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1、11编写说明编写说明本报告集由国家知识产权局公共服务司组织编写。相关知识产权信息公共服务成果报告由各省知识产权局收集和推荐。经项目组初步筛选、专家评审后确定本次共享发布报告。报告集分为信息技术、新能源、新材料、生物医药、化学、创新研究 6 个分册，共 14 项成果报告。报告集充分考虑了信息的安全性与适宜性，主要内容为缩编后的精简成果，并对部分章节内容进行了必要的删减调整及脱敏处理，最大化展现各成果的核心价值与亮点。本次成果汇集和发布，旨在推广知识产权信息利用成果，促进发挥知识产权信息战略价值，进一步强化知识产权信息服务对科技创新和产业优化升级的支撑作用。衷心感谢慷慨共享成果的知识产权公共服务机

2、构。相信通过不断开展信息利用成果共享，加强知识产权公共服务机构之间专业交流与互鉴，能够有力推动信息服务环境的开放化、协同化，促进知识产权信息利用和服务规范化发展，为激励创新、优化资源配置和促进高质量发展提供更加有力支撑。编辑组2024 年 9 月2目 录半导体光刻胶专利分析研究报告.1集成电路产业碳化硅技术专利分析研究报告.77陕西省传感器产业专利导航报告.116知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册1半导体光刻胶专利分析研究报告江苏省知识产权保护中心江苏省知识产权保护中心（江苏省专利信息服务中心）（江苏省专利信息服务中心）南京工业大学南京工业大学原报告定稿时间：原报告定稿

3、时间：20242024 年年 4 4 月月知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册2编写人员名单课题负责人课题负责人：王亚利 江苏省知识产权保护中心 主任 正高工程师赵乃瑄 南京工业大学 馆长 研究馆员课题组成员：课题组成员：鲍志彦 南京工业大学 科长 副研究馆员李杉杉 南京工业大学 副研究馆员许思娴 南京工业大学 馆员沈玲玲 南京工业大学 馆员程琳 南京工业大学 馆员王凯 南京工业大学 馆员龚跃鹏 江苏省知识产权保护中心 知识产权高级工程师孟彦娟 江苏省知识产权保护中心 知识产权高级工程师张静文 江苏省知识产权保护中心知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分

4、册3成果亮点该案例立足省内光刻胶产业实际发展现状与需求，理清半导体光刻胶领域的国内外整体发展态势，重点聚焦我国半导体光刻胶产业发展亟需突破的关键技术，为我国半导体光刻胶产业的高速发展提供支撑。从半导体光刻胶产业成熟技术、主流技术和前沿替代技术着手，分析其技术来源和目标市场、全球创新主体、核心专利技术等，找准我国光刻胶产业在前沿技术、产业链安全等突出问题，从推进创新成果转移转化、核心技术自主化、产业链上下游一体化等方面提出意见建议。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册4第 1 章 半导体光刻胶产业发展概况光刻胶是一种对光敏感的混合液体，又称作光致抗蚀剂，是指经过不同波长的光

5、或电子束、离子束、射线等照射或辐射后，在曝光区域发生交联或降解，从而改变其在显影液中的溶解度和亲疏水性的混合物。主要组分为树脂、感光剂、溶剂及表面活性剂等添加剂。按照其化学反应机理和显影原理分类，光刻胶可分为负性胶和正性胶两类。1.1 半导体光刻胶产业发展现状光刻胶的技术复杂，品种较多，下游产品以光刻胶应用为主。光刻胶在给予一定量的曝光之后，在显影液中的溶解率会显著提高，是属于光降解型，所得图形与掩膜版相同。按照曝光光源的波长分类，光刻胶可分为紫外光刻胶（300-450nm，i 线、g 线）、深紫外光刻胶（ArF，193nm、KrF，248nm）、极紫外光刻胶（EUV，13.5nm）等。通常情

6、况下，在使用相同工艺方法的情况下，曝光波长越短，加工分辨率越好。按应用领域分类，光刻胶可分为印刷电路板（PCB）、平板显示和半导体用光刻胶。目前，全球光刻胶的核心技术基本被日本和美国企业掌握，中国在光刻胶行业与国际先进水平相比仍有差距。国外光刻胶制造商起步早，技术成熟，市场把控力强。中国光刻胶制造商起步较晚，缺乏技术积累，中国光刻胶关键原材料和光刻胶设备主要依赖进口，对外依存度大，导致中国光刻胶制造商在市场中处于弱势。1.2 国内半导体光刻胶产业政策中国政府对于光刻胶的发展关注度较高，国内企业通过技术创新逐步缩小中游环节与国外制造商的差距。自“六五”计划以来，光刻胶行业被列为国家高新技术计划和

7、国家重大科技项目。中国政府通过颁布一系列红利政策，鼓励光刻胶行业产品研发和技术升级，在规划部署行业发展方向上起到了引导的作用。目前，国内光刻胶厂商知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册5正处于快速追赶期，江苏省优势企业苏州瑞红和南大光电均在“02 专项”的扶持下已经分别具备 i 线光刻胶产能规模优势和 ArF 光刻胶研发突破优势。伴随着 ArF 光刻胶研发完毕，南大光电顺利完成客户验证，国产光刻胶进入快速发展阶段。表表 1-1 半导体光刻胶发展战略主要政策半导体光刻胶发展战略主要政策政策名称政策名称颁布颁布日期日期颁布颁布主体主体主要内容及影响主要内容及影响新材料关键技术产

8、业化实施方案2017-12发改委指出要发展高端专用化学品，包括 KrF(248 纳米)光刻胶和 ArF 光刻胶（193 纳米），为大型和超大型集成电路提供设备，且单套装置规模达到 10 吨/年。“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划2017-05科技部明确将深紫外光刻胶列为极大规模集成电路制造装备及成套工艺的关键材料，支撑关键材料产业技术创新生态体系建设与发展。石化和化学工业发展规划（2016-2020年）2016-09工信部指出要发展集成电路用电子化学品，重点发展KrF（248 纳米）和 ArF（193 纳米）光刻胶，推进中国电子化学品行业发展。国家重点支持的高新技术领域（2015）20

9、15-10科技部、财政部明确将高分辨率光刻胶及配套化学品列入“精细化学品”大类的“电子化学品”项，光刻胶成为中国重点发展的新材料领域。国家集成电路产业发展推进纲要2014-06国务院提出要加强集成电力装备、材料与工艺结合，开发光刻胶、大尺寸硅片等关键材料，加强集成电路制造企业和装备、材料企业的协作，加快产业化进程，增强产业配套能力。电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划2008-01工信部指出要重点支持国内 6 英寸及以上集成电路生产所有的 248 纳米及以下光刻胶、引线框架等配套产品。1.3 半导体光刻胶产业链构成半导体光刻胶行业产业链由上至下可分为上游主体原材料供应商和设备供应商，中游

10、主体光刻胶制造商及下游应用终端领域。（1）上游分析光刻胶行业产业链上游参与者为溶剂、树脂、光敏剂等各类原材料供应商和光刻机、显影机、检测与测试等设备供应商。溶剂、树脂、光敏剂是光刻胶生产的主要原材料，其中光敏剂在光刻胶生产总成本中占比达到 60%。在上游原材料环节,中国光刻胶制造商对进口材料依赖性较大，议价能力弱。树脂是光刻胶生产的主要原材料，中国从事光刻胶树脂研发及生产的供应商较少，虽然山东圣泉新材料股份有限公司等知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册6企业具备树脂生产能力，但生产的树脂质量不稳定，符合光刻胶制造商要求的树脂产量仅有 30%左右，中国光刻胶上游原材料市场主

11、要被日本、韩国和美国厂商所占据。（2）中游分析半导体光刻胶行业的中游参与主体为光刻胶制造商，主要负责光刻胶的研发、制造和销售。在中游环节，中国光刻胶制造商参与主体市场的份额较低，与国外光刻胶制造商仍存在差距。当前全球光刻胶生产制造主要被日本合成橡胶株式会社、东京应化株式会社、信越化学工业株式会社、日本住友化学株式会社、富士胶片株式会社等制造商所垄断，尤其在高分辨率的 EUV、KrF 和 ArF 光刻胶领域，其核心技术基本由美国和日本制造商所掌握。当前日本住友化学、东京应化等制造商掌握超过 90%的半导体光刻胶市场，在需要先进制造技术的 EUV、KrF 和 ArF 光刻胶市场也占据了50%以上的

12、份额。（3）下游分析半导体光刻胶行业产业链下游应用终端领域就是半导体芯片。中国光刻胶下游终端用户严重依赖光刻胶上游和中游供应商。光刻胶行业产业链下游应用终端领域主要包括半导体、平板显示器和 PCB 领域。在“互联网+”和 5G 进程持续深化的背景下，中国下游应用领域企业虽然实现半导体、平板显示和 PCB 大规模制造，但对光刻胶的需求日益增长，核心技术被日本、美国制造商垄断。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册7图图 1-1 中国光刻胶行业的产业链中国光刻胶行业的产业链1.4 半导体光刻胶技术发展现状与趋势1.改进现有材料，适配极限分辨率随着集成电路芯片设计尺寸的不断减小，

13、光学光刻越来越接近其物理分辨的极限，从微米级到现在纳米级的蚀刻，甚至将来可能到原子级的蚀刻。有机聚合物型化学放大光刻胶 CAR 是目前 248nm 和 193nm 光科技术中所使用的主流光刻胶。因此，考虑到成本问题，当前一些光刻胶生产厂商研究如何通过改进 193nm 光刻技术中应用的有机聚合物型化学放大光刻胶，以实现新型集成电路芯片所需的高分辨率、敏感度、线宽粗糙度及显影性能。目前，对于这些性能的提高最主要的研究手段是围绕基体树脂和光产酸剂的结构改进而进行的。在基体树脂中引入特定的酸不稳定单元、光产酸单元、酚基单元，对光产酸剂的阴离子部分进行分子设计，均是当前值得关注的技术热点。目前，193n

14、m 浸没式光刻与多重图形曝光技术已经被证明可用于16/14nm 技术节点乃至 10/7nm 技术节点。2.突破技术瓶颈，开发新型替代技术对 193nm 光刻胶进行改进以适配更低的分辨率的方法符合成本效益，但随着分辨率的不断减小，工艺复杂度及成本越来越高，同时这种做法还是限制了线宽粗糙度（LER）、敏感度和分辨率的发展，尤其在分辨率达到 7nm 以下时受到了阻碍。近年知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册8来，业内开展了新一代替代型技术的研发，其中较为常见的技术包括极紫外（EUV）光刻、嵌段聚合物大分子自组装及电子束光刻。3.光刻材料与光刻工艺的一体化发展光刻胶市场拥有较强“

15、定制化”属性，各项产品堪称小众，且验证周期长，材料品类繁多，规格多样，上游光刻材料的纯度与光刻设备和工艺的发展对光刻胶的质量都会产生重要影响。光刻胶行业产业链上游参与者为溶剂、树脂、光敏剂等各类原材料供应商和光刻机、显影机、检测与测试等设备供应商。溶剂、树脂、光敏剂是光刻胶生产的主要原材料，其中溶剂占光刻胶总质量 80%-90%，而光敏剂在光刻胶生产总成本中占比达到 60%。因此，这些上游材料的供应链不全或纯度不足，都必将影响光刻胶产业的发展。在上游设备方面，光刻机、显影机、检测与测试设备是半导体光刻胶制造的核心设备，这些光刻设备与光刻胶在新产品开发、产品销售等方面均存在一定协同效应。因此，对

16、光刻胶生产企业而言，光刻材料与光刻工艺的一体化发展必将成为未来的发展趋势。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册9第 2 章 半导体光刻胶全球专利宏观分析2.1 半导体光刻胶全球专利态势分析2.1.1 半导体光刻胶全球专利申请态势分析2.1.1.1 全球专利申请趋势分析本节通过检索和分析半导体光刻胶全球专利申请总量，绘制专利申请年度趋势图，了解该领域全球专利技术的总体发展趋势。对检索到的 22062 件专利申请按照申请年进行统计，梳理从 1947 年至今全球半导体光刻胶专利技术的申请年度变化趋势（见图 2-1）。可以看出，全球半导体光刻胶技术的发展大致经历了以下三个阶段：第

17、一阶段（1947 年-1979 年）为萌芽期。该阶段属于半导体光刻胶技术积累阶段，专利申请数量增长缓慢。全球光刻胶行业起步于 1950 年前后，贝尔实验室尝试开发首块集成电路，采用了重铬酸盐明胶体系，半导体光刻胶由此诞生。1950 年至1970 年属于专利零星申请阶段，年均申请量不超过 50 件且申请不连贯，表明这个时期半导体光刻胶技术还处于前期探索阶段。1958 年，美国柯达公司成功研发出环化橡胶-双叠氮系光刻胶（KTFR），该体系在 1957-1972 年间一直为半导体工业的主力体系。第二阶段（1980 年-1994 年）为成长期。在全球集成电路行业集成度不断提高的发展背景下，光刻胶作为半

18、导体制造环节中的核心材料，其研发热度持续上升。从1980 年开始至 1990 年的十年间，申请量出现了明显增幅，但年度申请量仍未突破500 件。可见在此时期，半导体光刻胶的相关技术开始得到一定的关注，光刻胶技术工艺逐步提高，研发机构的初步布局推动了申请量的上涨。20 世纪 80 年代中期，i线光刻技术进入开发期，并逐步取代了 g 线光刻胶。此外，随着 KrF（248nm）、ArF（193nm）等稀有气体卤化物准分子激发态激光光源技术的发展，20 世纪 80 年代，深紫外（DUV）光刻系统也开始逐步投入使用。IBM 在 1980 年代早期就突破了KrF 光刻，并在 1980 年代早期至 1995

19、 年的十余年时间一直保持垄断地位。但在此知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册10期间，KrF 光刻胶的市场增速缓慢，并未大规模放量，可能源于 1980-1995 年间半导体工艺节点主要集中在 1.5m-0.35m，这一范围的工艺可以用 i 线光刻实现。i线光刻胶技术的成熟化和 KrF 技术尚未得到足够重视可能是造成 1990 年至 1995年间专利申请回落的主要原因。第三阶段（1995 年至今）为快速发展期。随着 21 世纪的到来，集成电路产业获得快速发展，制备集成电路所需的光刻胶技术也迎来了爆发增长的时期。1995 年至2005 年的十年中，半导体光刻胶技术相关专利的年

20、申请量呈现快速增长态势。这一方面和世界范围内专利申请总量激增有关，另一方面也受到市场对于半导体芯片需求的影响，半导体光刻胶领域的潜在市场推动行业内的研发机构开始进行大面积的专利布局。随着半导体芯片集成度和精密度的不断提高，对半导体光刻胶性能的要求越来越高，从而推动了半导体光刻胶领域的全球研发热潮。但在 2005 年至 2009 年间全球半导体光刻胶申请趋势出现回落趋势，这可能与此阶段深紫外光刻技术已经趋于成熟有关。随着集成电路工艺的不断发展，ArF 光刻技术在 7nm 节点工艺复杂程度急剧提高，迫切需要新一代替代技术的出现。2010 年来，以极紫外（EUV）光刻胶为代表的新型替代性技术的广泛研

21、发为半导体光刻胶技术的发展带来了新的契机，从而推动全球光刻胶技术专利申请又出现了进一步的回升。图图 2-1 半导体光刻胶全球专利申请趋势半导体光刻胶全球专利申请趋势(1947-2024)2.1.1.2 全球专利申请区域分析知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册11对半导体光刻胶全球专利申请区域进行分析（如表 2-1），排名前 10 的国家/地区依次为日本、美国、韩国、中国、欧洲专利局(EPO)、中国台湾、德国、英国、加拿大和法国，向这些国家、地区以及区域性组织提交的专利申请量占到全球范围内提交的专利申请总量的 97.35%。表表 2-1 半导体光刻胶全球专利申请区域一览半导

22、体光刻胶全球专利申请区域一览序号序号专利申请国专利申请国/地区地区专利申请数（件）专利申请数（件）专利占比专利占比1日本716534.32%2美国392718.81%3韩国343916.47%4中国20379.76%5EPO15237.30%6中国台湾13426.43%7德国4552.18%8英国3021.45%9加拿大1340.64%10法国1310.63%11其他国家和地区5522.65%2.1.2 半导体光刻胶全球专利技术来源国与目标市场分析2.1.2.1 技术来源国/地区分析对半导体光刻胶领域专利申请进行技术来源国分析，全球 43 个国家或地区的申请人进行了半导体光刻胶领域相关专利申请

23、。对全球半导体光刻胶领域排名前 10 的技术来源国依次是日本、美国、韩国、中国、德国、中国台湾、瑞士、英国、法国、荷兰。从图 2-2 中可以看出，来源于日本的专利申请最多，专利族数量达到 7679 项，专利申请 12372 件，占全球总申请量的 57.86%。目前，日本是全球半导体光刻胶产业的垄断国家，也是世界半导体光刻胶市场上占有份额最大的国家，日本拥有该领域最多的巨头公司，包括东京应化、JSR、富士胶片、信越化学等都是该领域的顶级公司，基本形成垄断地位，在该领域的研发和投入引领国际先进水平，同时也瓜分着该领域绝大部分的市场份额。排名第二和第三的为美国和韩国，美国申请量为 2456 项（47

24、51 件），韩国申请量为 1345 项（2225 件），分别占全球总申请量的 18.51%和 10.13%。中国专利申请为 570 项（617 件），排名第四，占全球总申请量的4.30%，与日本和美国的申请量相比，差距很大。德国专利申请为 391 项（706 件），排名第五，占全球总申请量的 2.95%。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册12图图 2-2 半导体光刻胶全球专利技术来源国半导体光刻胶全球专利技术来源国/地区占比地区占比2.1.2.2 技术目标市场分析关联分析图 2-3 为半导体光刻胶技术来源排名前 5 的国家/地区，即日本、美国、韩国、中国和德国在全球十大

25、主要技术目标国的专利分布气泡图。可以看出，日本作为该领域专利申请第一的国家，非常重视在本土的布局，本土布局数量达到 5967 件。除本土以外，依次在韩国、美国、中国台湾、欧洲、中国都有相当数量的布局，专利布局数量分别为 1665 件、1311 件、930 件、651 件和 608 件。这说明，日本的专利申请人在扎根于本土的专利布局外，也相当重视对于全球其他区域的技术占领。美国作为第二大技术来源国，主要在美国本土和日本进行布局，布局数量分别为 693 件和797 件，其次是韩国（514 件）、欧洲（557 件）和中国（346 件）。相对于日本和美国，韩国、中国、德国则更加侧重于本土的专利布局。韩

26、国除了在本土申请的 1108 件专利外，在美国、日本和中国均进行了一定程度的布局，布局数量分比为 254 件、249 件和 219 件，这说明美国、日本和中国是韩国企业的主要海外技术目标市场。中国在本土的专利公开数量为 564 件，而与此相对的是来源于中国的专利在美国公开数量仅为 17 件，在其他国家该数量则更低，这一方面说明中国的专利申请人更加侧重于在本国布局，对于海外市场的重要性的认识偏低，另一方面也说明目前中国的专利申请人在该领域的技术相对落后，暂时不具备向发达国家辐射技术影响力的能力。因此，在半导体产业创新日益白热化的浪潮中，中国的专利申请人一方面要提高全球布局的意识，另一方面更要增强

27、自身的技术实力，缩小与全球领先申请人之间的技术差距，提升专利数量和质量。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册13图图 2-3 半导体光刻胶领域主要技术来源国半导体光刻胶领域主要技术来源国/技术目标国专利申请数量分布技术目标国专利申请数量分布2.1.3 半导体光刻胶全球专利技术分析结合课题前期的产业调研情况，目前全球半导体光刻胶产业的技术可分为三类：（1）产业成熟技术：主要包含 g 线（436nm）光刻胶和 i 线（365nm）光刻胶，这两类技术是半导体光刻胶领域研究的早期技术，在上世纪末已达到成熟水平，在低端半导体产品中的应用较为广泛；（2）产业主流技术：主要包含 KrF

28、 光刻胶和 ArF光刻胶，这两类光刻胶技术是当前半导体光刻胶领域的主流产品，能够满足当前市场上绝大部分半导体产品的需求；（3）前沿替代技术：主要包含极紫外（EUV）光刻胶、电子束光刻胶，这两类技术各自具有独特优势，可满足半导体微细图形线路的加工制造需求，是半导体光刻胶技术的未来发展方向。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册14图图 2-4 半导体光刻胶技术全球专利主要技术构成半导体光刻胶技术全球专利主要技术构成图 2-4 展示了全球半导体光刻胶各主要技术分支的专利申请占比，如图所示，产业成熟技术的专利申请 7386 件，占全球半导体光刻胶专利集合的 33.78%，由于成熟

29、技术研发历程较长，专利积累数量较多，所以专利占比较多。产业主流技术的专利申请 6760 件，占全球半导体光刻胶领域专利集合的 30.91%，主要包括 KrF、ArF等深紫外光刻胶技术。主流技术是目前半导体光刻胶中市场需求最为旺盛的，但发展历程较成熟技术短，因此专利占比略低于成熟技术占比。前沿替代技术专利申请7722 件，占全球半导体光刻胶领域专利集合的 35.31%，主要涉及 EUV 光刻胶、电子束光刻胶等前沿技术，这些前沿技术是未来尖端光刻胶的发展趋势，近年来的研究热度急剧上升，三者的专利申请总和甚至超越了成熟技术和主流技术，需要引起足够的重视。2.1.4 半导体光刻胶全球主要创新主体分析对

30、全球半导体光刻胶领域的前 10 位申请人进行了专利族申请统计（图 2-5），专利族申请量排前 10 的依次是富士胶片、信越化学、东京应化、住友化学、JSR、三菱公司、日立公司、三星电子、IBM 和陶氏化学。申请量排名前 10 公司的申请量总和占全球总申请量的 42.51%，在该领域呈现明显的巨头化态势。其中，全球专利申请量排名前 7 的巨头富士胶片、信越化学、东京应化、住友化学和 JSR、三菱公司、日立公司均为日本企业，日本在该领域的垄断地位可见一斑。富士胶片是该领域专利申请数量最多的公司，达到了 1244 项（1963 件），其次为信越化学、东京应化、住友化学、JSR、三菱公司和日立公司，申

31、请量分别为 753 项（1796 件）、600 项知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册15（1063 件）、577 项（891 件）、485 项（698 件）。值得注意的是，美国的陶氏化学、IBM 公司的专利族数量低于日本的三菱公司和日立公司，但其专利申请数量则高于这两家公司，可见陶氏化学和 IBM 公司同族专利数量较多，技术布局较为广泛。而前 10 名的申请人中，没有来自中国的企业，因此中国本土企业与国际巨头在全球专利申请量上存在较为显著的差距。图图 2-5 半导体光刻胶技术全球申请人占比半导体光刻胶技术全球申请人占比2.2 半导体光刻胶中国专利态势分析2.2.1 半导

32、体光刻胶中国专利申请态势分析截止 2024 年 4 月 30 日，半导体光刻胶领域中国专利申请总量为 2037 件，其中中国本土专利申请 705 件，占比 34.61%，国外来华专利 1332 件，占比65.39%，国外来华专利申请量是中国本土申请量的近两倍。图 2-7 为中国半导体光刻胶专利申请趋势图，从专利年度申请量来看，可将我国半导体光刻胶专利技术的发展分为四个阶段：第一阶段为萌芽期（1990 年-1996 年）：这一阶段专利申请总量为 15 件，年申请量很低。这是由于早期国内半导体光刻胶技术还没有广泛开展研究，国外相关研究也处于初级阶段，国外研发机构初步的专利布局推动了我国专利申请量的

33、上涨。第二阶段为平稳发展期（1997 年-2006 年）：在这十年间，随着中国半导体产业的发展，陆续有多家光刻胶厂商，如科莱恩、东京应化、SK 海力士、住友化学等在中知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册16国市场进行专利布局，同时中国本土也有研究机构开始开展光刻胶的相关研究，使得这段时间专利申请量相比第一阶段有所增长，整体呈现平稳发展趋势。第三阶段为波动发展期（2007 年-2015 年）：进入 21 世纪，半导体光刻胶的目标市场开始从日本、韩国、中国台湾向中国大陆转移，专利年度申请量变化不大，在40-80 件专利的较大区间内上下波动，这意味着光刻胶行业在较长时间内一直有

34、着较高的研发热度，半导体光刻胶技术步入了波动发展阶段。第四阶段为高速发展期（2016 年至今）：在 2016 年之后，申请量有了更为明显的上升趋势，半导体光刻胶技术领域进入高速发展阶段，2021 年专利申请量达到峰值（190 件），2022-2024 年部分专利数据尚未全部公开，数值有所下降。该阶段专利申请量的快速增长与政府导向性政策以及外部环境的双重因素有关，企业在半导体光刻胶领域仍有很大的研发热情。图图 2-7 半导体光刻胶中国专利申请趋势半导体光刻胶中国专利申请趋势2.2.2 半导体光刻胶中国专利申请区域分析图 2-8 列出了中国半导体光刻胶专利申请的重点省份，北京、江苏、广东、上海、浙

35、江是中国申请量排名前 4 的地域，其专利申请总量占国内专利申请量的 73.66%。北京专利申请量为 100 项，居于全国首位，占国内专利申请总量的 21.46%，这与其拥有如京东方、中科院等国内知名光刻胶企业和研究机构有关；江苏拥有苏州瑞红、常州强力、南大光电等半导体光刻胶领域国内龙头企业，专利申请量为 99 项，排名第二；广东省专利申请量为 84 项，专注于半导体显示领域的华星光电是该省半导体知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册17光刻胶的主要研发机构；上海市专利申请量为 63 项，上海博栋、上海新阳、中芯国际、同济大学等具有一定规模的企业和院校是该地区主要的光刻胶生产

36、和研发机构。由此可见，我国半导体光刻胶领域申请地域来源相对集中，主要集中在北上广、长三角地区，说明半导体光刻胶技术发展程度对地区经济发展水平有高度依赖性，且这些地区拥有很多重点大学、科研院所，也为光刻胶的技术研发提供强大的科研支撑。图图 2-8 半导体光刻胶中国本土专利申请主要省份分布半导体光刻胶中国本土专利申请主要省份分布2.2.3 半导体光刻胶中国技术分析图 2-9 为中国半导体光刻胶专利技术构成占比饼图，其中前沿替代技术为 541件，占半导体光刻胶领域申请总量的 26.58%，产业主流技术为 703 件，占申请总量的 34.49%，产业成熟技术为 793 件，占申请总量的 38.93%。

37、图图 2-9 半导体光刻胶中国专利主要技术构成占比半导体光刻胶中国专利主要技术构成占比知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册18前沿替代技术相关的专利申请量在半导体光刻胶领域占的比例最小，产业成熟技术占比最大，说明我国生产能力主要集中于 g 线、i 线光刻胶等中低端产品。虽然EUV 光刻、嵌段聚合物大分子自组装及电子束等高端光刻胶近年来专利申请明显增加，但仍处于研发阶段。2.2.4 半导体光刻胶中国专利主要创新主体分析由图 2-10 可见，中国本土专利申请量的前 5 名分别为京东方、中科院化学所、苏州瑞红、常州强力、华星光电。国内本土专利前 10 的申请人中，有 7 家来自

38、企业，这表明国内半导体光刻胶企业在国内具有一定的研发实力和技术储备，且目前我国半导体光刻胶产业较多的研究成果已处于应用阶段。图图 2-10 半导体光刻胶中国本土专利申请人半导体光刻胶中国本土专利申请人 TOP10在中国本土申请人方面，随着国家对半导体产业的大力投入，国内企业也开始加大对半导体光刻胶技术的研发并取得了一些成果，尤其涌现了一批优秀的光刻胶公司及科研院所，旨在突破国内高端光刻胶受制于人的局面，使光刻胶国产化由低端走向高端。中国本土专利申请人中，排名第一的是京东方，近年来京东方大力发展光刻胶技术，产品覆盖 KrF（248nm）、i 线、g 线的光刻胶及配套试剂。北京北旭电子材料有限公司

39、作为京东方全资子公司，是国内较早涉足光刻胶的企业，实力强劲，国内面板用光刻胶的主要供应商之一。排名第二的是中科院化学所，中国科学院化学研究所是以基础研究为主，有重点地开展国家急需的、有重大战略目标的高新技术创新研究，其参与了（02 专项）“极知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册19紫外光刻胶材料与实验室检测技术研究”项目，完成了 EUV 光刻胶关键材料的设计、制备和合成工艺研究、配方组成和光刻胶制备、实验室光刻胶性能的初步评价装备的研发，为我国的半导体集成电路产业的稳定发展提供了人才支持和技术支持。苏州瑞红的专利申请量与常州强力持平。苏州瑞红成立于 1993 年，是国内著

