與其他單體以共聚物的形式使用。例如，1997 年報道的如圖4-6 所示的聚3-(t-叔丁基羰基)-1-乙烯基幾內酰胺-co-甲基丙烯酸叔丁酯光刻膠成膜樹脂，由于原先制備的聚3-(t-叔丁基羰基)-1-乙

94、烯基幾內酰胺，在 25mJ/cm2 能量下曝光，得到圖形分辨率為 0.3m。圖圖 4-6 聚聚3-(t-叔丁基羰基叔丁基羰基)-1-乙烯基幾內酰胺乙烯基幾內酰胺-co-甲基丙烯酸叔丁酯甲基丙烯酸叔丁酯結構結構3.N 取代的馬來酰亞胺衍生物類 KrF 光刻膠N 取代的馬來酰亞胺共聚物具有較高的玻璃化轉變溫度、良好的透明性、熱穩定性、低吸水性等優良性質，通常被用來與其他烯烴類共聚，用于制備耐高溫光刻膠。4.1.4.2 光致產酸劑核心專利分析知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊43表 4-4 展示了涉及 KrF 光刻膠光致產酸劑開發的高被引專利，可以看到日本信越化學和住友化學在

95、該領域具有較高的技術認可度。這部分專利的申請時間集中在快速發展期和成熟期，此時期的 KrF 光刻膠作為成熟的商業產品已經有了穩定的配方，業界將主要研發力量集中在浸沒式 ArF 和 EUV 光刻膠上，對于 KrF 光刻膠的關注度總體呈下降趨勢。不過，盡管 KrF、ArF 和 EUV 化學放大光刻膠在成膜樹脂體系上的區別較大，但光致產酸劑部分都使用了鎓鹽，該時期蓬勃發展的 ArF 和 EUV 化學放大光刻膠一定程度上反哺了 KrF 光刻膠組分中光致產酸劑部分的研發。KrF 光刻膠體系中光致產酸劑對膠的成像性能影響很大，盡管種類繁多，但在商品化的 248nm 光刻膠中普遍使用的光致產酸劑為碘鎓鹽和硫

96、鎓鹽。248nm 光刻膠及所有化學增幅光刻膠所遇到的最大問題是曝光后必須立即后烘，否則膠膜表層會形成不溶的表皮層或出現剖面為 T 型的圖形（俗稱 T-top 圖形）。這主要因為空氣中微量的堿性物質與曝光區膠膜表面的酸發生中和反應形成銨鹽，這一方面使酸催化反應的效率受到影響，甚至停止，導致曝光區膠膜在顯影液中的溶解性質未產生足夠的變化，另一方面這種銨鹽在堿性顯影液中無法溶解，從而導致不溶表皮層或 T-top 圖形。為克服上述問題，采用活性炭過濾，控制工藝車間氨的濃度和使用頂部保護涂層的方法已很普遍；另一種方法是在膠中加入堿性添加劑以減少酸的擴散，提高光刻膠的性能。表表 4-4 KrF 光刻膠光致

97、產酸劑高被引專利光刻膠光致產酸劑高被引專利序號序號公開號公開號標題標題申請人申請人申請申請年年被引被引證次證次數數1JP2002193925A塩化合物富士膠片2000642US20100075256A1Onium salt compound,polymercompound comprising the saltcompound,chemically amplifiedresist composition comprising thepolymer compound,and methodfor patterning using thecomposition錦湖石化2009443US2010014

98、3830A1SULFONIUM SALT,ACIDGENERATOR,RESISTCOMPOSITION,PHOTOMASKBLANK,AND PATTERNINGPROCESS信越化學2009404JP2003231673A塩及用途住友化學200239知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊445JP2010155824A塩、酸発生剤及用材料、並形成方法信越化學2009376US6482567B1Oxime sulfonate and N-oxyimidosulfonate photoacidgenerators and photoresistscomprising sam

99、e陶氏化學2000227JP09124533A新規塩及化學増幅型材料信越化學1995218US20150086926A1SULFONIUM SALT,CHEMICALLYAMPLIFIED RESIST COMPOSITION,AND PATTERN FORMING PROCESS信越化學2014199JP2004162040A化學増幅型型組成物及塩住友化學20031710JP2012006907A酸発生剤用塩及組成物住友化學2010174.2 ArF 光刻膠專利全球態勢分析當集成電路制造工藝發展到 90nm 節點時，ArF 光刻技術（193nm）逐步發展為主流技術。ArF 光刻技術是以 Ar

100、F 準分子激光器為曝光光源，由于 KrF 光刻膠使用的聚對羥基苯乙烯體系含有苯環，在此曝光光源下具有較高的吸收性，因此需要研發新型的光刻膠材料應用于 193nm 光刻工藝中。4.2.1 ArF 光刻膠全球專利申請趨勢分析及區域分析經檢索，ArF 光刻膠全球專利申請共計 4422 件，其中日本專利申請 1202 件，占比 27.18%，排名第一；韓國、美國專利申請分別為 1024 件（占比 23.16%）和 818 件（占比 18.50%），分列第二和第三（如圖 4-7 所示）。中國專利申請 395件，中國臺灣 403 件，中國香港 1 件，與日本、韓國和美國相比，還是存在較大的差距。知識產權公

101、共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊45圖圖 4-7 ArF 光刻膠專利申請地域統計光刻膠專利申請地域統計對檢索到的 4422 件專利申請按照申請年進行統計，梳理從 1982 年至今 ArF光刻膠全球專利申請年度變化趨勢（見圖 4-8）、中、美、日、韓四國專利申請趨勢（見圖 4-9）。大致分為四個階段：第一階段（1982 年-1994 年）為萌芽期，ArF 光刻膠起步于 1982 年，從1982 年到 1994 年屬于 ArF 光刻膠技術積累階段，申請零星且年均申請量不超過10 件，整體發展較慢。圖 4-9 中也可以看出，在 ArF 光刻膠萌芽期，只有美國、日本和韓國在該技術領域申

102、請了專利。美國 IBM 公司也是 ArF 光刻膠的開創者，1991年 IBM 設計出甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸丁酯（TBMA）和甲基丙烯酸（MAA）三元共聚物，這也是后續大多數 ArF 光刻膠體系的雛形，然而由于這一時期半導體工業制程尚未進入 KrF 光刻領域，較之更先進的 ArF 光刻膠自然也沒有用武之處。第二階段（1995 年-1997 年）為初步發展期。隨著集成電路的發展，這一時期KrF 光刻開始在半導體芯片制造工藝中初露頭角，ArF 光刻作為可預見的下一代光刻技術，相關研發的熱度也是持續上升。從 1995 年開始至 1997 年的短短三年間，ArF 光刻膠相關專利申請量以指數

103、級別遞增，年度申請量即將突破百件大關。第三階段（1998 年-2006 年）為快速發展期，這一時期半導體行業飛速發展，光刻膠行業的研發也是百花齊放，KrF 光刻膠、干法 ArF 光刻膠、浸沒式 ArF 光刻膠以及后來被廢棄的 F2光刻膠此時都取得了一定的成果。剛剛開始商業化的 ArF 光刻膠，專利年度申請量幾乎全部在 200 件以上，是同一時期 KrF 光刻膠專利申請量的1.5 倍以上，足可見光刻膠行業對于 ArF 光刻膠技術的重視程度。尤其是 2002 年知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊46157nmF2光刻技術受制于其高昂的成本發展舉步維艱瀕臨絕境，浸沒式 ArF

104、 光刻重新得到重視也使得 ArF 光刻膠技術坐穩了主流位置。第四階段（2007 年至今）為成熟期，這個階段 ArF 光刻膠專利年度申請量維持在 100-200 件左右，整體波動不大。主要是由于這一時期的 ArF 光刻膠已經比較成熟，降低線寬提高分辨率的研發重點從改良光刻膠轉移到光刻工藝的多重曝光技術上，光刻膠行業中的龍頭企業已經開始著手布局更小線寬的下一代極紫外 EUV 光刻膠。從圖 4-9 可以看出，這一時期研發機構的布局也比較均勻，遍布全球主要半導體生產消費大國。其中中國作為重要的消費市場和代工大國，得到了足夠的重視，ArF 光刻膠專利布局量達到了全球第一。綜上所述，ArF 光刻膠經歷了一

105、個比較長的技術儲備時間，1995 年后隨著半導體工業制程波長進入深紫外階段得到了一波迅速發展的機會，并在 21 世紀初通過技術迭代和創新拓寬了制程極限，目前已經成為高端半導體制造業最普及的光刻膠產品。圖圖 4-8 ArF 光刻膠全球專利申請年度變化趨勢光刻膠全球專利申請年度變化趨勢知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊47圖圖 4-9 ArF 光刻膠中、美、日、韓四國專利申請趨勢光刻膠中、美、日、韓四國專利申請趨勢4.2.2 ArF 光刻膠技術來源國及目標市場分析從技術來源的角度進行分析（表 4-5），來源于日本的 ArF 光刻膠專利申請最多，達到了 2594 件（1305

106、 項專利族），占全球總申請量的 58.25%，再次證實了日本在半導體光刻膠產業中的壟斷地位。韓國申請了 461 項專利族，美國申請了 429 項專利族，分別占世界專利族申請總量的 20.18%和 18.77%，列居第二、三位。中國申請的專利族為 67 項，排名第四，中國臺灣申請的專利族為 31 項，排名第五。此外瑞士、英國、德國等國家在ArF 光刻膠技術領域也有一些研究投入與產出。表表 4-5 ArF 光刻膠全球專利技術來源國光刻膠全球專利技術來源國/地區統計地區統計序號序號技術來源國技術來源國/地區地區專利族數（項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請數（件）1日本130525942韓國4

107、618683美國4297914中國67725中國臺灣31356瑞士17347英國16228德國10169其他1721對 ArF 光刻膠專利的技術來源國/地區與目標市場進行關聯分析，能夠從宏觀層面把握世界范圍內 ArF 光刻膠研發重心和市場布局的變化，了解全球光刻膠產業市場熱知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊48點的轉移情況，圖 4-10 展示了 ArF 光刻膠全球專利的技術來源國/地區和目標市場分布，排名前 8 依次為日本、韓國、美國、中國臺灣、中國、歐洲專利局、德國和英國，向這些國家、地區以及區域性組織提交的申請專利量占到全球范圍內提交的專利申請總量的 97.9%。日

108、本作為該領域專利申請第一大國，其第一專利布局目標國還是日本本土，數量達到 972 件，同時在日本本土以外的韓國、美國、中國臺灣、中國有相當數量的布局，可見日本對于全球其他區域技術占領的重視程度。韓國是第二大技術來源國，主要在韓國本土進行布局，數量達到 385 件，其次是在美國、日本和中國。美國位列第三，除了在美國本土布局了 238 件專利之外，在韓國、日本、中國、歐洲等國家和地區都有著均衡的布局。而來源于中國的專利申請相對于來源于日韓美的專利申請，更加側重于本土的專利布局，國內總計申請專利 66 件，而在其他國家總計公開數量僅為 6 件。圖圖 4-10 ArF 光刻膠專利主要技術來源國光刻膠專

109、利主要技術來源國/地區及目標市場分布地區及目標市場分布綜上所述，日本、韓國、美國三大 ArF 光刻膠技術大國的專利布局在立足本土的同時，積極注重海外布局，中國在專利技術和布局上與國際先進水平還存在著一定的知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊49差距，需要努力提升技術實力。4.2.3 ArF 光刻膠全球主要創新主體分析對全球 ArF 光刻膠領域的前 10 位申請人進行了專利族統計（表 4-6），專利族申請量排前 10 的依次是信越化學、SK 海力士、富士膠片、陶氏化學、三星電子、住友化學、JSR、松下電器、日本電氣和東京應化。從申請人的國別來看，申請量排名前 10 位的申請

110、人分布為日本企業 6 家，韓國企業 2 家，美國企業 2 家。全球專利申請量排名前五的公司中信越化學和富士膠片來源于日本，SK 海力士和三星電子來源于韓國，陶氏化學來源于美國。信越化學是該領域專利申請數量最多的公司，達到了 416 項 1067 件，其次為 SK 海力士、富士膠片、陶氏化學和三星電子，分別為 236 項、227 項、144 項和 102 項，僅這五大公司的專利族申請數總和就接近全球總申請數的 49.23%，接近一半?？梢娫擃I域巨頭化態勢明顯，而日本企業又在巨頭中占據主導地位。后五名申請人包括美國的 IBM 以及日本的 JSR、住友化學、日本電氣和松下電器，專利族申請均超過 60

111、 項。前十名的申請人中沒有來自中國的申請人。表表 4-6 ArF 光刻膠全球專利申請人光刻膠全球專利申請人 TOP10序號序號專利申請人專利申請人國別國別專利族數（項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請數（件）1信越化學日本41610672SK 海力士韓國2364773富士膠片日本2273374陶氏化學美國1442825三星電子韓國1021246JSR日本871377住友化學日本811178IBM美國641389日本電氣日本638510松下電器日本58884.2.4 ArF 光刻膠核心專利分析4.2.4.1 成膜樹脂核心專利分析表 4-7 展示了 ArF 光刻膠領域成膜樹脂研發相關的高被引

112、專利，可以看到日本知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊50和美國在該領域具有較高的技術認可度，相比 KrF 光刻膠成膜樹脂的研發更加多頭化，業內公司都在積極開發成膜樹脂材料。這些專利的申請時間主要集中在初步發展期和快速發展期，橫向上比 KrF 光刻膠成膜樹脂研發的平均時間晚兩年，但從被引證次數來看，ArF 光刻膠的關注度遠超 KrF 光刻膠。目前 ArF 光刻膠主要的成膜樹脂有三種，分別是聚（甲基）丙烯酸酯類、脂環聚合物（聚環烯烴）以及環烯烴-馬來酸酐共聚物（COMA）體系。表表 4-7 ArF 光刻膠成膜樹脂高被引專利光刻膠成膜樹脂高被引專利序號序號公開號公開號標題標題

113、申請人申請人申請年申請年被引證被引證次數次數1JP2000026446A構造有()誘導體、重合體、組成物、及形成方法日本電氣19983832US5843624AEnergy-sensitive resist material and aprocess for device fabrication using anenergy-sensitive resist material美國電報19973753WO2007116664A1素含有重合體及精製方法並感放射線性樹脂組成物JSR20072004US6447980B1Photoresist composition for deep UVand pr

114、ocess thereofAZ 電子材料20001925JP2002214774A型感光性組成物富士膠片20011886JP10161313A材料及形成方法富士通19961537US6368773B1Photoresist cross-linker and photoresistcomposition comprising the sameSK 海力士19991468JP2000298347A新規及含有組成物陶氏化學19991339JP2000206694A型組成物東京應化199912510US6548221B2Chemical amplification type positiveresis

115、t composition住友化學20011171.聚（甲基）丙烯酸酯類聚（甲基）丙烯酸酯相對于聚羥基苯乙烯在 193nm 高度透明因而成為首選材料，但由于其線型結構、抗刻蝕能力很差，無法實用化。直到 1992 年，人們發現含有多脂環的聚合物如帶有雙環或者三環的脂肪環類聚甲基丙烯酸酯可以像芳香族聚合物一樣耐等離子蝕刻。之后，帶有酸敏脂環側鏈基團的聚（甲基）丙烯酸酯成了 193nm光刻膠的設計基礎，常見結構如圖 4-11 所示。一般而言，聚甲基丙烯酸酯的支鏈至少有三種類型，分別是酸致脫基團-離去基團、內脂基團和極化基團，其中，193nm知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊5

116、1與 248nm 不同，脂肪環在去保護反應后，會從主鏈上脫落，如果這樣的碎片因為種種原因離開光刻膠，會造成光刻膠厚度顯著減少，失去原有的刻蝕阻擋能力。圖圖 4-11 應用于應用于 193nm 光刻膠成膜樹脂的典型光刻膠成膜樹脂的典型(甲基甲基)丙烯酸樹脂結構丙烯酸樹脂結構2.脂環聚合物（聚環烯烴）由于聚甲基丙烯酸酯類 193 納米光刻膠的抗刻蝕能力有限，IBM 在 2003 年報告了一種用在聚合物長鏈（包括聚冰片烯）的光刻膠，成為環烯烴，該聚合物與常規的聚丙烯酸酯類聚合物的設計思路大相徑庭，常規聚丙烯酸酯的主鏈是柔性的丙烯酸酯鏈，而脂環聚合物主鏈由一系列脂環組成，這種獨特的骨架結構使得脂環聚合

117、物既有良好的抗蝕刻能力，又在 193nm 處有良好的透明性，一度成為 193nm 光刻膠的最佳選擇。其抗蝕刻能力主要源自其獨特的骨架結構，但是其極性轉變的功能依然歸結于側基的脫保護如叔丁基酯脫保護基團。另外，可以在脂環聚合物主鏈上引入羧酸官能團和馬來酸酐單元，通過提高極性以增強其粘附力、潤濕性及在顯影液中的溶解性。實驗發現，帶有羧酸懸掛基團的光刻膠存在嚴重的吸水溶脹問題，可能導致線條傾倒、圖形剝離造成圖形缺陷，經過將羧酸替換成六氟代異丙醇后，吸水膨脹的問題就解決了。3.環烯烴-馬來酸酐共聚物(COMA)體系環烯烴-馬來酸酐共聚物可用自由基聚合得到，工藝簡單，是有望替代聚（甲基）丙烯酸酯體系的一

118、類化合物，由貝爾實驗室研發，典型結構如圖 4-22 所示。這類化合物在聚合物主鏈上引入脂環，可大幅提高抗蝕性。另外，這類聚合物還可以與丙烯酸酯類單體共聚，形成多種雜化體系，可以靈活調節 Tg 和其它性能。但是這個體系知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊52也存在兩大缺點：一是酸酐結構容易水解，對貯存條件要求較高；二是透明度不太理想。圖圖 4-12 環烯烴環烯烴-馬來酸酐共聚物體系馬來酸酐共聚物體系4.2.4.2 光致產酸劑核心專利分析表 4-8 展示了 ArF 光刻膠用光致產酸劑的高被引專利，可以看到日本信越化學和日本電氣在該領域具有較高的技術認可度。這部分專利的申請時間

119、集中在快速發展期和成熟期，這一時期 ArF 光刻由于在浸沒式光刻中取得了巨大突破，理論分辨率極限大大提升，存在著取代其下一代 157nmF2光刻的可能性，贏得了較高的關注度，間接促進了 193nmArF 光刻膠的發展。與 248nm 光刻膠相比，193nm 光刻膠中成膜樹脂不含苯環，沒有酚羥基，成膜樹脂與光致產酸劑（PAG）之間沒有能量轉移，不存在敏化產酸，因此在 193nm光刻膠中，PAG 的產酸效率比 248nm 低。193nm 光刻膠需要具有高光敏性的 PAG，也有許多新型 PAG 的報道，尤其是酸增幅劑，能大幅度的提高光致產酸劑的產酸效率。193nm 單層光刻膠的分辨率可達 0.15m

120、 左右，可以滿足 1G 隨機存儲器的要求。通過提高曝光機的 NA 值及改進相配套的光刻技術，如采用移相掩模、離軸照明、鄰近效應校正等分辨率增強技術，193nm 光刻膠可以進一步提高分辨率。表表 4-8 ArF 光刻膠光致產酸劑高被引專利光刻膠光致產酸劑高被引專利序號序號公開號公開號標題標題申請人申請人申請年申請年被引證被引證次數次數1JP2007145797A新規酸塩及誘導體、光酸発生剤並用材料及形成方法信越化學20061882JP2011016746A塩、材料及形成方法信越化學2009843JP2002193925A塩化合物富士膠片200064知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技

121、術產業分冊534JP2008007410A新規酸塩及誘導體、光酸発生剤並用材料及形成方法信越化學2006635US5635332AAlkylsulfonium salts and photoresistcompositions containing the same日本電氣1994636EP1710230A1Novel sulfonate salts and derivatives,photoacid generators,resistcompositions,and patterning process信越化學2006527US5691111APhotosensitive resin com

122、position usefulas resist for deep UV lithographycontaining sulfonium salts日本電氣1995518JP2001294570A塩化合物、組成物、用形成方法日本電氣2000499US20110177453A1Fluorine-Containing Sulfonates HavingPolymerizable Anions andManufacturing Method Therefor,Fluorine-Containing Resins,ResistCompositions,and Pattern-FormingMethod

123、 Using Same中央硝子20094610US20100075256A1Onium salt compound,polymercompound comprising the saltcompound,chemically amplified resistcomposition comprising the polymercompound,and method for patterningusing the composition錦湖石化200944知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊54第 5 章 半導體光刻膠前沿替代技術專利分析近年來，隨著芯片技術的提高，集成電路芯

124、片從 14nm、10nm、7nm 逐步發展到 5nm。近年來有研究人員提出了下一代光刻技術的概念，其中較為常見的技術包括極紫外（EUV）光刻、電子束光刻，這些新型替代性技術將推動光刻膠產業的進一步發展。5.1 EUV 光刻膠全球專利態勢分析5.1.1 EUV 光刻膠全球專利申請趨勢分析及區域分析共檢索到 EUV 光刻膠相關專利申請 4223 件，對其按照申請年進行統計，得到從 1984 年至今全球 EUV 光刻膠技術的專利申請趨勢圖（圖 5-1），可大致分為二個階段：圖圖 5-1 EUV 光刻膠全球專利申請趨勢光刻膠全球專利申請趨勢第一階段（1984 年-2007 年）為技術發展初期。EUV

125、光刻技術的研發始于 20世紀 80 年代，在 1984 年-1998 年間 EUV 光刻膠專利申請發展緩慢，申請不連續且年最高申請量未突破 30 件。這是由于該階段半導體工藝節點主要集中在 1.5m-0.35m，這一范圍的工藝完全可以由 i 線光刻實現，半導體工業尚未發展到需要EUV 光刻膠大規模放量的時代。1999 年-2004 年期間 EUV 光刻膠專利申請出現小幅度的上升趨勢，1999 年專利申請達到 110 件，2000 年和 2001 年專利申請均維知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊55持在 100 件。2005 年-2007 年專利申請出現短暫小幅度下降趨勢

126、，這可能源于該階段通過浸沒式 ArF 光刻工藝使得可加工的微細線路尺寸縮小到 10nm 和 7nm 工藝節點，能夠滿足當時半導體工藝要求，在一定程度上限制了更先進但成本更高的 EUV光刻技術的大規模發展。但該階段 EUV 光刻膠專利年均申請量仍維持在 104 件左右，說明極紫外 EUV 光刻膠技術仍然受到了持續的關注。第二階段（2008 年至今）為技術快速發展期。隨著集成電路工藝的不斷發展，ArF 光刻技術在 7nm 節點工藝復雜程度急劇提高，更難以滿足 5nm 以下工藝節點的要求，光刻膠行業中的龍頭企業紛紛開始重點著手布局更小線寬的下一代 EUV 光刻工藝的研究，與之配套的 EUV 光刻膠成

127、為了下一代光刻膠的研發重點。2008 年至今EUV 光刻膠專利申請進入快速發展期，專利申請量迅速增加。2009 年專利申請量為146 件，2011 年后專利申請增幅進一步增大，突破 230 件，2012 年專利申請達到峰值 328 件。2015 年國際半導體技術發展路線圖已將曝光光源波長為 13.5nm 的極紫外（EUV）光刻技術作為實現 22nm 節點以下的最可行方案。表 5-1 展示了 EUV 光刻膠專利技術全球目標市場分布情況。日本、韓國、美國、中國臺灣和中國大陸是專利布局前五名的國家/地區，向這些國家/地區以及區域性組織提交的申請專利量占到全球范圍內提交的專利申請總量的 93.22%，

128、這五個國家/地區也是該領域主要的技術來源地域?？梢?，高端光刻膠領域的技術研發和銷售市場高度集中。布局日本的專利最多，高達 1062 件，占全球專利申請總量的比例 26.52%。排名第二和第三的國家為韓國和美國，布局韓國的專利為 908 件，占比為 22.67%。布局美國的專利為 907 件，占比為 22.65%。在中國臺灣布局的專利為 577 件，占比為 14.41%。布局中國大陸的專利有 279 件，占比為 6.97%。表表 5-1 EUV 光刻膠全球主要技術目標國光刻膠全球主要技術目標國/地區統計地區統計序號序號技術目標國技術目標國/地區地區專利申請數（件）專利申請數（件）1日本10622

129、韓國9083美國9074中國臺灣5775中國2796歐專局1817德國358英國21知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊56序號序號技術目標國技術目標國/地區地區專利申請數（件）專利申請數（件）9法國1110新加坡105.1.2 EUV 光刻膠全球技術來源及目標市場分析從技術來源國的角度進行分析（申請人國別分析，表 5-2）可以看出，EUV 光刻膠領域幾乎完全被日本企業所主導，來源于日本的專利申請最多，申請了 1363 項專利，占全球專利申請的 63.66%。日本是當今全球半導體光刻膠產業的壟斷國家之一，日本的 JSR、TOK、信越化學是目前 EUV 光刻膠市場上僅有的實

130、現量產的廠商。美國申請了 296 項專利，韓國申請了 289 項專利，分別占全球申請的 13.83%和 13.50%，列居第二位和第三位，兩者相差不大但與日本差距明顯。中國臺灣申請了 77 項專利，占全球申請的 3.60%，排名第四。中國大陸申請了 43 項專利，占全球申請的 2.01%，位列第五。專利申請量排名第六到第十的國家/地區依次是德國、英國、荷蘭、芬蘭和盧森堡，在該領域專利申請較少。表表 5-2 EUV 光刻膠全球專利主要技術來源國光刻膠全球專利主要技術來源國/地區統計地區統計序號序號技術來源國技術來源國/地區地區專利族數（項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請數（件）1日本13

131、6329262美國2964923韓國2895344中國臺灣77955中國43496德國15207英國14318荷蘭14299芬蘭31110盧森堡34對 EUV 光刻膠全球專利主要技術來源國與技術目標國進行關聯分析，圖 5-2 為EUV 光刻膠全球專利技術主要來源國/地區，即日本、美國、韓國、中國臺灣和中國大陸五個國家/地區及其技術目標市場的專利數量分布情況。從圖中看出，日本作為該領域專利申請第一大國，其第一專利布局目標國是日本本土，布局專利量達到 887 件，占日本總申請量的 30.31%，其次很重視在美國、韓國和中國臺灣的專利布局，分別布局了 595 件、566 件和 492 件專利，此外在

132、歐專局和中國大陸布局專利量也均超知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊57過了 130 件。說明日本申請人在扎根于本土的同時，對全球其他區域同樣具有很強的技術輻射能力。美國作為第二大技術來源國，也很重視對海外的技術輸入，除了在美國本土布局了 148 件專利，在日本、韓國、中國臺灣和中國大陸分別布局了 92 件、80 件、57件和 42 件專利，在歐專局和新加坡也布局了少量專利，其海外專利布局量占美國總申請量的 59.55%。韓國作為第三大技術來源國，在韓國本土布局了 232 件專利，占總申請量的43.45%，其次重視在美國、日本和中國大陸的專利申請，分別布局了 86 件、7

133、9 件和 50 件專利，此外在中國臺灣、英國、德國、法國和歐專局也布局了一定量的專利。排名第四的中國臺灣是典型的技術輸出型地區，在本土僅布局了 19 件專利，而在美國布局了 59 件專利，占其總申請量的 62.10%，可見美國是其重要的目標市場。此外，在韓國、德國、日本和新加坡布局了少量專利。中國大陸在本土布局了 44 件專利，占總申請量 89.79%，此外僅在日本和美國分別布局了 1 件專利。這一方面說明中國專利申請人在 EUV 光刻膠技術發展初期非常重視保護本土市場；另一方面也說明目前中國專利申請人在該領域的技術相對落后，中國大陸目前尚無生產或使用 EUV 光刻膠的公司，暫時不具備向發達國

134、家輻射技術影響力的能力。圖圖 5-2 EUV 光刻膠主要技術來源國光刻膠主要技術來源國/地區技術目標國的專利數量分布地區技術目標國的專利數量分布知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊585.1.3 EUV 光刻膠全球主要創新主體分析對全球 EUV 光刻膠領域的前 10 位申請人進行了專利族申請統計（表 5-3），專利族申請量排前 10 的依次是富士膠片、信越化學、JSR、東京應化、SK 海力士、臺積電、陶氏化學、三菱公司、IBM 和三星電子，申請量排名前 10 公司的專利申請量總和占全球總申請量的 63.33%，在該領域呈現明顯的巨頭化態勢。從申請人的國別來看，申請量排名前

135、 10 位的申請人中有 5 家日本企業、2 家美國企業、2 家韓國企業和 1 家中國臺灣企業，可以看出，日本仍在高端光刻膠領域占據半壁江山，而韓國和美國緊隨其后。富士膠片是該領域專利申請數量最多的公司，達到了 426 項（853 件）；信越化學排名第二，申請了 392 項（997 件）專利；JSR 排名第三，申請了 110 項（173件）專利；東京應化排名第四，申請了 90 項（203 件）專利；韓國的 SK 海力士排名第五，申請了 76 項（100 件）專利?？梢钥闯?，排名前 5 的巨頭企業的同族專利數量均較多，說明這些企業在該領域的技術布局較為廣泛。排名六到十位的企業依次為臺積電 92 項

136、（70 件）、陶氏化學 61 項（156 件）、三菱公司 56 項（164 件）、IBM27 項（41 件）和三星電子 25 項（28 件），其中陶氏化學的同族專利數量雖然低于 JSR 和臺積電，但其專利申請件數多于臺積電，與JSR 相差不大，說明該企業在 EUV 光刻膠領域也有較寬的技術布局。而前 10 名的申請人中，沒有來自中國大陸的企業，說明中國本土企業與國際巨頭在該領域存在較為顯著的差距。目前中國的 EUV 光刻膠尚處于空白，攻克 EUV 光刻膠技術是我國集成電路產業未來亟需解決的問題。表表 5-3 EUV 光刻膠全球主要申請人光刻膠全球主要申請人序號序號國別國別申請人申請人專利族數（

137、項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請數（件）1日本富士膠片4268532日本信越化學3929973日本JSR1101734日本東京應化902035韓國SK 海力士761006中國臺灣臺積電7092知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊59序號序號國別國別申請人申請人專利族數（項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請數（件）7美國陶氏化學611568日本三菱公司561649美國IBM274110韓國三星電子25285.1.4 關鍵技術EUV 分子玻璃體系光刻膠專利分析5.1.4.1 多酚化合物分子玻璃光刻膠體系EUV 光刻系統多重反射匯聚效率低下和極紫外光源強度有限導

138、致了在極紫外光刻膠中光子的吸收利用率成為首要考慮的問題。由于 EUV 光刻膠膠膜較薄，且基本由C、H 和 O 等較輕的元素組成，使得其極紫外光吸收變得很低，光刻膠的敏感性急劇下降。在這三種基本元素中，O 元素對極紫外光的光電散射截面遠高于 C、H 元素，因此提升材料中 O 元素的比例成為一種可行的提升極紫外吸收的手段。圖圖 5-3 專利專利 CN103304385A 中苯多酚型分子玻璃結構中苯多酚型分子玻璃結構含 O 元素比例較高的羥基多酚類化合物是分子玻璃光刻膠中研究較多的成膜劑，多酚化合物中含有的酚結構能夠為分子玻璃光刻膠提供高 Tg、高抗蝕性以及溶解度轉換功能，但這類化合物很難用一種通用

139、結構表達。多酚化合物分子玻璃光刻膠的核心結構是多酚基團，經過樹狀大分子、酒石酸等官能團修飾和改性后能夠形成不同的分子玻璃光刻膠。在多酚化合物分子玻璃光刻膠中，酸性基團（如叔丁氧羰基 t-BOC）的主要功能是提高對襯底材料的附著力和在顯影劑中的溶解性，保護基團則用于調節溶解度、靈敏度、抗蝕刻性和 Tg。中國科學院在 2012 年申請的專利 CN103304385A 中提出一系列含雙酚 A 骨架結構的分子玻璃，其中含雙酚 A 骨架結構的苯多酚型分子玻璃結構如圖-所示。該發明的分子玻璃是立體不對稱的無定形小分子化合物，可以在光刻膠常用的有機溶劑知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分

140、冊60中溶解，具有較高的熔點和玻璃化轉變溫度（熔點均高于 100），能夠滿足光刻技術要求，在高溫烘烤中薄膜結構無變化。通過該光刻膠組合物可以制備得到均勻的薄膜，在制膜過程中，作為基體成分的分子玻璃不析出，而薄膜具有良好的分辨率、光敏性和粘附性，且易于保存。為克服化學放大過程中酸擴散造成的圖形邊緣粗糙、分辨率降低及多組分造成的相分離等缺點，中國科學院在 2016 年申請的專利 CN108147983A 中提出一種硫鎓鹽鍵合苯多酚型分子玻璃光刻膠，該硫鎓鹽鍵合苯多酚型分子玻璃光刻膠是立體不對稱的無定形小分子化合物，具有較高的熔點和玻璃化轉變溫度（熔點高于 100），能夠滿足光刻技術要求，在高溫烘烤

141、中薄膜結構無變化。該化合物可以單獨或與其他光刻膠、光致產酸劑、交聯劑等復配成正性或負性光刻膠，且通過在基片上旋涂可制得厚度均勻的光刻膠薄膜，該薄膜具有良好的分辨率、光敏性、粘附性，易于保存，且在制模過程中，作為基體成分的分子玻璃不析出。5.1.4.2 環狀分子玻璃光刻膠體系環狀分子也是一類由酚醛縮合反應得到的具有多個酚羥基的低聚物，但環狀分子往往有著重復單元，類似于聚合物。杯芳烴是其中最常見的一種，其環狀核心有著較高的 Tg，在 EUV 光刻領域有著較好的應用前景。IBM 于 2009 年、2010 年申請的專利 US20110020756A1、US20120156611A1 和陶氏化學于 2

142、012 年申請的專利 US20130157195A1 都證實了含杯芳烴的分子玻璃光刻膠所具備的優異靈敏度和分辨率。由于已有的低分子量環狀多苯基化合物存在耐蝕刻性低、脫氣量大、在半導體制造工藝中使用的安全溶劑中溶解度低、抗蝕劑圖案形狀差等問題，三菱公司在 2007年申請的專利 WO2008053974A1 中公開了一種光刻膠組合物，包含有如圖-所示的環狀化合物，該組分在抗蝕劑膜中的均勻性較高，含該組分的光刻膠具有較高的耐熱性和非晶性，以及優良的成膜性、堿顯影性和耐蝕刻性等。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊61圖圖 5-4 專利專利 WO2008053974A1 中的環狀

143、化合物結構中的環狀化合物結構為 提 升EUV 光 刻 膠 的 耐 刻 蝕 性，IBM 在2007 年 申 請 的 專 利US20090004596A1 和 2009 申請的專利 US20090286180A1 中提出一種抗蝕劑組合物，包含至少一個稠合的多環部分、至少一個用酸不穩定保護基團保護的堿可溶性官能團的分子玻璃基底以及光敏產酸劑，該組合物對氧化物反應離子刻蝕（RIE）工藝的刻蝕劑（例如 CF4）具有高耐刻蝕性。為獲得同時滿足靈敏度、分辨率和線邊緣粗糙度要求的 EUV 光刻膠，錦湖石化在2009 年申請的專利 KR1020110040143A 中，提出了聚縮醛樹脂基底的光刻膠組合物，該組合

144、物具有高靈敏度、高分辨率、高抗蝕刻性和低脫氣特性等優點，并且可以獲得良好的光刻膠膜圖案形狀。表表 5-4 EUV 分子玻璃光刻膠高被引專利（分子玻璃光刻膠高被引專利（TOP10）序號序號公開號公開號標題標題申請人申請人申請年申請年家族家族被被引證次引證次數數1WO2008053974A1Radiation-sensitive composition三菱公司20071172CN103304385A含雙酚 A 骨架結構的分子玻璃光刻膠及其制備方法和應用中科院2012433JP2007241271AMolecular glass photoresist康奈爾大學2007304US2011002075

145、6A1Calixarene Blended Molecular GlassPhotoresists and Processes of UseIBM2009185US20080176166A1Resists for lithographyPixelligent2007166US20130157195A1Calixarene compound andphotoresist composition comprisingsame陶氏化學2012147CN104557552A一種星形四苯基乙烯衍生物分子玻璃、正性光刻膠、正性光刻膠涂層及其應用中科院2013148US20130078569A1Calixa

146、rene and photoresistcomposition comprising same陶氏化學2012139CN104007623A正色調有機溶劑顯像的化學增強抗蝕劑IBM20141110KR1020130032854ACalixarene and photoresistcomposition comprising same陶氏化學20128知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊625.2 電子束光刻膠專利技術分析5.2.1 電子束光刻膠全球專利申請趨勢分析及區域分析共檢索到電子束光刻膠全球專利申請共計 3057 件（專利族 2014 項），按照申請年進行統計，梳理

147、從 1963 年至今全球電子束光刻膠專利技術的申請年度變化趨勢（見圖 5-5）。在 1963 年至 1971 年期間，電子束光刻膠專利申請數量整體增長緩慢且數量不高。1963 年美國陶氏化學在其申請專利 FR1389466A 中，開始探索采用電子束以及高分子抗蝕劑化合物來刻蝕圖案的方法，1967 年 IBM 公司在其申請專利GB1147490A 中，正式將聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）用作電子束光刻膠的基體材料，該技術也成為此后電子束光刻膠的主要研究方向之一。從 1971 年至 1978 年間，電子束光刻具有高分辨率和高靈敏度的特點，因此電子束光刻膠在問世后不久便成為光刻領域的研發熱點，電子束光

148、刻膠專利申請量快速增加。在 80 年代，一度有人認為光學曝光已經走到盡頭，電子束光刻是最有前景的替代手段。因此，在 1979 年至 1991 年間，電子束光刻膠的專利申請量整體維持在較高水平，年均專利申請量近 70 件。從 1991 年至 1997 年間，電子束光刻膠專利申請量略有下降，可能因為電子束光刻膠技術缺乏應用市場，因此沒有引起足夠的重視。1997 年后，隨著半導體工藝精度進一步提升，已經到達分辨率極限的 i 線光刻膠難以滿足生產需求，而以富士膠片和信越化學為首的日本企業開始大力研發電子束光刻膠技術，進一步提升電子束光刻膠的分辨率和靈敏度。從 1997 年開始，電子束光刻膠專利申請量開

149、始急速上升，并于 2001 年達到峰值 146 件。2004 年以后，電子束光刻膠專利申請量開始出現回落，可能是因為 ArF 光刻膠技術和浸沒式 ArF 光刻膠技術成為半導體光刻膠的主流技術，導致電子束光刻膠研究熱度降低，沒有得到市場的重視。2007 年至 2012 年期間，電子束光刻膠專利呈小幅上升趨勢，這可能因為浸沒式 ArF 光刻膠在 7nm 工藝節點已接近極限，而電子束光刻具有高分辨率的優點使其重回研究人員的視野。但在 2012 年之后，電子束光刻膠專利申請量整體呈緩慢下滑知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊63的趨勢，年均專利申請量約為 37 件，造成這一現象的

150、原因可能是電子束光刻效率和成品率相對較低的缺點，使其難以實現大規模產業化生產。圖圖 5-5 電子束光刻技術全球專利申請年度變化趨勢電子束光刻技術全球專利申請年度變化趨勢對電子束光刻膠全球專利申請區域進行分析（如表 5-5），排名前 10 的國家/地區依次為日本、美國、韓國、歐洲專利局（EPO）、中國、德國、英國、中國臺灣、德國、法國、加拿大，向這些國家、地區以及區域性組織提交的專利申請量占到全球范圍內提交的專利申請總量的 90.74%。表表 5-5 電子束光刻膠全球專利申請區域一覽電子束光刻膠全球專利申請區域一覽序號序號專利申請國專利申請國/地區地區專利申請數（件）專利申請數（件）1日本146

151、42美國4773韓國2654EPO1995中國916德國817英國618中國臺灣559法國4110加拿大4011其他國家和地區2825.2.2 電子束光刻膠全球專利技術來源國及目標市場分析從技術來源的角度進行分析（表 5-6），日本在全球占據了絕對領先的地位，來源知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊64于日本的專利族數量達 1533 項（2021 件專利），占全球專利申請總量的 76.12%。表表 5-6 電子束光刻膠全球專利技術來源國電子束光刻膠全球專利技術來源國/地區統計地區統計序號序號技術來源國技術來源國/地區地區專利族數（項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請

152、數（件）1日本153320212美國2625753德國621164韓國611005中國39456英國28737法國12358瑞士8219其它971目前，日本在全球電子束光刻膠產業占據壟斷地位，是世界高端光刻膠市場上占有份額最大的國家，擁有該領域最多的巨頭公司，包括東京應化、JSR、富士膠片、信越化學等。美國申請了 262 項專利族（575 件專利），德國申請了 62 項專利族（116 件），韓國申請了 61 項專利族（100 件專利），分別占全球專利族申請總量的13.01%、3.08%和 3.03%，列居第二、三、四位。中國申請的專利族為 39 項（45 件專利），排名第五，與日美、德、韓還存

153、在著相當大的差距。對電子束光刻膠專利的技術來源國/地區與目標市場進行關聯分析，由圖 5-6 可以看出，日本作為該領域專利申請第一大國，其第一專利布局目標國是日本本土，數量達到 1318 件，除了日本本土以外，依次在美國、韓國、歐洲、中國有相當數量的布局，可見日本的專利申請人在扎根于本土的專利布局外，也相當重視對全球其他區域的技術占領。美國作為第二大技術來源國，主要在美國本土進行布局，數量達到 169件，其次是日本、歐洲和英國。德國位列第三，除了在德國本土有 32 件專利布局之外，在美國、歐洲、日本等國家和地區都有著均衡的布局。韓國位列第四，主要在韓國本土進行布局，數量達 44 件，在美國、日本