40、名的主营光刻胶产品及其配套试剂的公司，生产光刻胶 20 多年。于 2013 年验收了TFTLCD 用光刻胶的研发项目，目前主要生产 i 线光刻胶。在国内处于光刻胶生产企业的领先地位，拥有达到国际先进水平的光刻胶生产线，生产的光刻胶主要应用于半导体及平板显示领域，承担并完成了国际重大科技项目“i 线光刻胶产品开发及产业化”项目，i 线光刻胶已向中芯国际、扬杰科技、福顺微电子等客户供货。目前 KrF光刻胶已完成中试，产品分辨率达到了 0.250.13m 的技术要求，建成了中试示范线。常州强力新材深耕 g 线、i 线、LCD 和半导体领域，是全国唯一一家向全球主要光刻胶企业供应 FPD 彩色光刻胶及

41、半导体光刻胶专用化学品并拥有自主知识产权的高端电子化学品供应商，应用于干膜光刻胶的 HABI 系列及彩色光刻胶的肟酯类光引发剂全球份额分别高达 65%及 40%。华星光电是申请量排名第五的国内申请人，是 2009 年成立的液晶平板显示生产公司，并且在 2019 年成为 TCL 的子公司，华星光电拥有 LCD 和 AMOLED 等产业，是实力强劲的面板生产企业，那么从光刻胶专利申请来看，其在半导体光刻胶领域也拥有不俗的技术实力。北师大（14 项）、中科院理化所（14 项）、北京科华（14 项）、西迪光电（13项）、南大光电（11 项），排名相对靠后，申请量相差较小。可以认为中国专利申请的技术集中

42、度还较弱，尚未出现垄断趋势，多家企业都在积极研发。随着国家对半导体光刻胶的继续关注和大力支持，半导体光刻胶产业将会迎来更多的中国本土申请人。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册20第 3 章 半导体光刻胶产业成熟技术近紫外光刻胶专利分析3.1 g 线光刻胶全球专利态势分析3.1.1 g 线光刻胶全球专利申请趋势及区域分析共检索到 g 线光刻胶相关专利申请 4085 件，对其按照申请年进行统计，梳理从1952 年至今 g 线光刻胶全球专利申请趋势（图 3-1），总体整体呈先增长再下降的趋势。1952 年-1983 年间，g 线光刻胶技术共有 316 件专利申请，1952 年

43、至 70年代初仅有零星申请且总数较低，1970 年至 1984 年，专利申请量呈缓慢上升趋势，但年均申请量不足 20 件，其中 1979 年至 1984 年间增长速度有所加快，可能这时期日本 JSR 等企业开始进入半导体光刻胶行业，进而提高了总体的专利申请量。图图 3-1 g 线光刻胶全球专利申请趋势线光刻胶全球专利申请趋势随后的 20 年间，g 线光刻胶全球专利申请量急速增加，并于 1990 年达到顶峰，年申请量达 185 件，在 1990 年至 2005 年期间虽然申请量有所滑落，但仍保持较高水平。这一方面和 g 线光刻胶技术不断发展并成为半导体光刻胶领域研发热点有关，另一方面也很可能受到

44、市场对于 g 线光刻胶半导体芯片的需求影响，半导体光刻胶领域的潜在市场推动行业内的研发机构开始进行大面积的专利布局，使得 g 线光刻胶专利的申请量激增，而后阶段专利申请量的轻微滑落，很可能是因为随着 21 世纪的到知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册21来，集成电路产业获得快速发展，g 线光刻胶技术开发已较为成熟，技术创新空间已十分狭小，更先进的 i 线、ArF、KrF 以及 EUV 等光刻胶技术快速发展并成为新的研究热点，导致 g 线光刻胶技术相关专利的年申请量呈波动式下降趋势。对 g 线光刻胶全球专利申请的目标国/地区进行分析（图 3-2），排名前 5 的国家/地区依

45、次为日本、美国、韩国、中国、欧洲专利局（EPO），占全球专利申请总量的90.38%。其中在日本布局的专利为 1520 件，占全球专利申请总量的比例 38.87%，排名第二和第三的国家分别为美国和韩国，布局在美国的专利数为 704 件，占比为18.01%，布局韩国的专利数为 575 件，占比为 14.71%。在中国布局的专利数为371 件，占比为 9.5%。在欧洲布局的专利数为 364 件，占比为 9.31%。图图 3-2 g 线光刻胶专利主要技术目标国线光刻胶专利主要技术目标国/区域占比图区域占比图3.1.2 g 线光刻胶全球专利技术来源国及目标市场分析3.1.2.1 主要技术来源国/地区分析

46、图图 3-3 g 线光刻胶全球专利技术主要来源国线光刻胶全球专利技术主要来源国/地区占比情况地区占比情况知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册22根据 g 线光刻胶全球专利技术区域分布特点，可以分析出国家/地域的技术优势。从技术来源国的角度进行分析（图 3-3），来源于日本的专利申请最多，申请专利达1725 项，占全球申请总量的 60.36%。目前，日本是全球半导体光刻胶产业的垄断国家，也是世界半导体光刻胶市场上占有份额最大的国家。日本拥有该领域最多的巨头公司，包括东京应化、JSR、富士胶片、信越公司等都是该领域的顶级公司，基本形成产业垄断地位，不仅引领着该技术领域的技术发

47、展方向，同时也瓜分着该领域绝大部分的市场份额。排名第二和第三的为美国和韩国，美国申请专利数为 512 项，占比为 17.91%，韩国申请专利数为 217 项，占比为 7.59%。中国专利申请为 125 项，排名第 4，占比为 4.37%，与日本、美国及韩国相比，存在很大差距。3.1.2.2 技术目标市场分析图图 3-4 g 线光刻胶技术主要来源国家线光刻胶技术主要来源国家/地区及其技术目标市场分布地区及其技术目标市场分布对 g 线光刻胶技术来源国与技术目标国进行关联分析，能够从宏观层面把握世界范围内技术和市场的变化，了解全球 g 线光刻胶产业生产、消费热点的转移情况。图3-4 为 g 线光刻胶

48、技术主要来源国家/地区及其技术目标市场的分布图。从中可以看出，日本作为技术来源国体现出了绝对优势，日本在本土申请了 1323 件专利，牢牢占据知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册23了其本土的专利市场，同时海外申请的专利数达到 989 件，主要在美国、韩国、欧洲和中国等国家和地区进行专利布局，可见日本在 g 线光刻胶领域不可动摇的主导地位；美国作为全球第二大技术来源国，非常重视海外专利市场，除了在美国本土申请了295 件专利，同时海外申请的专利数达到了 602 件，主要在欧洲、日本等国家和地区进行专利布局。韩国也重视本土申请，在韩国本土申请了 176 件专利，此外在海外也

49、有少量的专利布局。与此相对的是，中国的海外申请专利仅有 8 件，这一方面说明中国的专利申请人对于海外市场的重要性的认识偏低，另一方面也说明目前中国的专利申请人在该领域的技术相对落后，暂时不具备向发达国家辐射技术影响力的能力。结合技术来源国分析结果对比可知，日本作为 g 线光刻胶最大的申请国，对于海外 g线光刻胶市场的拓展有着较强的敏锐度和行动力；中国 g 线光刻胶技术研发可能存在技术强度和创新力不足的情况，缺乏对于未来海外市场的有力把控。3.1.3 g 线光刻胶全球主要创新主体分析对全球 g 线光刻胶技术领域的前 10 位申请人进行了专利族申请统计（表 3-1），其中专利族申请量排前 5 的依

50、次是住友化学、东京应化、日立公司、富士胶片和富士通，均为日本企业。住友化学是该领域专利申请数量最多的公司，达到了 208 项，其次为东京应化、日立化学、富士胶片和富士通，分别为 186 项、140 项、97 项和87 项。这 5 大公司的申请量总和占全球总申请量的 28.61%，因此在该领域呈现明显的巨头化态势，并且需要指出的是，这 5 大巨头均属于日本企业，日本在该领域的垄断地位可见一斑。后 5 名申请人分别是韩国的三星、日本的瑞翁、信越化学、JSR和美国的 IBM。而前 10 名的申请人中，没有来自中国的企业，可见中国本土企业与国际巨头在 g 线光刻胶专利技术方面存在较为显著的差距。表表

51、3-1 g 线光刻胶全球主要申请人线光刻胶全球主要申请人序号序号申请人申请人国别国别专利族（项）专利族（项）专利申请数（件）专利申请数（件）1住友化学日本2082612东京应化日本1862853日立公司日本1401654富士胶片日本971185富士通日本8798知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册24序号序号申请人申请人国别国别专利族（项）专利族（项）专利申请数（件）专利申请数（件）6三星电子韩国751077瑞翁日本75808信越化学日本711029JSR日本657410IBM美国62793.1.4 g 线光刻胶中国专利态势分析3.1.4.1 中国专利申请趋势分析中国 g

52、 线光刻胶技术专利申请为 371 件，其中中国本土申请人申请了 106 件专利，占比 28.57%，其余均为国外来华申请专利。对 371 件中国 g 线光刻胶专利按照申请年进行统计，得到 1986 年至今中国 g 线光刻胶专利申请趋势图（图 3-5）。图图 3-5 g 线光刻胶中国专利年度申请趋势线光刻胶中国专利年度申请趋势如图 3-5 所示，1995 年以前，g 线光刻胶领域的中国专利申请量一直较低，未能突破两位数，这是因为一方面该阶段中国在该领域的技术相对落后，还处于摸索阶段，另一方面光刻胶所涉及的半导体产业在 2000 年后才从日本、韩国和台湾部分向中国大陆转移。此后，中国专利的申请数量

53、开始出现较为明显的增长趋势，这是由于随着中国经济的高速发展，手机、电视、电脑等电子消费产品在中国市场快速扩张，半导体产业的国际巨头纷纷在中国进行产业布局。2005 年以后，该领域的中国专利申请增长速度进一步提升，国内企业在政府导向性政策以及外部环境的双重刺激下，更知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册25为大力的投入了光刻胶的研究，京东方、华星光电、苏州瑞红等公司加大了该领域的研发速度。3.1.4.2 中国专利技术区域分析g 线光刻胶领域的中国本土专利共 106 件，分布于我国 15 个省直辖市，但专利申请数量上存在较大差异，图 3-6 列出了专利申请量排名前 10 的省份

54、，北京、江苏、上海、广东和安徽是中国申请量排名前五的地域，其专利申请总量占国内专利申请量的 78.3%。国内北京专利申请量最多，有 29 件，占国内专利申请量的 27.36%，这与北京拥有如京东方、北京科华和中科院所等国内知名光刻胶企业和研究机构密切相关。江苏专利申请 23 件，排名第二，其拥有国内半导体光刻胶领域的龙头企业，如苏州瑞红、常州强力和西迪光电等；上海排名第 3，专利申请量为 11 件，上海中大、上海新阳和上海飞凯电子等具有一定规模的企业是该地区主要的光刻胶生产和研发机构；第四是广东省和安徽省，专利申请量为 10 件，代表企业分别为容大光电和鑫晟光电。可见，该领域国内申请地域来源相

55、对集中，主要集中在华东地区和华南地区，说明半导体光刻胶技术发展程度对地区经济发展水平有高度依赖性。图图 3-6 g 线光刻胶中国本土专利主要省份分布线光刻胶中国本土专利主要省份分布3.1.4.3 中国专利主要创新主体分析由于中国在 g 线光刻胶领域起步晚，且技术基础相对薄弱，因此国内申请人的专知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册26利申请量普遍不高。g 线光刻胶技术专利申请排名前 5 的国内研发机构分别为京东方、苏州瑞红、中科院化学所、北京科华和华星光电。其中京东方申请专利 14 项，占国内专利申请总量的 13.21%，苏州瑞红申请专利 6 项，占比 5.66%，中科院化

56、学所申请专利 5 项，占比 4.72%，北京科华申请专利 4 项，占比 3.77%，华星光电申请专利 4 项，占比 3.77%。图图 3-7 g 线光刻胶中国专利本土申请人线光刻胶中国专利本土申请人 TOP5（单位：件）（单位：件）图 3-8 为 g 线光刻胶领域国内排名前 5 的申请人 2004 年至 2024 年的年度申请趋势。从图中可看出，中科院化学所是我国最早开始申请 g 线光刻胶专利的机构，但在 2011 年之后没有专利申请；京东方于 2007 年开始进入该领域，并在 2015年申请了 5 项专利；北京科华于 2013 年开始申请 g 线光刻胶相关专利，而苏州瑞红和华星光电则分别在

57、2015 年和 2016 年开始进入该领域。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册27图图 3-8 g 线光刻胶中国本土专利主要申请人年度申请趋势线光刻胶中国本土专利主要申请人年度申请趋势3.2 i 线光刻胶全球专利态势分析3.2.1 i 线光刻胶全球专利申请趋势分析及区域分析共检索到 i 线光刻胶相关专利申请 4795 件，对其按照申请年进行统计，得到从1952 年至今全球 i 线光刻胶技术的专利申请趋势图（图 3-9）。1952 年到 1970 年期间，i 线光刻胶技术仅申请了 30 件专利，且专利申请不连贯，年申请量不超过 10 件。1970 年到 1980 年期间，

58、i 线光刻胶专利申请出现小幅度增长，年申请量在 5 件以上，1975 年达到 21 件。随着光刻工艺的提高，半导体工艺制成发展到 0.5m 以下，环化橡胶体系光刻胶和 g 线光刻胶已经不能满足分辨率要求，市场需求推动了 i 线光刻胶技术的研发。在 1981 年至 1990 年间，i 线光刻胶申请量一直呈现上升趋势，共申请了 940件专利，于 1987 年突破 100 件，1990 年出现第一个申请高峰，高达 191 件。在全球集成电路行业发展的背景下，光刻胶技术工艺逐步提高，i 线光刻技术快速发展期，i 线光刻胶在半导体工业中开始大规模应用。由于集成电路对密度和集成度水平有了更高的要求，半导体

59、用光刻胶通过不断缩短曝光波长以提高极限分辨率，世界芯片工艺水平跨入微纳米级别。此后，专利申请量明显下降，降至 130 件/每年以下，这是因为随着集成电路产业发展至 250nm 节点以下，对分辨率要求越来越高，i 线已经不能满足要求，KrF、ArF 等光刻胶开始规知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册28模化应用，全球光刻胶企业纷纷将研发方向转入深紫外和极紫外光刻技术，i 线光刻胶技术的成熟和市场需求的饱和，导致专利申请趋于平稳。图图 3-9 i 线光刻胶全球专利申请趋势线光刻胶全球专利申请趋势表 3-2 展示了 i 线光刻胶全球专利技术全球目标市场分布情况。日本、美国、韩国

60、、中国和欧专局是专利布局前五名的国家和区域组织，向这些国家、地区以及区域性组织提交的申请专利量共计 4090 件，占到全球范围内提交的专利申请总量的85.29%。其中，在日本布局的专利最多，高达 1684 件，占全球专利申请总量的比例 35.12%。排名第二和第三的国家为美国和韩国，布局美国的专利为 835 件，占比为 17.41%；布局韩国的专利为 687 件，占比为 17.33%；在中国布局的专利为465 件，占比为 9.70%；布局欧专局的专利有 419 件，占比为 8.74%。表表 3-2 i 线光刻胶全球主要技术目标国线光刻胶全球主要技术目标国/地区统计地区统计序号序号技术目标国技术

61、目标国/地区地区专利申请数（件）专利申请数（件）1日本16842美国8353韩国6874中国4655欧专利局4196中国台湾1577德国1118英国649加拿大2110澳大利亚213.2.2 i 线光刻胶全球技术来源及目标市场分析知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册293.2.2.1 主要技术来源国/地区分析从技术来源国的角度进行分析（表 3-3）可以看出，日本在全球占据了绝对领先的地位，来源于日本的专利申请最多，申请量达 1966 项专利，占全球申请总量的60.60%，跻身当今全球半导体光刻胶产业的垄断国家之一，拥有该领域最多的巨头公司，包括东京应化、JSR、富士胶片、

62、信越化学等光刻胶龙头企业。美国申请了601 项专利，韩国申请了 235 项专利，分别占全球申请总量的 18.5%和 7.24%，列居第二位和第三位。中国申请了 142 项专利，占比 4.38%，排名第四，但仍与日、美、韩存在较大差距。德国申请了 103 项专利，占全球申请的 3.18%，位列第五。此外瑞士、英国、卢森堡等国家均在 i 线光刻胶技术领域布局了相关专利。表表 3-3 i 线光刻胶全球专利主要技术来源国线光刻胶全球专利主要技术来源国/地区统计地区统计序号序号技术来源国技术来源国/地区地区专利族数（项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请数（件）1日本196627672美国60110

63、703韩国2353154中国1421505德国1031746瑞士971937英国31368英属维尔京群岛30329中国台湾131410卢森堡7143.2.2.1 技术目标市场分析对 i 线光刻胶全球专利主要技术来源国与技术目标国进行关联分析，图 3-10 为i 线光刻胶全球专利技术主要来源国/地区，即日本、美国、韩国、中国和德国五个国家及其技术目标市场的专利数量分布情况。从图中看出，日本作为该领域专利申请第一大国，其第一专利布局目标国是日本本土，数量达到 1468 件，除了在日本本土申请以外，在美国、韩国、中国、欧专局和中国台湾等国家和地区的专利布局均超过100 件。说明日本申请人扎根于本土外

64、，对全球其他区域同样具有很强的技术辐射能力。美国作为第二大技术来源国，很重视在海外的技术输出，除了在美国本土进行布局之外，在欧专局、日本、韩国和中国分别布局了 163 件、151 件、106 件和 64知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册30件专利，在中国台湾、德国和英国等国家和地区也有均衡的布局。韩国作为第三大技术来源国，主要在韩国本土进行布局，数量达到 187 件，占总申请量的 59.4%，其次重视在日本、中国和美国的专利申请，分别布局了 41 件、33 件和 28 件。排名第四的中国申请人相对于日美韩等国的申请人，更加侧重于本土的专利布局，国内总计申请专利 137

65、件，仅在美国和韩国有少量的海外申请。这一方面说明中国专利申请人在 i 线光刻胶技术发展初期非常重视保护本土市场，但缺乏对海外市场敏锐性和执行力；另一方面也说明目前中国专利申请人在该领域的技术相对落后，暂时不具备向发达国家辐射技术影响力的能力。图图 3-10 i 线光刻胶主要技术来源国线光刻胶主要技术来源国/地区技术目标国的专利布局地区技术目标国的专利布局3.2.3 i 线光刻胶全球主要创新主体分析对全球 i 线光刻胶领域的前 10 位申请人进行了专利族申请统计（表 3-4），专利族申请量排前十的依次是住友化学、东京应化、日立公司、富士胶片、信越化学、富士通、科莱恩、瑞翁、三星电子和 IBM。知

66、识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册31表表 3-4 i 线光刻胶全球专利主要申请人线光刻胶全球专利主要申请人序号序号国别国别申请人申请人专利族数（项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请数（件）1日本住友化学2393042日本东京应化1983153日本日立公司1742154日本富士胶片1572515日本信越化学961366日本富士通87997瑞士科莱恩781628日本瑞翁76819韩国三星电子7510710美国IBM6484从申请人的国别来看，申请量排名前 10 位的申请人中有日本企业 7 家，美国企业 1 家，韩国企业 1 家，瑞士企业 1 家，说明日本企业该领域占据

67、主导地位。全球专利申请量排名前 5 的公司全部来源于日本，其中住友化学是该领域专利申请数量最多的公司，达到了 239 项；其次为东京应化、日立公司、富士胶片和信越化学，分别为 198 项、174 项、157 项和 96 项。来源于瑞士的科莱恩申请了 78 项专利，来源于韩国的三星电子申请了 75 项专利，来源于美国的 IBM 申请了 64 项专利。前十名的申请人中没有来自中国的申请人，说明中国企业与日美韩瑞的巨头企业存在较大的技术差距。3.2.4 i 线光刻胶中国专利态势分析3.2.4.1 中国专利申请趋势分析i 线光刻胶技术中国专利申请量为 465 件，其中中国本土申请 106 件，占比22

68、.79%，其余均为国外来华申请。图 3-11 为 i 线光刻胶中国专利年度申请趋势图。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册32图图 3-11 i 线光刻胶中国专利年度申请趋势线光刻胶中国专利年度申请趋势从图中可以看出，i 线光刻胶中国专利申请总体呈折线式上升趋势，相较于美国和日本，我国光刻胶行业发展和起步时间较晚。1986 年到 1994 年期间呈现零星申请态势，年申请不超过 5 件。这一方面是由于中国的专利制度起步较晚，另一方面，是由于中国的半导体产业发展相对滞后，该阶段属于技术积累期。1995 年到 2004 年期间是中国 i 线光刻胶技术的发展期，2004 年达到申

69、请高峰，有 33 件专利申请。在该阶段 i 线光刻胶正处于大规模应用期，随着中国逐渐成为全球重要的电子产业和半导体消费市场，国内的苏州瑞红、北京科华、京东方等一批光刻胶技术领先企业在政府导向性政策和外部环境的双重刺激下，大力投入该领域的研发，研发机构的投入和市场的需求，导致中国专利申请开始平稳增加。2005 年至今，i 线光刻胶中国专利申请开始下降，随后呈现平稳态势，专利申请量降至 30 件以下。这是由于该阶段全球半导体工艺节点已经发展到 0.25m 以下，逼近 i 线光刻胶的极限，KrF、ArF 等光刻胶开始规模化应用，许多技术领先企业也纷纷开始转向先进光刻胶的研发，i 线光刻胶技术的成熟和

70、市场需求的饱和，导致专利申请趋于平稳。3.2.4.2 中国专利技术地区分布i 线光刻胶中国专利本土申请有 106 件，分布在我国 15 个省份，但申请数量上存在明显差异。图 3-12 展示了 i 线光刻胶中国本土专利申请省份分布情况，依次是北京、江苏、上海、广东、山东、四川、河北、安徽、湖北、湖南、吉林、福建、江西、陕西和浙江。其中，来源于北京，江苏和上海三个省份的专利申请量均超过 15项，这三个省份的专利申请量合计 69 项，占中国专利本土申请量的 65.09%。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册33北京是我国 i 线光刻胶专利申请量最多的省份，共申请了 30 项专利

71、，占国内本土专利申请量的 28.31%，这与北京拥有最早开展 i 线光刻胶技术研发的中科院化学所和中高档光刻胶生产基地的北京科华等国内知名光刻胶企业和研究机构密切相关。江苏专利申请量为 23 项，排名第二，省内拥有包括常州强力、南大光电、苏州瑞红等一批从事光刻胶原料及配套试剂生产的国内技术领先企业。排名第三的上海专利申请量为 16 项，拥有如上海新阳、上海极紫科技、中芯国际、同济大学等技术力量雄厚的高校和创新型企业。图图 3-12 i 线光刻胶中国本土专利申请地域分布线光刻胶中国本土专利申请地域分布3.2.4.3 中国专利主要创新主体分析对 106 件中国本土专利申请进行申请人分析（图 3-1

72、3），专利申请量排名前 5的国内申请人依次是京东方、北京科华、常州强力、中科院理化所和苏州瑞红。从专利申请量上可看出，国内申请人与日美韩等国家的申请人存在较大差距。京东方是国内尖端的显示和智能制造技术公司，在全球的 LCD 和 OLED 市场都占有重要的地位，其大力发展光刻胶技术，目前是国内 i 线光刻胶领域排名第一的申请人，有 16 项专利申请；排名第二的北京科华技术力量雄厚，拥有多名光刻胶专利，具备很强的光刻胶及原材料合成、配方及相关基础评价能力，并拥有中高档光刻胶生产基地有 14 项专利申请；排名第三的常州强力是 1997 年成立的化工原料生产企业，主要生产光刻胶中的树脂、光酸和单体等化

73、工原料，有 10 项专利申请。排名第四的中科院理化所是国内最早开展 i 线光刻胶技术研发的机构，在该领域具有很强的研发能力，申请了 9 项专利。排名第五的苏州瑞红是国内著名的主营光刻胶产品及其配套试剂的公司，目前主要生产 i 线光刻胶。这五家企业的专利申请总量占中国专利本土知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册34申请的 51.89%。图图 3-13 i 线光刻胶中国专利本土申请人线光刻胶中国专利本土申请人 TOP5图 3-14 显示了 i 线光刻胶中国专利本土申请排名前 5 位的国内申请人从 2004年至今的专利申请趋势。从图中看出，中科院理化所是最早开始研发 i 线光刻

74、胶技术的机构，但目前其技术研发主要方向是针对极紫外光刻胶的研发，在 i 线光刻胶技术领域只有零星申请，且不连贯。北京科华和苏州瑞红几乎于同期开始涉足该领域，两家企业的专利申请趋势较为一致，这两家企业都是国内领先光刻胶企业，特别是在中高端光刻胶技术领域同样具备较强的研发实力。常州强力进入该领域较晚，2018 年开始出现专利申请。图图 3-14 i 线光刻胶中国本土专利主要申请人申请趋势线光刻胶中国本土专利主要申请人申请趋势知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册35第 4 章 半导体光刻胶产业主流技术深紫外光刻胶专利分析4.1 KrF 光刻胶全球专利态势分析由于 i 线光刻胶的

75、主要成分酚醛树脂在 248nm 的曝光光源处不透明，与产酸剂存在竞争吸收关系，光敏性较差，无法应用于 248nm 光刻工艺中，人们开始了适用于 248nmKrF 光源光刻胶的相关研究。4.1.1 KrF 光刻胶全球专利申请趋势分析及区域分析经检索，KrF 光刻胶全球专利申请共计 3239 件，其中日本专利申请 883 件，占比 27.26%，排名第一；韩国、美国专利申请分别为 752 件（占比 23.22%）和604 件（占比 18.65%），分列第二和第三（如图 4-1 所示），中国专利申请 302 件，中国台湾专利申请 291 件，分列第四第五，与日本、韩国和美国相比，还是存在较大的差距。

76、图图 4-1 KrF 光刻胶全球专利申请地域统计光刻胶全球专利申请地域统计对检索到的 3239 件专利申请按照申请年进行统计，梳理从 1983 年至今 KrF光刻胶全球专利申请年度变化趋势（见图 4-2）、中、美、日、韩四国专利申请趋势（见图 4-3），大致分为四个阶段：第一阶段（1983 年-1986 年）为萌芽期，KrF 光刻胶行业起步于 1983 年，从1983 年起到 1986 年属于零星申请阶段，年均申请量不超过 5 件且申请不连贯，说知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册36明该时期的 KrF 技术尚处于前期探索、积累阶段，整体技术发展速度缓慢。结合图4-3 也

77、可以看出，在 KrF 光刻胶萌芽期，只有美国和日本在该技术领域申请了专利。美国 IBM 公司是 KrF 光刻胶的开创者，于 1983 年首先研发出使用 KrF 激光器产生的 UV 辐照蚀刻聚酰亚胺的光刻胶体系。随后日本东芝公司开发出甲基丙烯酸甲酯体系，为后续的 KrF 光刻胶体系研发奠定了基础。第二阶段（1987 年-1997 年）为初步发展期，光刻胶作为半导体制造环节中的重要材料，其研发热度持续上升。从 1987 年开始至 1997 年的十多年间，KrF 光刻胶相关专利的申请量出现了明显增幅，但年度申请量仍未突破 50 件，可见此时 KrF光刻胶的相关技术已经开始得到了一定的关注，研发机构的

78、初步布局推动了申请量的上涨。但由于该时期半导体行业龙头英特尔公司的制程仅仅从 3m 深入到了0.35m，此类微米级制程 i 线光刻胶足够胜任，尚未到达需要 KrF 光刻大规模放量的时代，直接限制了相对来说更先进但成本更高的 KrF 光刻胶技术的发展。第三阶段（1998 年-2006 年）为快速发展期，随着半导体工艺制程进入0.25m 大关，已经到达分辨率极限的 i 线光刻胶不再能满足生产需求，以东京应化为代表的日本企业研发的 KrF 光刻胶迅速占领了高端光刻胶市场。这一时期的年度申请量几乎全部在 150 件以上，在 2003 年更是达到了巅峰的 225 件。从图 4-3 中也可以看出，这一时期