154、等國家也有著相對較少的專利布局。而來源于中國的專利申請相對于日美等技術發達國家，更加側重于本土的專利布局，中國的專利申請人在國內申請專利共 37 件，而在其他國家公開數量總計僅為 8 件。這一方面說明中國的專利申請人更加側重于本國布局，對于海外市場重要性的認識偏低，另一方面也說明目前中國的專利申請人在該領域的技術相對落后，暫時不具備向發達國家輻射技術影響力的能力。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊65圖圖 5-6 電子束光刻膠專利主要技術來源國電子束光刻膠專利主要技術來源國/地區及目標市場分布地區及目標市場分布綜上所述，日本、美國作為兩大電子束光刻膠技術大國，其專利布局

155、在立足本土的同時，也積極注重海外布局；德國和韓國專利申請數量相對較少，但在海外仍有較為均勻的專利布局；而中國申請人的海外布局意識則有待提高。因此，在半導體產業日益白熱化的浪潮中，中國的專利申請人一方面要提高全球布局的意識，重視專利申請和自我保護，在當今頻繁的國際貿易中防止可能出現的技術壁壘；另一方面更要增強自身的技術實力，縮小與全球領先申請人之間的技術差距，提升專利數量和質量。5.2.3 電子束光刻膠全球主要創新主體分析對全球電子束光刻膠領域的前 10 位申請人進行了專利族統計（表 5-7），專利族申請量排前 10 的依次是富士膠片、富士通、信越化學、日立公司、三菱公司、JSR、松下集團、IB

156、M、東京應化和日本信話，申請量排名前 10 的專利族申請量總和占全球申請總量的 52.68%，可見在該領域呈現明顯的巨頭化態勢。從申請人的國別來看，在專利族申請量排名前 10 位的申請人中，日本企業 9 家，美國企業 1 家，且全球專利族申請量排名前 5 的公司均為日本企業，可見日本在電子束光刻膠領域的壟斷地位。富士膠片是該領域專利申請數量最多的公司，達到了 250項（349 件），其次為富士通、信越化學、日立公司和三菱公司，分別為 170 項（192 件）、159 項（267 件）、97 項（104 件）和 83 項（112 件），五大公司的知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術

157、產業分冊66專利族申請數總和占全球申請總量的 37.69%。后五名申請人分別是日本的 JSR、松下集團，美國的 IBM、日本的東京應化和日本信話，均超過 40 項。前 10 名的申請人中沒有來自中國的申請人。表表 5-7 電子束光刻膠全球專利申請人電子束光刻膠全球專利申請人 TOP10序號序號專利申請人專利申請人國別國別專利族數（項）專利族數（項）專利申請數（件）專利申請數（件）1富士膠片日本2503492富士通日本1701923信越化學日本1592674日立公司日本971045三菱公司日本831126JSR日本801017松下集團日本70748IBM美國661709東京應化日本445810日

158、本信話日本42475.2.4 電子束光刻技術核心專利分析表 5-8 展示了電子束光刻技術領域的高被引專利（按年均被引頻次進行排序），可以看到美國 IBM 公司和日本企業在該領域具有較高的技術認可度。在電子束光刻技術的初步發展期，IBM 引領了電子束光刻材料的研發方向。IBM 首先于 1982 年申請的高被引專利 US4491628A，提出將具有重復酸不穩定側基的聚合物與陽離子光引發劑如芳基重氮鎓，二芳基碘鎓或三芳基锍金屬鹵化物混合，制備對電子束輻射敏感的抗蝕劑組合物，此后于 1989 年申請的高被引專利 US5198153A 提出將聚對苯撐乙烯用作電子束光刻膠的基體材料，為電子束光刻技術的開發

159、奠定了基礎。在此之后，住友化學于 1998 年申請的專利 JP10274852A 公開了一種由具有可被烷基取代的丁內脂殘基的樹脂構成的抗蝕劑組合物，該丁內脂殘基通過脂鍵或醚鍵與樹脂基材結合，可提升電子束輻射的靈敏度。信越化學于 1999 年申請的專利JP2000159758A 公開了一種含內酯化合物，該化合物由重均分子量為 1000-500000 的新型高分子化合物制成，用作抗蝕劑材料的基礎樹脂時，可提高電子束光刻的分辨率，適用于精密微加工。2000 年以后，電子束光刻技術的研究熱度不斷提高，在此期間也形成了一些重要的核心專利。信越化學在其 2001 年申請的專利 JP2002363148A

160、中公開了一種將含有被不耐酸基團取代的酯基的胺用于防止抗蝕劑的膜還原的方法，該方法可提升電子束光刻的分辨率和焦點邊緣擴展效果。三菱公司在 2005 年和 2006 年申請了兩件知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊67核心專利，其中在 2005 年申請的專利 JP2005326838A 公開了一種非聚合型輻射敏感抗蝕劑化合物，該化合物通過 5-45 芳香酮或芳香醛與具有 1-3 個酚羥基的 5-15C 化合物縮合制備。富士膠片在 2008 年和 2010 年申請了兩件核心專利，其中在 2008 年申請的專利 JP2008268935A 中公開一種由堿溶性樹脂、酚類化合物組成的

161、交聯劑、特定銨鹽和有機羧酸等構成的負性抗蝕劑組合物，可提高電子束光刻形成 圖 案 的 靈 敏 度、分 辨 率、線 邊 緣 粗 糙 度 等；其 2010 年 申 請 的 專 利JP2010217884A 中公開了含酸可降解重復單元且在有機溶劑中的溶解度由于酸的作用而降低的樹脂，以及由酯基溶劑、酮基溶劑、醇基溶劑、醚基溶劑和烴基溶劑等有機溶劑組成的堿性顯影液，該方法能提升電子束光刻形成圖案的靈敏度和分辨率。綜上所述，電子束光刻技術有著較長時期的研發儲備，且核心專利主要致力于提升電子束光刻膠的曝光敏感度、靈敏度和分辨率等。近年來，電子束光刻技術的研發熱點主要是解決以下幾個問題：（1）絕緣襯底電子束曝

162、光的電荷積累問題；（2）高寬比抗蝕劑圖形的坍塌與粘連問題；（3）電子在抗蝕劑和襯底中散射造成的鄰近效應問題。表表 5-8 電子束光刻技術高被引專利電子束光刻技術高被引專利序序號號公開號公開號標題標題申請人申請人申請申請年年年均被引年均被引證次數證次數被引證被引證次數次數1US4491628APositive-and negative-working resistcompositions with acid generatingphotoinitiator and polymer with acidlabile groups pendant from polymerbackboneIBM1982

163、30.9212062JP2000159758ANew lactone-containing compound,high polymeric compound,resistmaterial and pattern formation信越化學199913.913063JP2005326838AResist composition三菱公司200513.882224JP2008145539ARadiation-sensitive resistcomposition三菱公司200613.672055JP2010217884AOrganic solvent based developmentor mult

164、iple development pattern-forming method using electronbeam or EUV ray富士膠片201010.271136JP10274852AChemical amplification type positivetype resist composition住友化學19989.482187JP2009007327AChemical compound for photoacidgenerator,resist composition byusing the same and method forforming pattern中央硝子20087

165、.38968US5198153AElectrically conductive polymericIBM19896.942229JP2002363148Basic compound,resist material and信越化學2006.65133知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊68Apattern-forming method110JP2008268935ANegative resist composition andpattern forming method using thesame富士膠片20086.3883知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術

166、產業分冊69第 6 章 結論與建議集成電路產業是信息產業的核心，其發展水平將在一定程度上決定著一個國家在國際格局中的地位。光刻工藝是集成電路產業中的重點技術，半導體光刻膠是光刻工藝中最關鍵的材料。當前，我國半導體光刻膠的研發與國際頂尖水平還存在著較大差距，恰逢全球半導體產業進入重大調整期，我國半導體產業的發展面臨著新的挑戰，國產半導體光刻膠行業的風險與機遇并存。6.1 主要分析結論6.1.1 半導體光刻膠的全球專利概況從全球專利申請趨勢來看，光刻膠作為半導體制造環節中的核心材料，其研發熱度持續上升。截止 2024 年 4 月 30 日，共檢索到半導體光刻膠相關專利申請22062 件（專利族 1

167、4704 項），其中發明專利授權 14794 件，其中，從 1980 年-1990 年間，申請量出現了明顯增幅，但年度申請量仍未突破 500 件，隨后在 1997年突破 500 件，到 2004 年已經突破 900 件，預計未來幾年該領域的專利申請量仍將保持快速增長態勢。日本、美國、韓國、中國、德國是半導體光刻膠的主要技術來源國和技術應用國，其中日本和美國技術優勢明顯，是全球半導體光刻膠產業的壟斷國家，同時日本也是世界半導體光刻膠市場上占有份額最大的國家。從半導體光刻膠全球技術構成及區域分布來看，前沿替代技術（EUV、電子束、大分子自組裝）是未來尖端光刻膠的發展趨勢，三者的專利申請總和超越了成

168、熟技術（g 線、i 線）和主流技術（KrF、ArF)，是當前全球重點研究方向。日本和美國在三個技術分支上均申請了大量專利，韓國集中在主流技術和前沿替代技術領域，中國因發展較晚，缺乏前瞻研究，多集中于成熟技術。全球半導體光刻膠高端市場的主要創新主體呈現明顯的巨頭化態勢，其專利申請量排名前六的創新主體分別是日本的富士膠片、信越化學、東京應化、住友化學、JSR、三菱公司、日立公司，其次是韓國的三星電子，美國的 IBM 和陶氏化學，日本在該領域的壟斷地位可見一斑。以上日本和美國企業具有較強的技術實力，韓國的三星電子技術實力較弱，但綜合實力雄厚，是主要的技術輸入方。高端市場頭部聚集效應越發知識產權公共服

169、務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊70明顯。6.1.2 半導體光刻膠的中國專利概況從專利申請態勢來看，自 1994 年起，國外研發機構在中國開始專利布局，本土也開始相關研究，推動了我國專利申請量的上漲，2004 年以后，申請量呈現波動增長趨勢，2015 年以后，相關專利數量陡增，半導體光刻膠市場逐步向中國轉移。中國專利申請中，日本、中國和美國為主要技術來源國。其中，日本和美國專利布局意圖明顯，韓國在中國的申請量總體增長遲緩，但在中國的專利布局已經初具規模。本土申請地域來源相對集中，主要集中在北上廣、長三角地區，這些經濟發達地區擁有大量的高校、科研院所和高科技企業，技術基礎和人才資源相

170、對充足。從專利技術構成來看，雖然前沿替代技術相關的專利申請總量在半導體光刻膠領域占的比例最小，但近年來專利申請加速增長，逐漸高于成熟技術和主流技術，高端光刻膠國產替代有望加速。中國專利主要創新主體來自企業，企業申請的主要來源是國外企業，大專院校及科研單位的研究力量較為薄弱，國內在產學研結合上還有巨大的發展潛力。在華布局的企業主要包括陶氏化學、住友化學、東京應化、信越公司、科萊恩、三星電子、AZ電子材料、IBM、富士膠片和臺積電，通過大量的專利申請編織了完善的專利網絡來維護自己在中國市場的利益，中國企業核心技術面臨強大專利壁壘。隨著國家對半導體產業的大力投入，國內企業也開始加大對半導體光刻膠技術

171、的研發并取得了一些成果，國內的創新主體主要來自京東方、中科院化學所、蘇州瑞紅、常州強力、華星光電。6.1.3 半導體光刻膠產業成熟技術的發展情況g 線、i 線的技術分支發展情況相似，均呈現先增長后下降的申請態勢。21 世紀初，g 線光刻膠技術開發已較為成熟，更先進的 i 線、ArF、KrF 以及 EUV 等光刻膠技術快速發展并成為新的研究熱點，導致 g 線光刻膠技術相關專利的年申請量呈波動式下降趨勢；2010 年后，隨著集成電路產業發展至 250nm 節點以下，對分辨率要求越來越高，i 線已經不能滿足要求，KrF、ArF 等光刻膠開始規?；瘧?，全球光刻膠企業紛紛將研發方向轉入深紫外和極紫外光

172、刻技術，i 線光刻膠技術的成熟和市場需知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊71求的飽和，導致專利申請趨于平穩。從技術來源國和專利布局分析來看，日、美、韓是 g 線和 i 線光刻膠的主要技術來源國，中國雖然排名第四，但仍與日、美、韓存在較大差距，整體技術發展滯后。同時，日本、美國、韓國、中國和歐專局是專利布局前五名的國家和區域組織。i 線光刻膠于 80 年代分別進入韓國和中國市場，1999 年開始，布局韓國市場的專利開始超過美國市場，2005 年以后布局中國市場的專利開始超過美國市場?？梢?，進入 21世紀亞洲逐漸成為全球半導體光刻膠市場的中心。6.1.4 半導體光刻膠產業主

173、流技術的發展情況本報告將半導體光刻膠的產業主流技術分為 248nm KrF 光刻膠、193nm ArF光刻膠。193nm ArF 光刻膠又分為 ArF 干法光刻膠和 ArF 浸沒式光刻膠兩類，其中ArF 浸沒式光刻膠是主流技術中的關鍵技術分支。6.1.4.1 248nmKrF 光刻膠早期 KrF 光刻技術的研究主要針對光源和光刻膠配方，近兩年來多集中于光刻技術的改進、基材表面處理和新的光產酸劑等。日本、韓國、美國、中國和中國臺灣是其主要的申請國/地區。KrF 光刻膠行業發展初期主要是日本和美國，1997 年后韓國也躋身其中。2007 年后，美國、韓國的企業相繼退出，被日本彎道超車美國，占據了市

174、場上的絕對主導地位。中國介入該領域的時間較晚，整體技術發展具有一定的滯后性，目前仍處于發展期。日本、韓國、美國三大 KrF 光刻膠技術大國的專利布局在立足本土的同時，積極注重海外布局，在大陸和臺灣布局了大量的 KrF 光刻膠相關專利，對國內企業形成了合圍之勢，中國申請人的自主申請和海外布局意識有待提高。通過對 KrF 半導體光刻膠創新主體的分析可以看出，日本的信越化學、富士膠片、松下電器、住友化學、三菱公司、JSR、東京應化等專利申請最多，占據全球一半以上，韓國的 SK 海力士、三星電子以及美國的陶氏化學也是主要的創新主體，且日、韓、美等發達國家以及中國等半導體主要市場是全球熱點布局國家和地區

175、。從 KrF 半導體光刻膠技術發展路線來看，研究起源于 1980 年前后，在 20 世紀90 年代中后期進入成熟階段。主要是通過對成膜樹脂、酸致脫保護基團、光致產酸劑等光刻膠組分材料的研發和改性，提高 KrF 光刻膠的分辨率、對比度、敏感度及抗蝕性等性能。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊726.1.4.2 193nmArF 光刻膠當集成電路制造工藝發展到 90nm 節點時，ArF 光刻技術（193nm）逐步發展為主流技術。由于 KrF 光刻膠和 ArF 光刻膠主要都是化學放大型光刻膠，在專利技術上有著一定的交叉，因此 ArF 光刻膠的發展趨勢、地域分布乃至創新主體都與

176、 KrF光刻膠有著較大重疊。1982 年 ArF 光刻膠同樣是被美國 IBM 公司發明，日本的東京應化也在 2001年推出了 ArF 光刻膠產品，1995 年開始至 1997 年間 ArF 光刻作為可預見的下一代光刻技術，相關研發的熱度也是持續上升，隨后 ArF 光刻膠進入商業化，浸沒式ArF 光刻得到高度重視也使得 ArF 光刻膠技術坐穩了主流位置。2007 年至今年度申請量有所下降并趨于平穩，龍頭企業已經開始著手布局更小線寬的下一代極紫外 EUV光刻膠。日、美、韓更是積極布局，主要布局在日本、韓國、美國、中國臺灣、中國、歐洲專利局、德國和英國。ArF 半導體光刻膠的主要創新主體主要包括信越

177、化學、SK 海力士、富士膠片、陶氏化學、三星電子、住友化學、JSR、松下電器、日本電氣和東京應化，技術高峰期和布局策略并不相同。1995 年后日、韓、美逐步將研發重心從KrF 轉移至 ArF，三分天下齊頭并進。2004 年后日本率先攻克浸沒式 ArF 光刻，美韓兩國的技術布局受到嚴重擠壓，2010 年后日本企業基本實現了對 ArF 光刻膠的壟斷，而美國和韓國則在市場和資金的壓力下紛紛退場。我國介入該領域的時間較晚，2019 年之后大陸申請量才突破 10 件，與日本等國存在著一定的差距。6.1.5 半導體光刻膠前沿替代技術的發展情況本報告將半導體光刻膠的前沿替代技術分為 EUV 光刻技術、電子束

178、光刻技術，其中波長 13.5nm 的 EUV 光刻技術是半導體制造行業最有前景的解決方案。6.1.5.1 EUV 光刻膠EUV 光刻技術屬于較新的半導體先進技術，該技術專利申請趨勢呈現先緩慢發展（1984 年-2007 年）后快速增長趨勢（2008 年至今），專利申請原創國家/地區以及目標市場分布均呈現較為集中且一致的狀態，主要集中在日本、美國、韓國、中國臺灣和中國大陸。日本和美國均于 1984 年就開始涉足 EUV 光刻膠技術領域并持續至知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊73今，是涉足該領域最早的國家。90 年代中后期，日本積極布局，專利申請持續增長；21 世紀初期，

179、美國對 157nm F2 光刻技術高度關注，分散了其對 EUV 光刻膠技術的投入，導致 EUV 光刻膠的專利申請趨勢較為平均；韓國于 1991 年進入該領域，申請量持續超越美國，2009 年后關注中心在主流技術領域，申請量降低；中國大陸和中國臺灣于 20 世紀初進入該領域，兩者與日本和美國存在相當大的差距。專利申請人也呈現出較為集中的狀態，主要來自富士膠片（日本）、信越化學（日本）、SK 海力士（韓國）、JSR（日本）、東京應化（日本）、臺積電（中國臺灣）、陶氏化學（美國）、三菱公司（日本）、IBM（美國）和三星電子（韓國）等，日本仍在高端光刻膠領域占據半壁江山，而韓國和美國緊隨其后。6.1.

180、5.2 電子束電子束是微電子行業用于微納結構前沿開發不可或缺的光刻技術。專利申請量達3057 件，自 1996 年以來快速發展，尤其是在 2001 年專利申請達到峰值 146 件，隨后出現回落。電子束光刻膠行業發展初期主要是美國和德國，其中美國占據主導地位，1971 年日本開始進入電子束光刻膠專利領域，并從 1977 年開始超過美國，占據世界電子束光刻膠專利申請的主導地位。迄今為止，依舊是來源于日本的相關專利申請最多，占全球總量的 76.12%，其次為美國、韓國、德國及中國在電子束領域有一定的投入和產出。專利布局主要集中在日本、美國、韓國、EPO、中國等國家。電子束光刻膠的主要申請人有日本的富

181、士膠片、富士通、信越化學、日立公司、三菱公司、JSR、松下集團以及美國的 IBM 等公司，他們主導著國際電子束技術的走向，并在多個國家和地區進行了緊密快速的布局。全球主要申請人在中國市場的專利布局并不多，這可能是因為目前國內電子束光刻膠產業相對薄弱，尚未引起國外主要申請人的重視，因此國內企業必須積極開展研發工作，提前做好專利布局。電子束光刻膠的核心專利主要致力于提升電子束光刻膠的曝光敏感度、靈敏度和分辨率等，主要解決絕緣襯底電子束曝光的電荷積累、高寬比抗蝕劑圖形的坍塌與粘連、電子在抗蝕劑和襯底中散射造成的鄰近效應等問題。6.2 產業發展建議半導體光刻膠的研發創新既是國家戰略發展的重點方向，也是

182、實現半導體材料國產替代的重點領域，中興事件、日韓貿易戰也再一次凸顯了半導體光刻膠行業作為國知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊74家支柱性產業的重要性。在新一輪科技革命和產業變革重構全球創新版圖、全球經濟結構的大背景下，半導體光刻膠技術的攻關、突破與創新，實現半導體國產化比以往任何時候都更為重要、更為迫切。通過本報告行業調研與專利分析可以看到，全球光刻膠行業呈現寡頭壟斷格局，日本光刻膠公司領跑，盡管近幾年來國內半導體光刻膠整體實力發生了很大的突破，國內也涌現出一批具有原始創新能力的企業，但是由于起步晚，技術壁壘高、原材料高度壟斷、供應商認證和切換周期長等因素，現階段的國產

183、半導體光刻膠應用結構還較為單一，主要集中于中低端產品，高端光刻膠仍十分依賴進口。課題組在專利分析研究和實地調研的基礎上，提出如下積極建議，旨在促進產業加速發展。6.2.1 對國家政策的建議1.從國家戰略高度進行行業總體框架設計和產業標準體系規劃我國半導體光刻膠科學研究短板突出，關鍵核心技術受制于人的局面尚未得到根本性改變，政府要強化戰略導向和目標引導，在關鍵領域下大功夫，集合精銳力量，作出戰略性安排。建議從國家戰略層面加強半導體光刻膠領域的總體架構設計和標準化工作。開展半導體光刻膠產品標準體系頂層設計和系統規劃，準確理解行業的技術和業務接口，為行業的標準化做好組織規劃并制定相關標準。以此為基礎

184、的研發主體才能在統一的架構和標準體系下進行技術創新，并進一步刺激技術創新中產生的標準必要專利申請。2.切實推動半導體光刻膠領域產學研深度融合在 ArF 光刻膠、EUV 光刻膠等關鍵核心技術的專利布局中，我國的專利創新實力相對于日美國家存在明顯差距，表明我國在半導體光刻膠領域的技術創新水平不夠。與國外龍頭企業相比，我國半導體企業整體呈現“小散弱”狀態。加之光刻膠行業的技術壁壘較高，一旦企業缺少核心技術，將在光刻膠市場不具備創新優勢。突破關鍵核心技術，離不開“產學研”的密切合作。建議政府借鑒日本彎道超車美國的研發模式經驗，切實推動半導體光刻膠領域“產學研”深度融合。充分發揮政府職能作用，調動產業和

185、高校、科研機構等協同運作，組織各單位開展項目和研究情況交流，推動高校交叉學科建設、企業產學研協同發展及“高精尖”人才融合培養，能更加有效地促進創新要素的順暢流動，進一步釋放科學家、企業家創新活力，集中優勢研發力量，突破新型 EUV 光刻膠材料的研發，進一步縮短與國際上的發展差距。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊753.加強政策扶持力度，促進科技成果轉移轉化當前國內半導體光刻膠領域扶植政策難落地的問題，一方面，希望中央相關部委能夠主動協調地方政府，統一招商引資底線，引導地方政府加強對產業發展規律的認識，強化地方政府對國家半導體發展戰略的認同，在資金、稅收和土地優惠政策上

186、能夠為研發企業落實到位，為國家半導體產業的發展創造良好的發展環境；另一方面，充分發揮市場的基礎性作用，調動企業積極性，同時在項目審批、資金扶持，人才培養、知識產權服務、成果轉化等方面，加大政府引導和政策支持力度，搭建暢通專利維權快車道，引導創新主體在關鍵前沿技術領域加強專利布局，做好專利預警，推進半導體光刻膠科技成果轉移轉化。6.2.2 對半導體光刻膠行業的建議1.推進配套材料與工藝的研發，實現光刻膠技術的一體化發展光刻工藝及設備的落后和上游材料的短缺制約了國內光刻膠創新發展，因此，從光刻膠生產周邊設備與材料切入，推進光刻膠配套材料與工藝的研發，逐步解決光刻膠技術發展過程中存在的問題，也是目前

187、國內光刻膠技術創新發展的迫切需求。例如，光刻膠研究及生產過程中所涉及應用評價設備非常昂貴，普通企業沒有足夠的財力去承受如此高昂的費用，往往是光刻膠做出來后找不到做應用評價的地方。在中國半導體飛速發展中，缺少一個像 IMEC、SEMATECH 那樣有權威性和公信力的研發測試中心。由國家出面建立半導體光刻膠領域技術研發測試中心，將有效促進中國半導體行業的發展。此外，光刻膠上游材料嚴重依賴進口也制約了光刻膠產業的發展，迫切需要建立相應的產業聯盟，實現半導體光刻膠的上中下游企業優勢互補、分工協作、聯合發展、利益共享、共同推動產業快速發展，實現國產光刻膠技術的一體化發展，至關重要。2.集智攻關，布局核心

188、技術“專利池”半導體光刻膠領域具有較高的行業市場壁壘，基于核心技術的缺失和技術研發投入的不足，以及海外企業在我國強大的專利布局力度以及關鍵技術領域專利嚴重交織的狀況，都是阻礙我國半導體光刻膠行業發展的重要瓶頸和巨大障礙。20 世紀 70 年代，日本半導體材料企業的崛起過程映證了行業間協同合作的重要性。因此，我國半導體光刻膠行業可通過構建半導體光刻膠產業核心技術專利池，化整為零，在促進半導體光刻膠專利開放、許可，引導半導體光刻膠專利創造、運用、知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊76保護，降低行業研發成本，為各成員提供良好的合作平臺，實現優勢共享，推動行業技術進步的同時，也

189、能及時跟蹤且掌握國內外上下游全產業鏈的知識產權風險，及時作出知識產權預警。充分發揮專利“大數據”對外知識產權糾紛應對和談判，對內知識產權資源整合等方面的優勢，為技術創新保駕護航。6.2.3 對創新主體的建議1.聚焦市場需求，超前搶占前沿技術陣地通過分析日本、美國等國家的行業巨頭申請目標國家或地區可以得知，他們的專利布局主要集中在產品所針對的重要目標市場。尤其是日本，其雄厚的技術實力和敏銳的市場洞察力，一直以來緊跟全球半導體市場需求，在市場需求熱點領域，進行了較為全面的專利布局和市場搶占。當前，ArF 光刻膠材料是我國集成電路產業的關鍵材料，廣泛應用于高端芯片制造，能夠滿足目前國內市場上大多數集

190、成電路芯片的制造要求，國內市場對 ArF 光刻膠材料需求旺盛，加之 EUV 光刻膠是下一代光刻膠的研發重點。建議中國創新主體以市場需求為導向，積極圍繞上述市場熱點和前沿領域投入研發力量，大膽創新，力爭取得技術突破，在日美等國家尚未形成技術壟斷和專利壁壘前占領前沿技術的陣地，掌握未來發展方向的主動權。2.積極關注國外市場，圍繞技術發展方向進行前瞻式專利布局我國半導體光刻膠產業起步較晚，企業圍繞自身產品的專利布局基本面向國內市場，海外布局較弱，缺乏前瞻性國際市場戰略布局的意向。然而，中國是半導體光刻膠的全球重要目標市場國，國外企業在中國的專利布局較多，大多是巨頭公司所申請，專利申請質量很高，中國企

191、業及研究機構將來可能會遇到的專利壁壘也不容忽視?？v觀國外龍頭企業的海外布局路線可知，這些成功的企業多在成長初期就及早謀劃，提交本土專利申請的同時也同步進行了海外布局。中國企業不僅要重視國內市場，也要加強國外的專利布局意識。對于新興技術，我國企業在從事研發時也要注重對國外來華專利布局信息的收集、整理和分析，關注國外專利的技術方案和保護范圍，對潛在的專利侵權進行及時預警，從而避免在研發期間就落入侵犯他人專利的不利境地，提升自身風險防控能力。同時，國內企業也可根據自身研發優勢，在各個不同技術分支形成差異化研發布局，以便緩解半導體光刻膠行業的內部壓力，推動了半導體光刻膠行業的進一步發展。知識產權公共服

192、務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊77集成電路產業碳化硅技術專利分析研究報告江蘇省知識產權保護中心（江蘇省專利信息服務中心）江蘇省知識產權保護中心（江蘇省專利信息服務中心）中國專利技術開發公司中國專利技術開發公司原報告定稿時間：原報告定稿時間：20242024 年年 6 6 月月知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊78編寫人員名單課題負責人：課題負責人：王亞利 江蘇省知識產權保護中心 主任 正高工程師于家伶 中國專利技術開發有限公司 室主任 副研究員課題組成員：課題組成員：龔躍鵬 江蘇省知識產權保護中心 知識產權高級工程師鄧博遠 江蘇省知識產權保護中心安 宇中國

193、專利技術開發有限公司 分類員 副研究員呼海春 中國專利技術開發有限公司 分類員 副研究員劉 華中國專利技術開發有限公司 分類員 助理知識產權師宋 曉中國專利技術開發有限公司 分類員 助理知識產權師知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊79成果亮點本報告積極響應國家中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要技術研究，基于中國集成電路產業碳化硅技術現狀，結合企業、高校及科研院所的專利情況，對碳化硅技術的各技術分支進行了詳盡的分析，包括國內外專利申請趨勢、國內外專利申請區域分布及技術主題分布，及全球主要的創新主體。技術方面，選取了物理氣相傳輸法及

194、MOSFET 器件兩個關鍵技術要點進行了技術路線分析，同時基于現有的專利數據對未來的技術發展進行了預測。最后，基于各章節分析結果，從技術布局、技術創新、企業培育等三個方面對集成電路產業碳化硅技術提出相應建議。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊80第 1 章 碳化硅產業發展概述1.1 技術發展現狀由于在新能源汽車、5G 通訊、光伏發電、智能電網、消費電子、國防軍工、航空航天等諸多領域具有廣闊的應用前景，以 SiC 為代表的第三代半導體材料的重要性和戰略地位得到國內外的廣泛重視。下圖展示了按下游應用劃分的 2018-2028 年 SiC器件全球市場規模及預期市場情況。圖圖

195、1-1 按應用劃分的按應用劃分的 SiC 器件器件全球全球市場市場規模及預期規模及預期（單位：（單位：$M/百萬美元）百萬美元）1.1.1 碳化硅產業國外現狀歐盟委員會、美國能源部、日本新能源產業技術開發機構等發達國家和機構相繼啟動第三代半導體襯底及器件的多個發展計劃和研發項目，推動本國（地區）第三代半導體產業鏈發展，鞏固其在第三代半導體領域的領先地。全球發達國家和機構關于碳化硅的計劃/項目情況如表 1-所示。美國早在 1997年就制訂了“國防與科學計劃”，確立了發展寬禁帶半導體的目標；隨后美國又在2002 年啟動和實施了寬禁帶半導體技術計劃(WBGSTI)，成為加速提升 SiC 等寬禁知識產

196、權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊81帶半導體特性的重要“催化劑”；2014 年初美國成立了以 SiC 為代表的第三代半導體產業聯盟，并宣布將全力支持以 SiC 為代表的第三代半導體技術的發展，計劃主要針對下一代電子電力制造業。2022 年 8 月，美國芯片和科學法案正式成法生效，該法案提出采取給美本土芯片行業提供巨額補貼、給半導體和設備制造提供投資稅收抵免等一系列措施，以鼓勵企業在美國建廠。表表 1-2 全球發達國家和機構關于碳化硅的計劃全球發達國家和機構關于碳化硅的計劃/項目情況項目情況發展計劃發展計劃發布機構發布機構主要內容主要內容SWITCHES計劃美國能源部研制新型

197、寬禁帶半導體材料、器件結構以及制造工藝，提高能量密度，加快開關頻率，增強溫度控制，使電力電子技術成本更低，效率更高，降低電機驅動和電網電能轉換等應用的能量損耗，使得控制和轉換電能的方式發生重大變革NEXT 計劃美國國防部先進研究項目局研發能夠同時實現極高速度和電壓的氮化鎵器件制造工藝，滿足大規模集成要求SPEED 計劃歐盟委員會圍繞材料、外延、器件、應用等碳化硅全產業鏈，突破碳化硅器件技術，發展下一代碳化硅基電力電子器件，用于風力發電和新一代固態變壓器，器件耐壓目標 1.7kV 和 10kV 以上面向電力電子應用的大尺寸碳化硅襯底及異質外延氮化鎵材料項目歐盟委員會通過對 SiC 和 GaN 功

198、率電子技術的研發，攻關突破高可靠性且高成本效益的技術，使歐洲成為世界高能效功率芯片研究并商業化應用的最前沿MANGA 計劃歐洲防務局聯合德國、法國、意大利、瑞典和英國，強化歐洲碳化硅襯底和氮化鎵外延片區域內供應能力，降低對歐洲以外國家的依賴性，形成服務于國防工業的氮化鎵電子器件產業鏈實現低碳社會的新一代功率電子項目日本新能源產業技術開發機構通過資助富士電機、三菱電機、東京大學等機構，研發低成本碳化硅電力電子器件和功率模組，應用于新能源汽車、鐵路列車等領域SiC 開關器件研究德國聯邦研究部資助卡爾斯魯厄理工學院和相關合作伙伴開展 SiC開關器件研究，提升高頻電源能效，進而提高工業生產過程中的電源

199、效率，降低能源消耗與二氧化碳排放知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊821.1.2 碳化硅產業國內現狀我國在 SiC 領域的相關研究起步較晚，但通過一系列重大項目的快速推進，如科技部 863 計劃 2002 年啟動的“碳化硅單晶襯底制備”項目、2006 年啟動的“2 英寸以上半絕緣碳化硅材料與功率電子器件”項目、2011 年啟動的“高壓大容量碳化硅功率器件的研發”項目等，使得國內 SiC 行業快速發展。2016 年至今，中央和地方政府對第三代半導體產業給予了高度重視，出臺多項產業發展扶持政策。國務院及工信部、國家發改委等部門先后在產業發展、營商環境、示范應用等方面出臺政策

200、，進一步支持我國第三代半導體產業發展；科技部通過“國家重點研發計劃”共支持第三代半導體和半導體照明相關研發項目超過 30 項，涵蓋電力電子、微波射頻應用的多個應用領域，對第三代半導體基礎研究及前沿技術、重大共性關鍵技術、典型應用示范給予高度重視和重點支持；北京、江蘇、廣東等地方各級政府出臺多項產業發展措施和政策，引導和支持區域內第三代半導體產業發展。目前我國完善的基建配套、巨大的工程技術人員規模和市場容量已經培育出了在細分領域具有國際創新能力的半導體產品制造企業。半導體產業是資金密集、技術密集和人才密集的產業，國內半導體企業在政策引導、資金支持下，產能規模和制造技術均能保持穩定發展，半導體產業

201、鏈實現進口替代的趨勢不可逆轉。據 Yole 統計，2023 年中國功率碳化硅生態系統主要企業如圖 1-所示。碳化硅產業鏈各個環節國內企業均有涉足。從事襯底片的國內廠商主要有天科合達、天岳先進、爍科晶體、露笑科技、三安光電等；從事外延片生產的廠商主要有東莞天域、瀚天天成、三安光電等；從事第三代半導體器件的廠商主要有比亞迪半導體、華潤微等。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊83圖圖 1-3 2023 年中國功率碳化硅年中國功率碳化硅生態系統生態系統在器件層面，我國企業相對較晚進入市場。鑒于市場需求強勁，我國多個關于SiC 器件廠的項目正在推進，主要以首先生產 650V Si

202、C 金屬-氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）為目標，以滿足新能源汽車等領域需求。據集邦化合物半導體不完全統計，2023 年國內共有近 40 項 SiC 相關擴產項目啟動，其中不乏天科合達、晶盛機電、同光股份、科友半導體、南砂晶圓、泰科天潤、天域半導體、中車時代半導體、比亞迪半導體等國內頭部廠商的身影。從擴產內容來看，2023 年度 SiC 擴產主要圍繞原材料、襯底、外延、器件、設備等全產業鏈進行。1.2 全球市場主體及主導產品1.2.1 碳化硅襯底市場概況在碳化硅襯底方面，碳化硅襯底供應一直緊缺，為此龍頭企業大多與其供應商簽署了長期供貨協議來保障需求。國際碳化硅龍頭企業起步較早，產業發展

203、已較為成熟，上世紀 90 年代末，美國 CREE 公司（Wolfspeed 公司前身）已成功研制出 4 英寸碳化硅晶片，并于 2001 年成功研制首個商用碳化硅 SBD 產品。隨著碳化硅襯底和器件制備技術的成熟和不斷完善，以及下游應用的需求增長，國際碳化硅龍頭企業在保持技術和市場占有率的情況下，不斷加強產業布局，主要措施包括：（1）繼續擴大產能。如美國 Wolfspeed 公司斥資 10 億美元擴大碳化硅晶片生產能力；（2）加強知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊84與上下游產業鏈的聯合，通過合同、聯盟或其他方式提前鎖定訂單，如 Wolfspeed與 Infineon、S

204、T 等歐美主要第三代半導體下游企業簽訂長期供貨協議；（3）材料龍頭向下游擴張，如 Wolfspeed 代表的上游材料企業牢牢把控襯底的材料端優勢，并向下游器件、模塊制造延伸，拓展業務板塊、提高規模利潤。整體來看，國際半導體龍頭企業紛紛在碳化硅領域加速布局，一方面將推動碳化硅材料的市場滲透率加速，另一方面也初步奠定了未來幾年第三代半導體領域的研究創新格局。我國的碳化硅晶體研究從 20 世紀 90 年代末才起步，并在發展初期受到技術瓶頸和產能規模限制而未能實現產業化，與國際先進水平相比存在較大差距。進入 21世紀以來，在國家產業政策的支持和引導下，我國碳化硅晶片產業發展大幅提速，涌現出天科合達、天

205、岳先進等具有自主知識產權的碳化硅制造企業，打破了國內碳化硅晶片制造的技術空白，并逐漸縮小與發達國家的技術差距。目前，國內碳化硅晶片制造企業的部分產品在核心參數上已經達到國際先進水平，與海外 Wolfspeed、Coherent（原 II-VI）公司等國際龍頭企業齊頭并進。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊85表 1-4 展示了全球主要 N 型 SiC 晶片廠商 2021 年和（估算）2022 年收入情況。表表 1-4 全球主要全球主要 N 型型 SiC 晶片廠商晶片廠商 2021 年和年和（估算）（估算）2022 年年收入情況收入情況從中看出，全球碳化硅廠商行業集中度較

206、高。其中 Wolfspeed 是全球最大的碳化硅襯底制造商，2021 年市場占有率高達 47.9%；其次是 SiCrystal 和 Coherent公司。2022 年我國的天科合達(Tankeblue)和天岳先進(SICC)估算分別排名第四和第六位，具有較強的研究創新實力。1.2.2 碳化硅器件市場概況在碳化硅器件方面，海外企業由于占據先發優勢，在技術進展與產能規模上具備一定壟斷地位。市場份額由海外巨頭意法半導體（STMicroelectronics）、英飛凌(Infineon)、Wolfspeed、安森美(onsemi)、羅姆(ROHM)、Bosch 等廠商壟斷，如表 1-5 所示。其中最大

207、的碳化硅器件商為意法半導體，是特斯拉車載碳化硅器件的主要供應商，其次是英飛凌。全球 TOP6 占據 95%以上的市場份額。我國的廈門三安光電和臺灣漢磊公司(Episil)也進入榜單，分別排名第八和第九位。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊86表表 1-5 全球主要全球主要 SiC 功率器件廠商功率器件廠商 2021 年和年和（估算）（估算）2022 年年收入情況收入情況知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊87第 2 章 產業專利數據分析本章對碳化硅產業專利情況進行分析，數據檢索時間范圍是在 2024 年 4 月 1日（含）以前公開的發明和實用新型專

208、利。2.1 全球專利態勢分析圖 2-1 展示了碳化硅產業全球專利申請趨勢及國外專利申請趨勢。截至檢索截止日，碳化硅產業全球專利申請總量為 17534 項，國外專利申請總量為 10688 項。圖圖 2-1 碳化硅產業全球專利發展態勢碳化硅產業全球專利發展態勢從碳化硅產業全球專利申請趨勢來看，碳化硅產業發展經歷了三個重要階段：技術萌芽期、技術發展期、高速發展期。1952-1996 年為碳化硅產業發展的技術萌芽期。1952 年至 1974 年開始有零星專利出現，在 1975 年達到 11 項，1996 年達到 81 項。這段時期共產出 755 項知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業

209、分冊88專利，主要來自日本、美國和德國申請人，涌現了 Wolfspeed、通用電氣、日立公司、三菱公司、西門子公司等技術先驅企業。經過長達 40 多年的技術萌芽期，伴隨著碳化硅單晶生長技術、切割技術以及碳化硅器件制造技術的發展，碳化硅產業于 1997-2011 年進入技術發展期。碳化硅產業的年專利申請量由 90 年代末期的 114 余項躍升到 2011 年的 486 項。在技術發展期，日本專利申請總量達到 2511 項，占比 61.0%，占據絕對的技術主導地位；其次是美國，申請總量為 760 項，占比 18.5%。包括電裝公司、富士電機、三菱公司、住友公司、豐田公司在內的日本企業對碳化硅產業進

210、行了專利布局。碳化硅產業從 2012 年開始迎來全面爆發，進入高速發展期（2012-2023 年）。2012 年全球專利申請量為 602 項，2016 年增至 811 項，2019 年突破 1000 達到 1003 項，2023 年躍升至 1919 項，2012-2023 年平均增長率高達 11.1%。在高速發展期，中國申請的專利總量約占全球專利 48.8%，為全球碳化硅產業發展注入強勁動力。在高速發展期，國外碳化硅產業發展態勢相對平穩，專利申請量保持相對穩定。2.2 中國專利態勢分析碳化硅產業的中國專利申請量為 8921 件，其中發明專利申請量為 7297 件，占申請總量的 81.8%，實用

211、新型專利申請量為 1624 件，占申請總量的 18.2%，碳化硅產業中國專利授權量為 4987 件，專利有效量為 4308 件。從有效專利的維持時間分布來看，大部分專利集中在 2-9 年這個區間，共計 2818 件，占有效專利總量的65.4%。而超過 15 年的長壽命專利占比相對較少，僅 91 件，占比 2.1%。圖 2-展示了碳化硅產業中國專利申請趨勢及授權趨勢，可以看出，與全球專利申請趨勢基本保持一致。中國專利申請趨勢分為技術萌芽期（1990-2011 年）、平穩發展期（2012-2019 年）和快速發展期（2020-2023 年）。其中，中國碳化硅產業專利申請量由 90 年代初的 1 件

212、增至 2011 年的 82 件，2012 年突破百件，達到194 件，2023 年達到歷史峰值 1958 件。中國碳化硅產業專利授權數量，從 1992知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊89年的 2 件增至 2012 年的 99 件，2013 年突破百件達到 125 件，2023 年再創新高，達到 882 件。中國新能源汽車需求旺盛，帶動了國產第三代半導體的發展，能效更高的碳化硅功率器件供不應求。自 2020 年起，中國碳化硅產業專利申請量進入快速發展階段，年平均增長率高達 41.3%，表明中國在這一產業正迅速跟進國際步伐，積極布局，這與我國經濟的快速增長和國家在這一時期