79、研发机构和龙头企业持续在韩国和日本布局 KrF 光刻胶相关专利，2001 年美国终于走出半导体行业的寒冬后也重新发力。值得注意的是，这一时期我国引进了多家半导体巨头企业来华开设代工厂，这些企业在大陆和台湾布局了大量的 KrF 光刻胶相关专利，对国内企业形成了合围之势，加上光刻胶研发本身的高难度，导致这一时期尽管申请量不低，但国内研发机构的自主申请和布局极少，且主要集中在台湾地区尤其是台积电公司。第四阶段（2007 年至今）为成熟期，这个阶段 KrF 光刻胶相关专利年度申请量维持在 100 件左右，整体波动不大。2005 年后半导体工艺的发展对于分辨率提出了更高要求，KrF 光刻工艺逐渐为 Ar

80、F 光刻所取代，相应的，ArF 光刻胶也取代了 KrF光刻胶成为研发的热门和主流。但由于二者同为深紫外化学放大型光刻胶，配方和工艺上有着可借鉴之处，ArF 光刻胶的发展也在一定程度上反推了 KrF 光刻胶的发展。综上所述，KrF 光刻胶技术经过了一个较长的历史时期，目前已经进入了平稳发知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册37展的成熟阶段，巨头化趋势明显，整体的专利布局基本固化。图图 4-2 KrF 光刻胶全球专利申请年度变化趋势光刻胶全球专利申请年度变化趋势图图 4-3 KrF 光刻胶中、美、日、韩四国专利申请趋势光刻胶中、美、日、韩四国专利申请趋势4.1.2 KrF 光

81、刻胶技术来源国及目标市场分析从技术来源的角度进行分析（表 4-1），日本在全球占据了绝对领先的地位，来源于日本的专利申请最多，达到了 1992 件申请（985 项专利族），占全球总申请量的61.25%。目前，日本是半导体光刻胶产业的垄断国之一，也是世界高端光刻胶市场上占有份额最大的国家，拥有该领域最多的巨头公司，包括东京应化、JSR、富士胶片、信越化学等光刻胶龙头企业。韩国申请了 354 项专利族，美国申请了 253 项专利族，分别占世界专利族申请总量的 20.50%和 14.65%，列居第二、三位。中国申请的专利族为 59 项，排名第知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册

82、38四，与日韩美还存在着相当的差距。中国台湾申请的专利族为 27 项，排名第五。此外德国、卢森堡、英国等国家在 KrF 光刻胶制备技术领域也有一些研究投入与产出。表表 4-1 KrF 光刻胶全球专利技术来源国光刻胶全球专利技术来源国/地区统计地区统计序号序号技术来源国技术来源国/地区地区专利族数（项）专利族数（项）专利申请数专利申请数（件）（件）1日本98519922韩国3546883美国2474014中国59665中国台湾27296德国26417卢森堡5148英国799其他1112对 KrF 光刻胶专利的技术来源国/地区与目标市场进行关联分析，能够从宏观层面把握世界范围内 KrF 光刻胶研发

83、重心和市场布局的变化，了解全球光刻胶产业生产、消费热点的转移情况，图 4-4 展示了 KrF 光刻胶全球专利的技术来源国/地区和目标市场分布，即日本、韩国、美国、中国、德国、中国台湾、卢森堡和英国。可以看出，日本作为该领域专利申请第一大国，其第一专利布局目标国是日本本土，数量达到729 件，除了日本本土以外，依次在韩国、美国、中国台湾、中国有相当数量的布局，可见日本的专利申请人在扎根于本土的专利布局外，也相对重视对于全球其他区域的技术占领。韩国作为第二大技术来源国，主要在韩国本土进行布局，数量达到 297 件，其次是日本、美国和中国。美国位列第三，除了在美国本土进行布局之外，在韩国、日本、中国

84、、欧洲等国家和地区都有着均衡的布局。而来源于中国的专利申请相对于来源于日韩美的专利申请，更加侧重于本土的专利布局，国内总计申请专利 58 件，而在其他国家总计公开数量仅为 4 件。这一方面说明中国的专利申请人更加侧重于在本国布局，对于海外市场重要性的认识偏低，另一方面也说明目前中国的专利申请人在该领域的技术相对落后，暂时不具备向发达国家辐射技术影响力的能力。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册39图图 4-4 KrF 光刻胶专利主要技术来源国光刻胶专利主要技术来源国/地区及目标市场分布地区及目标市场分布综上所述，日本、韩国、美国三大 KrF 光刻胶技术大国的专利布局在立足

85、本土的同时，积极注重海外布局，中国申请人的海外布局意识有待提高。因此，在半导体产业日益白热化的浪潮中，中国的专利申请人一方面要提高全球布局的意识，重视专利申请和自我保护，在当今频繁的国际贸易中防止可能出现的技术壁垒。另一方面更要增强自身的技术实力，缩小与全球领先申请人之间的技术差距，提升专利数量和质量。4.1.3 KrF 光刻胶全球主要创新主体分析对全球 KrF 光刻胶领域的前 10 位申请人进行了专利族统计（表 4-2），专利族申请量排前 10 的依次是信越化学、SK 海力士、富士胶片、陶氏化学、松下电器、住友化学、三菱公司、JSR、三星电子和东京应化。从申请人的国别来看，在专利族申请量排名

86、前 10 位的申请人中，日本企业 7 家，韩国企业 2 家，美国企业 1 家。全球专利族申请量排名前 5 的公司中 SK 海力士来自韩国、陶氏化学来自于美国，其余均为日本企业。信越化学是该领域专利申请数量最多的公司，达到了 305 项（818 件），其次为 SK 海力士、富士胶片、陶氏化学和知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册40松下电器，分别为 213 项、138 项、102 项和 89 项，仅这五大公司的专利族申请数总和就占全球总申请数的 50.33%，超过一半，可见该领域呈现明显的巨头化态势，同时日本占据垄断地位。后五名申请人分别是日本的住友化学、三菱公司、JSR、

87、东京应化以及韩国的三星电子，均超过 40 项。前 10 名的申请人中没有来自中国的申请人。表表 4-2 KrF 光刻胶全球专利申请人光刻胶全球专利申请人 TOP10序号序号专利申请人专利申请人国别国别专利族数专利族数（项）（项）专利申请数专利申请数（件）（件）1信越化学日本3058182SK 海力士韩国2134083富士胶片日本1382424陶氏化学美国1021645松下电器日本891226住友化学日本751067三菱公司日本631658JSR日本58939三星电子韩国446310东京应化日本41734.1.4 KrF 光刻胶核心专利分析4.1.4.1 成膜树脂核心专利分析表 4-3 展示了

88、KrF 光刻胶领域成膜树脂研发相关的高被引专利，可以看到日本信越化学和韩国 SK 海力士的前身现代电子在该领域具有较高的技术认可度，引领了成膜树脂先进材料的研发。这些专利的申请时间集中在初步发展期和快速发展期，说明这些专利公开的配方和制备方法在一定程度上奠定了 KrF 光刻胶成膜树脂体系的基础。目前 KrF 光刻胶主要的成膜树脂有三种，分别是聚羟基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和 N 取代的马来酰亚胺衍生物，其中，聚羟基苯乙烯体系是 KrF 光刻中最通用的光刻胶。实际生产中，为了得到更好的综合性能，通常采用多类单体树脂进行共聚，并使用自由基聚合。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业

89、分册41表表 4-3 KrF 光刻胶成膜树脂高被引专利光刻胶成膜树脂高被引专利序序号号公开号公开号标题标题申请人申请人申请年申请年被引证被引证次数次数1US5876900AChemically amplified positive resistcomposition信越化学1997682JP2005049810A下層膜形成材料形成方法信越化学2003413US5759739AResist composition with polymericdissolution inhibitor and alkali solubleresin信越化学1996384JP07316268A遠紫外光吸収材料及用形

90、成方法松下电器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信越化学1994208US5972559AChemically amplified positive resistcompositions信越化学1997209US6291131B1Monomers for photoresist,polymersthereof,and photoresist compositionsusing the sameSK 海力士19991810JP2000080124A単量体、共重合体製造方法、組成物、形成方法、半導体素子SK 海力士1999161.聚羟基苯乙烯类 KrF 光刻胶知识产权公共服务机构信息服务

92、成果共享报告集信息技术产业分册42图图 4-5 含有对羟基苯乙烯单体结构的含有对羟基苯乙烯单体结构的 KrF 光刻胶成膜树脂光刻胶成膜树脂聚羟基苯乙烯具有良好的紫外光透过能力，其结构中含有的大量苯环增强了抗蚀刻能力，是 248nm 光刻胶成膜树脂的理想材料，也是目前研究、生产和使用最多的一类化合物。商品化的 248nm 光刻胶多采用 t-BOC 基团部分保护的对羟基苯乙烯与其他树脂的共聚物作为成膜树脂，一些已经公开的聚合物结构如图 4-5 所示，主要包括聚对羟基苯乙烯与其衍生物的共聚物、聚对羟基苯乙烯-聚丙烯酸酯共聚物、聚对羟基苯乙烯-N-马来酰亚胺共聚物等。2.聚甲基丙烯酸甲酯类 KrF 光

93、刻胶聚甲基丙烯酸甲酯不含芳环，在 248nm 处透明度高，是最早应用于成膜树脂的一类化合物，但是由于其通过主链断裂成像，需要曝光能量较高，在化学增幅技术引入之前限制了其应用。随着化学增幅技术的引入，通过取代改性侧链接上各种基团，合成了一系列聚甲基丙烯酸甲酯的衍生物类成膜树脂。聚甲基丙烯酸酯由于其不含芳环，在等离子体作用下容易断裂，造成其作为成膜聚合物的抗干法腐蚀性差，限制了其应用，在实际使用中多与其他单体以共聚物的形式使用。例如，1997 年报道的如图4-6 所示的聚3-(t-叔丁基羰基)-1-乙烯基几内酰胺-co-甲基丙烯酸叔丁酯光刻胶成膜树脂，由于原先制备的聚3-(t-叔丁基羰基)-1-乙

94、烯基几内酰胺，在 25mJ/cm2 能量下曝光，得到图形分辨率为 0.3m。图图 4-6 聚聚3-(t-叔丁基羰基叔丁基羰基)-1-乙烯基几内酰胺乙烯基几内酰胺-co-甲基丙烯酸叔丁酯甲基丙烯酸叔丁酯结构结构3.N 取代的马来酰亚胺衍生物类 KrF 光刻胶N 取代的马来酰亚胺共聚物具有较高的玻璃化转变温度、良好的透明性、热稳定性、低吸水性等优良性质，通常被用来与其他烯烃类共聚，用于制备耐高温光刻胶。4.1.4.2 光致产酸剂核心专利分析知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册43表 4-4 展示了涉及 KrF 光刻胶光致产酸剂开发的高被引专利，可以看到日本信越化学和住友化学在

95、该领域具有较高的技术认可度。这部分专利的申请时间集中在快速发展期和成熟期，此时期的 KrF 光刻胶作为成熟的商业产品已经有了稳定的配方，业界将主要研发力量集中在浸没式 ArF 和 EUV 光刻胶上，对于 KrF 光刻胶的关注度总体呈下降趋势。不过，尽管 KrF、ArF 和 EUV 化学放大光刻胶在成膜树脂体系上的区别较大，但光致产酸剂部分都使用了鎓盐，该时期蓬勃发展的 ArF 和 EUV 化学放大光刻胶一定程度上反哺了 KrF 光刻胶组分中光致产酸剂部分的研发。KrF 光刻胶体系中光致产酸剂对胶的成像性能影响很大，尽管种类繁多，但在商品化的 248nm 光刻胶中普遍使用的光致产酸剂为碘鎓盐和硫

96、鎓盐。248nm 光刻胶及所有化学增幅光刻胶所遇到的最大问题是曝光后必须立即后烘，否则胶膜表层会形成不溶的表皮层或出现剖面为 T 型的图形（俗称 T-top 图形）。这主要因为空气中微量的碱性物质与曝光区胶膜表面的酸发生中和反应形成铵盐，这一方面使酸催化反应的效率受到影响，甚至停止，导致曝光区胶膜在显影液中的溶解性质未产生足够的变化，另一方面这种铵盐在碱性显影液中无法溶解，从而导致不溶表皮层或 T-top 图形。为克服上述问题，采用活性炭过滤，控制工艺车间氨的浓度和使用顶部保护涂层的方法已很普遍；另一种方法是在胶中加入碱性添加剂以减少酸的扩散，提高光刻胶的性能。表表 4-4 KrF 光刻胶光致

97、产酸剂高被引专利光刻胶光致产酸剂高被引专利序号序号公开号公开号标题标题申请人申请人申请申请年年被引被引证次证次数数1JP2002193925A塩化合物富士胶片2000642US20100075256A1Onium salt compound,polymercompound comprising the saltcompound,chemically amplifiedresist composition comprising thepolymer compound,and methodfor patterning using thecomposition锦湖石化2009443US2010014

98、3830A1SULFONIUM SALT,ACIDGENERATOR,RESISTCOMPOSITION,PHOTOMASKBLANK,AND PATTERNINGPROCESS信越化学2009404JP2003231673A塩及用途住友化学200239知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册445JP2010155824A塩、酸発生剤及用材料、並形成方法信越化学2009376US6482567B1Oxime sulfonate and N-oxyimidosulfonate photoacidgenerators and photoresistscomprising sam

99、e陶氏化学2000227JP09124533A新規塩及化学増幅型材料信越化学1995218US20150086926A1SULFONIUM SALT,CHEMICALLYAMPLIFIED RESIST COMPOSITION,AND PATTERN FORMING PROCESS信越化学2014199JP2004162040A化学増幅型型組成物及塩住友化学20031710JP2012006907A酸発生剤用塩及組成物住友化学2010174.2 ArF 光刻胶专利全球态势分析当集成电路制造工艺发展到 90nm 节点时，ArF 光刻技术（193nm）逐步发展为主流技术。ArF 光刻技术是以 Ar

100、F 准分子激光器为曝光光源，由于 KrF 光刻胶使用的聚对羟基苯乙烯体系含有苯环，在此曝光光源下具有较高的吸收性，因此需要研发新型的光刻胶材料应用于 193nm 光刻工艺中。4.2.1 ArF 光刻胶全球专利申请趋势分析及区域分析经检索，ArF 光刻胶全球专利申请共计 4422 件，其中日本专利申请 1202 件，占比 27.18%，排名第一；韩国、美国专利申请分别为 1024 件（占比 23.16%）和 818 件（占比 18.50%），分列第二和第三（如图 4-7 所示）。中国专利申请 395件，中国台湾 403 件，中国香港 1 件，与日本、韩国和美国相比，还是存在较大的差距。知识产权公

101、共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册45图图 4-7 ArF 光刻胶专利申请地域统计光刻胶专利申请地域统计对检索到的 4422 件专利申请按照申请年进行统计，梳理从 1982 年至今 ArF光刻胶全球专利申请年度变化趋势（见图 4-8）、中、美、日、韩四国专利申请趋势（见图 4-9）。大致分为四个阶段：第一阶段（1982 年-1994 年）为萌芽期，ArF 光刻胶起步于 1982 年，从1982 年到 1994 年属于 ArF 光刻胶技术积累阶段，申请零星且年均申请量不超过10 件，整体发展较慢。图 4-9 中也可以看出，在 ArF 光刻胶萌芽期，只有美国、日本和韩国在该技术领域申

102、请了专利。美国 IBM 公司也是 ArF 光刻胶的开创者，1991年 IBM 设计出甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸丁酯（TBMA）和甲基丙烯酸（MAA）三元共聚物，这也是后续大多数 ArF 光刻胶体系的雏形，然而由于这一时期半导体工业制程尚未进入 KrF 光刻领域，较之更先进的 ArF 光刻胶自然也没有用武之处。第二阶段（1995 年-1997 年）为初步发展期。随着集成电路的发展，这一时期KrF 光刻开始在半导体芯片制造工艺中初露头角，ArF 光刻作为可预见的下一代光刻技术，相关研发的热度也是持续上升。从 1995 年开始至 1997 年的短短三年间，ArF 光刻胶相关专利申请量以指数

103、级别递增，年度申请量即将突破百件大关。第三阶段（1998 年-2006 年）为快速发展期，这一时期半导体行业飞速发展，光刻胶行业的研发也是百花齐放，KrF 光刻胶、干法 ArF 光刻胶、浸没式 ArF 光刻胶以及后来被废弃的 F2光刻胶此时都取得了一定的成果。刚刚开始商业化的 ArF 光刻胶，专利年度申请量几乎全部在 200 件以上，是同一时期 KrF 光刻胶专利申请量的1.5 倍以上，足可见光刻胶行业对于 ArF 光刻胶技术的重视程度。尤其是 2002 年知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册46157nmF2光刻技术受制于其高昂的成本发展举步维艰濒临绝境，浸没式 ArF

104、 光刻重新得到重视也使得 ArF 光刻胶技术坐稳了主流位置。第四阶段（2007 年至今）为成熟期，这个阶段 ArF 光刻胶专利年度申请量维持在 100-200 件左右，整体波动不大。主要是由于这一时期的 ArF 光刻胶已经比较成熟，降低线宽提高分辨率的研发重点从改良光刻胶转移到光刻工艺的多重曝光技术上，光刻胶行业中的龙头企业已经开始着手布局更小线宽的下一代极紫外 EUV 光刻胶。从图 4-9 可以看出，这一时期研发机构的布局也比较均匀，遍布全球主要半导体生产消费大国。其中中国作为重要的消费市场和代工大国，得到了足够的重视，ArF 光刻胶专利布局量达到了全球第一。综上所述，ArF 光刻胶经历了一

105、个比较长的技术储备时间，1995 年后随着半导体工业制程波长进入深紫外阶段得到了一波迅速发展的机会，并在 21 世纪初通过技术迭代和创新拓宽了制程极限，目前已经成为高端半导体制造业最普及的光刻胶产品。图图 4-8 ArF 光刻胶全球专利申请年度变化趋势光刻胶全球专利申请年度变化趋势知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册47图图 4-9 ArF 光刻胶中、美、日、韩四国专利申请趋势光刻胶中、美、日、韩四国专利申请趋势4.2.2 ArF 光刻胶技术来源国及目标市场分析从技术来源的角度进行分析（表 4-5），来源于日本的 ArF 光刻胶专利申请最多，达到了 2594 件（1305

106、 项专利族），占全球总申请量的 58.25%，再次证实了日本在半导体光刻胶产业中的垄断地位。韩国申请了 461 项专利族，美国申请了 429 项专利族，分别占世界专利族申请总量的 20.18%和 18.77%，列居第二、三位。中国申请的专利族为 67 项，排名第四，中国台湾申请的专利族为 31 项，排名第五。此外瑞士、英国、德国等国家在ArF 光刻胶技术领域也有一些研究投入与产出。表表 4-5 ArF 光刻胶全球专利技术来源国光刻胶全球专利技术来源国/地区统计地区统计序号序号技术来源国技术来源国/地区地区专利族数（项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请数（件）1日本130525942韩国4

107、618683美国4297914中国67725中国台湾31356瑞士17347英国16228德国10169其他1721对 ArF 光刻胶专利的技术来源国/地区与目标市场进行关联分析，能够从宏观层面把握世界范围内 ArF 光刻胶研发重心和市场布局的变化，了解全球光刻胶产业市场热知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册48点的转移情况，图 4-10 展示了 ArF 光刻胶全球专利的技术来源国/地区和目标市场分布，排名前 8 依次为日本、韩国、美国、中国台湾、中国、欧洲专利局、德国和英国，向这些国家、地区以及区域性组织提交的申请专利量占到全球范围内提交的专利申请总量的 97.9%。日

108、本作为该领域专利申请第一大国，其第一专利布局目标国还是日本本土，数量达到 972 件，同时在日本本土以外的韩国、美国、中国台湾、中国有相当数量的布局，可见日本对于全球其他区域技术占领的重视程度。韩国是第二大技术来源国，主要在韩国本土进行布局，数量达到 385 件，其次是在美国、日本和中国。美国位列第三，除了在美国本土布局了 238 件专利之外，在韩国、日本、中国、欧洲等国家和地区都有着均衡的布局。而来源于中国的专利申请相对于来源于日韩美的专利申请，更加侧重于本土的专利布局，国内总计申请专利 66 件，而在其他国家总计公开数量仅为 6 件。图图 4-10 ArF 光刻胶专利主要技术来源国光刻胶专

109、利主要技术来源国/地区及目标市场分布地区及目标市场分布综上所述，日本、韩国、美国三大 ArF 光刻胶技术大国的专利布局在立足本土的同时，积极注重海外布局，中国在专利技术和布局上与国际先进水平还存在着一定的知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册49差距，需要努力提升技术实力。4.2.3 ArF 光刻胶全球主要创新主体分析对全球 ArF 光刻胶领域的前 10 位申请人进行了专利族统计（表 4-6），专利族申请量排前 10 的依次是信越化学、SK 海力士、富士胶片、陶氏化学、三星电子、住友化学、JSR、松下电器、日本电气和东京应化。从申请人的国别来看，申请量排名前 10 位的申请

110、人分布为日本企业 6 家，韩国企业 2 家，美国企业 2 家。全球专利申请量排名前五的公司中信越化学和富士胶片来源于日本，SK 海力士和三星电子来源于韩国，陶氏化学来源于美国。信越化学是该领域专利申请数量最多的公司，达到了 416 项 1067 件，其次为 SK 海力士、富士胶片、陶氏化学和三星电子，分别为 236 项、227 项、144 项和 102 项，仅这五大公司的专利族申请数总和就接近全球总申请数的 49.23%，接近一半。可见该领域巨头化态势明显，而日本企业又在巨头中占据主导地位。后五名申请人包括美国的 IBM 以及日本的 JSR、住友化学、日本电气和松下电器，专利族申请均超过 60

111、 项。前十名的申请人中没有来自中国的申请人。表表 4-6 ArF 光刻胶全球专利申请人光刻胶全球专利申请人 TOP10序号序号专利申请人专利申请人国别国别专利族数（项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请数（件）1信越化学日本41610672SK 海力士韩国2364773富士胶片日本2273374陶氏化学美国1442825三星电子韩国1021246JSR日本871377住友化学日本811178IBM美国641389日本电气日本638510松下电器日本58884.2.4 ArF 光刻胶核心专利分析4.2.4.1 成膜树脂核心专利分析表 4-7 展示了 ArF 光刻胶领域成膜树脂研发相关的高被引

112、专利，可以看到日本知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册50和美国在该领域具有较高的技术认可度，相比 KrF 光刻胶成膜树脂的研发更加多头化，业内公司都在积极开发成膜树脂材料。这些专利的申请时间主要集中在初步发展期和快速发展期，横向上比 KrF 光刻胶成膜树脂研发的平均时间晚两年，但从被引证次数来看，ArF 光刻胶的关注度远超 KrF 光刻胶。目前 ArF 光刻胶主要的成膜树脂有三种，分别是聚（甲基）丙烯酸酯类、脂环聚合物（聚环烯烃）以及环烯烃-马来酸酐共聚物（COMA）体系。表表 4-7 ArF 光刻胶成膜树脂高被引专利光刻胶成膜树脂高被引专利序号序号公开号公开号标题标题

113、申请人申请人申请年申请年被引证被引证次数次数1JP2000026446A構造有()誘導体、重合体、組成物、及形成方法日本电气19983832US5843624AEnergy-sensitive resist material and aprocess for device fabrication using anenergy-sensitive resist material美国电报19973753WO2007116664A1素含有重合体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 电子材料20001925JP2002214774A型感光性組成物富士胶片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学19991339JP2000206694A型組成物东京应化199912510US6548221B2Chemical amplification type positiveresis

115、t composition住友化学20011171.聚（甲基）丙烯酸酯类聚（甲基）丙烯酸酯相对于聚羟基苯乙烯在 193nm 高度透明因而成为首选材料，但由于其线型结构、抗刻蚀能力很差，无法实用化。直到 1992 年，人们发现含有多脂环的聚合物如带有双环或者三环的脂肪环类聚甲基丙烯酸酯可以像芳香族聚合物一样耐等离子蚀刻。之后，带有酸敏脂环侧链基团的聚（甲基）丙烯酸酯成了 193nm光刻胶的设计基础，常见结构如图 4-11 所示。一般而言，聚甲基丙烯酸酯的支链至少有三种类型，分别是酸致脱基团-离去基团、内脂基团和极化基团，其中，193nm知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册5

116、1与 248nm 不同，脂肪环在去保护反应后，会从主链上脱落，如果这样的碎片因为种种原因离开光刻胶，会造成光刻胶厚度显著减少，失去原有的刻蚀阻挡能力。图图 4-11 应用于应用于 193nm 光刻胶成膜树脂的典型光刻胶成膜树脂的典型(甲基甲基)丙烯酸树脂结构丙烯酸树脂结构2.脂环聚合物（聚环烯烃）由于聚甲基丙烯酸酯类 193 纳米光刻胶的抗刻蚀能力有限，IBM 在 2003 年报告了一种用在聚合物长链（包括聚冰片烯）的光刻胶，成为环烯烃，该聚合物与常规的聚丙烯酸酯类聚合物的设计思路大相径庭，常规聚丙烯酸酯的主链是柔性的丙烯酸酯链，而脂环聚合物主链由一系列脂环组成，这种独特的骨架结构使得脂环聚合

117、物既有良好的抗蚀刻能力，又在 193nm 处有良好的透明性，一度成为 193nm 光刻胶的最佳选择。其抗蚀刻能力主要源自其独特的骨架结构，但是其极性转变的功能依然归结于侧基的脱保护如叔丁基酯脱保护基团。另外，可以在脂环聚合物主链上引入羧酸官能团和马来酸酐单元，通过提高极性以增强其粘附力、润湿性及在显影液中的溶解性。实验发现，带有羧酸悬挂基团的光刻胶存在严重的吸水溶胀问题，可能导致线条倾倒、图形剥离造成图形缺陷，经过将羧酸替换成六氟代异丙醇后，吸水膨胀的问题就解决了。3.环烯烃-马来酸酐共聚物(COMA)体系环烯烃-马来酸酐共聚物可用自由基聚合得到，工艺简单，是有望替代聚（甲基）丙烯酸酯体系的一

118、类化合物，由贝尔实验室研发，典型结构如图 4-22 所示。这类化合物在聚合物主链上引入脂环，可大幅提高抗蚀性。另外，这类聚合物还可以与丙烯酸酯类单体共聚，形成多种杂化体系，可以灵活调节 Tg 和其它性能。但是这个体系知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册52也存在两大缺点：一是酸酐结构容易水解，对贮存条件要求较高；二是透明度不太理想。图图 4-12 环烯烃环烯烃-马来酸酐共聚物体系马来酸酐共聚物体系4.2.4.2 光致产酸剂核心专利分析表 4-8 展示了 ArF 光刻胶用光致产酸剂的高被引专利，可以看到日本信越化学和日本电气在该领域具有较高的技术认可度。这部分专利的申请时间

119、集中在快速发展期和成熟期，这一时期 ArF 光刻由于在浸没式光刻中取得了巨大突破，理论分辨率极限大大提升，存在着取代其下一代 157nmF2光刻的可能性，赢得了较高的关注度，间接促进了 193nmArF 光刻胶的发展。与 248nm 光刻胶相比，193nm 光刻胶中成膜树脂不含苯环，没有酚羟基，成膜树脂与光致产酸剂（PAG）之间没有能量转移，不存在敏化产酸，因此在 193nm光刻胶中，PAG 的产酸效率比 248nm 低。193nm 光刻胶需要具有高光敏性的 PAG，也有许多新型 PAG 的报道，尤其是酸增幅剂，能大幅度的提高光致产酸剂的产酸效率。193nm 单层光刻胶的分辨率可达 0.15m

120、 左右，可以满足 1G 随机存储器的要求。通过提高曝光机的 NA 值及改进相配套的光刻技术，如采用移相掩模、离轴照明、邻近效应校正等分辨率增强技术，193nm 光刻胶可以进一步提高分辨率。表表 4-8 ArF 光刻胶光致产酸剂高被引专利光刻胶光致产酸剂高被引专利序号序号公开号公开号标题标题申请人申请人申请年申请年被引证被引证次数次数1JP2007145797A新規酸塩及誘導体、光酸発生剤並用材料及形成方法信越化学20061882JP2011016746A塩、材料及形成方法信越化学2009843JP2002193925A塩化合物富士胶片200064知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技

121、术产业分册534JP2008007410A新規酸塩及誘導体、光酸発生剤並用材料及形成方法信越化学2006635US5635332AAlkylsulfonium salts and photoresistcompositions containing the same日本电气1994636EP1710230A1Novel sulfonate salts and derivatives,photoacid generators,resistcompositions,and patterning process信越化学2006527US5691111APhotosensitive resin com

122、position usefulas resist for deep UV lithographycontaining sulfonium salts日本电气1995518JP2001294570A塩化合物、組成物、用形成方法日本电气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锦湖石化200944知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册54第 5 章 半导体光刻胶前沿替代技术专利分析近年来，随着芯片技术的提高，集成电路芯

124、片从 14nm、10nm、7nm 逐步发展到 5nm。近年来有研究人员提出了下一代光刻技术的概念，其中较为常见的技术包括极紫外（EUV）光刻、电子束光刻，这些新型替代性技术将推动光刻胶产业的进一步发展。5.1 EUV 光刻胶全球专利态势分析5.1.1 EUV 光刻胶全球专利申请趋势分析及区域分析共检索到 EUV 光刻胶相关专利申请 4223 件，对其按照申请年进行统计，得到从 1984 年至今全球 EUV 光刻胶技术的专利申请趋势图（图 5-1），可大致分为二个阶段：图图 5-1 EUV 光刻胶全球专利申请趋势光刻胶全球专利申请趋势第一阶段（1984 年-2007 年）为技术发展初期。EUV

125、光刻技术的研发始于 20世纪 80 年代，在 1984 年-1998 年间 EUV 光刻胶专利申请发展缓慢，申请不连续且年最高申请量未突破 30 件。这是由于该阶段半导体工艺节点主要集中在 1.5m-0.35m，这一范围的工艺完全可以由 i 线光刻实现，半导体工业尚未发展到需要EUV 光刻胶大规模放量的时代。1999 年-2004 年期间 EUV 光刻胶专利申请出现小幅度的上升趋势，1999 年专利申请达到 110 件，2000 年和 2001 年专利申请均维知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册55持在 100 件。2005 年-2007 年专利申请出现短暂小幅度下降趋势

126、，这可能源于该阶段通过浸没式 ArF 光刻工艺使得可加工的微细线路尺寸缩小到 10nm 和 7nm 工艺节点，能够满足当时半导体工艺要求，在一定程度上限制了更先进但成本更高的 EUV光刻技术的大规模发展。但该阶段 EUV 光刻胶专利年均申请量仍维持在 104 件左右，说明极紫外 EUV 光刻胶技术仍然受到了持续的关注。第二阶段（2008 年至今）为技术快速发展期。随着集成电路工艺的不断发展，ArF 光刻技术在 7nm 节点工艺复杂程度急剧提高，更难以满足 5nm 以下工艺节点的要求，光刻胶行业中的龙头企业纷纷开始重点着手布局更小线宽的下一代 EUV 光刻工艺的研究，与之配套的 EUV 光刻胶成

127、为了下一代光刻胶的研发重点。2008 年至今EUV 光刻胶专利申请进入快速发展期，专利申请量迅速增加。2009 年专利申请量为146 件，2011 年后专利申请增幅进一步增大，突破 230 件，2012 年专利申请达到峰值 328 件。2015 年国际半导体技术发展路线图已将曝光光源波长为 13.5nm 的极紫外（EUV）光刻技术作为实现 22nm 节点以下的最可行方案。表 5-1 展示了 EUV 光刻胶专利技术全球目标市场分布情况。日本、韩国、美国、中国台湾和中国大陆是专利布局前五名的国家/地区，向这些国家/地区以及区域性组织提交的申请专利量占到全球范围内提交的专利申请总量的 93.22%，

128、这五个国家/地区也是该领域主要的技术来源地域。可见，高端光刻胶领域的技术研发和销售市场高度集中。布局日本的专利最多，高达 1062 件，占全球专利申请总量的比例 26.52%。排名第二和第三的国家为韩国和美国，布局韩国的专利为 908 件，占比为 22.67%。布局美国的专利为 907 件，占比为 22.65%。在中国台湾布局的专利为 577 件，占比为 14.41%。布局中国大陆的专利有 279 件，占比为 6.97%。表表 5-1 EUV 光刻胶全球主要技术目标国光刻胶全球主要技术目标国/地区统计地区统计序号序号技术目标国技术目标国/地区地区专利申请数（件）专利申请数（件）1日本10622

129、韩国9083美国9074中国台湾5775中国2796欧专局1817德国358英国21知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册56序号序号技术目标国技术目标国/地区地区专利申请数（件）专利申请数（件）9法国1110新加坡105.1.2 EUV 光刻胶全球技术来源及目标市场分析从技术来源国的角度进行分析（申请人国别分析，表 5-2）可以看出，EUV 光刻胶领域几乎完全被日本企业所主导，来源于日本的专利申请最多，申请了 1363 项专利，占全球专利申请的 63.66%。日本是当今全球半导体光刻胶产业的垄断国家之一，日本的 JSR、TOK、信越化学是目前 EUV 光刻胶市场上仅有的实

130、现量产的厂商。美国申请了 296 项专利，韩国申请了 289 项专利，分别占全球申请的 13.83%和 13.50%，列居第二位和第三位，两者相差不大但与日本差距明显。中国台湾申请了 77 项专利，占全球申请的 3.60%，排名第四。中国大陆申请了 43 项专利，占全球申请的 2.01%，位列第五。专利申请量排名第六到第十的国家/地区依次是德国、英国、荷兰、芬兰和卢森堡，在该领域专利申请较少。表表 5-2 EUV 光刻胶全球专利主要技术来源国光刻胶全球专利主要技术来源国/地区统计地区统计序号序号技术来源国技术来源国/地区地区专利族数（项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请数（件）1日本13

131、6329262美国2964923韩国2895344中国台湾77955中国43496德国15207英国14318荷兰14299芬兰31110卢森堡34对 EUV 光刻胶全球专利主要技术来源国与技术目标国进行关联分析，图 5-2 为EUV 光刻胶全球专利技术主要来源国/地区，即日本、美国、韩国、中国台湾和中国大陆五个国家/地区及其技术目标市场的专利数量分布情况。从图中看出，日本作为该领域专利申请第一大国，其第一专利布局目标国是日本本土，布局专利量达到 887 件，占日本总申请量的 30.31%，其次很重视在美国、韩国和中国台湾的专利布局，分别布局了 595 件、566 件和 492 件专利，此外在

132、欧专局和中国大陆布局专利量也均超知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册57过了 130 件。说明日本申请人在扎根于本土的同时，对全球其他区域同样具有很强的技术辐射能力。美国作为第二大技术来源国，也很重视对海外的技术输入，除了在美国本土布局了 148 件专利，在日本、韩国、中国台湾和中国大陆分别布局了 92 件、80 件、57件和 42 件专利，在欧专局和新加坡也布局了少量专利，其海外专利布局量占美国总申请量的 59.55%。韩国作为第三大技术来源国，在韩国本土布局了 232 件专利，占总申请量的43.45%，其次重视在美国、日本和中国大陆的专利申请，分别布局了 86 件、7

133、9 件和 50 件专利，此外在中国台湾、英国、德国、法国和欧专局也布局了一定量的专利。排名第四的中国台湾是典型的技术输出型地区，在本土仅布局了 19 件专利，而在美国布局了 59 件专利，占其总申请量的 62.10%，可见美国是其重要的目标市场。此外，在韩国、德国、日本和新加坡布局了少量专利。中国大陆在本土布局了 44 件专利，占总申请量 89.79%，此外仅在日本和美国分别布局了 1 件专利。这一方面说明中国专利申请人在 EUV 光刻胶技术发展初期非常重视保护本土市场；另一方面也说明目前中国专利申请人在该领域的技术相对落后，中国大陆目前尚无生产或使用 EUV 光刻胶的公司，暂时不具备向发达国

134、家辐射技术影响力的能力。图图 5-2 EUV 光刻胶主要技术来源国光刻胶主要技术来源国/地区技术目标国的专利数量分布地区技术目标国的专利数量分布知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册585.1.3 EUV 光刻胶全球主要创新主体分析对全球 EUV 光刻胶领域的前 10 位申请人进行了专利族申请统计（表 5-3），专利族申请量排前 10 的依次是富士胶片、信越化学、JSR、东京应化、SK 海力士、台积电、陶氏化学、三菱公司、IBM 和三星电子，申请量排名前 10 公司的专利申请量总和占全球总申请量的 63.33%，在该领域呈现明显的巨头化态势。从申请人的国别来看，申请量排名前

135、 10 位的申请人中有 5 家日本企业、2 家美国企业、2 家韩国企业和 1 家中国台湾企业，可以看出，日本仍在高端光刻胶领域占据半壁江山，而韩国和美国紧随其后。富士胶片是该领域专利申请数量最多的公司，达到了 426 项（853 件）；信越化学排名第二，申请了 392 项（997 件）专利；JSR 排名第三，申请了 110 项（173件）专利；东京应化排名第四，申请了 90 项（203 件）专利；韩国的 SK 海力士排名第五，申请了 76 项（100 件）专利。可以看出，排名前 5 的巨头企业的同族专利数量均较多，说明这些企业在该领域的技术布局较为广泛。排名六到十位的企业依次为台积电 92 项

136、（70 件）、陶氏化学 61 项（156 件）、三菱公司 56 项（164 件）、IBM27 项（41 件）和三星电子 25 项（28 件），其中陶氏化学的同族专利数量虽然低于 JSR 和台积电，但其专利申请件数多于台积电，与JSR 相差不大，说明该企业在 EUV 光刻胶领域也有较宽的技术布局。而前 10 名的申请人中，没有来自中国大陆的企业，说明中国本土企业与国际巨头在该领域存在较为显著的差距。目前中国的 EUV 光刻胶尚处于空白，攻克 EUV 光刻胶技术是我国集成电路产业未来亟需解决的问题。表表 5-3 EUV 光刻胶全球主要申请人光刻胶全球主要申请人序号序号国别国别申请人申请人专利族数（

137、项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请数（件）1日本富士胶片4268532日本信越化学3929973日本JSR1101734日本东京应化902035韩国SK 海力士761006中国台湾台积电7092知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册59序号序号国别国别申请人申请人专利族数（项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请数（件）7美国陶氏化学611568日本三菱公司561649美国IBM274110韩国三星电子25285.1.4 关键技术EUV 分子玻璃体系光刻胶专利分析5.1.4.1 多酚化合物分子玻璃光刻胶体系EUV 光刻系统多重反射汇聚效率低下和极紫外光源强度有限导

138、致了在极紫外光刻胶中光子的吸收利用率成为首要考虑的问题。由于 EUV 光刻胶胶膜较薄，且基本由C、H 和 O 等较轻的元素组成，使得其极紫外光吸收变得很低，光刻胶的敏感性急剧下降。在这三种基本元素中，O 元素对极紫外光的光电散射截面远高于 C、H 元素，因此提升材料中 O 元素的比例成为一种可行的提升极紫外吸收的手段。图图 5-3 专利专利 CN103304385A 中苯多酚型分子玻璃结构中苯多酚型分子玻璃结构含 O 元素比例较高的羟基多酚类化合物是分子玻璃光刻胶中研究较多的成膜剂，多酚化合物中含有的酚结构能够为分子玻璃光刻胶提供高 Tg、高抗蚀性以及溶解度转换功能，但这类化合物很难用一种通用

139、结构表达。多酚化合物分子玻璃光刻胶的核心结构是多酚基团，经过树状大分子、酒石酸等官能团修饰和改性后能够形成不同的分子玻璃光刻胶。在多酚化合物分子玻璃光刻胶中，酸性基团（如叔丁氧羰基 t-BOC）的主要功能是提高对衬底材料的附着力和在显影剂中的溶解性，保护基团则用于调节溶解度、灵敏度、抗蚀刻性和 Tg。中国科学院在 2012 年申请的专利 CN103304385A 中提出一系列含双酚 A 骨架结构的分子玻璃，其中含双酚 A 骨架结构的苯多酚型分子玻璃结构如图-所示。该发明的分子玻璃是立体不对称的无定形小分子化合物，可以在光刻胶常用的有机溶剂知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分

140、册60中溶解，具有较高的熔点和玻璃化转变温度（熔点均高于 100），能够满足光刻技术要求，在高温烘烤中薄膜结构无变化。通过该光刻胶组合物可以制备得到均匀的薄膜，在制膜过程中，作为基体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。为克服化学放大过程中酸扩散造成的图形边缘粗糙、分辨率降低及多组分造成的相分离等缺点，中国科学院在 2016 年申请的专利 CN108147983A 中提出一种硫鎓盐键合苯多酚型分子玻璃光刻胶，该硫鎓盐键合苯多酚型分子玻璃光刻胶是立体不对称的无定形小分子化合物，具有较高的熔点和玻璃化转变温度（熔点高于 100），能够满足光刻技术要求，在高温烘烤

141、中薄膜结构无变化。该化合物可以单独或与其他光刻胶、光致产酸剂、交联剂等复配成正性或负性光刻胶，且通过在基片上旋涂可制得厚度均匀的光刻胶薄膜，该薄膜具有良好的分辨率、光敏性、粘附性，易于保存，且在制模过程中，作为基体成分的分子玻璃不析出。5.1.4.2 环状分子玻璃光刻胶体系环状分子也是一类由酚醛缩合反应得到的具有多个酚羟基的低聚物，但环状分子往往有着重复单元，类似于聚合物。杯芳烃是其中最常见的一种，其环状核心有着较高的 Tg，在 EUV 光刻领域有着较好的应用前景。IBM 于 2009 年、2010 年申请的专利 US20110020756A1、US20120156611A1 和陶氏化学于 2

142、012 年申请的专利 US20130157195A1 都证实了含杯芳烃的分子玻璃光刻胶所具备的优异灵敏度和分辨率。由于已有的低分子量环状多苯基化合物存在耐蚀刻性低、脱气量大、在半导体制造工艺中使用的安全溶剂中溶解度低、抗蚀剂图案形状差等问题，三菱公司在 2007年申请的专利 WO2008053974A1 中公开了一种光刻胶组合物，包含有如图-所示的环状化合物，该组分在抗蚀剂膜中的均匀性较高，含该组分的光刻胶具有较高的耐热性和非晶性，以及优良的成膜性、碱显影性和耐蚀刻性等。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册61图图 5-4 专利专利 WO2008053974A1 中的环状

143、化合物结构中的环状化合物结构为 提 升EUV 光 刻 胶 的 耐 刻 蚀 性，IBM 在2007 年 申 请 的 专 利US20090004596A1 和 2009 申请的专利 US20090286180A1 中提出一种抗蚀剂组合物，包含至少一个稠合的多环部分、至少一个用酸不稳定保护基团保护的碱可溶性官能团的分子玻璃基底以及光敏产酸剂，该组合物对氧化物反应离子刻蚀（RIE）工艺的刻蚀剂（例如 CF4）具有高耐刻蚀性。为获得同时满足灵敏度、分辨率和线边缘粗糙度要求的 EUV 光刻胶，锦湖石化在2009 年申请的专利 KR1020110040143A 中，提出了聚缩醛树脂基底的光刻胶组合物，该组合

144、物具有高灵敏度、高分辨率、高抗蚀刻性和低脱气特性等优点，并且可以获得良好的光刻胶膜图案形状。表表 5-4 EUV 分子玻璃光刻胶高被引专利（分子玻璃光刻胶高被引专利（TOP10）序号序号公开号公开号标题标题申请人申请人申请年申请年家族家族被被引证次引证次数数1WO2008053974A1Radiation-sensitive composition三菱公司20071172CN103304385A含双酚 A 骨架结构的分子玻璃光刻胶及其制备方法和应用中科院2012433JP2007241271AMolecular glass photoresist康奈尔大学2007304US2011002075

145、6A1Calixarene Blended Molecular GlassPhotoresists and Processes of UseIBM2009185US20080176166A1Resists for lithographyPixelligent2007166US20130157195A1Calixarene compound andphotoresist composition comprisingsame陶氏化学2012147CN104557552A一种星形四苯基乙烯衍生物分子玻璃、正性光刻胶、正性光刻胶涂层及其应用中科院2013148US20130078569A1Calixa

146、rene and photoresistcomposition comprising same陶氏化学2012139CN104007623A正色调有机溶剂显像的化学增强抗蚀剂IBM20141110KR1020130032854ACalixarene and photoresistcomposition comprising same陶氏化学20128知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册625.2 电子束光刻胶专利技术分析5.2.1 电子束光刻胶全球专利申请趋势分析及区域分析共检索到电子束光刻胶全球专利申请共计 3057 件（专利族 2014 项），按照申请年进行统计，梳理

147、从 1963 年至今全球电子束光刻胶专利技术的申请年度变化趋势（见图 5-5）。在 1963 年至 1971 年期间，电子束光刻胶专利申请数量整体增长缓慢且数量不高。1963 年美国陶氏化学在其申请专利 FR1389466A 中，开始探索采用电子束以及高分子抗蚀剂化合物来刻蚀图案的方法，1967 年 IBM 公司在其申请专利GB1147490A 中，正式将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）用作电子束光刻胶的基体材料，该技术也成为此后电子束光刻胶的主要研究方向之一。从 1971 年至 1978 年间，电子束光刻具有高分辨率和高灵敏度的特点，因此电子束光刻胶在问世后不久便成为光刻领域的研发热点，电子束光

148、刻胶专利申请量快速增加。在 80 年代，一度有人认为光学曝光已经走到尽头，电子束光刻是最有前景的替代手段。因此，在 1979 年至 1991 年间，电子束光刻胶的专利申请量整体维持在较高水平，年均专利申请量近 70 件。从 1991 年至 1997 年间，电子束光刻胶专利申请量略有下降，可能因为电子束光刻胶技术缺乏应用市场，因此没有引起足够的重视。1997 年后，随着半导体工艺精度进一步提升，已经到达分辨率极限的 i 线光刻胶难以满足生产需求，而以富士胶片和信越化学为首的日本企业开始大力研发电子束光刻胶技术，进一步提升电子束光刻胶的分辨率和灵敏度。从 1997 年开始，电子束光刻胶专利申请量开

149、始急速上升，并于 2001 年达到峰值 146 件。2004 年以后，电子束光刻胶专利申请量开始出现回落，可能是因为 ArF 光刻胶技术和浸没式 ArF 光刻胶技术成为半导体光刻胶的主流技术，导致电子束光刻胶研究热度降低，没有得到市场的重视。2007 年至 2012 年期间，电子束光刻胶专利呈小幅上升趋势，这可能因为浸没式 ArF 光刻胶在 7nm 工艺节点已接近极限，而电子束光刻具有高分辨率的优点使其重回研究人员的视野。但在 2012 年之后，电子束光刻胶专利申请量整体呈缓慢下滑知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册63的趋势，年均专利申请量约为 37 件，造成这一现象的

150、原因可能是电子束光刻效率和成品率相对较低的缺点，使其难以实现大规模产业化生产。图图 5-5 电子束光刻技术全球专利申请年度变化趋势电子束光刻技术全球专利申请年度变化趋势对电子束光刻胶全球专利申请区域进行分析（如表 5-5），排名前 10 的国家/地区依次为日本、美国、韩国、欧洲专利局（EPO）、中国、德国、英国、中国台湾、德国、法国、加拿大，向这些国家、地区以及区域性组织提交的专利申请量占到全球范围内提交的专利申请总量的 90.74%。表表 5-5 电子束光刻胶全球专利申请区域一览电子束光刻胶全球专利申请区域一览序号序号专利申请国专利申请国/地区地区专利申请数（件）专利申请数（件）1日本146

151、42美国4773韩国2654EPO1995中国916德国817英国618中国台湾559法国4110加拿大4011其他国家和地区2825.2.2 电子束光刻胶全球专利技术来源国及目标市场分析从技术来源的角度进行分析（表 5-6），日本在全球占据了绝对领先的地位，来源知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册64于日本的专利族数量达 1533 项（2021 件专利），占全球专利申请总量的 76.12%。表表 5-6 电子束光刻胶全球专利技术来源国电子束光刻胶全球专利技术来源国/地区统计地区统计序号序号技术来源国技术来源国/地区地区专利族数（项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请

152、数（件）1日本153320212美国2625753德国621164韩国611005中国39456英国28737法国12358瑞士8219其它971目前，日本在全球电子束光刻胶产业占据垄断地位，是世界高端光刻胶市场上占有份额最大的国家，拥有该领域最多的巨头公司，包括东京应化、JSR、富士胶片、信越化学等。美国申请了 262 项专利族（575 件专利），德国申请了 62 项专利族（116 件），韩国申请了 61 项专利族（100 件专利），分别占全球专利族申请总量的13.01%、3.08%和 3.03%，列居第二、三、四位。中国申请的专利族为 39 项（45 件专利），排名第五，与日美、德、韩还存

153、在着相当大的差距。对电子束光刻胶专利的技术来源国/地区与目标市场进行关联分析，由图 5-6 可以看出，日本作为该领域专利申请第一大国，其第一专利布局目标国是日本本土，数量达到 1318 件，除了日本本土以外，依次在美国、韩国、欧洲、中国有相当数量的布局，可见日本的专利申请人在扎根于本土的专利布局外，也相当重视对全球其他区域的技术占领。美国作为第二大技术来源国，主要在美国本土进行布局，数量达到 169件，其次是日本、欧洲和英国。德国位列第三，除了在德国本土有 32 件专利布局之外，在美国、欧洲、日本等国家和地区都有着均衡的布局。韩国位列第四，主要在韩国本土进行布局，数量达 44 件，在美国、日本

154、等国家也有着相对较少的专利布局。而来源于中国的专利申请相对于日美等技术发达国家，更加侧重于本土的专利布局，中国的专利申请人在国内申请专利共 37 件，而在其他国家公开数量总计仅为 8 件。这一方面说明中国的专利申请人更加侧重于本国布局，对于海外市场重要性的认识偏低，另一方面也说明目前中国的专利申请人在该领域的技术相对落后，暂时不具备向发达国家辐射技术影响力的能力。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册65图图 5-6 电子束光刻胶专利主要技术来源国电子束光刻胶专利主要技术来源国/地区及目标市场分布地区及目标市场分布综上所述，日本、美国作为两大电子束光刻胶技术大国，其专利布局

155、在立足本土的同时，也积极注重海外布局；德国和韩国专利申请数量相对较少，但在海外仍有较为均匀的专利布局；而中国申请人的海外布局意识则有待提高。因此，在半导体产业日益白热化的浪潮中，中国的专利申请人一方面要提高全球布局的意识，重视专利申请和自我保护，在当今频繁的国际贸易中防止可能出现的技术壁垒；另一方面更要增强自身的技术实力，缩小与全球领先申请人之间的技术差距，提升专利数量和质量。5.2.3 电子束光刻胶全球主要创新主体分析对全球电子束光刻胶领域的前 10 位申请人进行了专利族统计（表 5-7），专利族申请量排前 10 的依次是富士胶片、富士通、信越化学、日立公司、三菱公司、JSR、松下集团、IB

156、M、东京应化和日本信话，申请量排名前 10 的专利族申请量总和占全球申请总量的 52.68%，可见在该领域呈现明显的巨头化态势。从申请人的国别来看，在专利族申请量排名前 10 位的申请人中，日本企业 9 家，美国企业 1 家，且全球专利族申请量排名前 5 的公司均为日本企业，可见日本在电子束光刻胶领域的垄断地位。富士胶片是该领域专利申请数量最多的公司，达到了 250项（349 件），其次为富士通、信越化学、日立公司和三菱公司，分别为 170 项（192 件）、159 项（267 件）、97 项（104 件）和 83 项（112 件），五大公司的知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术

157、产业分册66专利族申请数总和占全球申请总量的 37.69%。后五名申请人分别是日本的 JSR、松下集团，美国的 IBM、日本的东京应化和日本信话，均超过 40 项。前 10 名的申请人中没有来自中国的申请人。表表 5-7 电子束光刻胶全球专利申请人电子束光刻胶全球专利申请人 TOP10序号序号专利申请人专利申请人国别国别专利族数（项）专利族数（项）专利申请数（件）专利申请数（件）1富士胶片日本2503492富士通日本1701923信越化学日本1592674日立公司日本971045三菱公司日本831126JSR日本801017松下集团日本70748IBM美国661709东京应化日本445810日

158、本信话日本42475.2.4 电子束光刻技术核心专利分析表 5-8 展示了电子束光刻技术领域的高被引专利（按年均被引频次进行排序），可以看到美国 IBM 公司和日本企业在该领域具有较高的技术认可度。在电子束光刻技术的初步发展期，IBM 引领了电子束光刻材料的研发方向。IBM 首先于 1982 年申请的高被引专利 US4491628A，提出将具有重复酸不稳定侧基的聚合物与阳离子光引发剂如芳基重氮鎓，二芳基碘鎓或三芳基锍金属卤化物混合，制备对电子束辐射敏感的抗蚀剂组合物，此后于 1989 年申请的高被引专利 US5198153A 提出将聚对苯撑乙烯用作电子束光刻胶的基体材料，为电子束光刻技术的开发

159、奠定了基础。在此之后，住友化学于 1998 年申请的专利 JP10274852A 公开了一种由具有可被烷基取代的丁内脂残基的树脂构成的抗蚀剂组合物，该丁内脂残基通过脂键或醚键与树脂基材结合，可提升电子束辐射的灵敏度。信越化学于 1999 年申请的专利JP2000159758A 公开了一种含内酯化合物，该化合物由重均分子量为 1000-500000 的新型高分子化合物制成，用作抗蚀剂材料的基础树脂时，可提高电子束光刻的分辨率，适用于精密微加工。2000 年以后，电子束光刻技术的研究热度不断提高，在此期间也形成了一些重要的核心专利。信越化学在其 2001 年申请的专利 JP2002363148A

160、中公开了一种将含有被不耐酸基团取代的酯基的胺用于防止抗蚀剂的膜还原的方法，该方法可提升电子束光刻的分辨率和焦点边缘扩展效果。三菱公司在 2005 年和 2006 年申请了两件知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册67核心专利，其中在 2005 年申请的专利 JP2005326838A 公开了一种非聚合型辐射敏感抗蚀剂化合物，该化合物通过 5-45 芳香酮或芳香醛与具有 1-3 个酚羟基的 5-15C 化合物缩合制备。富士胶片在 2008 年和 2010 年申请了两件核心专利，其中在 2008 年申请的专利 JP2008268935A 中公开一种由碱溶性树脂、酚类化合物组成的

161、交联剂、特定铵盐和有机羧酸等构成的负性抗蚀剂组合物，可提高电子束光刻形成 图 案 的 灵 敏 度、分 辨 率、线 边 缘 粗 糙 度 等；其 2010 年 申 请 的 专 利JP2010217884A 中公开了含酸可降解重复单元且在有机溶剂中的溶解度由于酸的作用而降低的树脂，以及由酯基溶剂、酮基溶剂、醇基溶剂、醚基溶剂和烃基溶剂等有机溶剂组成的碱性显影液，该方法能提升电子束光刻形成图案的灵敏度和分辨率。综上所述，电子束光刻技术有着较长时期的研发储备，且核心专利主要致力于提升电子束光刻胶的曝光敏感度、灵敏度和分辨率等。近年来，电子束光刻技术的研发热点主要是解决以下几个问题：（1）绝缘衬底电子束曝

162、光的电荷积累问题；（2）高宽比抗蚀剂图形的坍塌与粘连问题；（3）电子在抗蚀剂和衬底中散射造成的邻近效应问题。表表 5-8 电子束光刻技术高被引专利电子束光刻技术高被引专利序序号号公开号公开号标题标题申请人申请人申请申请年年年均被引年均被引证次数证次数被引证被引证次数次数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信越化学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富士胶片201010.271136JP10274852AChemical amplification type positivetype resist composition住友化学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信越化学2006.65133知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册68Apattern-forming method110JP2008268935ANegative resist composition andpattern forming method using thesame富士胶片20086.3883知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术