213、陸續出臺一系列半導體技術支持政策文件是密切相關的，如“戰略性先進電子材料”重點專項 2020 年度項目、中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要、長江三角洲區域一體化發展規劃綱要、長三角 G60 科技走廊建設方案、工業和信息化部等六部門關于推動能源電子產業發展的指導意見等。圖圖 2-2 碳化硅產業中國專利申請及授權趨勢碳化硅產業中國專利申請及授權趨勢圖 2-展示了碳化硅產業中國專利各主要來源國的申請量分布。國內申請人專利申請量為 7067 件，占中國專利申請總量的 79.2%；國外申請人在華專利申請量為1854 件，占中國專利申請總量的 20.8%。其中，日

214、本在華專利申請量居首位，達1141 件，占所有國外在華專利申請量的 61.5%，顯示出日本高度重視在華專利布局。作為技術實力雄厚的工業強國，美國和德國在華專利申請量分別以 309 件、146 件占據第二、第三位。第四、第五位的韓國和意大利在華專利申請量相對較少，分別為105 件和 37 件。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊90圖圖 2-3 碳化硅產業中國碳化硅產業中國專利主要來源國專利主要來源國申請量分布申請量分布2.3 專利區域分布分析碳化硅產業全球專利申請來源于共計 52 個國家或地區，主要來源于中國、日本、美國、韓國、德國。由中日美韓德五個國家申請的專利總量達到

215、 16648 項，約占全球總申請量的 96.0%。其中，中國以 7039 項專利申請排在第一位，占全球申請總量的 40.1%。日本作為碳化硅產業的技術強國，其專利申請量達到 6755 項，占比達到 38.5%。美國以 1552 項排名第三，占比為 8.9%。韓國以 809 項排名第四，占比為 4.6%。德國專利申請量為 493 項，占比為 2.8%。整體來看，碳化硅產業全球專利申請國地域分布較為集中，主要來自中國和日本，由中、日兩國申請人提出的專利申請量占全球專利申請總量的 78.7%，其他主要專利申請來源國基本都是現代工業強國，如美國、韓國、德國等。圖 2-展示了碳化硅產業全球專利主要申請國

216、中國、日本、美國、韓國、德國的專利申請趨勢?？傮w來看，各國專利申請量均在穩步增長。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊91圖圖 2-4 全球專利申請量排名前五位的申請國全球專利申請量排名前五位的申請國/地區專利申請趨勢地區專利申請趨勢中國最早的碳化硅專利申請出現在 1996 年，之后逐漸有一些零星申請。增長趨勢緩慢的主要原因一是中國碳化硅產業整體發展緩慢，二是因為企業的專利保護意識還很薄弱，申請量不高。2010 年后，隨著碳化硅產業的迅速發展以及國內申請人專利保護意識的增強，中國的碳化硅專利申請量開始逐步上漲，從 2012 年開始呈現出快速增長的態勢，并在近十年得到了爆發

217、式增長。美國的碳化硅產業起步非常早，20 世紀六十年代初，美國開始對碳化硅材料進行深入研究，希望借此材料發展更先進的無線電設備。之后美國專利申請量便開始慢慢增長，進入 80、90 年代，隨著對碳化硅晶體生長技術的掌握，碳化硅的商業價值開始顯現，美國申請人的專利申請量開始加快增長。日本的碳化硅產業起源于 20 世紀70 年代，雖然起步稍晚于美國，但其發展非常迅速，經過十年的發展，其專利申請量已趕超美國，特別是 2000 年之后，增速非?？?，在 2017 年之前一直處于全球申請量第一的位置。2018 年之后日本的專利申請量稍有回落，但在全球專利布局中仍處于優勢地位。韓國在碳化硅產業的發展相對較晚，

218、約在 2003 年后開始穩步增長。德國的碳化硅產業專利申請時間相對較早，但一直都增幅不大，發展相對平穩?？傮w來看，碳化硅產業技術歷史悠久，雖然中國起步較晚，但近十年發展迅速，知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊92專利申請量高居榜首；美國、日本在碳化硅產業起步較早，現階段發展略有放緩，但技術和市場基礎仍非常強大；德國在碳化硅產業起步較早，韓國雖起步較晚，但兩國發展趨勢相似，多年來發展相對平穩，處于穩中有升的態勢。碳化硅產業下設三個二級技術分支，分別為碳化硅襯底、碳化硅器件和應用。圖2-展示了各申請國在二級分支下的專利申請量，由圖中氣泡大小可以看出：中國在碳化硅襯底和應用領

219、域的專利申請量是最多的，分別為 3697 項和 342 項，在碳化硅器件領域方面的專利申請量稍遜于日本。圖圖 2-5 全球專利主要申請國全球專利主要申請國/地區二級技術分布地區二級技術分布日本在碳化硅器件和碳化硅襯底領域的專利申請量都比較多，分別為 4111 項和3095 項，尤其是碳化硅器件方面，專利申請量排名世界第一，碳化硅襯底領域的專利申請量稍遜于中國，排名世界第二，顯示出日本高度重視碳化硅產業的專利布局。美國在碳化硅襯底、碳化硅器件和應用領域的專利申請量均排名世界第三，創新實力突出。韓國和德國在三個二級分支下的專利申請占比分別排到了全球申請總量的第四、第五名，但相較于排名世界前三的中國

220、、日本和美國，其在專利申請量上有較大的差距。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊932.4 專利技術主題分析如表 2-所示，碳化硅產業全球專利申請總量為 17534 項，主要分布在碳化硅器件（9937 項）、碳化硅襯底（8263 項）、應用（554 項）三個二級技術分支下，其中，碳化硅器件專利申請量最多，占比達 56.7%。在所有三級技術分支中，碳化硅器件技術分支下的器件分支的全球專利申請量最多，達到 6190 項；在所有四級技術分支中，碳化硅器件技術分支下的絕緣柵場效應晶體管技術分支全球專利申請量最多，為3045 項。表表 2-6 碳化硅產業全球專利技術分布碳化硅產業全

221、球專利技術分布單位：項知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊94一級專利申請量二級專利申請量三級專利申請量四級專利申請量物理氣相傳輸法2687高溫化學氣相沉積法1076液相法585其他生長工藝及設備755襯底切割500襯底研磨343襯底拋光364襯底退火307化學氣相沉積外延2170分子束外延303液相法外延191其他外延工藝及設備301肖特基二極管759PIN二極管174絕緣柵場效應晶體管3045絕緣柵雙極性晶體管86高電子遷移率晶體管696集成器件1283其他分立器件899離子注入1366刻蝕1208柵極氧化290金屬化1115器件封裝24422442逆變器276276

222、電力變壓器5050功率放大器4343DC-DC轉換器6868整流器123123碳化硅產業17534碳化硅襯底碳化硅器件應用82639937554晶體生長襯底加工襯底外延器件關鍵工藝48081305257261903507對于碳化硅襯底分支，全球專利布局主要集中在晶體生長和襯底外延，且晶體生長優勢明顯，其申請量約是襯底加工申請量的 4 倍。在晶體生長下的細分領域，物理氣相傳輸法是全球申請人的重點關注對象，占晶體生長申請總量的一半以上。在襯底外延下的細分領域，化學氣相沉積外延優勢明顯，在襯底外延中占比高達 84.4%。在襯底加工下的細分領域，襯底切割、襯底研磨、襯底拋光、襯底退火四個四級技術分支占

223、比均衡。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊95碳化硅器件分支是碳化硅產業的重要組成部分，近些年受到了全球申請人的持續關注。在該分支下的細分領域中，器件、關鍵工藝、器件封裝三個三級技術分支呈現了良好的發展態勢。1987 年，Cree 公司申請了一項重要專利，該專利導致了碳化硅基 MOSFET（絕緣柵場效應晶體管）的發明，其是碳化硅器件發展的一個重要里程碑。在接下來的二三十年間，全球碳化硅器件的申請數量呈現爆發式增長，而絕緣柵場效應晶體管的申請量以明顯的優勢穩居第一位，是全球申請人研究的熱點。在器件分支下的細分領域中，除了占絕對優勢的絕緣柵場效應晶體管外，集成器件、其他分立

224、器件、肖特基二極管和高電子遷移率晶體管分別以 1283 件、899 件、759 件、696 件的申請量占據第二至第五位，PIN 二極管和絕緣柵雙極性晶體管的申請量占比較少。在關鍵工藝分支下的細分領域中，離子注入、刻蝕、金屬化三個四級分支的占比相對均衡，柵極氧化的占比較少。器件封裝的全球專利申請量為 2442 件，在碳化硅器件分支的三個細分領域中排名最后。在碳化硅應用的下級技術分支中，逆變器的專利申請量最多，其次是整流器，而電力變壓器、功率放大器、DC-DC 轉換器的申請量相對較少。2.5 專利申請人分析對碳化硅產業全球專利數據進行擴展同族合并。表 2-示出碳化硅產業全球申請量前 20 位申請人

225、情況。從申請人類型來看，前 20 位申請人中有 17 家為企業，顯示出該領域最主要的創新主體是企業。作為研發生產活動的直接參與者，企業通過專利申請體現了其技術研發實力。從申請人所在國來看，前 20 位申請人有 13 位來自日本，并且前 5 位均為日本申請人，顯示出日本在碳化硅產業具有突出的技術優勢。此外，還有 5 位申請人來自中國，來自美國的 Wolfspeed 公司、來自德國的英飛凌也進入榜單。作為一家超大型集團企業，日本的住友公司在碳化硅產業的專利申請量達 998 項，近五年申請量達 248 項，申請量和近五年申請量均位列全球第一；在碳化硅襯底和碳化硅器件分支的申請量分別為 462 項和

226、633 項，亦均位居榜首，技術優勢明顯。另知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊96外四家日本企業三菱公司、電裝公司、富士電機和豐田公司的申請量分別為 673 項、642 項、527 項、477 項，依次位列第二至第五，處于第二梯隊。作為唯一一所上榜的高校，西安電子科技大學專利申請量達 426 項，位列全球第六和國內第一，展現了一定的科研實力。我國的三家企業中國電科、山東天岳和三安光電專利申請量分別為354 項、276 項、172 項，依次位列全球第 7、第 13 和第 19。這三家中國企業近五年申請量占比均超過 50%，其中三安光電近五年申請量占比更是高達 79.1%，顯

227、示出很高的創新活躍程度。表表 2-7 碳化硅產業全球申請量碳化硅產業全球申請量前前 20 位位申請人申請人1單位：項碳化硅襯底碳化硅器件應用住友公司9981日本24824.8%4626336三菱公司6732日本12017.8%14955610電裝公司6423日本13621.2%3153445富士電機5274日本19136.2%684905豐田公司4775日本8417.6%2972020西安電子科技大學4266中國18042.3%1373573中國電科3547中國20457.6%1622183昭工電工3318日本10130.5%307340中國科學院3229中國11034.2%1871762日立

228、公司31310日本4514.4%702554日本制鐵公司28111日本10.4%268240Wolfspeed公司28012美國6623.6%10119810山東天岳27613中國14552.5%27430東芝公司26714日本2710.1%5621212英飛凌24315德國16166.3%292255日本產綜研22716日本208.8%731642羅姆公司21917日本15570.8%571697松下集團20918日本00.0%811371三安光電17219中國13679.1%150260迪斯科公司14220日本6847.9%138450申請人所在國申請量技術分支排名近五年申請量近五年申請量

229、占比值得注意的是，有 7 位日本申請人近五年申請量占比低于 20%，顯示出較低的知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊97創新活躍度；其中日本制鐵公司近五年僅申請了 1 件碳化硅專利，而松下集團近五年更是未提出碳化硅專利申請，這表明日本制鐵公司和松下集團可能已逐漸放棄碳化硅產業的研發。公開資料顯示，松下集團已于 2019 年 11 月宣布退出半導體市場，并將旗下的相關工廠、設施及股份轉讓給中國臺灣企業新唐科技。此外，日本制鐵公司于 2017 年將其 SiC 業務出售給昭和電工，所持有的碳化硅晶體生長專利亦轉讓于昭和電工。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業

230、分冊98第 3 章 重點技術分析3.1 物理氣相傳輸法技術路線分析物理氣相傳輸法（PVT）是目前最為廣泛采用的 SiC 長晶方式，PVT 法是將 SiC源粉在高溫下升華出 Si、SiC、SiC2、Si2C 等組分，在籽晶表面凝結生長。SiC 粉體作為合成和生長單晶的原料會直接影響單晶的質量和電學性質，如何降低在生長過程中的組分偏析、降低粉料的雜質含量和提高輸運性能是粉源制備和前處理重要目標。1984 年，日本的太平洋公司采用 SiC 和 Si 粉混合形成富硅原料作為PVT 法生長 SiC 單晶的原料，以降低生長過程中的組分偏析(JP59217697A)。山東天岳將其發展為在生長腔室中設置盛硅的

231、容器以實現硅補足(CN109234805A)。SiC粉料的制備方法對粉料中的雜質含量有著直接的影響，普利司通采用有機碳和有機硅合成 SiC(US5863325A)。日本的皮拉工業采用超細二氧化硅顆粒與超細碳顆粒反應生成 SiC(US20020020342A1)，之后美國的 Cree 公司利用硅源和烴反應生成SiC(US20070056507)、普利司通采用 CVD 法制備 SiC(WO2008056761A1)。在 SiC 粉料粒徑的選擇上，日本的電裝公司發現粉末原料在升華過程中，由于溫場的差異導致整個原料區域的升華不均勻，于是在粉末原料中的設置了大顆料原料(JP2000007492A)。隨后

232、電裝公司進一步研究了不同區域溫場的差異與不同粒徑原料的升化差異，將不同粒徑的原料進行分區設置(JP2009051702A)。研究者們進一步深入研究原料性質與單晶質量之間的關聯，如韓國的東本義大學對原料粉末密度進行優化選擇(KR1020110108896A)、日本的太平洋水泥對原料粉末的粒徑大小進行設置(JP2016030719A)、住 友 公 司 選 擇 不 同 空 隙 率 的 粉 末 原 料 分 區 放 置(JP2021014385A)等。2009 年起德國硅晶股份公司開始研究在坩堝內設置可插入隔板的隔離區，利用隔板使原料在升華輸運的路徑上被純化以使單晶尺寸易于增大(DE1020090161

233、32)。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊99美國的 II-VI 公司將其發展為在坩堝中部設置具有不同誘導性能的分隔板，以過濾掉不需要的原料氣氛(CN104246023A)。北京天科合達則在原料上覆蓋一層耐高溫且化學性能穩定的磁化物粉末層以減少晶體中的包裹物(CN105734671A)。坩堝內晶體的生長區域有限是限制單晶尺寸增大的一個重要影響因素，對此，中國科學院物理研究所將籽晶固定的籽晶蓋設置為可升降由此保持晶體生長面與坩堝中原料之間的溫度差不變以增大單晶的尺寸(CN1544715A)。隨后，哈爾濱奧瑞德光電(CN207608656U)、昭和電工(CN11118808

234、9A)等進一步研究籽晶升降裝置結構的改進。山東天岳將其發展為從原料角度增大生長區，將原料承載裝置設置為可升降(CN110055583A)。對于碳化硅晶體，不同的生長方向生長速度不同。生長面的選擇和設置不僅關系到晶體的質量還關系到晶體的尺寸。最早 1989 年，西門子公司選擇(0001)極性軸作為籽晶的生長面(DE3915053C2)。1997 年，豐田中央研究所將與 c 軸的夾角為20-55之間的面設置為生長面，由此降低晶體缺陷增大晶體尺寸(JPH09087086A)。2005 年，Cree 公司進一步研究晶體的 c 軸與熱梯度的方向形成 0-2夾角的同時，將生長方向與熱梯度方向形成 70-8

235、9.5的夾角以提高晶體的質量和尺寸(CN101027433A)。2008 年，普利司通則將籽晶的生長面具有預定曲率的凸形，且與(0001)面具有預定的偏角以降低晶體的微管和螺旋位錯(JP2010126380A)。籽晶表面的形貌和結構對晶體的微管和缺陷數量有著直接的影響。2000 年，日本制鐵公司在籽晶的表面設置凹槽以降低晶體的缺陷(JP2002121099A)。2011 年，日本制鐵進一步在籽晶表面設置多個中空部，每個中空部在晶體生長表面側上具有開口，連接開口的圓周上的任意兩點的長度2mm(JP2012176867A)。在得到大尺寸籽晶方面，將小尺寸籽晶進行拼接是主流的研究方向。2016 年，

236、河北同光利用小尺寸籽晶進行拼接后黏貼到籽晶托上，最終能夠生長得到直徑為150mm 的晶棒(CN106435732A)。2019 年，山東大學將小籽晶進行拼接、磨削后進行側向外延和表面外延后作為籽晶進行碳化硅單晶的生長，可生長得到 8 英寸及以上的碳化硅籽晶(CN110541199A)。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊100碳化硅單晶生長時的溫度、壓力、溫度梯度、氣體供應等參數的設置對于沉積晶體的均勻性、結晶性及缺陷性質有著直接的影響。2001 年，美國 WHITE FOX 為了控 制 晶 體 中 缺 陷 生 長 而 先 使 籽 晶 橫 向 生 長，而 后 轉 換 成

237、軸 向 生 長(US20020023581A1)。同年，日本制鐵為降低缺陷而將生長溫度和壓力降低進行晶體的生長(JP2002274995A)。2004 年，豐田中央研究所通過控制籽晶表面不同區域的反應氣體的濃度以控制螺旋位錯的產生區域，由此實現螺旋位錯區域的控制生長(US20050211156A1)。2013 年，日本制鐵將生長工序分為三個階段，生長溫度不變，調控第一階段和第三階段的壓力為 0.13kPa-2.6kPa，第二階段的壓力為2.6kPa-65kPa，并設置三個階段的生長時間以控制生長厚度，能夠使螺旋位錯在生長的前階段向外排出進而降低晶體中間區域的螺旋位錯(CN104704150B)

238、。2017 年，山東大學將生長分為兩個階段，第一階段降壓升溫生長，第二階段升壓保溫生長以此降低單晶中的碳包裹缺陷(CN107385512A)。同年，中科鋼研節能科技將生長工序分為 6 個階段，升降調節各階段的生長壓力參數，進而得到大尺寸、高質量的碳化硅單晶(CN106894089A)。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊101圖圖 3-1 物理氣相傳輸法技術路線圖物理氣相傳輸法技術路線圖知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊1023.2 MOSFET 器件技術路線分析SiC 絕緣柵場效應晶體管（MOSFET）利用了碳化硅半導體材料的優越物理性質，如寬帶

239、隙、高熱導性、強電場耐受力和高電子遷移率，相較于傳統的硅材料，SiCMOSFET 能夠在更高的操作溫度下工作，提供更高的電壓和電流承受能力，以及更快的開關速度，這些特性使其在電力電子領域中扮演著日益重要的角色。中國在“十四五”規劃和 2035 年遠景目標中明確提出要持續推進科技創新，尤其是推動半導體材料和器件技術創新和產業布局優化。此舉旨在減少對外部核心技術的依賴，加快構建具有創新能力的產業體系。政府通過投資研發、設立創新平臺、提供稅收優惠和財政補貼等措施，支持碳化硅等寬帶隙半導體的產業化進程。此外，面對國際技術貿易壁壘和供應鏈安全挑戰，自主研發 SiC MOSFET 的意義更加突出。國產化的

240、 SiC MOSFET 能夠提供一條從材料制備到器件封裝的完整供應鏈，降低成本，增強產業鏈抵御外部風險的能力。此舉不僅符合國家戰略需求，同時也推動了相關產業的升級和轉型，助力國家在全球半導體產業中的戰略重塑。SiC MOSFET 的發展歷史相當長遠，全球 SiC 產業龍頭 Wolfspeed 的前身Cree 公司的創始人之一 John Palmour 早在 1987 年就申請了一項涉及在 SiC 襯底上生成 MOS 電容器結構的專利（US4875083A），這項專利后來被視為促成SiCMOSFET 誕生的關鍵。夏普公司的 Yoshihisa Fujii，Akira Suzuki 和 Katsu

241、ki Furukawa 在 1991 年提交的專利申請 US5170231A，描述了一種具有不對稱源/漏電導率的 SiCMOSFET，可以提高源極區和漏極區之間的擊穿電壓，并且顯著降低漏電流和導通電阻。1992 年美國北卡羅萊納州立大學提出專利申請 US5233215A，其終端區域形成終端溝槽，溝槽中共形地沉積絕緣襯層并填充多晶硅以形成浮空場環，這樣的結構可避免采用耗時的高溫擴散工藝來形成浮空場環。由于 SiC 材料中雜質的擴散系數比知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊103在 Si 中要小很多，因此對于 SiC 功率器件而言，這樣的結構能夠極大地改善工藝，簡化 SiC

242、功率器件的制備過程。1995 年，日本富士公司申請了專利 JP09036359A 提供一種 SiC 垂直場效應管，其在第一導電類型源區表面層的一部分上形成具有高濃度雜質的第二導電類型基底層，實現了不會引起柵極絕緣膜的絕緣擊穿，雪崩耐量大，導通電阻小的目的。1997 年，J.A.Cooper 團隊申請了關于 SiC UMOS 的專利 US6180958B1，晶體管具有與源極和漏極相反導電類型的溝道區域，可以保護該溝槽氧化物不受施加到漏極的大電壓的降解或擊穿效應。1998 年，Cree 公司申請了專利 US6107142A，其通過深注入和橫向擴散制造碳化硅橫向功率 MOSFET 的方法，克服了淺注

243、入無法形成良好控制的溝道的問題。1999 年，美國北卡羅萊納州立大學申請了專利 US6313482B1，其在溝槽中形成第二導電類型的均勻摻雜的碳化硅電荷耦合區，電荷耦合區與漂移區形成 p-n 整流結，漂移區和電荷耦合區都以相當且相對高的凈多數載流子摻雜濃度(例如 11017cm3)均勻摻雜，使得當阻擋反向電壓時漂移區和電荷耦合區都可以基本上均勻地耗盡。2004 年，Cree 公司申請了涉及垂直碳化硅 MOSFET 的專利 US7118970B2，通過形成第一導電類型的混合碳化硅阱區來制造碳化硅金屬氧化物半導體(MOS)柵控器件，溝道區兩側的 PN 結可以在關斷狀態下屏蔽 MOS 區免受高電場的

244、影響，這導致與諸如 UMOSFET 的溝槽器件相比更高的器件可靠性。2000 年之后，MOSFET 中出現利用 SiC 特定材料性質的技術改進，即載流子沿著特定晶面流動具有較大的遷移率，因此通過選擇特定晶向的 SiC 襯底并采用特定的刻蝕方法，可以形成具有特定晶向的溝道平面，如此形成的 SiC 功率器件具有較大的載流子遷移率。例如，2001 年日本關西電力株式會社申請專利 JP2002261275A，其柵絕緣膜位于 4H 型 SiC 的03-38晶面上，其相對于03-38晶面的偏離角范圍在 10以內，相比于傳統的 SiC 功率器件所采用的0001晶面，03-38晶面上的載流子具有更大的遷移率，

245、高達 100-120 cm2/Vs，因此，溝槽層位于03-38知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊104晶面上的 SiC MOSFET 功率器件在導通電阻、驅動電流方面均具有極大的優勢。受該專利的啟發，2011 年日本國立大學奈良研究所申請專利 WO2012026089A，其柵絕緣膜位于 SiC 相對于1120晶面具有偏向000-1晶面約 10-20范圍的晶面上，在該晶面上其電子遷移率相對較高，并且界面態密度也進一步降低，因此可以進一步提高電子遷移率，最終器件的載流子遷移率可以達到 90 cm2/Vs 甚至更高，進而也能夠降低 SiC 功率器件的導通電阻并增大驅動電流。2

246、003 年，S.H.Ryu 申請的專利 US20040119076A1 中介紹了一種 SiC 垂直雙注入 MOSFET(DIMOSFET)，其在漂移層和第一 P 型碳化硅區域的底面之間設置N 型碳化硅限制區域，解決了在 P 阱和 N 阱處形成耗盡區，間隔物注入不延伸超過P 阱區，并且不顯著降低 JFET 電阻的問題。2009 年，三菱公司申請了專利 JP2011049267A，其在基區和漂移層之間形成n 型高濃度層，高濃度層的雜質密度高于漂移層的雜質密度，電流路徑的寬度變大，載流子遷移率提高。2010 年，Cree 公司申請了專利 US20110254010A1，通過在柵電極下方形成重摻雜 p

247、 型硅區，使 UMOSFET 表現出非?？斓拈_關速度；重摻雜 p 型硅區可以在器件生長過程中形成和摻雜，因此降低了制造成本，通過柵氧化層中較低的電場水平提高了器件穩定性。在降低柵氧層電場方面，2011 年，羅姆公司申請了專利 JP2012178536A，其導電類型的耐壓維持區選擇性地形成為與側壁和底壁相交，從而可以抑制半導體器件的介電擊穿。2014 年，三菱公司申請了專利 WO2014122919A1，其溝槽底部配備有保護擴散區，可以緩和溝槽底部的柵介質膜的電場。SiC 功率器件在實際運用中由于 SiC 材料的寬禁帶特性，會使得 SiC MOSFET的體二極管導通的電壓比較高，寄生的體二極管為

248、一種少子器件，當其導通時候，會存在有空穴注入效應，向漂移區注入空穴。而關斷過程中，由于無法快速及時的回收漂移區中的空穴，會降低器件的反向恢復特性，且體二極管存在有雙極退化的現象。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊105所以通常在實際運用中需要反向并聯一個肖特基二極管作為續流二極管，但這會增加電子電路系統中的雜散電感，帶來了不必要的能源消耗且增加系統的體積，不利于電路的集成。2016 年，Huaping Jiang 等人申請專利 GB2569497A，其將肖特基接觸內嵌集成到分離柵極 MOSFET 的頸區結型場效應區(JEFT)中。以肖特基二極管作為器件的續流二極管，同時

249、在其下方形成高濃度 p 型屏蔽區來減少泄露電流。經仿真研究，該種集成了肖特基接觸的分離柵極 MOSFET 由于減少了柵極漏極耦合面積，該結構的柵漏耦合電荷(Qgd)得到了降低，由于內部集成了 SBD 作為續流二極管，不需要在電路中反向并聯其他肖特基二極管作為續流二極管。該結構的第三象限導通電壓從 2.8V降低到了 1.3V，同時器件的開關能量損耗得到了降低。同年 2016，香港科技大學 Jin Wei 等人在專利 GB2548126A 中描述了一種集成 垂 直 溝 道 與 水 平 溝 道 的 雙 溝 道 MOSFET 結 構(TP-MOS)，相 比 于 傳 統 的VDMOSFET 結構，由于溝

250、道密度的增加，其導通電阻從 3.13mcm2降低到了2.35 mcm2。同時，相比于傳統的 UMOSFET 結構，由于氧化層底部受到其下方的 p-base 區的保護，柵氧化層的電場得到了降低，避免了其過高的電場聚集。另外，由于柵極和漏極之間的耦合被其頂部的 p-base 區和下方的 p-base 區所抑制，TP-MOS 具有比 VDMOSFET 與 UMOSFET 都要低的柵漏電容，其高頻優值（high-frequency figure of merit,HF-FOM）為 341mcm2，得到了巨大的改進。2017 年，英飛凌(infineon)公司在專利 DE102017128633A1 中

251、披露了一種具有非對稱的溝槽結構。該結構僅左側 p 型基區形成強反型層，柵極右側及下側通過重離子注入形成高濃度的 P 型屏蔽區用于降低溝槽拐角處的電場強度，避免柵氧擊穿。由于只形成了單側的溝道，該結構的飽和電流較小，提升了器件的抗短路能力。2018 年，美 國 電 力 學 會 Kijeong Han，B.Jayant Baliga 等 人 在 專 利US10355132B2 中披露了一種緩沖柵 VDMOSFET，該結構將傳統結構中的柵極減短，形成分離柵極，將 p+屏蔽區長度進行了擴展，并在其上側進行高濃度的 n 型離子注入來降低導通電阻。該結構既有良好的動態性能，又保持了比較低的電阻，工藝知識產

252、權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊106制作上也較為容易，由于 P+屏蔽區對柵極進行了有效保護，緩解了柵極處的電場強度，是一種比較適合高頻狀況下運用的 MOSFET 器件。2019 年，重慶大學的安俊杰、胡盛東等人在專利 CN109768090A 中披露了一種在溝槽內集成異質結二極管，再在其上通過回刻工藝形成柵極的 UMOSFET 結構。這種結構不僅增大了擊穿電壓，而且由于 HJD 近似于 SBD 的特點，其第三象限導通電壓得到了降低，并證明了異質結二極管的導通可以抑制寄生的體二極管導通，左側的深 P+區使得電場分布較為均勻，減少了異質結處的泄漏電流。與常規結構相對比，該結構

253、的柵漏電荷和開關損耗分別降低了 52%和 39.1%。2021 年，湖 南 大 學 的HengyuYu,ShiweiLiang 等 人 在 專 利CN112349781A 中首次在 VDMOSFET 中集成有 n+型多晶硅與 n 型 SiC 所形成的異質結二極管(HJD-MOSFET)。通過研究發現該 n+型多晶硅與 n 型 SiC 所形成的異質結界面具有比 p+型多晶硅與 n 型 SiC 所形成的異質結二極管具有更低的勢壘高度，具有更低的第三象限導通電壓和更好的反向恢復特性。經過仿真研究，p 型屏蔽區形成的 JEFT 效應可以有效降低了異質結處的泄露電流，使得 HJD-MOSFET 可以達到

254、 1328V 的擊穿電壓。同時所研究的器件結構具有更低的柵漏電荷(Qgd)和反向傳輸電容(Crss)，預示著該結構更適合在高頻狀態下工作。2022 年，三菱公司申請了專利 JP2022078997A，在具有內置肖特基二極管的SiC-MOSFET 中，雙極電流可以在形成于終端部分的第二阱區中通過，以降低終端部分的擊穿電壓。在具有內置肖特基二極管的 SiC-MOSFET 中，在形成于終端部分中的柵焊盤下方的第二阱區上提供與第二阱區形成諸如肖特基連接的非歐姆連接的源極。通過在第二阱區和源電極之間沒有歐姆連接，在端子部分抑制了擊穿電壓的降低。圖 3-為碳化硅絕緣柵場效應晶體管（MOSFET）的技術路線

255、圖，體現了其近 30多年的發展情況。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊107圖圖 3-2 絕緣柵場效應晶體管（絕緣柵場效應晶體管（MOSFET）技術路線圖）技術路線圖知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊1083.3 未來技術發展預測對碳化硅產業各級技術分支，從整體申請趨勢、國家/地區申請熱點、重點申請人研發熱點、協同創新熱點、專利運營熱點（專利訴訟、專利許可、專利轉讓、專利質押）等方面進行進一步分析，綜合評價各個技術分支的發展趨勢，如表 3-3 所示。表表 3-3 碳化硅產業發展方向分析碳化硅產業發展方向分析一一級級技技術術分分支支二級二級技術技術

256、分支分支三級三級技術技術分支分支四級技術分四級技術分支支整體整體申請申請趨勢趨勢國家國家/地區地區申請申請熱點熱點重點重點申請申請人研人研發熱發熱點點協同協同創新創新熱點熱點專利運營熱點專利運營熱點總總分分結結論論專專利利訴訴訟訟專專利利許許可可專專利利轉轉讓讓專專利利質質押押碳化硅碳化硅襯底晶體生長物理氣相傳輸法0.8高溫化學氣相沉積法0.4液相法0.6其他生長工藝及設備0.25襯底加工襯底切割0.05襯底研磨0.2襯底拋光0.4襯底退火0.4襯底外延化學氣相沉積外延0.55分子束外延0.2液相法外延0.6其他外延工藝及設備0.2碳化硅器器件肖特基二極管0.2知識產權公共服務機構信息服務成果

257、共享報告集信息技術產業分冊109一一級級技技術術分分支支二級二級技術技術分支分支三級三級技術技術分支分支四級技術分四級技術分支支整體整體申請申請趨勢趨勢國家國家/地區地區申請申請熱點熱點重點重點申請申請人研人研發熱發熱點點協同協同創新創新熱點熱點專利運營熱點專利運營熱點總總分分結結論論專專利利訴訴訟訟專專利利許許可可專專利利轉轉讓讓專專利利質質押押件PIN 二極管0.6MOSFET0.8IGBT0.8HEMT0.2集成器件0.2其他分立器件0.2關鍵工藝離子注入0.5刻蝕0.2柵極氧化0.6金屬化0.25器件封裝0.1應用逆變器0.2電力變壓器0.4功率放大器0.2DC-DC轉換器0.2整流器

258、0.2整體申請趨勢，反映的是該分支近五年（2019-2023 年）全球專利申請量的年增長率情況，分值 0.2 分。從表 3-3 可見，襯底外延分支中的液相法外延、器件分支中知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊110的 IGBT、關鍵工藝分支中的柵極氧化、應用分支中的功率放大器等技術的專利申請具有較高的活躍度，近幾年呈現快速增長趨勢，得到了更多關注。國家/地區申請熱點，反映的是近十年（2014-2023 年）中美歐日韓五局在某分支的申請量之和占該分支申請總量的比例，分值 0.2 分。多個技術分支都有大量專利在五局申請了專利，以確保在全球重要市場的知識產權保護。重點申請人研發

259、熱點，反映的是近五年全球專利申請量前十申請人在某個分支的申請量之和占該分支專利申請總量的比例情況，分值 0.2 分。重點申請人通常對市場需求有較為敏銳的洞察力，其研發熱點往往反映了市場的潛在需求。從表 3-可見，晶體生長分支中的物理氣相傳輸法和液相法，襯底外延分支中化學氣相沉積外延，關鍵工藝中的離子注入以及器件分支中的 PIN 二極管、MOSFET、IGBT 是重點研發方向。專利協同創新，反映的是近五年該分支涉及合作申請的專利申請量在該分支申請總量的比例情況，分值 0.2 分。協同創新可以通過整合多個主體的資源和能力，促進技術創新和知識產權共享，顯著提高研發效率和創新能力，推動產業技術進步和市

260、場拓展。協同創新熱點技術主要涉及物理氣相傳輸法、高溫化學氣相沉積法、液相法、襯底研磨、襯底拋光、液相法外延、PIN 二極管、MOSFET、IGBT、離子注入、柵極氧化、電力變壓器等。從專利訴訟、專利許可、專利轉讓、專利質押等多個角度綜合分析專利運營熱點，可以全面了解專利的實際應用和商業化情況，可以揭示專利的真實價值和市場動態，四種專利運營行為分值均為 0.05 分。專利運營熱點集中在物理氣相傳輸法、化學氣相沉積外延、MOSFET、離子注入、器件封裝等技術分支。從多個角度進行綜合分析，對各個技術分支進行賦分評定，總分超過 0.8 分的物理氣相傳輸法、MOSFET、IGBT 技術可以判斷為碳化硅產

261、業未來發展的重點方向；液相法、液相法外延、PIN 二極管、柵極氧化技術的總分均超過 0.6 分，是碳化硅產業未來發展的主要方向。綜合以上分析，碳化硅器件發展方向預測如下：高能效和功率密度。高能效和功率密度。隨著技術的發展，碳化硅器件將進一步提高能效，特別是在高電壓和高溫環境下的性能。這將使得 SiC 器件更加適用于電動汽車、可再生能源系統和電網應用。此外，功率密度的提高意味著相同體積的器件能承載更高的功率，使設備更加緊湊。集成化。集成化。對于碳化硅器件而言，集成化意味著可以在同一碳化硅襯底上集成更多知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊111的功率電子組件，如晶體管、二極管

262、和控制電路，實現更高的系統效率和更緊湊的設計。這對于需要高密度功率解決方案的應用領域尤其重要，例如在電動汽車和航空航天應用中。新型封裝技術。新型封裝技術。碳化硅器件由于其在高溫、高功率條件下運行的能力，封裝技術尤為關鍵。高效的封裝技術可以優化器件的熱管理，延長器件壽命，并減小整體尺寸。創新的封裝解決方案，是碳化硅器件封裝領域的重要發展方向。而應用方面，近五年的申請熱點主要集中在逆變器，尤其是橋式逆變器，申請量為 113 項；橋式逆變器因其高效的電力轉換能力和廣泛的應用范圍（如可再生能源系統和電動汽車），成為研究和開發的重點。此外，具有控制極的逆變器、多電壓輸出逆變器、單開關脈沖逆變器以及中性點

263、箝位逆變器等也顯示出其技術的深度和廣度，這些技術的發展反映了市場對更高性能、更可靠和更靈活電源解決方案的需求增長。除了逆變器技術，間接 DC-DC 轉換器和直接 DC-DC 轉換器也受到了相當的關注。間接 DC-DC 轉換器，通過一個中間 AC 階段有效地提高了電能的轉換效率和調節靈活性，特別適合于復雜的電力管理系統。直接 DC-DC 轉換器則因其簡化的轉換過程和高效率，在便攜式電子設備和電力密集型應用中被廣泛應用。逆變器的研究熱點凸顯了碳化硅在現代電網技術和可再生能源系統中的應用價值。碳化硅逆變器因其能夠處理更高的電壓和電流，同時保持效率和穩定性，已成為推動電力系統現代化和提高能源轉換效率的

264、關鍵技術。申請人對基于碳化硅的 DC-DC 轉換器也顯示出強烈的研究興趣，主要因為它們能夠提供更高的效率和更好的熱管理能力。碳化硅的出色熱導率和高溫性能使得這些轉換器在應對極端操作條件時顯示出較傳統硅基轉換器更好的性能表現，從而在航空航天、軍事及汽車應用中越來越重要。綜合以上分析，應用發展方向預測如下：智能化。智能化。碳化硅器件的應用將不僅限于提高現有系統的性能，還將使得智能電網和智能控制系統的開發成為可能。碳化硅器件能夠承受更高的電壓和溫度，使得它們成為實現這些先進系統所需的高效率和高可靠性的理想選擇。擴展應用。擴展應用。隨著碳化硅技術的成熟和成本的下降，其應用領域預計將繼續擴展。除了傳統的

265、能源轉換和運輸領域外，碳化硅器件可能會更多地被用于航空航天、軍事和高性能計算領域，特別是在需要高效散熱和高電壓處理能力的場合。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊112第 4 章 發展建議4.1 技術布局優化路徑建議加強科學規劃與政策扶持，優化完善碳化硅產業結構，促進產業鏈協同發展。加強科學規劃與政策扶持，優化完善碳化硅產業結構，促進產業鏈協同發展。目前我國碳化硅產業創新勢頭正盛，中國高質量發展的強勁動力引領碳化硅產業高速發展。但國內碳化硅產業起步較晚，產業鏈尚未完全形成，上下游配套不足，襯底外延、芯片設計、制造、封裝、測試以及應用等中下游環節缺乏頭部企業引領。建議結合當

266、前產業政策，加強新投資項目的科學規劃與監管，對碳化硅產業鏈中的關鍵領域和薄弱環節給予重點支持，如襯底外延、芯片設計、封裝等環節，協助企業清晰定位、高質量發展；同時，推動產業鏈不同環節的企業在技術研發、生產制造、供應鏈管理等方面進行深度合作，促進上下游企業之間的協同，實現資源共享和優勢互補，建立科學完善的碳化硅產業鏈結構。依托國家第三代半導體技術創新中心打造碳化硅產業全鏈條創新平臺，增強產業依托國家第三代半導體技術創新中心打造碳化硅產業全鏈條創新平臺，增強產業內生增長動力和創新能力。內生增長動力和創新能力。我國碳化硅產業發展仍處于初級階段，存在核心技術匱乏、迭代效率低、產業鏈協同能力不強等短板，

267、產業鏈潛在風險不斷暴露。建議依托國家第三代半導體技術創新中心這一優勢平臺，聯合省內具有技術優勢的高校、研究院所和企業共同參與，實現上中下全產業鏈全流程的基礎研究和應用技術開發，同時加速實驗室成果向產業化的轉移，促進產業鏈上下游企業協作，推動資源共享和技術互補。在自身技術研發以及專利儲備的基礎上，以高質量創新培育一系列碳化硅技術高價值專利，積極開展核心專利技術的國內外布局，構建具有高品質創新能力的碳化硅產業集群。4.2 技術創新、提升路徑建議健全以企業為主體、產學研深度融合的技術創新體系，開展關鍵技術攻關。健全以企業為主體、產學研深度融合的技術創新體系，開展關鍵技術攻關。建議充分利用國家第三代半

268、導體技術創新中心的優勢資源，以關鍵技術研發為核心使命，聯合省內具有技術優勢的高校、研究院所和行業龍頭企業，健全以企業為主體、產學知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊113研深度融合的技術創新體系，圍繞碳化硅產業鏈的創新需求，從碳化硅電子基礎理論、晶體生長、襯底外延、器件制備、系統應用等方面，加強關鍵核心技術攻關，致力于產出更多基礎性、前沿性、顛覆性技術成果，健全完善產業鏈上不足環節，為碳化硅產業發展提供源頭技術供給，防范和化解產業鏈風險。鼓勵企業自主研發，突破碳化硅襯底生產的技術瓶頸。鼓勵企業自主研發，突破碳化硅襯底生產的技術瓶頸。碳化硅襯底制備作為難度最大、技術含量最高

269、、價值占比最重的環節，是整個產業鏈的“壓艙石”。目前，國內碳化硅襯底的晶體質量依然較差，國內企業掌握產業核心技術能力不足的情況比較突出，是當前制約產業規模擴展的主要技術瓶頸。建議堅持“主抓襯底”的產業總體發展思路。鼓勵企業成立聯合技術迭代中心，合力加快對襯底量產工藝條件的研發和技術攻關，提高大尺寸襯底的量產效率和良率，加快推進 8 英寸導電型碳化硅襯底研發進度，持續提升 6 英寸襯底的量產能力，為中下游企業自主創新夯實基礎。參考表4-1，重視物理氣相傳輸法、液相法以及液相法外延重要技術分支的碳化硅襯底熱點技術方向，與該分支重要申請人開展技術合作和引進，促進碳化硅襯底技術研發進程。表表 4-1