166、产业分册69第 6 章 结论与建议集成电路产业是信息产业的核心，其发展水平将在一定程度上决定着一个国家在国际格局中的地位。光刻工艺是集成电路产业中的重点技术，半导体光刻胶是光刻工艺中最关键的材料。当前，我国半导体光刻胶的研发与国际顶尖水平还存在着较大差距，恰逢全球半导体产业进入重大调整期，我国半导体产业的发展面临着新的挑战，国产半导体光刻胶行业的风险与机遇并存。6.1 主要分析结论6.1.1 半导体光刻胶的全球专利概况从全球专利申请趋势来看，光刻胶作为半导体制造环节中的核心材料，其研发热度持续上升。截止 2024 年 4 月 30 日，共检索到半导体光刻胶相关专利申请22062 件（专利族 1

167、4704 项），其中发明专利授权 14794 件，其中，从 1980 年-1990 年间，申请量出现了明显增幅，但年度申请量仍未突破 500 件，随后在 1997年突破 500 件，到 2004 年已经突破 900 件，预计未来几年该领域的专利申请量仍将保持快速增长态势。日本、美国、韩国、中国、德国是半导体光刻胶的主要技术来源国和技术应用国，其中日本和美国技术优势明显，是全球半导体光刻胶产业的垄断国家，同时日本也是世界半导体光刻胶市场上占有份额最大的国家。从半导体光刻胶全球技术构成及区域分布来看，前沿替代技术（EUV、电子束、大分子自组装）是未来尖端光刻胶的发展趋势，三者的专利申请总和超越了成

168、熟技术（g 线、i 线）和主流技术（KrF、ArF)，是当前全球重点研究方向。日本和美国在三个技术分支上均申请了大量专利，韩国集中在主流技术和前沿替代技术领域，中国因发展较晚，缺乏前瞻研究，多集中于成熟技术。全球半导体光刻胶高端市场的主要创新主体呈现明显的巨头化态势，其专利申请量排名前六的创新主体分别是日本的富士胶片、信越化学、东京应化、住友化学、JSR、三菱公司、日立公司，其次是韩国的三星电子，美国的 IBM 和陶氏化学，日本在该领域的垄断地位可见一斑。以上日本和美国企业具有较强的技术实力，韩国的三星电子技术实力较弱，但综合实力雄厚，是主要的技术输入方。高端市场头部聚集效应越发知识产权公共服

169、务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册70明显。6.1.2 半导体光刻胶的中国专利概况从专利申请态势来看，自 1994 年起，国外研发机构在中国开始专利布局，本土也开始相关研究，推动了我国专利申请量的上涨，2004 年以后，申请量呈现波动增长趋势，2015 年以后，相关专利数量陡增，半导体光刻胶市场逐步向中国转移。中国专利申请中，日本、中国和美国为主要技术来源国。其中，日本和美国专利布局意图明显，韩国在中国的申请量总体增长迟缓，但在中国的专利布局已经初具规模。本土申请地域来源相对集中，主要集中在北上广、长三角地区，这些经济发达地区拥有大量的高校、科研院所和高科技企业，技术基础和人才资源相

170、对充足。从专利技术构成来看，虽然前沿替代技术相关的专利申请总量在半导体光刻胶领域占的比例最小，但近年来专利申请加速增长，逐渐高于成熟技术和主流技术，高端光刻胶国产替代有望加速。中国专利主要创新主体来自企业，企业申请的主要来源是国外企业，大专院校及科研单位的研究力量较为薄弱，国内在产学研结合上还有巨大的发展潜力。在华布局的企业主要包括陶氏化学、住友化学、东京应化、信越公司、科莱恩、三星电子、AZ电子材料、IBM、富士胶片和台积电，通过大量的专利申请编织了完善的专利网络来维护自己在中国市场的利益，中国企业核心技术面临强大专利壁垒。随着国家对半导体产业的大力投入，国内企业也开始加大对半导体光刻胶技术

171、的研发并取得了一些成果，国内的创新主体主要来自京东方、中科院化学所、苏州瑞红、常州强力、华星光电。6.1.3 半导体光刻胶产业成熟技术的发展情况g 线、i 线的技术分支发展情况相似，均呈现先增长后下降的申请态势。21 世纪初，g 线光刻胶技术开发已较为成熟，更先进的 i 线、ArF、KrF 以及 EUV 等光刻胶技术快速发展并成为新的研究热点，导致 g 线光刻胶技术相关专利的年申请量呈波动式下降趋势；2010 年后，随着集成电路产业发展至 250nm 节点以下，对分辨率要求越来越高，i 线已经不能满足要求，KrF、ArF 等光刻胶开始规模化应用，全球光刻胶企业纷纷将研发方向转入深紫外和极紫外光

172、刻技术，i 线光刻胶技术的成熟和市场需知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册71求的饱和，导致专利申请趋于平稳。从技术来源国和专利布局分析来看，日、美、韩是 g 线和 i 线光刻胶的主要技术来源国，中国虽然排名第四，但仍与日、美、韩存在较大差距，整体技术发展滞后。同时，日本、美国、韩国、中国和欧专局是专利布局前五名的国家和区域组织。i 线光刻胶于 80 年代分别进入韩国和中国市场，1999 年开始，布局韩国市场的专利开始超过美国市场，2005 年以后布局中国市场的专利开始超过美国市场。可见，进入 21世纪亚洲逐渐成为全球半导体光刻胶市场的中心。6.1.4 半导体光刻胶产业主

173、流技术的发展情况本报告将半导体光刻胶的产业主流技术分为 248nm KrF 光刻胶、193nm ArF光刻胶。193nm ArF 光刻胶又分为 ArF 干法光刻胶和 ArF 浸没式光刻胶两类，其中ArF 浸没式光刻胶是主流技术中的关键技术分支。6.1.4.1 248nmKrF 光刻胶早期 KrF 光刻技术的研究主要针对光源和光刻胶配方，近两年来多集中于光刻技术的改进、基材表面处理和新的光产酸剂等。日本、韩国、美国、中国和中国台湾是其主要的申请国/地区。KrF 光刻胶行业发展初期主要是日本和美国，1997 年后韩国也跻身其中。2007 年后，美国、韩国的企业相继退出，被日本弯道超车美国，占据了市

174、场上的绝对主导地位。中国介入该领域的时间较晚，整体技术发展具有一定的滞后性，目前仍处于发展期。日本、韩国、美国三大 KrF 光刻胶技术大国的专利布局在立足本土的同时，积极注重海外布局，在大陆和台湾布局了大量的 KrF 光刻胶相关专利，对国内企业形成了合围之势，中国申请人的自主申请和海外布局意识有待提高。通过对 KrF 半导体光刻胶创新主体的分析可以看出，日本的信越化学、富士胶片、松下电器、住友化学、三菱公司、JSR、东京应化等专利申请最多，占据全球一半以上，韩国的 SK 海力士、三星电子以及美国的陶氏化学也是主要的创新主体，且日、韩、美等发达国家以及中国等半导体主要市场是全球热点布局国家和地区

175、。从 KrF 半导体光刻胶技术发展路线来看，研究起源于 1980 年前后，在 20 世纪90 年代中后期进入成熟阶段。主要是通过对成膜树脂、酸致脱保护基团、光致产酸剂等光刻胶组分材料的研发和改性，提高 KrF 光刻胶的分辨率、对比度、敏感度及抗蚀性等性能。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册726.1.4.2 193nmArF 光刻胶当集成电路制造工艺发展到 90nm 节点时，ArF 光刻技术（193nm）逐步发展为主流技术。由于 KrF 光刻胶和 ArF 光刻胶主要都是化学放大型光刻胶，在专利技术上有着一定的交叉，因此 ArF 光刻胶的发展趋势、地域分布乃至创新主体都与

176、 KrF光刻胶有着较大重叠。1982 年 ArF 光刻胶同样是被美国 IBM 公司发明，日本的东京应化也在 2001年推出了 ArF 光刻胶产品，1995 年开始至 1997 年间 ArF 光刻作为可预见的下一代光刻技术，相关研发的热度也是持续上升，随后 ArF 光刻胶进入商业化，浸没式ArF 光刻得到高度重视也使得 ArF 光刻胶技术坐稳了主流位置。2007 年至今年度申请量有所下降并趋于平稳，龙头企业已经开始着手布局更小线宽的下一代极紫外 EUV光刻胶。日、美、韩更是积极布局，主要布局在日本、韩国、美国、中国台湾、中国、欧洲专利局、德国和英国。ArF 半导体光刻胶的主要创新主体主要包括信越

177、化学、SK 海力士、富士胶片、陶氏化学、三星电子、住友化学、JSR、松下电器、日本电气和东京应化，技术高峰期和布局策略并不相同。1995 年后日、韩、美逐步将研发重心从KrF 转移至 ArF，三分天下齐头并进。2004 年后日本率先攻克浸没式 ArF 光刻，美韩两国的技术布局受到严重挤压，2010 年后日本企业基本实现了对 ArF 光刻胶的垄断，而美国和韩国则在市场和资金的压力下纷纷退场。我国介入该领域的时间较晚，2019 年之后大陆申请量才突破 10 件，与日本等国存在着一定的差距。6.1.5 半导体光刻胶前沿替代技术的发展情况本报告将半导体光刻胶的前沿替代技术分为 EUV 光刻技术、电子束

178、光刻技术，其中波长 13.5nm 的 EUV 光刻技术是半导体制造行业最有前景的解决方案。6.1.5.1 EUV 光刻胶EUV 光刻技术属于较新的半导体先进技术，该技术专利申请趋势呈现先缓慢发展（1984 年-2007 年）后快速增长趋势（2008 年至今），专利申请原创国家/地区以及目标市场分布均呈现较为集中且一致的状态，主要集中在日本、美国、韩国、中国台湾和中国大陆。日本和美国均于 1984 年就开始涉足 EUV 光刻胶技术领域并持续至知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册73今，是涉足该领域最早的国家。90 年代中后期，日本积极布局，专利申请持续增长；21 世纪初期，

179、美国对 157nm F2 光刻技术高度关注，分散了其对 EUV 光刻胶技术的投入，导致 EUV 光刻胶的专利申请趋势较为平均；韩国于 1991 年进入该领域，申请量持续超越美国，2009 年后关注中心在主流技术领域，申请量降低；中国大陆和中国台湾于 20 世纪初进入该领域，两者与日本和美国存在相当大的差距。专利申请人也呈现出较为集中的状态，主要来自富士胶片（日本）、信越化学（日本）、SK 海力士（韩国）、JSR（日本）、东京应化（日本）、台积电（中国台湾）、陶氏化学（美国）、三菱公司（日本）、IBM（美国）和三星电子（韩国）等，日本仍在高端光刻胶领域占据半壁江山，而韩国和美国紧随其后。6.1.

180、5.2 电子束电子束是微电子行业用于微纳结构前沿开发不可或缺的光刻技术。专利申请量达3057 件，自 1996 年以来快速发展，尤其是在 2001 年专利申请达到峰值 146 件，随后出现回落。电子束光刻胶行业发展初期主要是美国和德国，其中美国占据主导地位，1971 年日本开始进入电子束光刻胶专利领域，并从 1977 年开始超过美国，占据世界电子束光刻胶专利申请的主导地位。迄今为止，依旧是来源于日本的相关专利申请最多，占全球总量的 76.12%，其次为美国、韩国、德国及中国在电子束领域有一定的投入和产出。专利布局主要集中在日本、美国、韩国、EPO、中国等国家。电子束光刻胶的主要申请人有日本的富

181、士胶片、富士通、信越化学、日立公司、三菱公司、JSR、松下集团以及美国的 IBM 等公司，他们主导着国际电子束技术的走向，并在多个国家和地区进行了紧密快速的布局。全球主要申请人在中国市场的专利布局并不多，这可能是因为目前国内电子束光刻胶产业相对薄弱，尚未引起国外主要申请人的重视，因此国内企业必须积极开展研发工作，提前做好专利布局。电子束光刻胶的核心专利主要致力于提升电子束光刻胶的曝光敏感度、灵敏度和分辨率等，主要解决绝缘衬底电子束曝光的电荷积累、高宽比抗蚀剂图形的坍塌与粘连、电子在抗蚀剂和衬底中散射造成的邻近效应等问题。6.2 产业发展建议半导体光刻胶的研发创新既是国家战略发展的重点方向，也是

182、实现半导体材料国产替代的重点领域，中兴事件、日韩贸易战也再一次凸显了半导体光刻胶行业作为国知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册74家支柱性产业的重要性。在新一轮科技革命和产业变革重构全球创新版图、全球经济结构的大背景下，半导体光刻胶技术的攻关、突破与创新，实现半导体国产化比以往任何时候都更为重要、更为迫切。通过本报告行业调研与专利分析可以看到，全球光刻胶行业呈现寡头垄断格局，日本光刻胶公司领跑，尽管近几年来国内半导体光刻胶整体实力发生了很大的突破，国内也涌现出一批具有原始创新能力的企业，但是由于起步晚，技术壁垒高、原材料高度垄断、供应商认证和切换周期长等因素，现阶段的国产

183、半导体光刻胶应用结构还较为单一，主要集中于中低端产品，高端光刻胶仍十分依赖进口。课题组在专利分析研究和实地调研的基础上，提出如下积极建议，旨在促进产业加速发展。6.2.1 对国家政策的建议1.从国家战略高度进行行业总体框架设计和产业标准体系规划我国半导体光刻胶科学研究短板突出，关键核心技术受制于人的局面尚未得到根本性改变，政府要强化战略导向和目标引导，在关键领域下大功夫，集合精锐力量，作出战略性安排。建议从国家战略层面加强半导体光刻胶领域的总体架构设计和标准化工作。开展半导体光刻胶产品标准体系顶层设计和系统规划，准确理解行业的技术和业务接口，为行业的标准化做好组织规划并制定相关标准。以此为基础

184、的研发主体才能在统一的架构和标准体系下进行技术创新，并进一步刺激技术创新中产生的标准必要专利申请。2.切实推动半导体光刻胶领域产学研深度融合在 ArF 光刻胶、EUV 光刻胶等关键核心技术的专利布局中，我国的专利创新实力相对于日美国家存在明显差距，表明我国在半导体光刻胶领域的技术创新水平不够。与国外龙头企业相比，我国半导体企业整体呈现“小散弱”状态。加之光刻胶行业的技术壁垒较高，一旦企业缺少核心技术，将在光刻胶市场不具备创新优势。突破关键核心技术，离不开“产学研”的密切合作。建议政府借鉴日本弯道超车美国的研发模式经验，切实推动半导体光刻胶领域“产学研”深度融合。充分发挥政府职能作用，调动产业和

185、高校、科研机构等协同运作，组织各单位开展项目和研究情况交流，推动高校交叉学科建设、企业产学研协同发展及“高精尖”人才融合培养，能更加有效地促进创新要素的顺畅流动，进一步释放科学家、企业家创新活力，集中优势研发力量，突破新型 EUV 光刻胶材料的研发，进一步缩短与国际上的发展差距。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册753.加强政策扶持力度，促进科技成果转移转化当前国内半导体光刻胶领域扶植政策难落地的问题，一方面，希望中央相关部委能够主动协调地方政府，统一招商引资底线，引导地方政府加强对产业发展规律的认识，强化地方政府对国家半导体发展战略的认同，在资金、税收和土地优惠政策上

186、能够为研发企业落实到位，为国家半导体产业的发展创造良好的发展环境；另一方面，充分发挥市场的基础性作用，调动企业积极性，同时在项目审批、资金扶持，人才培养、知识产权服务、成果转化等方面，加大政府引导和政策支持力度，搭建畅通专利维权快车道，引导创新主体在关键前沿技术领域加强专利布局，做好专利预警，推进半导体光刻胶科技成果转移转化。6.2.2 对半导体光刻胶行业的建议1.推进配套材料与工艺的研发，实现光刻胶技术的一体化发展光刻工艺及设备的落后和上游材料的短缺制约了国内光刻胶创新发展，因此，从光刻胶生产周边设备与材料切入，推进光刻胶配套材料与工艺的研发，逐步解决光刻胶技术发展过程中存在的问题，也是目前

187、国内光刻胶技术创新发展的迫切需求。例如，光刻胶研究及生产过程中所涉及应用评价设备非常昂贵，普通企业没有足够的财力去承受如此高昂的费用，往往是光刻胶做出来后找不到做应用评价的地方。在中国半导体飞速发展中，缺少一个像 IMEC、SEMATECH 那样有权威性和公信力的研发测试中心。由国家出面建立半导体光刻胶领域技术研发测试中心，将有效促进中国半导体行业的发展。此外，光刻胶上游材料严重依赖进口也制约了光刻胶产业的发展，迫切需要建立相应的产业联盟，实现半导体光刻胶的上中下游企业优势互补、分工协作、联合发展、利益共享、共同推动产业快速发展，实现国产光刻胶技术的一体化发展，至关重要。2.集智攻关，布局核心

188、技术“专利池”半导体光刻胶领域具有较高的行业市场壁垒，基于核心技术的缺失和技术研发投入的不足，以及海外企业在我国强大的专利布局力度以及关键技术领域专利严重交织的状况，都是阻碍我国半导体光刻胶行业发展的重要瓶颈和巨大障碍。20 世纪 70 年代，日本半导体材料企业的崛起过程映证了行业间协同合作的重要性。因此，我国半导体光刻胶行业可通过构建半导体光刻胶产业核心技术专利池，化整为零，在促进半导体光刻胶专利开放、许可，引导半导体光刻胶专利创造、运用、知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册76保护，降低行业研发成本，为各成员提供良好的合作平台，实现优势共享，推动行业技术进步的同时，也

189、能及时跟踪且掌握国内外上下游全产业链的知识产权风险，及时作出知识产权预警。充分发挥专利“大数据”对外知识产权纠纷应对和谈判，对内知识产权资源整合等方面的优势，为技术创新保驾护航。6.2.3 对创新主体的建议1.聚焦市场需求，超前抢占前沿技术阵地通过分析日本、美国等国家的行业巨头申请目标国家或地区可以得知，他们的专利布局主要集中在产品所针对的重要目标市场。尤其是日本，其雄厚的技术实力和敏锐的市场洞察力，一直以来紧跟全球半导体市场需求，在市场需求热点领域，进行了较为全面的专利布局和市场抢占。当前，ArF 光刻胶材料是我国集成电路产业的关键材料，广泛应用于高端芯片制造，能够满足目前国内市场上大多数集

190、成电路芯片的制造要求，国内市场对 ArF 光刻胶材料需求旺盛，加之 EUV 光刻胶是下一代光刻胶的研发重点。建议中国创新主体以市场需求为导向，积极围绕上述市场热点和前沿领域投入研发力量，大胆创新，力争取得技术突破，在日美等国家尚未形成技术垄断和专利壁垒前占领前沿技术的阵地，掌握未来发展方向的主动权。2.积极关注国外市场，围绕技术发展方向进行前瞻式专利布局我国半导体光刻胶产业起步较晚，企业围绕自身产品的专利布局基本面向国内市场，海外布局较弱，缺乏前瞻性国际市场战略布局的意向。然而，中国是半导体光刻胶的全球重要目标市场国，国外企业在中国的专利布局较多，大多是巨头公司所申请，专利申请质量很高，中国企

191、业及研究机构将来可能会遇到的专利壁垒也不容忽视。纵观国外龙头企业的海外布局路线可知，这些成功的企业多在成长初期就及早谋划，提交本土专利申请的同时也同步进行了海外布局。中国企业不仅要重视国内市场，也要加强国外的专利布局意识。对于新兴技术，我国企业在从事研发时也要注重对国外来华专利布局信息的收集、整理和分析，关注国外专利的技术方案和保护范围，对潜在的专利侵权进行及时预警，从而避免在研发期间就落入侵犯他人专利的不利境地，提升自身风险防控能力。同时，国内企业也可根据自身研发优势，在各个不同技术分支形成差异化研发布局，以便缓解半导体光刻胶行业的内部压力，推动了半导体光刻胶行业的进一步发展。知识产权公共服

192、务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册77集成电路产业碳化硅技术专利分析研究报告江苏省知识产权保护中心（江苏省专利信息服务中心）江苏省知识产权保护中心（江苏省专利信息服务中心）中国专利技术开发公司中国专利技术开发公司原报告定稿时间：原报告定稿时间：20242024 年年 6 6 月月知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册78编写人员名单课题负责人：课题负责人：王亚利 江苏省知识产权保护中心 主任 正高工程师于家伶 中国专利技术开发有限公司 室主任 副研究员课题组成员：课题组成员：龚跃鹏 江苏省知识产权保护中心 知识产权高级工程师邓博远 江苏省知识产权保护中心安 宇中国

193、专利技术开发有限公司 分类员 副研究员呼海春 中国专利技术开发有限公司 分类员 副研究员刘 华中国专利技术开发有限公司 分类员 助理知识产权师宋 晓中国专利技术开发有限公司 分类员 助理知识产权师知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册79成果亮点本报告积极响应国家中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要技术研究，基于中国集成电路产业碳化硅技术现状，结合企业、高校及科研院所的专利情况，对碳化硅技术的各技术分支进行了详尽的分析，包括国内外专利申请趋势、国内外专利申请区域分布及技术主题分布，及全球主要的创新主体。技术方面，选取了物理气相传输法及

194、MOSFET 器件两个关键技术要点进行了技术路线分析，同时基于现有的专利数据对未来的技术发展进行了预测。最后，基于各章节分析结果，从技术布局、技术创新、企业培育等三个方面对集成电路产业碳化硅技术提出相应建议。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册80第 1 章 碳化硅产业发展概述1.1 技术发展现状由于在新能源汽车、5G 通讯、光伏发电、智能电网、消费电子、国防军工、航空航天等诸多领域具有广阔的应用前景，以 SiC 为代表的第三代半导体材料的重要性和战略地位得到国内外的广泛重视。下图展示了按下游应用划分的 2018-2028 年 SiC器件全球市场规模及预期市场情况。图图

195、1-1 按应用划分的按应用划分的 SiC 器件器件全球全球市场市场规模及预期规模及预期（单位：（单位：$M/百万美元）百万美元）1.1.1 碳化硅产业国外现状欧盟委员会、美国能源部、日本新能源产业技术开发机构等发达国家和机构相继启动第三代半导体衬底及器件的多个发展计划和研发项目，推动本国（地区）第三代半导体产业链发展，巩固其在第三代半导体领域的领先地。全球发达国家和机构关于碳化硅的计划/项目情况如表 1-所示。美国早在 1997年就制订了“国防与科学计划”，确立了发展宽禁带半导体的目标；随后美国又在2002 年启动和实施了宽禁带半导体技术计划(WBGSTI)，成为加速提升 SiC 等宽禁知识产

196、权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册81带半导体特性的重要“催化剂”；2014 年初美国成立了以 SiC 为代表的第三代半导体产业联盟，并宣布将全力支持以 SiC 为代表的第三代半导体技术的发展，计划主要针对下一代电子电力制造业。2022 年 8 月，美国芯片和科学法案正式成法生效，该法案提出采取给美本土芯片行业提供巨额补贴、给半导体和设备制造提供投资税收抵免等一系列措施，以鼓励企业在美国建厂。表表 1-2 全球发达国家和机构关于碳化硅的计划全球发达国家和机构关于碳化硅的计划/项目情况项目情况发展计划发展计划发布机构发布机构主要内容主要内容SWITCHES计划美国能源部研制新型

197、宽禁带半导体材料、器件结构以及制造工艺，提高能量密度，加快开关频率，增强温度控制，使电力电子技术成本更低，效率更高，降低电机驱动和电网电能转换等应用的能量损耗，使得控制和转换电能的方式发生重大变革NEXT 计划美国国防部先进研究项目局研发能够同时实现极高速度和电压的氮化镓器件制造工艺，满足大规模集成要求SPEED 计划欧盟委员会围绕材料、外延、器件、应用等碳化硅全产业链，突破碳化硅器件技术，发展下一代碳化硅基电力电子器件，用于风力发电和新一代固态变压器，器件耐压目标 1.7kV 和 10kV 以上面向电力电子应用的大尺寸碳化硅衬底及异质外延氮化镓材料项目欧盟委员会通过对 SiC 和 GaN 功

198、率电子技术的研发，攻关突破高可靠性且高成本效益的技术，使欧洲成为世界高能效功率芯片研究并商业化应用的最前沿MANGA 计划欧洲防务局联合德国、法国、意大利、瑞典和英国，强化欧洲碳化硅衬底和氮化镓外延片区域内供应能力，降低对欧洲以外国家的依赖性，形成服务于国防工业的氮化镓电子器件产业链实现低碳社会的新一代功率电子项目日本新能源产业技术开发机构通过资助富士电机、三菱电机、东京大学等机构，研发低成本碳化硅电力电子器件和功率模组，应用于新能源汽车、铁路列车等领域SiC 开关器件研究德国联邦研究部资助卡尔斯鲁厄理工学院和相关合作伙伴开展 SiC开关器件研究，提升高频电源能效，进而提高工业生产过程中的电源

199、效率，降低能源消耗与二氧化碳排放知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册821.1.2 碳化硅产业国内现状我国在 SiC 领域的相关研究起步较晚，但通过一系列重大项目的快速推进，如科技部 863 计划 2002 年启动的“碳化硅单晶衬底制备”项目、2006 年启动的“2 英寸以上半绝缘碳化硅材料与功率电子器件”项目、2011 年启动的“高压大容量碳化硅功率器件的研发”项目等，使得国内 SiC 行业快速发展。2016 年至今，中央和地方政府对第三代半导体产业给予了高度重视，出台多项产业发展扶持政策。国务院及工信部、国家发改委等部门先后在产业发展、营商环境、示范应用等方面出台政策

200、，进一步支持我国第三代半导体产业发展；科技部通过“国家重点研发计划”共支持第三代半导体和半导体照明相关研发项目超过 30 项，涵盖电力电子、微波射频应用的多个应用领域，对第三代半导体基础研究及前沿技术、重大共性关键技术、典型应用示范给予高度重视和重点支持；北京、江苏、广东等地方各级政府出台多项产业发展措施和政策，引导和支持区域内第三代半导体产业发展。目前我国完善的基建配套、巨大的工程技术人员规模和市场容量已经培育出了在细分领域具有国际创新能力的半导体产品制造企业。半导体产业是资金密集、技术密集和人才密集的产业，国内半导体企业在政策引导、资金支持下，产能规模和制造技术均能保持稳定发展，半导体产业

201、链实现进口替代的趋势不可逆转。据 Yole 统计，2023 年中国功率碳化硅生态系统主要企业如图 1-所示。碳化硅产业链各个环节国内企业均有涉足。从事衬底片的国内厂商主要有天科合达、天岳先进、烁科晶体、露笑科技、三安光电等；从事外延片生产的厂商主要有东莞天域、瀚天天成、三安光电等；从事第三代半导体器件的厂商主要有比亚迪半导体、华润微等。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册83图图 1-3 2023 年中国功率碳化硅年中国功率碳化硅生态系统生态系统在器件层面，我国企业相对较晚进入市场。鉴于市场需求强劲，我国多个关于SiC 器件厂的项目正在推进，主要以首先生产 650V Si

202、C 金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）为目标，以满足新能源汽车等领域需求。据集邦化合物半导体不完全统计，2023 年国内共有近 40 项 SiC 相关扩产项目启动，其中不乏天科合达、晶盛机电、同光股份、科友半导体、南砂晶圆、泰科天润、天域半导体、中车时代半导体、比亚迪半导体等国内头部厂商的身影。从扩产内容来看，2023 年度 SiC 扩产主要围绕原材料、衬底、外延、器件、设备等全产业链进行。1.2 全球市场主体及主导产品1.2.1 碳化硅衬底市场概况在碳化硅衬底方面，碳化硅衬底供应一直紧缺，为此龙头企业大多与其供应商签署了长期供货协议来保障需求。国际碳化硅龙头企业起步较早，产业发展

203、已较为成熟，上世纪 90 年代末，美国 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 年成功研制首个商用碳化硅 SBD 产品。随着碳化硅衬底和器件制备技术的成熟和不断完善，以及下游应用的需求增长，国际碳化硅龙头企业在保持技术和市场占有率的情况下，不断加强产业布局，主要措施包括：（1）继续扩大产能。如美国 Wolfspeed 公司斥资 10 亿美元扩大碳化硅晶片生产能力；（2）加强知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册84与上下游产业链的联合，通过合同、联盟或其他方式提前锁定订单，如 Wolfspeed与 Infineon、S

204、T 等欧美主要第三代半导体下游企业签订长期供货协议；（3）材料龙头向下游扩张，如 Wolfspeed 代表的上游材料企业牢牢把控衬底的材料端优势，并向下游器件、模块制造延伸，拓展业务板块、提高规模利润。整体来看，国际半导体龙头企业纷纷在碳化硅领域加速布局，一方面将推动碳化硅材料的市场渗透率加速，另一方面也初步奠定了未来几年第三代半导体领域的研究创新格局。我国的碳化硅晶体研究从 20 世纪 90 年代末才起步，并在发展初期受到技术瓶颈和产能规模限制而未能实现产业化，与国际先进水平相比存在较大差距。进入 21世纪以来，在国家产业政策的支持和引导下，我国碳化硅晶片产业发展大幅提速，涌现出天科合达、天

205、岳先进等具有自主知识产权的碳化硅制造企业，打破了国内碳化硅晶片制造的技术空白，并逐渐缩小与发达国家的技术差距。目前，国内碳化硅晶片制造企业的部分产品在核心参数上已经达到国际先进水平，与海外 Wolfspeed、Coherent（原 II-VI）公司等国际龙头企业齐头并进。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册85表 1-4 展示了全球主要 N 型 SiC 晶片厂商 2021 年和（估算）2022 年收入情况。表表 1-4 全球主要全球主要 N 型型 SiC 晶片厂商晶片厂商 2021 年和年和（估算）（估算）2022 年年收入情况收入情况从中看出，全球碳化硅厂商行业集中度较

206、高。其中 Wolfspeed 是全球最大的碳化硅衬底制造商，2021 年市场占有率高达 47.9%；其次是 SiCrystal 和 Coherent公司。2022 年我国的天科合达(Tankeblue)和天岳先进(SICC)估算分别排名第四和第六位，具有较强的研究创新实力。1.2.2 碳化硅器件市场概况在碳化硅器件方面，海外企业由于占据先发优势，在技术进展与产能规模上具备一定垄断地位。市场份额由海外巨头意法半导体（STMicroelectronics）、英飞凌(Infineon)、Wolfspeed、安森美(onsemi)、罗姆(ROHM)、Bosch 等厂商垄断，如表 1-5 所示。其中最大

207、的碳化硅器件商为意法半导体，是特斯拉车载碳化硅器件的主要供应商，其次是英飞凌。全球 TOP6 占据 95%以上的市场份额。我国的厦门三安光电和台湾汉磊公司(Episil)也进入榜单，分别排名第八和第九位。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册86表表 1-5 全球主要全球主要 SiC 功率器件厂商功率器件厂商 2021 年和年和（估算）（估算）2022 年年收入情况收入情况知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册87第 2 章 产业专利数据分析本章对碳化硅产业专利情况进行分析，数据检索时间范围是在 2024 年 4 月 1日（含）以前公开的发明和实用新型专

208、利。2.1 全球专利态势分析图 2-1 展示了碳化硅产业全球专利申请趋势及国外专利申请趋势。截至检索截止日，碳化硅产业全球专利申请总量为 17534 项，国外专利申请总量为 10688 项。图图 2-1 碳化硅产业全球专利发展态势碳化硅产业全球专利发展态势从碳化硅产业全球专利申请趋势来看，碳化硅产业发展经历了三个重要阶段：技术萌芽期、技术发展期、高速发展期。1952-1996 年为碳化硅产业发展的技术萌芽期。1952 年至 1974 年开始有零星专利出现，在 1975 年达到 11 项，1996 年达到 81 项。这段时期共产出 755 项知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业

209、分册88专利，主要来自日本、美国和德国申请人，涌现了 Wolfspeed、通用电气、日立公司、三菱公司、西门子公司等技术先驱企业。经过长达 40 多年的技术萌芽期，伴随着碳化硅单晶生长技术、切割技术以及碳化硅器件制造技术的发展，碳化硅产业于 1997-2011 年进入技术发展期。碳化硅产业的年专利申请量由 90 年代末期的 114 余项跃升到 2011 年的 486 项。在技术发展期，日本专利申请总量达到 2511 项，占比 61.0%，占据绝对的技术主导地位；其次是美国，申请总量为 760 项，占比 18.5%。包括电装公司、富士电机、三菱公司、住友公司、丰田公司在内的日本企业对碳化硅产业进

210、行了专利布局。碳化硅产业从 2012 年开始迎来全面爆发，进入高速发展期（2012-2023 年）。2012 年全球专利申请量为 602 项，2016 年增至 811 项，2019 年突破 1000 达到 1003 项，2023 年跃升至 1919 项，2012-2023 年平均增长率高达 11.1%。在高速发展期，中国申请的专利总量约占全球专利 48.8%，为全球碳化硅产业发展注入强劲动力。在高速发展期，国外碳化硅产业发展态势相对平稳，专利申请量保持相对稳定。2.2 中国专利态势分析碳化硅产业的中国专利申请量为 8921 件，其中发明专利申请量为 7297 件，占申请总量的 81.8%，实用

211、新型专利申请量为 1624 件，占申请总量的 18.2%，碳化硅产业中国专利授权量为 4987 件，专利有效量为 4308 件。从有效专利的维持时间分布来看，大部分专利集中在 2-9 年这个区间，共计 2818 件，占有效专利总量的65.4%。而超过 15 年的长寿命专利占比相对较少，仅 91 件，占比 2.1%。图 2-展示了碳化硅产业中国专利申请趋势及授权趋势，可以看出，与全球专利申请趋势基本保持一致。中国专利申请趋势分为技术萌芽期（1990-2011 年）、平稳发展期（2012-2019 年）和快速发展期（2020-2023 年）。其中，中国碳化硅产业专利申请量由 90 年代初的 1 件

212、增至 2011 年的 82 件，2012 年突破百件，达到194 件，2023 年达到历史峰值 1958 件。中国碳化硅产业专利授权数量，从 1992知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册89年的 2 件增至 2012 年的 99 件，2013 年突破百件达到 125 件，2023 年再创新高，达到 882 件。中国新能源汽车需求旺盛，带动了国产第三代半导体的发展，能效更高的碳化硅功率器件供不应求。自 2020 年起，中国碳化硅产业专利申请量进入快速发展阶段，年平均增长率高达 41.3%，表明中国在这一产业正迅速跟进国际步伐，积极布局，这与我国经济的快速增长和国家在这一时期

213、陆续出台一系列半导体技术支持政策文件是密切相关的，如“战略性先进电子材料”重点专项 2020 年度项目、中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要、长江三角洲区域一体化发展规划纲要、长三角 G60 科技走廊建设方案、工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见等。图图 2-2 碳化硅产业中国专利申请及授权趋势碳化硅产业中国专利申请及授权趋势图 2-展示了碳化硅产业中国专利各主要来源国的申请量分布。国内申请人专利申请量为 7067 件，占中国专利申请总量的 79.2%；国外申请人在华专利申请量为1854 件，占中国专利申请总量的 20.8%。其中，日

214、本在华专利申请量居首位，达1141 件，占所有国外在华专利申请量的 61.5%，显示出日本高度重视在华专利布局。作为技术实力雄厚的工业强国，美国和德国在华专利申请量分别以 309 件、146 件占据第二、第三位。第四、第五位的韩国和意大利在华专利申请量相对较少，分别为105 件和 37 件。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册90图图 2-3 碳化硅产业中国碳化硅产业中国专利主要来源国专利主要来源国申请量分布申请量分布2.3 专利区域分布分析碳化硅产业全球专利申请来源于共计 52 个国家或地区，主要来源于中国、日本、美国、韩国、德国。由中日美韩德五个国家申请的专利总量达到

215、 16648 项，约占全球总申请量的 96.0%。其中，中国以 7039 项专利申请排在第一位，占全球申请总量的 40.1%。日本作为碳化硅产业的技术强国，其专利申请量达到 6755 项，占比达到 38.5%。美国以 1552 项排名第三，占比为 8.9%。韩国以 809 项排名第四，占比为 4.6%。德国专利申请量为 493 项，占比为 2.8%。整体来看，碳化硅产业全球专利申请国地域分布较为集中，主要来自中国和日本，由中、日两国申请人提出的专利申请量占全球专利申请总量的 78.7%，其他主要专利申请来源国基本都是现代工业强国，如美国、韩国、德国等。图 2-展示了碳化硅产业全球专利主要申请国

216、中国、日本、美国、韩国、德国的专利申请趋势。总体来看，各国专利申请量均在稳步增长。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册91图图 2-4 全球专利申请量排名前五位的申请国全球专利申请量排名前五位的申请国/地区专利申请趋势地区专利申请趋势中国最早的碳化硅专利申请出现在 1996 年，之后逐渐有一些零星申请。增长趋势缓慢的主要原因一是中国碳化硅产业整体发展缓慢，二是因为企业的专利保护意识还很薄弱，申请量不高。2010 年后，随着碳化硅产业的迅速发展以及国内申请人专利保护意识的增强，中国的碳化硅专利申请量开始逐步上涨，从 2012 年开始呈现出快速增长的态势，并在近十年得到了爆发

217、式增长。美国的碳化硅产业起步非常早，20 世纪六十年代初，美国开始对碳化硅材料进行深入研究，希望借此材料发展更先进的无线电设备。之后美国专利申请量便开始慢慢增长，进入 80、90 年代，随着对碳化硅晶体生长技术的掌握，碳化硅的商业价值开始显现，美国申请人的专利申请量开始加快增长。日本的碳化硅产业起源于 20 世纪70 年代，虽然起步稍晚于美国，但其发展非常迅速，经过十年的发展，其专利申请量已赶超美国，特别是 2000 年之后，增速非常快，在 2017 年之前一直处于全球申请量第一的位置。2018 年之后日本的专利申请量稍有回落，但在全球专利布局中仍处于优势地位。韩国在碳化硅产业的发展相对较晚，

218、约在 2003 年后开始稳步增长。德国的碳化硅产业专利申请时间相对较早，但一直都增幅不大，发展相对平稳。总体来看，碳化硅产业技术历史悠久，虽然中国起步较晚，但近十年发展迅速，知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册92专利申请量高居榜首；美国、日本在碳化硅产业起步较早，现阶段发展略有放缓，但技术和市场基础仍非常强大；德国在碳化硅产业起步较早，韩国虽起步较晚，但两国发展趋势相似，多年来发展相对平稳，处于稳中有升的态势。碳化硅产业下设三个二级技术分支，分别为碳化硅衬底、碳化硅器件和应用。图2-展示了各申请国在二级分支下的专利申请量，由图中气泡大小可以看出：中国在碳化硅衬底和应用领

219、域的专利申请量是最多的，分别为 3697 项和 342 项，在碳化硅器件领域方面的专利申请量稍逊于日本。图图 2-5 全球专利主要申请国全球专利主要申请国/地区二级技术分布地区二级技术分布日本在碳化硅器件和碳化硅衬底领域的专利申请量都比较多，分别为 4111 项和3095 项，尤其是碳化硅器件方面，专利申请量排名世界第一，碳化硅衬底领域的专利申请量稍逊于中国，排名世界第二，显示出日本高度重视碳化硅产业的专利布局。美国在碳化硅衬底、碳化硅器件和应用领域的专利申请量均排名世界第三，创新实力突出。韩国和德国在三个二级分支下的专利申请占比分别排到了全球申请总量的第四、第五名，但相较于排名世界前三的中国

220、、日本和美国，其在专利申请量上有较大的差距。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册932.4 专利技术主题分析如表 2-所示，碳化硅产业全球专利申请总量为 17534 项，主要分布在碳化硅器件（9937 项）、碳化硅衬底（8263 项）、应用（554 项）三个二级技术分支下，其中，碳化硅器件专利申请量最多，占比达 56.7%。在所有三级技术分支中，碳化硅器件技术分支下的器件分支的全球专利申请量最多，达到 6190 项；在所有四级技术分支中，碳化硅器件技术分支下的绝缘栅场效应晶体管技术分支全球专利申请量最多，为3045 项。表表 2-6 碳化硅产业全球专利技术分布碳化硅产业全

221、球专利技术分布单位：项知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册94一级专利申请量二级专利申请量三级专利申请量四级专利申请量物理气相传输法2687高温化学气相沉积法1076液相法585其他生长工艺及设备755衬底切割500衬底研磨343衬底抛光364衬底退火307化学气相沉积外延2170分子束外延303液相法外延191其他外延工艺及设备301肖特基二极管759PIN二极管174绝缘栅场效应晶体管3045绝缘栅双极性晶体管86高电子迁移率晶体管696集成器件1283其他分立器件899离子注入1366刻蚀1208栅极氧化290金属化1115器件封装24422442逆变器276276

222、电力变压器5050功率放大器4343DC-DC转换器6868整流器123123碳化硅产业17534碳化硅衬底碳化硅器件应用82639937554晶体生长衬底加工衬底外延器件关键工艺48081305257261903507对于碳化硅衬底分支，全球专利布局主要集中在晶体生长和衬底外延，且晶体生长优势明显，其申请量约是衬底加工申请量的 4 倍。在晶体生长下的细分领域，物理气相传输法是全球申请人的重点关注对象，占晶体生长申请总量的一半以上。在衬底外延下的细分领域，化学气相沉积外延优势明显，在衬底外延中占比高达 84.4%。在衬底加工下的细分领域，衬底切割、衬底研磨、衬底抛光、衬底退火四个四级技术分支占

223、比均衡。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册95碳化硅器件分支是碳化硅产业的重要组成部分，近些年受到了全球申请人的持续关注。在该分支下的细分领域中，器件、关键工艺、器件封装三个三级技术分支呈现了良好的发展态势。1987 年，Cree 公司申请了一项重要专利，该专利导致了碳化硅基 MOSFET（绝缘栅场效应晶体管）的发明，其是碳化硅器件发展的一个重要里程碑。在接下来的二三十年间，全球碳化硅器件的申请数量呈现爆发式增长，而绝缘栅场效应晶体管的申请量以明显的优势稳居第一位，是全球申请人研究的热点。在器件分支下的细分领域中，除了占绝对优势的绝缘栅场效应晶体管外，集成器件、其他分立

224、器件、肖特基二极管和高电子迁移率晶体管分别以 1283 件、899 件、759 件、696 件的申请量占据第二至第五位，PIN 二极管和绝缘栅双极性晶体管的申请量占比较少。在关键工艺分支下的细分领域中，离子注入、刻蚀、金属化三个四级分支的占比相对均衡，栅极氧化的占比较少。器件封装的全球专利申请量为 2442 件，在碳化硅器件分支的三个细分领域中排名最后。在碳化硅应用的下级技术分支中，逆变器的专利申请量最多，其次是整流器，而电力变压器、功率放大器、DC-DC 转换器的申请量相对较少。2.5 专利申请人分析对碳化硅产业全球专利数据进行扩展同族合并。表 2-示出碳化硅产业全球申请量前 20 位申请人

225、情况。从申请人类型来看，前 20 位申请人中有 17 家为企业，显示出该领域最主要的创新主体是企业。作为研发生产活动的直接参与者，企业通过专利申请体现了其技术研发实力。从申请人所在国来看，前 20 位申请人有 13 位来自日本，并且前 5 位均为日本申请人，显示出日本在碳化硅产业具有突出的技术优势。此外，还有 5 位申请人来自中国，来自美国的 Wolfspeed 公司、来自德国的英飞凌也进入榜单。作为一家超大型集团企业，日本的住友公司在碳化硅产业的专利申请量达 998 项，近五年申请量达 248 项，申请量和近五年申请量均位列全球第一；在碳化硅衬底和碳化硅器件分支的申请量分别为 462 项和

226、633 项，亦均位居榜首，技术优势明显。另知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册96外四家日本企业三菱公司、电装公司、富士电机和丰田公司的申请量分别为 673 项、642 项、527 项、477 项，依次位列第二至第五，处于第二梯队。作为唯一一所上榜的高校，西安电子科技大学专利申请量达 426 项，位列全球第六和国内第一，展现了一定的科研实力。我国的三家企业中国电科、山东天岳和三安光电专利申请量分别为354 项、276 项、172 项，依次位列全球第 7、第 13 和第 19。这三家中国企业近五年申请量占比均超过 50%，其中三安光电近五年申请量占比更是高达 79.1%，显

227、示出很高的创新活跃程度。表表 2-7 碳化硅产业全球申请量碳化硅产业全球申请量前前 20 位位申请人申请人1单位：项碳化硅衬底碳化硅器件应用住友公司9981日本24824.8%4626336三菱公司6732日本12017.8%14955610电装公司6423日本13621.2%3153445富士电机5274日本19136.2%684905丰田公司4775日本8417.6%2972020西安电子科技大学4266中国18042.3%1373573中国电科3547中国20457.6%1622183昭工电工3318日本10130.5%307340中国科学院3229中国11034.2%1871762日立

228、公司31310日本4514.4%702554日本制铁公司28111日本10.4%268240Wolfspeed公司28012美国6623.6%10119810山东天岳27613中国14552.5%27430东芝公司26714日本2710.1%5621212英飞凌24315德国16166.3%292255日本产综研22716日本208.8%731642罗姆公司21917日本15570.8%571697松下集团20918日本00.0%811371三安光电17219中国13679.1%150260迪斯科公司14220日本6847.9%138450申请人所在国申请量技术分支排名近五年申请量近五年申请量

229、占比值得注意的是，有 7 位日本申请人近五年申请量占比低于 20%，显示出较低的知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册97创新活跃度；其中日本制铁公司近五年仅申请了 1 件碳化硅专利，而松下集团近五年更是未提出碳化硅专利申请，这表明日本制铁公司和松下集团可能已逐渐放弃碳化硅产业的研发。公开资料显示，松下集团已于 2019 年 11 月宣布退出半导体市场，并将旗下的相关工厂、设施及股份转让给中国台湾企业新唐科技。此外，日本制铁公司于 2017 年将其 SiC 业务出售给昭和电工，所持有的碳化硅晶体生长专利亦转让于昭和电工。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业

230、分册98第 3 章 重点技术分析3.1 物理气相传输法技术路线分析物理气相传输法（PVT）是目前最为广泛采用的 SiC 长晶方式，PVT 法是将 SiC源粉在高温下升华出 Si、SiC、SiC2、Si2C 等组分，在籽晶表面凝结生长。SiC 粉体作为合成和生长单晶的原料会直接影响单晶的质量和电学性质，如何降低在生长过程中的组分偏析、降低粉料的杂质含量和提高输运性能是粉源制备和前处理重要目标。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为PVT 法生长 SiC 单晶的原料，以降低生长过程中的组分偏析(JP59217697A)。山东天岳将其发展为在生长腔室中设置盛硅的

231、容器以实现硅补足(CN109234805A)。SiC粉料的制备方法对粉料中的杂质含量有着直接的影响，普利司通采用有机碳和有机硅合成 SiC(US5863325A)。日本的皮拉工业采用超细二氧化硅颗粒与超细碳颗粒反应生成 SiC(US20020020342A1)，之后美国的 Cree 公司利用硅源和烃反应生成SiC(US20070056507)、普利司通采用 CVD 法制备 SiC(WO2008056761A1)。在 SiC 粉料粒径的选择上，日本的电装公司发现粉末原料在升华过程中，由于温场的差异导致整个原料区域的升华不均匀，于是在粉末原料中的设置了大颗料原料(JP2000007492A)。随后

232、电装公司进一步研究了不同区域温场的差异与不同粒径原料的升化差异，将不同粒径的原料进行分区设置(JP2009051702A)。研究者们进一步深入研究原料性质与单晶质量之间的关联，如韩国的东本义大学对原料粉末密度进行优化选择(KR1020110108896A)、日本的太平洋水泥对原料粉末的粒径大小进行设置(JP2016030719A)、住 友 公 司 选 择 不 同 空 隙 率 的 粉 末 原 料 分 区 放 置(JP2021014385A)等。2009 年起德国硅晶股份公司开始研究在坩埚内设置可插入隔板的隔离区，利用隔板使原料在升华输运的路径上被纯化以使单晶尺寸易于增大(DE1020090161

233、32)。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册99美国的 II-VI 公司将其发展为在坩埚中部设置具有不同诱导性能的分隔板，以过滤掉不需要的原料气氛(CN104246023A)。北京天科合达则在原料上覆盖一层耐高温且化学性能稳定的磁化物粉末层以减少晶体中的包裹物(CN105734671A)。坩埚内晶体的生长区域有限是限制单晶尺寸增大的一个重要影响因素，对此，中国科学院物理研究所将籽晶固定的籽晶盖设置为可升降由此保持晶体生长面与坩埚中原料之间的温度差不变以增大单晶的尺寸(CN1544715A)。随后，哈尔滨奥瑞德光电(CN207608656U)、昭和电工(CN11118808

234、9A)等进一步研究籽晶升降装置结构的改进。山东天岳将其发展为从原料角度增大生长区，将原料承载装置设置为可升降(CN110055583A)。对于碳化硅晶体，不同的生长方向生长速度不同。生长面的选择和设置不仅关系到晶体的质量还关系到晶体的尺寸。最早 1989 年，西门子公司选择(0001)极性轴作为籽晶的生长面(DE3915053C2)。1997 年，丰田中央研究所将与 c 轴的夹角为20-55之间的面设置为生长面，由此降低晶体缺陷增大晶体尺寸(JPH09087086A)。2005 年，Cree 公司进一步研究晶体的 c 轴与热梯度的方向形成 0-2夹角的同时，将生长方向与热梯度方向形成 70-8

235、9.5的夹角以提高晶体的质量和尺寸(CN101027433A)。2008 年，普利司通则将籽晶的生长面具有预定曲率的凸形，且与(0001)面具有预定的偏角以降低晶体的微管和螺旋位错(JP2010126380A)。籽晶表面的形貌和结构对晶体的微管和缺陷数量有着直接的影响。2000 年，日本制铁公司在籽晶的表面设置凹槽以降低晶体的缺陷(JP2002121099A)。2011 年，日本制铁进一步在籽晶表面设置多个中空部，每个中空部在晶体生长表面侧上具有开口，连接开口的圆周上的任意两点的长度2mm(JP2012176867A)。在得到大尺寸籽晶方面，将小尺寸籽晶进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进行拼接后黏贴到籽晶托上，最终能够生长得到直径为150mm 的晶棒(CN106435732A)。2019 年，山东大学将小籽晶进行拼接、磨削后进行侧向外延和表面外延后作为籽晶进行碳化硅单晶的生长，可生长得到 8 英寸及以上的碳化硅籽晶(CN110541199A)。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册100碳化硅单晶生长时的温度、压力、温度梯度、气体供应等参数的设置对于沉积晶体的均匀性、结晶性及缺陷性质有着直接的影响。2001 年，美国 WHITE FOX 为了控 制 晶 体 中 缺 陷 生 长 而 先 使 籽 晶 横 向 生 长，而 后 转 换 成

237、轴 向 生 长(US20020023581A1)。同年，日本制铁为降低缺陷而将生长温度和压力降低进行晶体的生长(JP2002274995A)。2004 年，丰田中央研究所通过控制籽晶表面不同区域的反应气体的浓度以控制螺旋位错的产生区域，由此实现螺旋位错区域的控制生长(US20050211156A1)。2013 年，日本制铁将生长工序分为三个阶段，生长温度不变，调控第一阶段和第三阶段的压力为 0.13kPa-2.6kPa，第二阶段的压力为2.6kPa-65kPa，并设置三个阶段的生长时间以控制生长厚度，能够使螺旋位错在生长的前阶段向外排出进而降低晶体中间区域的螺旋位错(CN104704150B)

238、。2017 年，山东大学将生长分为两个阶段，第一阶段降压升温生长，第二阶段升压保温生长以此降低单晶中的碳包裹缺陷(CN107385512A)。同年，中科钢研节能科技将生长工序分为 6 个阶段，升降调节各阶段的生长压力参数，进而得到大尺寸、高质量的碳化硅单晶(CN106894089A)。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册101图图 3-1 物理气相传输法技术路线图物理气相传输法技术路线图知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册1023.2 MOSFET 器件技术路线分析SiC 绝缘栅场效应晶体管（MOSFET）利用了碳化硅半导体材料的优越物理性质，如宽带

239、隙、高热导性、强电场耐受力和高电子迁移率，相较于传统的硅材料，SiCMOSFET 能够在更高的操作温度下工作，提供更高的电压和电流承受能力，以及更快的开关速度，这些特性使其在电力电子领域中扮演着日益重要的角色。中国在“十四五”规划和 2035 年远景目标中明确提出要持续推进科技创新，尤其是推动半导体材料和器件技术创新和产业布局优化。此举旨在减少对外部核心技术的依赖，加快构建具有创新能力的产业体系。政府通过投资研发、设立创新平台、提供税收优惠和财政补贴等措施，支持碳化硅等宽带隙半导体的产业化进程。此外，面对国际技术贸易壁垒和供应链安全挑战，自主研发 SiC MOSFET 的意义更加突出。国产化的

240、 SiC MOSFET 能够提供一条从材料制备到器件封装的完整供应链，降低成本，增强产业链抵御外部风险的能力。此举不仅符合国家战略需求，同时也推动了相关产业的升级和转型，助力国家在全球半导体产业中的战略重塑。SiC MOSFET 的发展历史相当长远，全球 SiC 产业龙头 Wolfspeed 的前身Cree 公司的创始人之一 John Palmour 早在 1987 年就申请了一项涉及在 SiC 衬底上生成 MOS 电容器结构的专利（US4875083A），这项专利后来被视为促成SiCMOSFET 诞生的关键。夏普公司的 Yoshihisa Fujii，Akira Suzuki 和 Katsu

241、ki Furukawa 在 1991 年提交的专利申请 US5170231A，描述了一种具有不对称源/漏电导率的 SiCMOSFET，可以提高源极区和漏极区之间的击穿电压，并且显著降低漏电流和导通电阻。1992 年美国北卡罗莱纳州立大学提出专利申请 US5233215A，其终端区域形成终端沟槽，沟槽中共形地沉积绝缘衬层并填充多晶硅以形成浮空场环，这样的结构可避免采用耗时的高温扩散工艺来形成浮空场环。由于 SiC 材料中杂质的扩散系数比知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册103在 Si 中要小很多，因此对于 SiC 功率器件而言，这样的结构能够极大地改善工艺，简化 SiC

242、功率器件的制备过程。1995 年，日本富士公司申请了专利 JP09036359A 提供一种 SiC 垂直场效应管，其在第一导电类型源区表面层的一部分上形成具有高浓度杂质的第二导电类型基底层，实现了不会引起栅极绝缘膜的绝缘击穿，雪崩耐量大，导通电阻小的目的。1997 年，J.A.Cooper 团队申请了关于 SiC UMOS 的专利 US6180958B1，晶体管具有与源极和漏极相反导电类型的沟道区域，可以保护该沟槽氧化物不受施加到漏极的大电压的降解或击穿效应。1998 年，Cree 公司申请了专利 US6107142A，其通过深注入和横向扩散制造碳化硅横向功率 MOSFET 的方法，克服了浅注

243、入无法形成良好控制的沟道的问题。1999 年，美国北卡罗莱纳州立大学申请了专利 US6313482B1，其在沟槽中形成第二导电类型的均匀掺杂的碳化硅电荷耦合区，电荷耦合区与漂移区形成 p-n 整流结，漂移区和电荷耦合区都以相当且相对高的净多数载流子掺杂浓度(例如 11017cm3)均匀掺杂，使得当阻挡反向电压时漂移区和电荷耦合区都可以基本上均匀地耗尽。2004 年，Cree 公司申请了涉及垂直碳化硅 MOSFET 的专利 US7118970B2，通过形成第一导电类型的混合碳化硅阱区来制造碳化硅金属氧化物半导体(MOS)栅控器件，沟道区两侧的 PN 结可以在关断状态下屏蔽 MOS 区免受高电场的

244、影响，这导致与诸如 UMOSFET 的沟槽器件相比更高的器件可靠性。2000 年之后，MOSFET 中出现利用 SiC 特定材料性质的技术改进，即载流子沿着特定晶面流动具有较大的迁移率，因此通过选择特定晶向的 SiC 衬底并采用特定的刻蚀方法，可以形成具有特定晶向的沟道平面，如此形成的 SiC 功率器件具有较大的载流子迁移率。例如，2001 年日本关西电力株式会社申请专利 JP2002261275A，其栅绝缘膜位于 4H 型 SiC 的03-38晶面上，其相对于03-38晶面的偏离角范围在 10以内，相比于传统的 SiC 功率器件所采用的0001晶面，03-38晶面上的载流子具有更大的迁移率，