270、碳化硅襯底分支熱門技術方向及相關申請人碳化硅襯底分支熱門技術方向及相關申請人三級技術分支三級技術分支四級技術分支四級技術分支熱點熱點/重點技術方向重點技術方向可關注的重要申請人可關注的重要申請人晶體生長物理氣相傳輸法提高晶體質量、更大尺寸、降低成本昭工電工、電裝公司、山東天岳、三安光電、同光半導體、江蘇集芯半導體液相法提高晶體質量、提高生長速度、降低成本豐田公司、山東天岳、樂金集團、青禾晶元、通威微電子有限公司、北京晶格領域半導體有限公司襯底外延液相法外延提高生產效率、提高質量、降低成本、提高厚度均勻性日本制鐵公司、東洋炭素、日本關西學院知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分

271、冊1144.3 企業培育招商路徑建議開展產業開展產業鏈鏈精準精準招招商，精準商，精準繪繪制產業制產業鏈招鏈招商商圖圖譜譜，形成形成招招商商目標目標企業清單企業清單。建議提升專業化招商水平，強化“政府+鏈主企業+產業園“的招商合力，發揮企業集聚效應，精準錨定目標企業點對點對接，實施“一企一策”，高效精準開展產業鏈招商。推動重大項目建設精準繪制產業鏈招商圖譜，發揮“鏈主”企業以商招商、以鏈招商的主體作用，瞄準產業鏈骨干企業及上中下游關聯配套企業，精準開展補充式、填空式招商。堅持對外開發戰略，吸引國際龍頭企業投資和落戶。堅持對外開發戰略，吸引國際龍頭企業投資和落戶。建議優化政策環境和營商環境，展示省

272、內優勢資源和發展潛力，吸引更多國際龍頭企業關注和投資。積極與國際龍頭企業建立產業合作關系，為國際龍頭企業提供更多發展機遇，引導國際龍頭企業在各地區投資，補足產業鏈短板。加大對人才的培養力度，滿足國際龍頭企業對高素質人才的需求。加強知識產權保護，為國際龍頭企業提供和良好的創新環境。通過國際龍頭企業帶動提升本土企業的成長與創新發展，筑牢產業鏈基礎。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊115知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊116陜西省傳感器產業專利導航報告西安市市場監督管理局高新區分局西安市市場監督管理局高新區分局原報告定稿時間：原報告定稿時間：2 2

273、02023 3 年年 6 6 月月知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊117編寫人員名單課題負責人：課題負責人：樂華西安市市場監督管理局高新區分局知識產權管理科 科長課題組成員：課題組成員：康凱西安億諾專利代理有限公司 執行董事余芳西安億諾專利代理有限公司 項目部經理張青青西安億諾專利代理有限公司 專利代理師成果亮點從市場環境、產業政策和產業鏈結構、企業鏈、技術鏈構成等方面開展分析，介紹全球、中國傳感器產業發展現狀。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊118摘要傳感器作為現代科技的前沿技術，被認為是現代信息技術的三大支柱之一，也是國內外公認的最具有發

274、展前途的高新技術產業。隨著信息技術的發展，傳感器應用日益廣泛，在工業、農業、航空航天、軍事國防方面，都離不開各類型的傳感器，傳感器技術在一定程度上影響著我國自動化產業發展，同時對國家工業建設具有重要意義。陜西省傳感器專利導航總結了全球傳感器產業發展趨勢、技術布局及競爭態勢，重點分析了陜西省在該領域的現狀、優勢和不足。指出，陜西省傳感器產業依托雄厚的科研資源和軍工企業，在傳感器制造、封測等領域具備一定優勢，但在上游材料、敏感元件等方面仍存在短板，且產業鏈協同創新較為薄弱。為推動產業高質量發展，報告建議通過鞏固優勢企業、加強產業鏈合作、引進外部技術和人才，進一步提升陜西省傳感器產業在全國的競爭力與

275、影響力。關鍵詞：關鍵詞：傳感器，傳感器材料，傳感器制造，傳感器封裝，傳感器的應用知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊119第 1 章 傳感器產業整體發展現狀傳感器作為現代科技的前沿技術，是現代信息技術的三大支柱之一，也是國內外公認的最具發展前途的高技術產業。自動化專家指出，傳感器技術直接關系到我國自動化產業的發展，“傳感器技術強，則自動化產業強”，其對推動國民經濟發展具有十分重要的意義。截至 2022 年 2 月 25 日，全球傳感器領域專利申請達 600 萬以上。其中下游傳感器應用數據達 579 萬，通過統計主要應用領域專利占比概況，目前傳感器的應用以工業電子（占下游應

276、用的 26%）、消費電子（占下游應用的 11%）、通訊電子（占下游應用的 9%）、汽車電子（占下游應用的 8%）、醫療（占下游應用的4%）應用比重較大。傳感器產業相關專利技術的布局自 1918 年開始，產業的發展為技術研發和專利申請起到巨大的推動作用，全球傳感器產業歷經 104 年的發展，目前處于快速發展的階段，并將保持其增長態勢，圖 1-1 為全球傳感器產業上中下游的專利申請趨勢，從專利申請量來看，下游應用涉及產業范圍廣泛，下游應用相關專利申請占據霸主地位，并帶動傳感器制造、上游材料的研發投入，促進中上游的發展。其他42%工業電子26%消費電子11%通訊電子9%汽車電子8%醫療4%圖 1-1

277、 全球產業上中下游專利申請趨勢（注：截止檢索日，由于部分專利未公開，使得 2020-2022 年部分數據失真）針對上述情況，本項目檢索邊界為產業鏈上游、中游以及下游汽車電子領域應用進行分析，不對下游其他應用領域分析，其原因有兩方面，具體為：第一、由于傳感知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊120器其應用范圍廣，專利檢索數據范圍過大；第二、由于國家十四五規劃中明確陜西省在傳感器領域的發展為“依托陜汽等骨干企業，吸引傳感器等配套企業聚集，加快補助智能軟硬件產業，爭取在傳感器等關鍵零部件實現技術突破”。1.1 傳感器產業迅速發展，專利上升趨勢明顯傳感器產業作為現代信息技術的三大

278、支柱之一，對推動國民經濟發展具有十分重要的戰略意義，其專利申請整體呈快速上升趨勢。截至 2022 年 2 月 25 日，全球傳感器產業共計專利申請 592294 件，含授權專利 265612 件，有效專利 156111 件。其中發明專利共計 506506，占比 85.5%，含授權專利 211829 件，授權率達到41.82%。本報告將以 592294 的專利為基礎，分析傳感器產業技術發展情況。傳感器產業相關專利技術的布局自 1918 年開始，產業的發展為技術研發和專利申請起到巨大的推動作用，全球傳感器產業歷經 104 年的發展，目前處于快速發展的階段，并將保持其增長態勢，具體見圖 1-2。同時

279、從傳感器產業鏈全球、國外與中國的專利申請趨勢，可以看出，傳感器產業經歷了萌芽期、成長期、一次發展期，目前正處于二次發展期階段。第一階段（1918-1958 年）：萌芽期：這一時期長達 40 年，該時期的專利申請量僅占總專利申請總量的 0.41%，基本上屬于傳感器產業的研究和開發階段，因此其專利申請量相對較少。第二階段（1959-1990 年）：成長期，20 世紀四五十年代開始的新科學技術革命，以原子能技術、航天技術、電子計算機技術的應用為代表，還包括人工合成材料、分子生物學和遺傳工程等高新技術，這次科技革命被稱為第三次科技革命。第三次科技革命刺激了傳感器的發展，從上游的材料到中游的制造，這一時

280、期的專利申請量出現了明顯的增長趨勢。第三階段（1991-2008 年）：一次發展期，1980 年后開始，微型計算機迅速發展。電子計算機的廣泛應用，促進了生產自動化、管理現代化、科技手段現代化和國防技術現代化，以全球互聯網絡為標志的信息高速公路正在縮短人類交往的距離。而這一時期下游自動化的需求刺激了中游傳感器產業制造的發展，因此這個時期在傳感知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊121器產業專利數量增長的同時，傳感器的種類也在不斷的發展。第四個階段（2009-至今）：二次發展期，在該時期中，中國開始走入了人們的視線，隨著中國加入 WTO(世界貿易組織)，中國制造業開始迅速融入

281、全球經濟，中國的優秀制造企業如聯想、海爾、華為等開始走向全球。該時期我國專利申請占比較大，對傳感器產業的創新貢獻不可小覷。中國以外，以美國、德國、瑞士、日本為首的傳感器制造企業引領著整個傳感器產業的發展，同時該時期汽車電子以及物聯網領域的發展促使相關的專利申請數量增加。圖 1-2 全球/中國專利申請趨勢圖我國傳感器產業累計申請相關專利 141575 件，含授權專利 61729 件，有效專利 59363 件，其中，發明專利申請 73063 件，占比 51.6%，包含授權專利20926 件，授權率 28.64%，低于全球整體水平。從圖 1-3 看，我國傳感器產業相關技術專利申請起步較晚，但增速明顯

282、，自 2010 年起，我國傳感器產業專利申請增長速率超過全球平均水平，2006、2009 年，全球專利申請出現了短暫負增長率，但我國仍保持正向快速增長。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊122-150.00%-50.00%50.00%150.00%250.00%350.00%450.00%19181926193419421950195819661974198219901998200620142022中國發展速度全球發展速度圖 1-3 中國/全球專利申請增長速率1.2 美日德實力強勁，國際競爭激烈對傳感器產業的技術來源國和目標市場國進行分析，了解傳感器產業關鍵技術的來源和

283、布局，更進一步了解傳感器產業國際競爭詳情。020000400006000080000100000120000140000160000180000來源國020000400006000080000100000120000140000160000180000市場國圖 1-4 傳感器產業全球主要技術來源國/市場國分布圖圖 1-4 顯示了傳感器產業全球前十技術來源國和市場國，由圖中可以看出，傳感器產業前十的技術來源國依次為日本、中國、美國、德國、韓國、法國、英國、俄羅斯、瑞典和瑞士，日本作為主要的技術來源國，主要在于日本擁有佳能、豐田、歐姆知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊123

284、龍、松下、愛普生等龍頭企業，不僅在傳感器的制造方面有很大的探索，其在汽車電子和數碼影像領域的應用量較大。傳感器產業前十的目標市場國分別為中國、日本、美國、韓國、德國、英國、法國、俄羅斯、加拿大和澳大利亞，其中中國是最重要的目標市場國，具有重要的市場前景，日本擁有全世界知名的汽車電子龍頭企業，因此其對傳感器的需求量較大。結合技術來源國和目標國可知，日、美、中、德處于傳感器產業領先地位，其原因為：美國在 80 年代初就成立了國家技術小組（BGT），幫助政府組織和領導各大公司與國家企事業部門的傳感器開發工作；德國視軍用傳感器為優先發展技術，充分發揮了老牌工業強國的固有優勢，再經德國制造商依托品牌聲譽

285、和技術研發、質量管理方面的整合，其傳感器產品競爭力不斷提高，保持了一定的市場占有率；日本對開發和利用傳感器技術相當重視并列為國家重點發展 6 大核心技術之一，20 世紀 90 年代重點科研項目 70 個課題中有 18 項是與傳感器密切相關，且研發方面日本約有800 家生產和開發傳感器的廠家；我國在改革開放后，通過建立國家重點實驗室和傳感器技術研發中心來提升我國在傳感器產業中的地位?？v觀全球，日、中、美、德、韓在傳感器產業領域處于技術領先地位，產業發展也各有所長。作為傳感器技術的發源地，美國在傳感器產業各個領域全面發展，技術方面始終處于領先地位，材料領域、傳感器制造領域技術領跑于全球；而日本早在

286、1979 年對今后十年值得注意的技術中明確將傳感器列為首位，同時日本的消費電子和汽車電子領域對傳感器的需求也刺激了其在傳感器產業各個領域的全面發展；1986 年因為美日半導體協議，使韓國有機會打開了美國、日本以及更多的市場，同時在技術上韓國政府始終對半導體行業的貫穿，并且將半導體產業的發展上升到國家項目，使得韓國在材料、傳感器制造領域占有優勢；德國由于老牌工業優勢使其在傳感器制造和汽車電子領域占有優勢；中國雖起步晚，但其在傳感器領域快速發展，尤其在封測領域擁有一定的技術地位。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊124日本中國美國德國韓國圖 1-5 傳感器產業強國發展特色1

287、.3 國際龍頭企業全面布局分析傳感器產業申請量排名前列的申請人可以了解各國頭部企業的創新實力，科技巨頭充分利用專利布局搶占技術制高點，控制核心技術和產品市場，專利實力與企業的市場競爭地位相一致。檢索數據上游材料和敏感元件領域專利申請量 33892 件，中游傳感器制造和封測領域專利申請量為 219633 件，下游汽車電子領域的專利申請量為 338769 件。因此其創新主體前 20 的企業中汽車電子領域的占比大，應用是推動傳感器產業的動力。從表 1-1 可以看出，目前傳感器產業專利申請量排名前二十的企業主要分布在日本（9 家）、德國（7 家）、美國（2 家）、韓國（2 家）。德國的博世集團申請量位

288、居全球第一，綜合技術實力領先全球其他國家的申請人；日本申請人數量居多，占據 9 個席位，占比 45%，日本申請人中，豐田以 8830 件專利申請位居首位，電裝公司、松下集團和三菱均屬于日本的老牌企業；美國的福特和通用汽車分別排在第七和第十四位，韓國的現代和三星位列第二和第十一。我國的技術水平和企業實力相較于發達國家還有一定的差距，尚未有企業躋身傳感器產業前二十。有效專利占比反映了企業技術實力的高低，從表 2-1 可以看出，日本松下集團、日產公司、馬自達和德國戴姆勒公司有效專利占比均在 10%以下，說明雖然其技術有一定的沉淀和積累，但研發動力不足，面臨新技術的挑戰；而韓國三星、德國大眾和法雷奧、

289、美國通用汽車其有效專利占比均超過了 30%，說明其技術正處于快速的發展階段，對新技術探索的熱情度高。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊125表 1-1 傳感器產業申請人專利申請量前 20 排名表1.4 傳感器產業關鍵技術呈區域聚集態勢傳感器產業屬于技術密集型產業，龍頭企業的類型分布充分體現了該國家的產業結構特點。傳感器產業涵蓋了材料、敏感元件、制造、封測及汽車電子等環節。從表1-2 可以看出，全球傳感器產業龍頭企業集中在美國、日本、德國和韓國，其企業呈區域聚集態勢，且傳感器全產業企業較多。同時在傳感器制造環節日本特殊陶業株式會社、韓國東部高科、美國霍尼韋爾均有關鍵技術布

290、局。早在 20 世紀 80 年代，美國就宣稱世界已經進入了傳感器時代。美國霍尼韋爾公司的固態傳感器開發中心每年投資 5000 萬美元在設備上，目前擁有計算機輔助設計、單晶生長、加工最先進的成套設備和生產設備。80 年代初，美、日、德、法、英等國家相繼確立加速傳感器技術發展的方針，視為涉及科技進步、經濟發展和國家安全的關鍵技術，紛紛列入長遠發展規劃和重點計劃之中。并采取嚴格的保密規定對技術封鎖和控制，禁止技術出口，尤其是針對中國。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊126表 1-2 全球及我國企業前 30 申請人排名及涉及環節全球前全球前 30 申請人申請人涉及環節涉及環節

291、中國前中國前 30 申請人申請人涉及環節涉及環節德國德國-博世博世全產業鏈吉利汽車電子韓國韓國-現代現代制造/封測/汽車電子北汽汽車電子日本日本-豐田豐田制造/封測/汽車電子奇瑞汽車電子日本日本-電裝公司電裝公司全產業鏈東風汽車電子日本日本-松下集團松下集團全產業鏈臺積電制造日本日本-三菱三菱全產業鏈上汽汽車電子美國美國-福特福特制造/汽車電子長安汽車電子日本日本-日產公司日產公司制造/汽車電子安徽江淮汽車集團股份有限公司汽車電子日本日本-日立日立敏感元件/制造/汽車電子中國電子科技集團公司制造日本日本-本田本田汽車電子德淮半導體有限公司制造韓國韓國-三星三星全產業鏈中航工業制造德國德國-大陸

292、公司大陸公司制造/汽車電子長城汽車電子德國德國-大眾公司大眾公司制造/汽車電子杭州電科制造/汽車電子美國美國-通用汽車通用汽車制造/汽車電子廣汽汽車電子德國德國-戴姆勒戴姆勒制造/汽車電子華為制造/汽車電子德國德國-法雷奧法雷奧制造/汽車電子京東方科技集團股份有限公司制造德國德國-西門子西門子全產業鏈比亞迪制造/汽車電子日本日本-馬自達馬自達制造/汽車電子濰柴動力制造/汽車電子日本日本-富士膠片富士膠片材料/敏感元件/制造格科微電子(上海)有限公司制造德國德國-寶馬寶馬制造/汽車電子中國重汽汽車電子日本日本-日本特殊日本特殊陶業陶業制造北京萬集科技股份有限公司汽車電子日本日本-愛信艾達愛信艾達

293、制造/汽車電子百度公司汽車電子韓國韓國-東部高科東部高科制造歌爾微電子有限公司制造日本日本-歐姆龍歐姆龍制造/汽車電子江蘇多維科技有限公司制造韓國韓國-萬都公司萬都公司制造/汽車電子國機集團制造/汽車電子美國美國-霍尼韋爾霍尼韋爾制造中芯國際制造德國德國-弗里德里弗里德里汽車電子陜汽汽車電子日本日本-日本電氣日本電氣制造/汽車電子萬向集團汽車電子日本日本-東芝東芝制造/汽車電子孝感華工高理電子有限公司制造/汽車電子日本日本-住友住友制造/汽車電子武漢飛恩微電子有限公司制造/汽車電子知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊127我國傳感器起步較晚，與國外先進國家相比，我國傳感器

294、技術研發滯后了 10 年，生產技術落后了 15 年，中國的傳感器應用還比較狹窄，更多的還停留在航空航天和工業測控領域。此外，高精密、精密的傳感器和新型傳感器的市場幾乎被外國品牌或合資企業壟斷。故目前暫未有進入傳感器產業全球前 30 的企業，臺積電作為我國傳感器制造領域的龍頭企業，其技術實力領先于我國大陸的傳感器制造領域龍頭企業。1.5 傳感器從全球分工向產業鏈整合趨勢發展0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022材料敏感元件制造封裝測試汽車電子德國0%10%20%30%40%50%

295、60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022美國材料敏感元件制造封裝測試汽車電子圖 1-6 主要國家傳感器產業二級技術分支專利占比變化趨勢傳感器產業作為現代信息技術的三大支柱之一，必須從材料、制造、封測到應用形成全產業鏈集群，從而大大提高傳感器產業的抗風險能力。由于傳感器產業鏈市場規模大，掌握關鍵技術能夠掌握全球市場話語權，從而有效避免因關鍵技術被卡脖子帶來的風險。隨著科技的進步，國家之間的競爭越來越大。統計傳感器產業發展最早的國家，德國和美國在材料、敏感元件、制造、封裝、測試和汽車電子專利占比趨勢。1959 年之前

296、傳感器產業主要集中在材料、敏感元件、制造領域，封裝、測試和汽車電子領域的技術產出較少，1960 年封裝、測試、汽車電子領域的專利產出不斷增加，可以看出隨著科技的發展傳感器產業鏈整合成為發展的趨勢。同時從圖 1-6 可以看出美國一直重視發展傳感器產業各分支領域，在汽車電子應用領域專利量不斷增加的同時，美國在傳感器制造領域和材料領域仍保持一定的研知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊128發實力。1960 年后，德國在傳感器產業鏈中技術產出以應用為主，其在制造領域和材料領域雖保持一定的研發優勢，但整體技術產出有所下降。1.6 世界傳感器產業中心已從歐美轉向亞洲地區0%20%40

297、%60%80%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022材料美國德國日本韓國中國0%20%40%60%80%100%1918-1938 1939-1959 1960-1980 1981-2001 2002-2022敏感元件美國德國日本韓國中國0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022制造美國德國日本韓國中國0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801

298、981-20012002-2022封裝美國德國日本韓國中國0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022測試美國德國日本韓國中國0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022汽車電子美國德國日本韓國中國圖 1-7 傳感器產業主要國家二級技術分支轉移趨勢知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊129全球傳感器產業發展的歷史是不斷變化的。1821 年德國物理學家賽

299、貝將溫度變成電信號，開啟了熱電偶傳感器。五十年后德國人西門子發明了鉑電阻溫度計。此后從需求出發，人們對傳感器產業的研發和應用更加重視，直到現在，全球大概有 35000種以上的傳感器。從不同國家在傳感器領域專利技術比重分析，世界傳感器產業發展重心經歷了二次轉移：美德時代（1980 年以前）東亞新勢力崛起（1981-至今）。與傳感器產業發展格局演變相匹配，德國因其老牌工業強國的優勢、企業依托自身品牌聲譽和技術研發優勢使得德國在傳感器領域領先其他國家；而在上世紀八十年代美國就宣布世界進入傳感器時代，同時成立國家技術小組幫助政府、大公司、國有企業和機構的傳感器技術發展，保護美國武器系統質量優勢的關鍵技