245、高达 100-120 cm2/Vs，因此，沟槽层位于03-38知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册104晶面上的 SiC MOSFET 功率器件在导通电阻、驱动电流方面均具有极大的优势。受该专利的启发，2011 年日本国立大学奈良研究所申请专利 WO2012026089A，其栅绝缘膜位于 SiC 相对于1120晶面具有偏向000-1晶面约 10-20范围的晶面上，在该晶面上其电子迁移率相对较高，并且界面态密度也进一步降低，因此可以进一步提高电子迁移率，最终器件的载流子迁移率可以达到 90 cm2/Vs 甚至更高，进而也能够降低 SiC 功率器件的导通电阻并增大驱动电流。2

246、003 年，S.H.Ryu 申请的专利 US20040119076A1 中介绍了一种 SiC 垂直双注入 MOSFET(DIMOSFET)，其在漂移层和第一 P 型碳化硅区域的底面之间设置N 型碳化硅限制区域，解决了在 P 阱和 N 阱处形成耗尽区，间隔物注入不延伸超过P 阱区，并且不显著降低 JFET 电阻的问题。2009 年，三菱公司申请了专利 JP2011049267A，其在基区和漂移层之间形成n 型高浓度层，高浓度层的杂质密度高于漂移层的杂质密度，电流路径的宽度变大，载流子迁移率提高。2010 年，Cree 公司申请了专利 US20110254010A1，通过在栅电极下方形成重掺杂 p

247、 型硅区，使 UMOSFET 表现出非常快的开关速度；重掺杂 p 型硅区可以在器件生长过程中形成和掺杂，因此降低了制造成本，通过栅氧化层中较低的电场水平提高了器件稳定性。在降低栅氧层电场方面，2011 年，罗姆公司申请了专利 JP2012178536A，其导电类型的耐压维持区选择性地形成为与侧壁和底壁相交，从而可以抑制半导体器件的介电击穿。2014 年，三菱公司申请了专利 WO2014122919A1，其沟槽底部配备有保护扩散区，可以缓和沟槽底部的栅介质膜的电场。SiC 功率器件在实际运用中由于 SiC 材料的宽禁带特性，会使得 SiC MOSFET的体二极管导通的电压比较高，寄生的体二极管为

248、一种少子器件，当其导通时候，会存在有空穴注入效应，向漂移区注入空穴。而关断过程中，由于无法快速及时的回收漂移区中的空穴，会降低器件的反向恢复特性，且体二极管存在有双极退化的现象。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册105所以通常在实际运用中需要反向并联一个肖特基二极管作为续流二极管，但这会增加电子电路系统中的杂散电感，带来了不必要的能源消耗且增加系统的体积，不利于电路的集成。2016 年，Huaping Jiang 等人申请专利 GB2569497A，其将肖特基接触内嵌集成到分离栅极 MOSFET 的颈区结型场效应区(JEFT)中。以肖特基二极管作为器件的续流二极管，同时

249、在其下方形成高浓度 p 型屏蔽区来减少泄露电流。经仿真研究，该种集成了肖特基接触的分离栅极 MOSFET 由于减少了栅极漏极耦合面积，该结构的栅漏耦合电荷(Qgd)得到了降低，由于内部集成了 SBD 作为续流二极管，不需要在电路中反向并联其他肖特基二极管作为续流二极管。该结构的第三象限导通电压从 2.8V降低到了 1.3V，同时器件的开关能量损耗得到了降低。同年 2016，香港科技大学 Jin Wei 等人在专利 GB2548126A 中描述了一种集成 垂 直 沟 道 与 水 平 沟 道 的 双 沟 道 MOSFET 结 构(TP-MOS)，相 比 于 传 统 的VDMOSFET 结构，由于沟

250、道密度的增加，其导通电阻从 3.13mcm2降低到了2.35 mcm2。同时，相比于传统的 UMOSFET 结构，由于氧化层底部受到其下方的 p-base 区的保护，栅氧化层的电场得到了降低，避免了其过高的电场聚集。另外，由于栅极和漏极之间的耦合被其顶部的 p-base 区和下方的 p-base 区所抑制，TP-MOS 具有比 VDMOSFET 与 UMOSFET 都要低的栅漏电容，其高频优值（high-frequency figure of merit,HF-FOM）为 341mcm2，得到了巨大的改进。2017 年，英飞凌(infineon)公司在专利 DE102017128633A1 中

251、披露了一种具有非对称的沟槽结构。该结构仅左侧 p 型基区形成强反型层，栅极右侧及下侧通过重离子注入形成高浓度的 P 型屏蔽区用于降低沟槽拐角处的电场强度，避免栅氧击穿。由于只形成了单侧的沟道，该结构的饱和电流较小，提升了器件的抗短路能力。2018 年，美 国 电 力 学 会 Kijeong Han，B.Jayant Baliga 等 人 在 专 利US10355132B2 中披露了一种缓冲栅 VDMOSFET，该结构将传统结构中的栅极减短，形成分离栅极，将 p+屏蔽区长度进行了扩展，并在其上侧进行高浓度的 n 型离子注入来降低导通电阻。该结构既有良好的动态性能，又保持了比较低的电阻，工艺知识产

252、权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册106制作上也较为容易，由于 P+屏蔽区对栅极进行了有效保护，缓解了栅极处的电场强度，是一种比较适合高频状况下运用的 MOSFET 器件。2019 年，重庆大学的安俊杰、胡盛东等人在专利 CN109768090A 中披露了一种在沟槽内集成异质结二极管，再在其上通过回刻工艺形成栅极的 UMOSFET 结构。这种结构不仅增大了击穿电压，而且由于 HJD 近似于 SBD 的特点，其第三象限导通电压得到了降低，并证明了异质结二极管的导通可以抑制寄生的体二极管导通，左侧的深 P+区使得电场分布较为均匀，减少了异质结处的泄漏电流。与常规结构相对比，该结构

253、的栅漏电荷和开关损耗分别降低了 52%和 39.1%。2021 年，湖 南 大 学 的HengyuYu,ShiweiLiang 等 人 在 专 利CN112349781A 中首次在 VDMOSFET 中集成有 n+型多晶硅与 n 型 SiC 所形成的异质结二极管(HJD-MOSFET)。通过研究发现该 n+型多晶硅与 n 型 SiC 所形成的异质结界面具有比 p+型多晶硅与 n 型 SiC 所形成的异质结二极管具有更低的势垒高度，具有更低的第三象限导通电压和更好的反向恢复特性。经过仿真研究，p 型屏蔽区形成的 JEFT 效应可以有效降低了异质结处的泄露电流，使得 HJD-MOSFET 可以达到

254、 1328V 的击穿电压。同时所研究的器件结构具有更低的栅漏电荷(Qgd)和反向传输电容(Crss)，预示着该结构更适合在高频状态下工作。2022 年，三菱公司申请了专利 JP2022078997A，在具有内置肖特基二极管的SiC-MOSFET 中，双极电流可以在形成于终端部分的第二阱区中通过，以降低终端部分的击穿电压。在具有内置肖特基二极管的 SiC-MOSFET 中，在形成于终端部分中的栅焊盘下方的第二阱区上提供与第二阱区形成诸如肖特基连接的非欧姆连接的源极。通过在第二阱区和源电极之间没有欧姆连接，在端子部分抑制了击穿电压的降低。图 3-为碳化硅绝缘栅场效应晶体管（MOSFET）的技术路线

255、图，体现了其近 30多年的发展情况。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册107图图 3-2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（MOSFET）技术路线图）技术路线图知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册1083.3 未来技术发展预测对碳化硅产业各级技术分支，从整体申请趋势、国家/地区申请热点、重点申请人研发热点、协同创新热点、专利运营热点（专利诉讼、专利许可、专利转让、专利质押）等方面进行进一步分析，综合评价各个技术分支的发展趋势，如表 3-3 所示。表表 3-3 碳化硅产业发展方向分析碳化硅产业发展方向分析一一级级技技术术分分支支二级二级技术技术

256、分支分支三级三级技术技术分支分支四级技术分四级技术分支支整体整体申请申请趋势趋势国家国家/地区地区申请申请热点热点重点重点申请申请人研人研发热发热点点协同协同创新创新热点热点专利运营热点专利运营热点总总分分结结论论专专利利诉诉讼讼专专利利许许可可专专利利转转让让专专利利质质押押碳化硅碳化硅衬底晶体生长物理气相传输法0.8高温化学气相沉积法0.4液相法0.6其他生长工艺及设备0.25衬底加工衬底切割0.05衬底研磨0.2衬底抛光0.4衬底退火0.4衬底外延化学气相沉积外延0.55分子束外延0.2液相法外延0.6其他外延工艺及设备0.2碳化硅器器件肖特基二极管0.2知识产权公共服务机构信息服务成果

257、共享报告集信息技术产业分册109一一级级技技术术分分支支二级二级技术技术分支分支三级三级技术技术分支分支四级技术分四级技术分支支整体整体申请申请趋势趋势国家国家/地区地区申请申请热点热点重点重点申请申请人研人研发热发热点点协同协同创新创新热点热点专利运营热点专利运营热点总总分分结结论论专专利利诉诉讼讼专专利利许许可可专专利利转转让让专专利利质质押押件PIN 二极管0.6MOSFET0.8IGBT0.8HEMT0.2集成器件0.2其他分立器件0.2关键工艺离子注入0.5刻蚀0.2栅极氧化0.6金属化0.25器件封装0.1应用逆变器0.2电力变压器0.4功率放大器0.2DC-DC转换器0.2整流器

258、0.2整体申请趋势，反映的是该分支近五年（2019-2023 年）全球专利申请量的年增长率情况，分值 0.2 分。从表 3-3 可见，衬底外延分支中的液相法外延、器件分支中知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册110的 IGBT、关键工艺分支中的栅极氧化、应用分支中的功率放大器等技术的专利申请具有较高的活跃度，近几年呈现快速增长趋势，得到了更多关注。国家/地区申请热点，反映的是近十年（2014-2023 年）中美欧日韩五局在某分支的申请量之和占该分支申请总量的比例，分值 0.2 分。多个技术分支都有大量专利在五局申请了专利，以确保在全球重要市场的知识产权保护。重点申请人研发

259、热点，反映的是近五年全球专利申请量前十申请人在某个分支的申请量之和占该分支专利申请总量的比例情况，分值 0.2 分。重点申请人通常对市场需求有较为敏锐的洞察力，其研发热点往往反映了市场的潜在需求。从表 3-可见，晶体生长分支中的物理气相传输法和液相法，衬底外延分支中化学气相沉积外延，关键工艺中的离子注入以及器件分支中的 PIN 二极管、MOSFET、IGBT 是重点研发方向。专利协同创新，反映的是近五年该分支涉及合作申请的专利申请量在该分支申请总量的比例情况，分值 0.2 分。协同创新可以通过整合多个主体的资源和能力，促进技术创新和知识产权共享，显著提高研发效率和创新能力，推动产业技术进步和市

260、场拓展。协同创新热点技术主要涉及物理气相传输法、高温化学气相沉积法、液相法、衬底研磨、衬底抛光、液相法外延、PIN 二极管、MOSFET、IGBT、离子注入、栅极氧化、电力变压器等。从专利诉讼、专利许可、专利转让、专利质押等多个角度综合分析专利运营热点，可以全面了解专利的实际应用和商业化情况，可以揭示专利的真实价值和市场动态，四种专利运营行为分值均为 0.05 分。专利运营热点集中在物理气相传输法、化学气相沉积外延、MOSFET、离子注入、器件封装等技术分支。从多个角度进行综合分析，对各个技术分支进行赋分评定，总分超过 0.8 分的物理气相传输法、MOSFET、IGBT 技术可以判断为碳化硅产

261、业未来发展的重点方向；液相法、液相法外延、PIN 二极管、栅极氧化技术的总分均超过 0.6 分，是碳化硅产业未来发展的主要方向。综合以上分析，碳化硅器件发展方向预测如下：高能效和功率密度。高能效和功率密度。随着技术的发展，碳化硅器件将进一步提高能效，特别是在高电压和高温环境下的性能。这将使得 SiC 器件更加适用于电动汽车、可再生能源系统和电网应用。此外，功率密度的提高意味着相同体积的器件能承载更高的功率，使设备更加紧凑。集成化。集成化。对于碳化硅器件而言，集成化意味着可以在同一碳化硅衬底上集成更多知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册111的功率电子组件，如晶体管、二极管

262、和控制电路，实现更高的系统效率和更紧凑的设计。这对于需要高密度功率解决方案的应用领域尤其重要，例如在电动汽车和航空航天应用中。新型封装技术。新型封装技术。碳化硅器件由于其在高温、高功率条件下运行的能力，封装技术尤为关键。高效的封装技术可以优化器件的热管理，延长器件寿命，并减小整体尺寸。创新的封装解决方案，是碳化硅器件封装领域的重要发展方向。而应用方面，近五年的申请热点主要集中在逆变器，尤其是桥式逆变器，申请量为 113 项；桥式逆变器因其高效的电力转换能力和广泛的应用范围（如可再生能源系统和电动汽车），成为研究和开发的重点。此外，具有控制极的逆变器、多电压输出逆变器、单开关脉冲逆变器以及中性点

263、箝位逆变器等也显示出其技术的深度和广度，这些技术的发展反映了市场对更高性能、更可靠和更灵活电源解决方案的需求增长。除了逆变器技术，间接 DC-DC 转换器和直接 DC-DC 转换器也受到了相当的关注。间接 DC-DC 转换器，通过一个中间 AC 阶段有效地提高了电能的转换效率和调节灵活性，特别适合于复杂的电力管理系统。直接 DC-DC 转换器则因其简化的转换过程和高效率，在便携式电子设备和电力密集型应用中被广泛应用。逆变器的研究热点凸显了碳化硅在现代电网技术和可再生能源系统中的应用价值。碳化硅逆变器因其能够处理更高的电压和电流，同时保持效率和稳定性，已成为推动电力系统现代化和提高能源转换效率的

264、关键技术。申请人对基于碳化硅的 DC-DC 转换器也显示出强烈的研究兴趣，主要因为它们能够提供更高的效率和更好的热管理能力。碳化硅的出色热导率和高温性能使得这些转换器在应对极端操作条件时显示出较传统硅基转换器更好的性能表现，从而在航空航天、军事及汽车应用中越来越重要。综合以上分析，应用发展方向预测如下：智能化。智能化。碳化硅器件的应用将不仅限于提高现有系统的性能，还将使得智能电网和智能控制系统的开发成为可能。碳化硅器件能够承受更高的电压和温度，使得它们成为实现这些先进系统所需的高效率和高可靠性的理想选择。扩展应用。扩展应用。随着碳化硅技术的成熟和成本的下降，其应用领域预计将继续扩展。除了传统的

265、能源转换和运输领域外，碳化硅器件可能会更多地被用于航空航天、军事和高性能计算领域，特别是在需要高效散热和高电压处理能力的场合。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册112第 4 章 发展建议4.1 技术布局优化路径建议加强科学规划与政策扶持，优化完善碳化硅产业结构，促进产业链协同发展。加强科学规划与政策扶持，优化完善碳化硅产业结构，促进产业链协同发展。目前我国碳化硅产业创新势头正盛，中国高质量发展的强劲动力引领碳化硅产业高速发展。但国内碳化硅产业起步较晚，产业链尚未完全形成，上下游配套不足，衬底外延、芯片设计、制造、封装、测试以及应用等中下游环节缺乏头部企业引领。建议结合当

266、前产业政策，加强新投资项目的科学规划与监管，对碳化硅产业链中的关键领域和薄弱环节给予重点支持，如衬底外延、芯片设计、封装等环节，协助企业清晰定位、高质量发展；同时，推动产业链不同环节的企业在技术研发、生产制造、供应链管理等方面进行深度合作，促进上下游企业之间的协同，实现资源共享和优势互补，建立科学完善的碳化硅产业链结构。依托国家第三代半导体技术创新中心打造碳化硅产业全链条创新平台，增强产业依托国家第三代半导体技术创新中心打造碳化硅产业全链条创新平台，增强产业内生增长动力和创新能力。内生增长动力和创新能力。我国碳化硅产业发展仍处于初级阶段，存在核心技术匮乏、迭代效率低、产业链协同能力不强等短板，

267、产业链潜在风险不断暴露。建议依托国家第三代半导体技术创新中心这一优势平台，联合省内具有技术优势的高校、研究院所和企业共同参与，实现上中下全产业链全流程的基础研究和应用技术开发，同时加速实验室成果向产业化的转移，促进产业链上下游企业协作，推动资源共享和技术互补。在自身技术研发以及专利储备的基础上，以高质量创新培育一系列碳化硅技术高价值专利，积极开展核心专利技术的国内外布局，构建具有高品质创新能力的碳化硅产业集群。4.2 技术创新、提升路径建议健全以企业为主体、产学研深度融合的技术创新体系，开展关键技术攻关。健全以企业为主体、产学研深度融合的技术创新体系，开展关键技术攻关。建议充分利用国家第三代半

268、导体技术创新中心的优势资源，以关键技术研发为核心使命，联合省内具有技术优势的高校、研究院所和行业龙头企业，健全以企业为主体、产学知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册113研深度融合的技术创新体系，围绕碳化硅产业链的创新需求，从碳化硅电子基础理论、晶体生长、衬底外延、器件制备、系统应用等方面，加强关键核心技术攻关，致力于产出更多基础性、前沿性、颠覆性技术成果，健全完善产业链上不足环节，为碳化硅产业发展提供源头技术供给，防范和化解产业链风险。鼓励企业自主研发，突破碳化硅衬底生产的技术瓶颈。鼓励企业自主研发，突破碳化硅衬底生产的技术瓶颈。碳化硅衬底制备作为难度最大、技术含量最高

269、、价值占比最重的环节，是整个产业链的“压舱石”。目前，国内碳化硅衬底的晶体质量依然较差，国内企业掌握产业核心技术能力不足的情况比较突出，是当前制约产业规模扩展的主要技术瓶颈。建议坚持“主抓衬底”的产业总体发展思路。鼓励企业成立联合技术迭代中心，合力加快对衬底量产工艺条件的研发和技术攻关，提高大尺寸衬底的量产效率和良率，加快推进 8 英寸导电型碳化硅衬底研发进度，持续提升 6 英寸衬底的量产能力，为中下游企业自主创新夯实基础。参考表4-1，重视物理气相传输法、液相法以及液相法外延重要技术分支的碳化硅衬底热点技术方向，与该分支重要申请人开展技术合作和引进，促进碳化硅衬底技术研发进程。表表 4-1

270、碳化硅衬底分支热门技术方向及相关申请人碳化硅衬底分支热门技术方向及相关申请人三级技术分支三级技术分支四级技术分支四级技术分支热点热点/重点技术方向重点技术方向可关注的重要申请人可关注的重要申请人晶体生长物理气相传输法提高晶体质量、更大尺寸、降低成本昭工电工、电装公司、山东天岳、三安光电、同光半导体、江苏集芯半导体液相法提高晶体质量、提高生长速度、降低成本丰田公司、山东天岳、乐金集团、青禾晶元、通威微电子有限公司、北京晶格领域半导体有限公司衬底外延液相法外延提高生产效率、提高质量、降低成本、提高厚度均匀性日本制铁公司、东洋炭素、日本关西学院知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分

271、册1144.3 企业培育招商路径建议开展产业开展产业链链精准精准招招商，精准商，精准绘绘制产业制产业链招链招商商图图谱谱，形成形成招招商商目标目标企业清单企业清单。建议提升专业化招商水平，强化“政府+链主企业+产业园“的招商合力，发挥企业集聚效应，精准锚定目标企业点对点对接，实施“一企一策”，高效精准开展产业链招商。推动重大项目建设精准绘制产业链招商图谱，发挥“链主”企业以商招商、以链招商的主体作用，瞄准产业链骨干企业及上中下游关联配套企业，精准开展补充式、填空式招商。坚持对外开发战略，吸引国际龙头企业投资和落户。坚持对外开发战略，吸引国际龙头企业投资和落户。建议优化政策环境和营商环境，展示省

272、内优势资源和发展潜力，吸引更多国际龙头企业关注和投资。积极与国际龙头企业建立产业合作关系，为国际龙头企业提供更多发展机遇，引导国际龙头企业在各地区投资，补足产业链短板。加大对人才的培养力度，满足国际龙头企业对高素质人才的需求。加强知识产权保护，为国际龙头企业提供和良好的创新环境。通过国际龙头企业带动提升本土企业的成长与创新发展，筑牢产业链基础。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册115知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册116陕西省传感器产业专利导航报告西安市市场监督管理局高新区分局西安市市场监督管理局高新区分局原报告定稿时间：原报告定稿时间：2 2

273、02023 3 年年 6 6 月月知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册117编写人员名单课题负责人：课题负责人：乐华西安市市场监督管理局高新区分局知识产权管理科 科长课题组成员：课题组成员：康凯西安亿诺专利代理有限公司 执行董事余芳西安亿诺专利代理有限公司 项目部经理张青青西安亿诺专利代理有限公司 专利代理师成果亮点从市场环境、产业政策和产业链结构、企业链、技术链构成等方面开展分析，介绍全球、中国传感器产业发展现状。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册118摘要传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发

274、展前途的高新技术产业。随着信息技术的发展，传感器应用日益广泛，在工业、农业、航空航天、军事国防方面，都离不开各类型的传感器，传感器技术在一定程度上影响着我国自动化产业发展，同时对国家工业建设具有重要意义。陕西省传感器专利导航总结了全球传感器产业发展趋势、技术布局及竞争态势，重点分析了陕西省在该领域的现状、优势和不足。指出，陕西省传感器产业依托雄厚的科研资源和军工企业，在传感器制造、封测等领域具备一定优势，但在上游材料、敏感元件等方面仍存在短板，且产业链协同创新较为薄弱。为推动产业高质量发展，报告建议通过巩固优势企业、加强产业链合作、引进外部技术和人才，进一步提升陕西省传感器产业在全国的竞争力与

275、影响力。关键词：关键词：传感器，传感器材料，传感器制造，传感器封装，传感器的应用知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册119第 1 章 传感器产业整体发展现状传感器作为现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具发展前途的高技术产业。自动化专家指出，传感器技术直接关系到我国自动化产业的发展，“传感器技术强，则自动化产业强”，其对推动国民经济发展具有十分重要的意义。截至 2022 年 2 月 25 日，全球传感器领域专利申请达 600 万以上。其中下游传感器应用数据达 579 万，通过统计主要应用领域专利占比概况，目前传感器的应用以工业电子（占下游应

276、用的 26%）、消费电子（占下游应用的 11%）、通讯电子（占下游应用的 9%）、汽车电子（占下游应用的 8%）、医疗（占下游应用的4%）应用比重较大。传感器产业相关专利技术的布局自 1918 年开始，产业的发展为技术研发和专利申请起到巨大的推动作用，全球传感器产业历经 104 年的发展，目前处于快速发展的阶段，并将保持其增长态势，图 1-1 为全球传感器产业上中下游的专利申请趋势，从专利申请量来看，下游应用涉及产业范围广泛，下游应用相关专利申请占据霸主地位，并带动传感器制造、上游材料的研发投入，促进中上游的发展。其他42%工业电子26%消费电子11%通讯电子9%汽车电子8%医疗4%图 1-1

277、 全球产业上中下游专利申请趋势（注：截止检索日，由于部分专利未公开，使得 2020-2022 年部分数据失真）针对上述情况，本项目检索边界为产业链上游、中游以及下游汽车电子领域应用进行分析，不对下游其他应用领域分析，其原因有两方面，具体为：第一、由于传感知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册120器其应用范围广，专利检索数据范围过大；第二、由于国家十四五规划中明确陕西省在传感器领域的发展为“依托陕汽等骨干企业，吸引传感器等配套企业聚集，加快补助智能软硬件产业，争取在传感器等关键零部件实现技术突破”。1.1 传感器产业迅速发展，专利上升趋势明显传感器产业作为现代信息技术的三大

278、支柱之一，对推动国民经济发展具有十分重要的战略意义，其专利申请整体呈快速上升趋势。截至 2022 年 2 月 25 日，全球传感器产业共计专利申请 592294 件，含授权专利 265612 件，有效专利 156111 件。其中发明专利共计 506506，占比 85.5%，含授权专利 211829 件，授权率达到41.82%。本报告将以 592294 的专利为基础，分析传感器产业技术发展情况。传感器产业相关专利技术的布局自 1918 年开始，产业的发展为技术研发和专利申请起到巨大的推动作用，全球传感器产业历经 104 年的发展，目前处于快速发展的阶段，并将保持其增长态势，具体见图 1-2。同时

279、从传感器产业链全球、国外与中国的专利申请趋势，可以看出，传感器产业经历了萌芽期、成长期、一次发展期，目前正处于二次发展期阶段。第一阶段（1918-1958 年）：萌芽期：这一时期长达 40 年，该时期的专利申请量仅占总专利申请总量的 0.41%，基本上属于传感器产业的研究和开发阶段，因此其专利申请量相对较少。第二阶段（1959-1990 年）：成长期，20 世纪四五十年代开始的新科学技术革命，以原子能技术、航天技术、电子计算机技术的应用为代表，还包括人工合成材料、分子生物学和遗传工程等高新技术，这次科技革命被称为第三次科技革命。第三次科技革命刺激了传感器的发展，从上游的材料到中游的制造，这一时

280、期的专利申请量出现了明显的增长趋势。第三阶段（1991-2008 年）：一次发展期，1980 年后开始，微型计算机迅速发展。电子计算机的广泛应用，促进了生产自动化、管理现代化、科技手段现代化和国防技术现代化，以全球互联网络为标志的信息高速公路正在缩短人类交往的距离。而这一时期下游自动化的需求刺激了中游传感器产业制造的发展，因此这个时期在传感知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册121器产业专利数量增长的同时，传感器的种类也在不断的发展。第四个阶段（2009-至今）：二次发展期，在该时期中，中国开始走入了人们的视线，随着中国加入 WTO(世界贸易组织)，中国制造业开始迅速融入

281、全球经济，中国的优秀制造企业如联想、海尔、华为等开始走向全球。该时期我国专利申请占比较大，对传感器产业的创新贡献不可小觑。中国以外，以美国、德国、瑞士、日本为首的传感器制造企业引领着整个传感器产业的发展，同时该时期汽车电子以及物联网领域的发展促使相关的专利申请数量增加。图 1-2 全球/中国专利申请趋势图我国传感器产业累计申请相关专利 141575 件，含授权专利 61729 件，有效专利 59363 件，其中，发明专利申请 73063 件，占比 51.6%，包含授权专利20926 件，授权率 28.64%，低于全球整体水平。从图 1-3 看，我国传感器产业相关技术专利申请起步较晚，但增速明显

282、，自 2010 年起，我国传感器产业专利申请增长速率超过全球平均水平，2006、2009 年，全球专利申请出现了短暂负增长率，但我国仍保持正向快速增长。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册122-150.00%-50.00%50.00%150.00%250.00%350.00%450.00%19181926193419421950195819661974198219901998200620142022中国发展速度全球发展速度图 1-3 中国/全球专利申请增长速率1.2 美日德实力强劲，国际竞争激烈对传感器产业的技术来源国和目标市场国进行分析，了解传感器产业关键技术的来源和

283、布局，更进一步了解传感器产业国际竞争详情。020000400006000080000100000120000140000160000180000来源国020000400006000080000100000120000140000160000180000市场国图 1-4 传感器产业全球主要技术来源国/市场国分布图图 1-4 显示了传感器产业全球前十技术来源国和市场国，由图中可以看出，传感器产业前十的技术来源国依次为日本、中国、美国、德国、韩国、法国、英国、俄罗斯、瑞典和瑞士，日本作为主要的技术来源国，主要在于日本拥有佳能、丰田、欧姆知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册123

284、龙、松下、爱普生等龙头企业，不仅在传感器的制造方面有很大的探索，其在汽车电子和数码影像领域的应用量较大。传感器产业前十的目标市场国分别为中国、日本、美国、韩国、德国、英国、法国、俄罗斯、加拿大和澳大利亚，其中中国是最重要的目标市场国，具有重要的市场前景，日本拥有全世界知名的汽车电子龙头企业，因此其对传感器的需求量较大。结合技术来源国和目标国可知，日、美、中、德处于传感器产业领先地位，其原因为：美国在 80 年代初就成立了国家技术小组（BGT），帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器开发工作；德国视军用传感器为优先发展技术，充分发挥了老牌工业强国的固有优势，再经德国制造商依托品牌声誉

285、和技术研发、质量管理方面的整合，其传感器产品竞争力不断提高，保持了一定的市场占有率；日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展 6 大核心技术之一，20 世纪 90 年代重点科研项目 70 个课题中有 18 项是与传感器密切相关，且研发方面日本约有800 家生产和开发传感器的厂家；我国在改革开放后，通过建立国家重点实验室和传感器技术研发中心来提升我国在传感器产业中的地位。纵观全球，日、中、美、德、韩在传感器产业领域处于技术领先地位，产业发展也各有所长。作为传感器技术的发源地，美国在传感器产业各个领域全面发展，技术方面始终处于领先地位，材料领域、传感器制造领域技术领跑于全球；而日本早在

286、1979 年对今后十年值得注意的技术中明确将传感器列为首位，同时日本的消费电子和汽车电子领域对传感器的需求也刺激了其在传感器产业各个领域的全面发展；1986 年因为美日半导体协议，使韩国有机会打开了美国、日本以及更多的市场，同时在技术上韩国政府始终对半导体行业的贯穿，并且将半导体产业的发展上升到国家项目，使得韩国在材料、传感器制造领域占有优势；德国由于老牌工业优势使其在传感器制造和汽车电子领域占有优势；中国虽起步晚，但其在传感器领域快速发展，尤其在封测领域拥有一定的技术地位。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册124日本中国美国德国韩国图 1-5 传感器产业强国发展特色1

287、.3 国际龙头企业全面布局分析传感器产业申请量排名前列的申请人可以了解各国头部企业的创新实力，科技巨头充分利用专利布局抢占技术制高点，控制核心技术和产品市场，专利实力与企业的市场竞争地位相一致。检索数据上游材料和敏感元件领域专利申请量 33892 件，中游传感器制造和封测领域专利申请量为 219633 件，下游汽车电子领域的专利申请量为 338769 件。因此其创新主体前 20 的企业中汽车电子领域的占比大，应用是推动传感器产业的动力。从表 1-1 可以看出，目前传感器产业专利申请量排名前二十的企业主要分布在日本（9 家）、德国（7 家）、美国（2 家）、韩国（2 家）。德国的博世集团申请量位

288、居全球第一，综合技术实力领先全球其他国家的申请人；日本申请人数量居多，占据 9 个席位，占比 45%，日本申请人中，丰田以 8830 件专利申请位居首位，电装公司、松下集团和三菱均属于日本的老牌企业；美国的福特和通用汽车分别排在第七和第十四位，韩国的现代和三星位列第二和第十一。我国的技术水平和企业实力相较于发达国家还有一定的差距，尚未有企业跻身传感器产业前二十。有效专利占比反映了企业技术实力的高低，从表 2-1 可以看出，日本松下集团、日产公司、马自达和德国戴姆勒公司有效专利占比均在 10%以下，说明虽然其技术有一定的沉淀和积累，但研发动力不足，面临新技术的挑战；而韩国三星、德国大众和法雷奥、

289、美国通用汽车其有效专利占比均超过了 30%，说明其技术正处于快速的发展阶段，对新技术探索的热情度高。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册125表 1-1 传感器产业申请人专利申请量前 20 排名表1.4 传感器产业关键技术呈区域聚集态势传感器产业属于技术密集型产业，龙头企业的类型分布充分体现了该国家的产业结构特点。传感器产业涵盖了材料、敏感元件、制造、封测及汽车电子等环节。从表1-2 可以看出，全球传感器产业龙头企业集中在美国、日本、德国和韩国，其企业呈区域聚集态势，且传感器全产业企业较多。同时在传感器制造环节日本特殊陶业株式会社、韩国东部高科、美国霍尼韦尔均有关键技术布

290、局。早在 20 世纪 80 年代，美国就宣称世界已经进入了传感器时代。美国霍尼韦尔公司的固态传感器开发中心每年投资 5000 万美元在设备上，目前拥有计算机辅助设计、单晶生长、加工最先进的成套设备和生产设备。80 年代初，美、日、德、法、英等国家相继确立加速传感器技术发展的方针，视为涉及科技进步、经济发展和国家安全的关键技术，纷纷列入长远发展规划和重点计划之中。并采取严格的保密规定对技术封锁和控制，禁止技术出口，尤其是针对中国。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册126表 1-2 全球及我国企业前 30 申请人排名及涉及环节全球前全球前 30 申请人申请人涉及环节涉及环节

291、中国前中国前 30 申请人申请人涉及环节涉及环节德国德国-博世博世全产业链吉利汽车电子韩国韩国-现代现代制造/封测/汽车电子北汽汽车电子日本日本-丰田丰田制造/封测/汽车电子奇瑞汽车电子日本日本-电装公司电装公司全产业链东风汽车电子日本日本-松下集团松下集团全产业链台积电制造日本日本-三菱三菱全产业链上汽汽车电子美国美国-福特福特制造/汽车电子长安汽车电子日本日本-日产公司日产公司制造/汽车电子安徽江淮汽车集团股份有限公司汽车电子日本日本-日立日立敏感元件/制造/汽车电子中国电子科技集团公司制造日本日本-本田本田汽车电子德淮半导体有限公司制造韩国韩国-三星三星全产业链中航工业制造德国德国-大陆

292、公司大陆公司制造/汽车电子长城汽车电子德国德国-大众公司大众公司制造/汽车电子杭州电科制造/汽车电子美国美国-通用汽车通用汽车制造/汽车电子广汽汽车电子德国德国-戴姆勒戴姆勒制造/汽车电子华为制造/汽车电子德国德国-法雷奥法雷奥制造/汽车电子京东方科技集团股份有限公司制造德国德国-西门子西门子全产业链比亚迪制造/汽车电子日本日本-马自达马自达制造/汽车电子潍柴动力制造/汽车电子日本日本-富士胶片富士胶片材料/敏感元件/制造格科微电子(上海)有限公司制造德国德国-宝马宝马制造/汽车电子中国重汽汽车电子日本日本-日本特殊日本特殊陶业陶业制造北京万集科技股份有限公司汽车电子日本日本-爱信艾达爱信艾达

293、制造/汽车电子百度公司汽车电子韩国韩国-东部高科东部高科制造歌尔微电子有限公司制造日本日本-欧姆龙欧姆龙制造/汽车电子江苏多维科技有限公司制造韩国韩国-万都公司万都公司制造/汽车电子国机集团制造/汽车电子美国美国-霍尼韦尔霍尼韦尔制造中芯国际制造德国德国-弗里德里弗里德里汽车电子陕汽汽车电子日本日本-日本电气日本电气制造/汽车电子万向集团汽车电子日本日本-东芝东芝制造/汽车电子孝感华工高理电子有限公司制造/汽车电子日本日本-住友住友制造/汽车电子武汉飞恩微电子有限公司制造/汽车电子知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册127我国传感器起步较晚，与国外先进国家相比，我国传感器

294、技术研发滞后了 10 年，生产技术落后了 15 年，中国的传感器应用还比较狭窄，更多的还停留在航空航天和工业测控领域。此外，高精密、精密的传感器和新型传感器的市场几乎被外国品牌或合资企业垄断。故目前暂未有进入传感器产业全球前 30 的企业，台积电作为我国传感器制造领域的龙头企业，其技术实力领先于我国大陆的传感器制造领域龙头企业。1.5 传感器从全球分工向产业链整合趋势发展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装测试汽车电子德国0%10%20%30%40%50%

295、60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022美国材料敏感元件制造封装测试汽车电子图 1-6 主要国家传感器产业二级技术分支专利占比变化趋势传感器产业作为现代信息技术的三大支柱之一，必须从材料、制造、封测到应用形成全产业链集群，从而大大提高传感器产业的抗风险能力。由于传感器产业链市场规模大，掌握关键技术能够掌握全球市场话语权，从而有效避免因关键技术被卡脖子带来的风险。随着科技的进步，国家之间的竞争越来越大。统计传感器产业发展最早的国家，德国和美国在材料、敏感元件、制造、封装、测试和汽车电子专利占比趋势。1959 年之前

296、传感器产业主要集中在材料、敏感元件、制造领域，封装、测试和汽车电子领域的技术产出较少，1960 年封装、测试、汽车电子领域的专利产出不断增加，可以看出随着科技的发展传感器产业链整合成为发展的趋势。同时从图 1-6 可以看出美国一直重视发展传感器产业各分支领域，在汽车电子应用领域专利量不断增加的同时，美国在传感器制造领域和材料领域仍保持一定的研知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册128发实力。1960 年后，德国在传感器产业链中技术产出以应用为主，其在制造领域和材料领域虽保持一定的研发优势，但整体技术产出有所下降。1.6 世界传感器产业中心已从欧美转向亚洲地区0%20%40

297、%60%80%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022材料美国德国日本韩国中国0%20%40%60%80%100%1918-1938 1939-1959 1960-1980 1981-2001 2002-2022敏感元件美国德国日本韩国中国0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022制造美国德国日本韩国中国0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801

298、981-20012002-2022封装美国德国日本韩国中国0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022测试美国德国日本韩国中国0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1918-19381939-19591960-19801981-20012002-2022汽车电子美国德国日本韩国中国图 1-7 传感器产业主要国家二级技术分支转移趋势知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册129全球传感器产业发展的历史是不断变化的。1821 年德国物理学家赛

299、贝将温度变成电信号，开启了热电偶传感器。五十年后德国人西门子发明了铂电阻温度计。此后从需求出发，人们对传感器产业的研发和应用更加重视，直到现在，全球大概有 35000种以上的传感器。从不同国家在传感器领域专利技术比重分析，世界传感器产业发展重心经历了二次转移：美德时代（1980 年以前）东亚新势力崛起（1981-至今）。与传感器产业发展格局演变相匹配，德国因其老牌工业强国的优势、企业依托自身品牌声誉和技术研发优势使得德国在传感器领域领先其他国家；而在上世纪八十年代美国就宣布世界进入传感器时代，同时成立国家技术小组帮助政府、大公司、国有企业和机构的传感器技术发展，保护美国武器系统质量优势的关键技

300、术，带动了传感器的全面发展。日本 1979 年在对今后十年值得注意的技术中将传感器列为首位。传感器产业的发展中日本完成了从引进、消化、模仿到自我完善和创新设计，在研发方面，约有 800 个厂家生产，在日本研发传感器。而韩国作为世界级电子产品生产国家，其在传感器产业中也占据一定的份额。我国 1972 年组建成立中国第一批压阻传感器研制生产单位；1974 年，研制成功中国第一个实用压阻式压力传感器；1978 年，诞生中国第一个固态压阻加速度传感器；1982 年，国内最早开始硅微机械系统（MEMS）加工技术和 SOI（绝缘体上硅）技术的研究。进入 20 世纪 90 年代后，硅微机械加工技术的绝对压力

301、传感器、微压传感器、呼吸机压传感器、多晶硅压力传感器、低成本 TO-8 封装压力传感器等相继问世并实现生产。改革开放 30 年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：建立了传感技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室、国家传感技术工程中心等研究开发基地；MEMS、MOEMS（微光机电系统）等研究项目列入了国家高新技术发展重点；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51 个品种 86 个规格新产品的成绩，初步建立了敏感元件与传感器产业。上述可见，二十世纪八十年代以前，美国、德国等发达国家掌握着传感器产业核心技术。二十世纪 80 年代后，日本、中国、韩国以市场为导

302、向，积极融入世界传感器产业的发展中。在中国、日本和韩国近二十年的高速发展下，对全球传感器市场进行冲击，使全球传感器产业中心从欧美转向亚洲地区。但值得注意的是传感器作为现代科技的前沿技术，其研制属于高精尖技术，虽然其产业中心向转向亚洲地区，但欧美仍掌握其关键技术，例如美国的霍尼韦尔至今仍掌握着世界领先的传感器制造技术。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册1301.7 材料领域和制造领域技术壁垒较高，是未来传感器产业发展重点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装测试汽车电子图 1-8 传感器产业二级技术分支 PCT 专利申请分布及占比通过专利合作条约（PCT）途径提交的国际专利申请量占该技术分支总量的百分比，既是体现该产业技术分支创新能力的重要标志，也是衡量该技术分支的专利国际控制力的重要指标。从传感器各二级技术分支 PCT 申请情况来看，材料领域和制造领域的 PCT 专利申请占比最高，说明材料领域和制造领域的技术壁垒较高，是未来传感器产业发展的重点。因此创新

304、链仅针对材料领域和制造领域进行分析。知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册131第 2 章 我国传感器产业分布情况2.1 集群化成为产业发展主趋势我国作为全球最大的新兴经济体，传感器产业从无到有，不断发展。但我国传感器产业与市场需求和作用不相适应，企业均处于小规模生产阶段，存在工艺老化、结构不合理等问题，缺乏产业化生产的基础条件。核心技术与产品停留在实验室或小批量生产的初级阶段，难以形成和产生规模经济效益。在国内已有的 1700 多家企业、大专院校、科研机构中，都有不同程度的研发、小批量生产制造传感器产品。新品研制仍落后近 10 年，而产业化水平落后 10-15 年。我国敏

305、感元件与传感器大约有60%依赖进口，核心芯片约 80%以上依赖进口，物联网中使用的 MEMS 传感器几乎全部依赖进口。现阶段，国家对芯片国产化的推行势在必行，对传感器扶持力度极强，发展势头良好。传感器产业经过多年的发展呈现出了一定的产业集聚趋势，逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。其中，主要传感器企业有接近一半的比例分布在长三角地区，其他依次为珠三角、京津地区、中西部地区及东北地区等。长三角区域以上海、无锡、南京为中心，逐渐形成包括热敏、磁敏、图像、称重、光电、温度、气敏等较为完备的传感器生产体系及产业配套；珠三角区域以深圳中心城市为主，由附近中小城市的外

306、资企业组成以热敏、磁敏、超声波、称重为主的传感器产业体系；东北地区以沈阳、长春、哈尔滨为主，主要生产 MEMS 力敏传感器、气敏传感器、湿敏传感器；京津区域主要以高校为主。从事新型传感器的研发，在某些领域填补国内空白，北京已建立微米/纳米国家重点实验室；中西部地区以郑州、武汉、太原为主，产学研紧密结合的模式，在 PTC/NTC 热敏电阻、感应式数字液位传感器和气体传感器等产业方面发展态势良好。从专利数据来看，截止检索日，我国 34 个省区市行政区均在传感器产业有专利布局。对各省市的专利申请量进行横向比较，大致可以分为三个梯队。江苏、广东、浙江、北京、上海位于第一梯队，专利申请超过 9500 件

307、；山东、安徽、湖北、四川、知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册132陕西、天津、重庆、河南、吉林、辽宁位于第二梯队，专利申请量超过 3000 件；其余省份专利申请均不足 3000 件。可以看出，陕西省在传感器产业相关专利数量在全国处于中上游的位置，产业相关专利数量在全国排名第十，占全国总专利申请量的3.38%，虽与江苏、广东、浙江、北京、上海第一梯队相比还有一定差距，同时与第二梯队的山东、安徽、湖北也存在差距，但与其余省份相比已处于领先位置。2.2 传感器产业发展呈区域聚集趋势我国传感器产业发展迅速，但一方面受产业发展水平的限制，一方面受国家宏观引导规范的影响，各地发展差

308、距较大。从专利数据来看，材料、敏感元件、制造、封装、测试、汽车电子领域的专利申请前 5 位分别为江苏、广东、浙江、北京、上海。山东省在材料领域，台湾在封装领域，安徽省在测试领域分别占据第五位；陕西省在材料、敏感元件、制造、封装、测试和汽车电子领域分别处于第十、第六、第八、第八、第十和第十一位。湖北、四川、天津、重庆、河南、吉林、辽宁第二梯队省份占据各领域专利数量排名的前 20 位，这体现了传感器产业呈区域聚集发展的趋势。表 2-1 全国各省市区二级分支专利申请数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装封装测试测试汽车电子汽车电子专利专利数量数量排排名名专利专利数量数量排排名名专利专

309、利数量数量排排名名专利专利数量数量排排名名专利专利数量数量排排名名专利数专利数量量排排名名江苏江苏896128628009112015711102761广东广东5334320161442493355270952浙江浙江4066170349533228266369063北京北京5823141541774364266353444上海上海6102165440035742227446675山东山东4915741129556179153639207安徽安徽2269917175910237193544216湖北湖北2987888200771510149734088四川四川18213791017719101

310、1144822529陕西陕西22510936180682768111220211天津天津219118091310119121299192314知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册133省省市市材料材料敏感元件敏感元件制造制造封装封装测试测试汽车电子汽车电子专利专利数量数量排排名名专利专利数量数量排排名名专利专利数量数量排排名名专利专利数量数量排排名名专利专利数量数量排排名名专利数专利数量量排排名名重庆重庆981939151108135156114223110河南河南151173517981155157013204113吉林吉林19912501377119515571621

311、4512辽宁辽宁227842141304129138210135217福建福建171146212978163175815154815湖南湖南1641625181000144167912136516河北河北44241123810185154419128618黑龙江黑龙江16815381689617712501776021广西广西57231422406121184618108019江西江西65222219446229132121100720山西山西10018202054720614282046722台湾台湾222738165112128572713327云南云南692010242722420223

312、1824贵州贵州222782518925172339923甘肃甘肃6521172114026102519026内蒙古内蒙古10283277729112422325新疆新疆35251721772992610228香港香港82942682282171298629宁夏宁夏132228113272286131海南海南232632771306830青海青海63013311292832西藏西藏4321533澳门澳门231133334同时对国内传感器专利申请量企业进行统计，可以看出敏感元件、制造、测试、汽车电子领域的企业数量前 4 均被江苏、广东、浙江和上海四省占据，四省全方位领先全国。江苏省在材料、制造、

313、封装、测试和汽车电子领域企业数量均为第一名，市场创新主体非常活跃。相比山东、安徽、湖北、四川、天津、重庆第二梯队省份，陕西省在传感器产业龙头企业数量和各领域的龙头企业数量占比相对较弱，但区域在敏感元件领域企业数量占据全国第五。表 2-2 全国各省市区企业二级技术分支专利申请数量及排名知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册134省市省市材料材料敏感元件敏感元件制造制造封装封装测试测试汽车电子汽车电子企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量排排名名江苏江苏26712212549519

314、91455169701广东广东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山东山东72635913036148114721368四川四川448478101597119410142011天津天津1811161570511711969147610重庆重庆1513201348715115471415579陕西陕西25965

315、588110119551286815河南河南17121914586134125413122312福建福建2210291159812115421591114辽宁辽宁2210101858114313571165718吉林吉林259422196212142618102513河北河北131591943118412331776816湖南湖南221032346517313571169517江西江西151382023820810181962319广西广西217131613923115341661820台湾台湾14143210468162646258826黑龙江黑龙江131512172801941214222

316、5021山西山西716101815422152124722贵州贵州7167219925132318723云南云南131542211324172012524香港香港217323522621277027内蒙古内蒙古21719219249225甘肃甘肃11842237285265828新疆新疆12536295264029宁夏宁夏12535301274029知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册135省市省市材料材料敏感元件敏感元件制造制造封装封装测试测试汽车电子汽车电子企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量排排名名企业企业数量数量

317、排排名名企业企业数量数量排排名名海南海南11822441273030西藏西藏2321431青海青海2321032澳门澳门133上述可看，随着传感器技术的国产化进程加速，各省份间产业发展差距进一步扩大，目前国内传感器产业聚集区主要包括以江苏、广东、上海为代表的长江三角地区；以北京为代表的京津地区；以广东为代表的珠江三角洲区域，这些区域的企业分布密集，高校及科研院所众多，拥有资金、市场优势，使得传感器产业在这些区域不断的聚集和发展。2.3 细分领域部分省份发展特色突出具体细分三级分支可以看出，由于我国各省的资源、经济结构和发展程度不同，目前在传感器产业上也呈现出了不同的产业特色。从表 2-3 可知

318、，第一梯队省份在三级分支技术的多个领域占据领先地位。江苏省的优势在半导体材料、有机材料、热敏元件、结构型传感器、薄膜类传感器、集成类传感器、陶瓷类传感器、电极类传感器、晶圆级封装、倒装封装、注塑封装、机械测试和热力学测试领域；北京市的优势体现在金属材料领域；上海的优势体现在敏感材料、陶瓷材料领域、力敏元件、温敏元件领域；浙江的优势体现在辐射敏元件领域；广东的优势体现在光敏元件、厚膜类传感器、SIP 系统封装领域。虽然五个省份包揽了25 个技术分支的最领先力量，但是，第一梯队的五个省中江苏、浙江、北京在敏感材料领域；广东、浙江在力敏元件、晶圆级封装；浙江、北京在温敏元件；浙江、北京在 SIP 系

319、统封装领域均存在短板。第二梯队省份整体表现比较逊色，但在特定领域有一定的特色，山东在金属材料、陶瓷材料、力敏元件、电极类传感器、注塑封装领域；湖北在气敏元件领域；安徽在机械测试领域；陕西在 3D 打印领域处于中上位置。同时第二梯队省份出现零星短板领域，例如山东在力敏元件、温敏元件领域；安徽在温敏元件、3D 打印领域；陕西在知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册136辐射敏元件、温敏元件领域；四川在辐射敏元件、倒装封装领域；天津在辐射敏元件、温敏元件、晶圆级封装领域无相关专利布局，其短板相对较为明显。表 2-3 全国各省市区三级技术分支专利申请数量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省市半导体材料金属材料敏感材料陶瓷材料有机材料光敏元件辐射敏元件气敏元件力敏元件热敏元件温敏元件结构型传感器薄膜类传感器厚膜类传感器集成类传感器陶瓷类传感器电极类传感器3D打印SIP系统封装晶圆级封装倒装封装注塑封装机械测试电气测试热力学测试江苏广东浙江北京上海山东湖北安徽陕西四川天津辽宁重庆湖南福建河南黑龙江吉林河北山西台湾江西广西云南贵州甘肃新疆宁夏内蒙古海南香港青海西藏澳门11424105212841022313111157341221535152541621317356414772321151251188119743181122

324、215921114911422333568192143652141232156115141知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册137第 3 章 陕西省传感器产业专利态势3.1 陕西省形成了完整的产业链陕西省在传感器产业的创新实力位居全国第十。截止检索日期，陕西省传感器产业相关专利申请共计 4434 件，目前正处于发展期。从陕西省传感器上、中、下游的总体专利申请趋势来看，中游总体呈现稳步上升趋势；上游申请量较少，整体趋势呈现一个缓慢增长的态势；下游在 2012 年达到申请量最大值后逐渐下降。下游近十年来专利申请量减小，虽然陕西省车企有陕汽集团、比亚迪、吉利、跃迪等，但是比亚

325、迪、吉利、跃迪分别为广东、杭州、湖北的企业，其仅仅是在西安建厂，其专利申请并未输入；同时陕汽主要为重型卡车、重型越野车、大中型客车、重轻型卡车、重型轿车等均为燃油车。近年来新能源车占据了整个汽车市场的大部分，因此导致 2013年后陕西省传感器产业链下游汽车电子领域申请趋势保持在一个平稳的状态。01002003004005006001985198819911994199720002003200620092012201520182021下游上游中游总计审中619失效2528有效1287发明2143实用新型2291图 3-1 陕西省传感器产业专利申请趋势陕西省在传感器上、中游发展稳步积累，于 200

326、7 年进入快速增长期，2013、2015 年经历了短暂的波动期，在 2020 年高峰期申请量达到 290 件，2021 年专利申请量略有下降（专利申请公开时间限定统计不完整）。2020 年陕西省传感器产业相关专利共 434 件，是 2010 年的 2.95 倍，陕西省传感器产业专利申请呈现稳步增长的趋势将会更加明显。陕西省在材料领域共申请专利 225 件，其中近五年申请 125 件，占比 55.56%；知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册138在敏感元件领域共申请专利 93 件，其中近五年申请 43 件，占比 46.24%；在制造领域共申请专利 1790 件，其中近五年申

327、请 840 件，占比 46.93%；在封装领域共申请专利 17 件，其中近五年申请 10 件，占比 58.52%；在测试领域共申请专利91 件，其中近五年申请 58 件，占比 63.74%；汽车电子领域共申请专利 2202 件，其中近五年申请专利 727 件，占比 33%。可以看出，测试领域和封装领域是近五年研发突破的热点，专利申请涨幅明显。陕西省传感器产业的专利申请在材料、敏感元件、制造、测试、封装和汽车电子六个领域均有涉及，形成了从材料的研发到传感器的制造、封装、测试及应用的较为完整的产业链。但专利占比差距较大，形成了以汽车电子传感器应用为主，以制造、封装和测试为辅，材料和敏感元件补充的局

328、面。对三级技术分支深入分析，整体来看，陕西省各技术方向分布差异明显，且侧重点不同，金属材料、气敏元件、3D 打印、注塑封装、电气测试和热力学测试领域的专利申请量明显多于其他技术方向申请量，其申请量均超过总申请量的 70%。是陕西省近五年来传感器产业发展的重点，并已在专利申请上初见成果。表 3-1 陕西省传感器各技术分支专利申请情况知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册1393.2 高校和研究院所实力强劲，企业在封装和汽车电子领域研发活跃陕西省传感器排名前十五的创新主体包括长安大学、西安交通大学、西北工业大学等 11 所大学，陕西汽车控股集团有限公司、中航电测仪器股份有限公司

329、和西安正昌电子股份有限公司 3 家企业和中国科学院西安光学精密机械研究所 1 家研究院所。专利申请及有效专利排名前三的创新主体为 2 所高校和 1 家企业，分别是长安大学、西安交通大学和陕西汽车控股集团有限公司。可见陕西省传感器产业贡献的主力军为长安大学、西安交通大学。其中，西安交通大学在敏感元件、制造、测试领域均为行业龙头，专利申请排名第一，在材料和封装领域其专利申请排名第二，仅分别低于陕西师范大学和华天科技（西安）有限公司；西北工业大学在制造、测试领域排名第二；长安大学在下游汽车电子领域的专利申请排名第一，远远超过其他创新主体。西安电子科技大学在敏感元件领域，西北大学、中航电测仪器股份有限

330、公司、中国科学院西安光学精密机械研究所在制造领域、陕西汽车控股集团有限公司在汽车电子领域均有优异表现。表 3-2 陕西省传感器前 15 名创新主体二级技术分支专利申请量及省内排名创新主体创新主体材料材料敏感元敏感元件件制造制造封装封装测试测试汽车电汽车电子子专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名长安大学长安大学49336347151西安交通大学西安交通大学39210131013261366陕西汽车控股集团有限陕西汽车控股集团有限公司公司1222西北工业大学西北工业大学20464214522312西安电子科技大学西

331、安电子科技大学10572474142610陕西科技大学陕西科技大学373261416327西安科技大学西安科技大学662111484西北大学西北大学10553325西北农林科技大学西北农林科技大学121743385陕西师范大学陕西师范大学431820228知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册140创新主体创新主体材料材料敏感元敏感元件件制造制造封装封装测试测试汽车电汽车电子子专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名专专利利量量排排名名中航电测仪器股份有限中航电测仪器股份有限公司公司415251019西安理工大学西

332、安理工大学47172310162213西安正昌电子股份有限西安正昌电子股份有限公司公司16503中国科学院西安光学精中国科学院西安光学精密机械研究所密机械研究所17474西安工业大学西安工业大学292881516上述陕西省优势创新主体在全国范围内也有不俗的表现，以西安交通大学为例，西安交通大学在传感器产业的专利申请量在全国排名前列，位居第十二，在传感器制造领域其位居全国第四，在封装领域位居全国第八；长安大学在传感器产业相关专利申请量在全国排名第二，汽车电子领域专利申请量位居全国第二；华天科技（西安）有限公司在封装领域专利申请量排名第六；西北工业大学在材料领域、中航电测仪器股份有限公司在测试领域

333、、中国科学院西安光学精密机械研究所在敏感元件领域均进入全国相关专利申请量的前 22 位。表 3-3 陕西省传感器优势创新主体二级全国排名情况创新主体创新主体全国排名全国排名全领域材料敏感元件制造封装测试汽车电子长安大学长安大学25687152西安交通大学西安交通大学1221134812102西北工业大学西北工业大学7640561013128西安电子科技大学西安电子科技大学9350167310122中航电测仪器股份有限公司中航电测仪器股份有限公司1317916154中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院西安光学精密机械研究所1362273华天科技（西安）有限公司华天科技（西安）有限公司1792知识产权公共服务机构信息服务成果共享报告集信息技术产业分册1413.3 陕西省传感器产业跻身全国第十，专利申请集中度高陕西省位于西部，是我国中部和东部的连接点，是沟通西北、西南的交通枢纽之地。202