300、術，帶動了傳感器的全面發展。日本 1979 年在對今后十年值得注意的技術中將傳感器列為首位。傳感器產業的發展中日本完成了從引進、消化、模仿到自我完善和創新設計，在研發方面，約有 800 個廠家生產，在日本研發傳感器。而韓國作為世界級電子產品生產國家，其在傳感器產業中也占據一定的份額。我國 1972 年組建成立中國第一批壓阻傳感器研制生產單位；1974 年，研制成功中國第一個實用壓阻式壓力傳感器；1978 年，誕生中國第一個固態壓阻加速度傳感器；1982 年，國內最早開始硅微機械系統（MEMS）加工技術和 SOI（絕緣體上硅）技術的研究。進入 20 世紀 90 年代后，硅微機械加工技術的絕對壓力

301、傳感器、微壓傳感器、呼吸機壓傳感器、多晶硅壓力傳感器、低成本 TO-8 封裝壓力傳感器等相繼問世并實現生產。改革開放 30 年來，我國傳感器技術及其產業取得了長足進步，主要表現在：建立了傳感技術國家重點實驗室、微米/納米國家重點實驗室、國家傳感技術工程中心等研究開發基地；MEMS、MOEMS（微光機電系統）等研究項目列入了國家高新技術發展重點；在“九五”國家重點科技攻關項目中，傳感器技術研究取得了51 個品種 86 個規格新產品的成績，初步建立了敏感元件與傳感器產業。上述可見，二十世紀八十年代以前，美國、德國等發達國家掌握著傳感器產業核心技術。二十世紀 80 年代后，日本、中國、韓國以市場為導

302、向，積極融入世界傳感器產業的發展中。在中國、日本和韓國近二十年的高速發展下，對全球傳感器市場進行沖擊，使全球傳感器產業中心從歐美轉向亞洲地區。但值得注意的是傳感器作為現代科技的前沿技術，其研制屬于高精尖技術，雖然其產業中心向轉向亞洲地區，但歐美仍掌握其關鍵技術，例如美國的霍尼韋爾至今仍掌握著世界領先的傳感器制造技術。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊1301.7 材料領域和制造領域技術壁壘較高，是未來傳感器產業發展重點379612282572247113133791017.82%9.75%12.60%14.19%10.84%11.19%0.00%5.00%10.00%1

303、5.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%50.00%0500010000150002000025000300003500040000材料敏感元件制造封裝測試汽車電子圖 1-8 傳感器產業二級技術分支 PCT 專利申請分布及占比通過專利合作條約（PCT）途徑提交的國際專利申請量占該技術分支總量的百分比，既是體現該產業技術分支創新能力的重要標志，也是衡量該技術分支的專利國際控制力的重要指標。從傳感器各二級技術分支 PCT 申請情況來看，材料領域和制造領域的 PCT 專利申請占比最高，說明材料領域和制造領域的技術壁壘較高，是未來傳感器產業發展的重點。因此創新

304、鏈僅針對材料領域和制造領域進行分析。知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊131第 2 章 我國傳感器產業分布情況2.1 集群化成為產業發展主趨勢我國作為全球最大的新興經濟體，傳感器產業從無到有，不斷發展。但我國傳感器產業與市場需求和作用不相適應，企業均處于小規模生產階段，存在工藝老化、結構不合理等問題，缺乏產業化生產的基礎條件。核心技術與產品停留在實驗室或小批量生產的初級階段，難以形成和產生規模經濟效益。在國內已有的 1700 多家企業、大專院校、科研機構中，都有不同程度的研發、小批量生產制造傳感器產品。新品研制仍落后近 10 年，而產業化水平落后 10-15 年。我國敏

305、感元件與傳感器大約有60%依賴進口，核心芯片約 80%以上依賴進口，物聯網中使用的 MEMS 傳感器幾乎全部依賴進口?，F階段，國家對芯片國產化的推行勢在必行，對傳感器扶持力度極強，發展勢頭良好。傳感器產業經過多年的發展呈現出了一定的產業集聚趨勢，逐漸形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽和西安等中心城市為主的區域空間布局。其中，主要傳感器企業有接近一半的比例分布在長三角地區，其他依次為珠三角、京津地區、中西部地區及東北地區等。長三角區域以上海、無錫、南京為中心，逐漸形成包括熱敏、磁敏、圖像、稱重、光電、溫度、氣敏等較為完備的傳感器生產體系及產業配套；珠三角區域以深圳中心城市為主，由附近中小城市的外

306、資企業組成以熱敏、磁敏、超聲波、稱重為主的傳感器產業體系；東北地區以沈陽、長春、哈爾濱為主，主要生產 MEMS 力敏傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器；京津區域主要以高校為主。從事新型傳感器的研發，在某些領域填補國內空白，北京已建立微米/納米國家重點實驗室；中西部地區以鄭州、武漢、太原為主，產學研緊密結合的模式，在 PTC/NTC 熱敏電阻、感應式數字液位傳感器和氣體傳感器等產業方面發展態勢良好。從專利數據來看，截止檢索日，我國 34 個省區市行政區均在傳感器產業有專利布局。對各省市的專利申請量進行橫向比較，大致可以分為三個梯隊。江蘇、廣東、浙江、北京、上海位于第一梯隊，專利申請超過 9500 件

307、；山東、安徽、湖北、四川、知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊132陜西、天津、重慶、河南、吉林、遼寧位于第二梯隊，專利申請量超過 3000 件；其余省份專利申請均不足 3000 件?？梢钥闯?，陜西省在傳感器產業相關專利數量在全國處于中上游的位置，產業相關專利數量在全國排名第十，占全國總專利申請量的3.38%，雖與江蘇、廣東、浙江、北京、上海第一梯隊相比還有一定差距，同時與第二梯隊的山東、安徽、湖北也存在差距，但與其余省份相比已處于領先位置。2.2 傳感器產業發展呈區域聚集趨勢我國傳感器產業發展迅速，但一方面受產業發展水平的限制，一方面受國家宏觀引導規范的影響，各地發展差

308、距較大。從專利數據來看，材料、敏感元件、制造、封裝、測試、汽車電子領域的專利申請前 5 位分別為江蘇、廣東、浙江、北京、上海。山東省在材料領域，臺灣在封裝領域，安徽省在測試領域分別占據第五位；陜西省在材料、敏感元件、制造、封裝、測試和汽車電子領域分別處于第十、第六、第八、第八、第十和第十一位。湖北、四川、天津、重慶、河南、吉林、遼寧第二梯隊省份占據各領域專利數量排名的前 20 位，這體現了傳感器產業呈區域聚集發展的趨勢。表 2-1 全國各省市區二級分支專利申請數量及排名省省市市材料材料敏感元件敏感元件制造制造封裝封裝測試測試汽車電子汽車電子專利專利數量數量排排名名專利專利數量數量排排名名專利專

309、利數量數量排排名名專利專利數量數量排排名名專利專利數量數量排排名名專利數專利數量量排排名名江蘇江蘇896128628009112015711102761廣東廣東5334320161442493355270952浙江浙江4066170349533228266369063北京北京5823141541774364266353444上海上海6102165440035742227446675山東山東4915741129556179153639207安徽安徽2269917175910237193544216湖北湖北2987888200771510149734088四川四川18213791017719101

310、1144822529陜西陜西22510936180682768111220211天津天津219118091310119121299192314知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊133省省市市材料材料敏感元件敏感元件制造制造封裝封裝測試測試汽車電子汽車電子專利專利數量數量排排名名專利專利數量數量排排名名專利專利數量數量排排名名專利專利數量數量排排名名專利專利數量數量排排名名專利數專利數量量排排名名重慶重慶981939151108135156114223110河南河南151173517981155157013204113吉林吉林19912501377119515571621

311、4512遼寧遼寧227842141304129138210135217福建福建171146212978163175815154815湖南湖南1641625181000144167912136516河北河北44241123810185154419128618黑龍江黑龍江16815381689617712501776021廣西廣西57231422406121184618108019江西江西65222219446229132121100720山西山西10018202054720614282046722臺灣臺灣222738165112128572713327云南云南692010242722420223

312、1824貴州貴州222782518925172339923甘肅甘肅6521172114026102519026內蒙古內蒙古10283277729112422325新疆新疆35251721772992610228香港香港82942682282171298629寧夏寧夏132228113272286131海南海南232632771306830青海青海63013311292832西藏西藏4321533澳門澳門231133334同時對國內傳感器專利申請量企業進行統計，可以看出敏感元件、制造、測試、汽車電子領域的企業數量前 4 均被江蘇、廣東、浙江和上海四省占據，四省全方位領先全國。江蘇省在材料、制造、

313、封裝、測試和汽車電子領域企業數量均為第一名，市場創新主體非?；钴S。相比山東、安徽、湖北、四川、天津、重慶第二梯隊省份，陜西省在傳感器產業龍頭企業數量和各領域的龍頭企業數量占比相對較弱，但區域在敏感元件領域企業數量占據全國第五。表 2-2 全國各省市區企業二級技術分支專利申請數量及排名知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊134省市省市材料材料敏感元件敏感元件制造制造封裝封裝測試測試汽車電子汽車電子企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量排排名名江蘇江蘇26712212549519

314、91455169701廣東廣東1802241146722423306253602浙江浙江90586430033176188352483上海上海95488328334562180436485北京北京102361718245167167538974安徽安徽56763611177215163633896湖北湖北1023221211038119106824167山東山東72635913036148114721368四川四川448478101597119410142011天津天津1811161570511711969147610重慶重慶1513201348715115471415579陜西陜西25965

315、588110119551286815河南河南17121914586134125413122312福建福建2210291159812115421591114遼寧遼寧2210101858114313571165718吉林吉林259422196212142618102513河北河北131591943118412331776816湖南湖南221032346517313571169517江西江西151382023820810181962319廣西廣西217131613923115341661820臺灣臺灣14143210468162646258826黑龍江黑龍江131512172801941214222

316、5021山西山西716101815422152124722貴州貴州7167219925132318723云南云南131542211324172012524香港香港217323522621277027內蒙古內蒙古21719219249225甘肅甘肅11842237285265828新疆新疆12536295264029寧夏寧夏12535301274029知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊135省市省市材料材料敏感元件敏感元件制造制造封裝封裝測試測試汽車電子汽車電子企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量排排名名企業企業數量數量

317、排排名名企業企業數量數量排排名名海南海南11822441273030西藏西藏2321431青海青海2321032澳門澳門133上述可看，隨著傳感器技術的國產化進程加速，各省份間產業發展差距進一步擴大，目前國內傳感器產業聚集區主要包括以江蘇、廣東、上海為代表的長江三角地區；以北京為代表的京津地區；以廣東為代表的珠江三角洲區域，這些區域的企業分布密集，高校及科研院所眾多，擁有資金、市場優勢，使得傳感器產業在這些區域不斷的聚集和發展。2.3 細分領域部分省份發展特色突出具體細分三級分支可以看出，由于我國各省的資源、經濟結構和發展程度不同，目前在傳感器產業上也呈現出了不同的產業特色。從表 2-3 可知

318、，第一梯隊省份在三級分支技術的多個領域占據領先地位。江蘇省的優勢在半導體材料、有機材料、熱敏元件、結構型傳感器、薄膜類傳感器、集成類傳感器、陶瓷類傳感器、電極類傳感器、晶圓級封裝、倒裝封裝、注塑封裝、機械測試和熱力學測試領域；北京市的優勢體現在金屬材料領域；上海的優勢體現在敏感材料、陶瓷材料領域、力敏元件、溫敏元件領域；浙江的優勢體現在輻射敏元件領域；廣東的優勢體現在光敏元件、厚膜類傳感器、SIP 系統封裝領域。雖然五個省份包攬了25 個技術分支的最領先力量，但是，第一梯隊的五個省中江蘇、浙江、北京在敏感材料領域；廣東、浙江在力敏元件、晶圓級封裝；浙江、北京在溫敏元件；浙江、北京在 SIP 系

319、統封裝領域均存在短板。第二梯隊省份整體表現比較遜色，但在特定領域有一定的特色，山東在金屬材料、陶瓷材料、力敏元件、電極類傳感器、注塑封裝領域；湖北在氣敏元件領域；安徽在機械測試領域；陜西在 3D 打印領域處于中上位置。同時第二梯隊省份出現零星短板領域，例如山東在力敏元件、溫敏元件領域；安徽在溫敏元件、3D 打印領域；陜西在知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊136輻射敏元件、溫敏元件領域；四川在輻射敏元件、倒裝封裝領域；天津在輻射敏元件、溫敏元件、晶圓級封裝領域無相關專利布局，其短板相對較為明顯。表 2-3 全國各省市區三級技術分支專利申請數量35741289102 18

320、577314414173 888 102 1335 284 12041022443814371 12757134411499321817474113756 301 113823219910132351282457034163517046135107383008 293 104643188697913981836019308047273115313112075 4019164012182272151321676621376621110711123162631925 5286076412059141340143158491410552071475421341276 2063635684990121

321、410105261572782529541711011167 137472998027212562109309123383313631134910839015244612651410813234256163281659411131483 139232516488454459257813527215547611032 144492295525023348046141121329284029557734726151452612342981811725523243171173590421475922421422591382101262815354671211862825232391271316172

322、312201354576141083121813561651116153146158255837121195918251240135518519132814115454924117412051225013551332911231332510701313734125116317851741216421313447761100321532221361332853911548277742213023345351661416112805920722488111311310521130321178971216992119441249171015132267241156186633241568915722

323、02271436811513862414554721170省市半導體材料金屬材料敏感材料陶瓷材料有機材料光敏元件輻射敏元件氣敏元件力敏元件熱敏元件溫敏元件結構型傳感器薄膜類傳感器厚膜類傳感器集成類傳感器陶瓷類傳感器電極類傳感器3D打印SIP系統封裝晶圓級封裝倒裝封裝注塑封裝機械測試電氣測試熱力學測試江蘇廣東浙江北京上海山東湖北安徽陜西四川天津遼寧重慶湖南福建河南黑龍江吉林河北山西臺灣江西廣西云南貴州甘肅新疆寧夏內蒙古海南香港青海西藏澳門11424105212841022313111157341221535152541621317356414772321151251188119743181122

324、215921114911422333568192143652141232156115141知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊137第 3 章 陜西省傳感器產業專利態勢3.1 陜西省形成了完整的產業鏈陜西省在傳感器產業的創新實力位居全國第十。截止檢索日期，陜西省傳感器產業相關專利申請共計 4434 件，目前正處于發展期。從陜西省傳感器上、中、下游的總體專利申請趨勢來看，中游總體呈現穩步上升趨勢；上游申請量較少，整體趨勢呈現一個緩慢增長的態勢；下游在 2012 年達到申請量最大值后逐漸下降。下游近十年來專利申請量減小，雖然陜西省車企有陜汽集團、比亞迪、吉利、躍迪等，但是比亞

325、迪、吉利、躍迪分別為廣東、杭州、湖北的企業，其僅僅是在西安建廠，其專利申請并未輸入；同時陜汽主要為重型卡車、重型越野車、大中型客車、重輕型卡車、重型轎車等均為燃油車。近年來新能源車占據了整個汽車市場的大部分，因此導致 2013年后陜西省傳感器產業鏈下游汽車電子領域申請趨勢保持在一個平穩的狀態。01002003004005006001985198819911994199720002003200620092012201520182021下游上游中游總計審中619失效2528有效1287發明2143實用新型2291圖 3-1 陜西省傳感器產業專利申請趨勢陜西省在傳感器上、中游發展穩步積累，于 200

326、7 年進入快速增長期，2013、2015 年經歷了短暫的波動期，在 2020 年高峰期申請量達到 290 件，2021 年專利申請量略有下降（專利申請公開時間限定統計不完整）。2020 年陜西省傳感器產業相關專利共 434 件，是 2010 年的 2.95 倍，陜西省傳感器產業專利申請呈現穩步增長的趨勢將會更加明顯。陜西省在材料領域共申請專利 225 件，其中近五年申請 125 件，占比 55.56%；知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊138在敏感元件領域共申請專利 93 件，其中近五年申請 43 件，占比 46.24%；在制造領域共申請專利 1790 件，其中近五年申

327、請 840 件，占比 46.93%；在封裝領域共申請專利 17 件，其中近五年申請 10 件，占比 58.52%；在測試領域共申請專利91 件，其中近五年申請 58 件，占比 63.74%；汽車電子領域共申請專利 2202 件，其中近五年申請專利 727 件，占比 33%?？梢钥闯?，測試領域和封裝領域是近五年研發突破的熱點，專利申請漲幅明顯。陜西省傳感器產業的專利申請在材料、敏感元件、制造、測試、封裝和汽車電子六個領域均有涉及，形成了從材料的研發到傳感器的制造、封裝、測試及應用的較為完整的產業鏈。但專利占比差距較大，形成了以汽車電子傳感器應用為主，以制造、封裝和測試為輔，材料和敏感元件補充的局

328、面。對三級技術分支深入分析，整體來看，陜西省各技術方向分布差異明顯，且側重點不同，金屬材料、氣敏元件、3D 打印、注塑封裝、電氣測試和熱力學測試領域的專利申請量明顯多于其他技術方向申請量，其申請量均超過總申請量的 70%。是陜西省近五年來傳感器產業發展的重點，并已在專利申請上初見成果。表 3-1 陜西省傳感器各技術分支專利申請情況知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊1393.2 高校和研究院所實力強勁，企業在封裝和汽車電子領域研發活躍陜西省傳感器排名前十五的創新主體包括長安大學、西安交通大學、西北工業大學等 11 所大學，陜西汽車控股集團有限公司、中航電測儀器股份有限公司

329、和西安正昌電子股份有限公司 3 家企業和中國科學院西安光學精密機械研究所 1 家研究院所。專利申請及有效專利排名前三的創新主體為 2 所高校和 1 家企業，分別是長安大學、西安交通大學和陜西汽車控股集團有限公司?？梢婈兾魇鞲衅鳟a業貢獻的主力軍為長安大學、西安交通大學。其中，西安交通大學在敏感元件、制造、測試領域均為行業龍頭，專利申請排名第一，在材料和封裝領域其專利申請排名第二，僅分別低于陜西師范大學和華天科技（西安）有限公司；西北工業大學在制造、測試領域排名第二；長安大學在下游汽車電子領域的專利申請排名第一，遠遠超過其他創新主體。西安電子科技大學在敏感元件領域，西北大學、中航電測儀器股份有限

330、公司、中國科學院西安光學精密機械研究所在制造領域、陜西汽車控股集團有限公司在汽車電子領域均有優異表現。表 3-2 陜西省傳感器前 15 名創新主體二級技術分支專利申請量及省內排名創新主體創新主體材料材料敏感元敏感元件件制造制造封裝封裝測試測試汽車電汽車電子子專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名長安大學長安大學49336347151西安交通大學西安交通大學39210131013261366陜西汽車控股集團有限陜西汽車控股集團有限公司公司1222西北工業大學西北工業大學20464214522312西安電子科技大學西

331、安電子科技大學10572474142610陜西科技大學陜西科技大學373261416327西安科技大學西安科技大學662111484西北大學西北大學10553325西北農林科技大學西北農林科技大學121743385陜西師范大學陜西師范大學431820228知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊140創新主體創新主體材料材料敏感元敏感元件件制造制造封裝封裝測試測試汽車電汽車電子子專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名專專利利量量排排名名中航電測儀器股份有限中航電測儀器股份有限公司公司415251019西安理工大學西

332、安理工大學47172310162213西安正昌電子股份有限西安正昌電子股份有限公司公司16503中國科學院西安光學精中國科學院西安光學精密機械研究所密機械研究所17474西安工業大學西安工業大學292881516上述陜西省優勢創新主體在全國范圍內也有不俗的表現，以西安交通大學為例，西安交通大學在傳感器產業的專利申請量在全國排名前列，位居第十二，在傳感器制造領域其位居全國第四，在封裝領域位居全國第八；長安大學在傳感器產業相關專利申請量在全國排名第二，汽車電子領域專利申請量位居全國第二；華天科技（西安）有限公司在封裝領域專利申請量排名第六；西北工業大學在材料領域、中航電測儀器股份有限公司在測試領域

333、、中國科學院西安光學精密機械研究所在敏感元件領域均進入全國相關專利申請量的前 22 位。表 3-3 陜西省傳感器優勢創新主體二級全國排名情況創新主體創新主體全國排名全國排名全領域材料敏感元件制造封裝測試汽車電子長安大學長安大學25687152西安交通大學西安交通大學1221134812102西北工業大學西北工業大學7640561013128西安電子科技大學西安電子科技大學9350167310122中航電測儀器股份有限公司中航電測儀器股份有限公司1317916154中國科學院西安光學精密機械研究所中國科學院西安光學精密機械研究所1362273華天科技（西安）有限公司華天科技（西安）有限公司1792知識產權公共服務機構信息服務成果共享報告集信息技術產業分冊1413.3 陜西省傳感器產業躋身全國第十，專利申請集中度高陜西省位于西部，是我國中部和東部的連接點，是溝通西北、西南的交通樞紐之地。202