編者按:自1956年中國(guó)將半導(dǎo)體作為國(guó)家重要的發(fā)展領(lǐng)域后,今年是第66個(gè)年頭。回望66年的發(fā)展,從無(wú)到有、從小到大,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了風(fēng)雨坎坷同時(shí)又迸發(fā)出無(wú)限的生機(jī)。在中國(guó)“十四五”提出數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃,瞄準(zhǔn)集成電路等戰(zhàn)略性領(lǐng)域之際,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫推出“國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程”系列專題,講述當(dāng)今中國(guó)半導(dǎo)體各領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程,解析國(guó)產(chǎn)化最新態(tài)勢(shì),本期為“國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程”專題半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈篇第一篇文章:半導(dǎo)體材料。
近些年,在半導(dǎo)體制程工藝升級(jí),以及芯片產(chǎn)能不斷擴(kuò)充的帶動(dòng)下,半導(dǎo)體材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì),2021年全球半導(dǎo)體材料市場(chǎng)營(yíng)收達(dá)到643億美元,同比增長(zhǎng)15.9%,其中,晶圓制造材料和封裝材料收入總額分別為404億美元和239億美元,同比增長(zhǎng)15.5%和16.5%。受益于產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移,2021年中國(guó)大陸半導(dǎo)體材料銷售額達(dá)119.3億美元,同比增長(zhǎng)22%,增速遠(yuǎn)高于其它國(guó)家和地區(qū)。
巨頭的盛宴
半導(dǎo)體材料包括晶圓制造材料和封裝材料,其中,晶圓制造材料又細(xì)分為硅片、掩模版、電子氣體、光刻膠、CMP拋光材料、濕電子化學(xué)品、靶材等,封裝材料包括封裝基板、引線框架、鍵合絲、包封材料、陶瓷基板、芯片粘結(jié)材料和其它封裝材料。本文內(nèi)容主要圍繞晶圓制造材料展開。
在所有晶圓制造材料當(dāng)中,硅片是最大的品類,占比達(dá)32.9%,其次為電子氣體,占比約為14.1%,光掩模占比為12.6%。此外,光刻膠及配套試劑、拋光液和拋光墊、濕化學(xué)品、濺射靶材的占比分別為13%、7.2%、4%和3%。
全球范圍內(nèi),各大類半導(dǎo)體材料市場(chǎng)大都被各領(lǐng)域的巨頭公司把持著,例如,在硅片市場(chǎng),全球前五大公司的市場(chǎng)份額達(dá)87%,光刻膠全球市場(chǎng)前五大公司的市場(chǎng)份額達(dá)87%,高純度試劑全球市場(chǎng)前六大公司的市場(chǎng)份額超過(guò)80%,CMP材料全球市場(chǎng)前七大公司市場(chǎng)份額達(dá) 90%。下面分別介紹一下。
硅片方面,全球前五大制造商分別為信越化學(xué)、SUMCO、中國(guó)臺(tái)灣環(huán)球晶圓、德國(guó)世創(chuàng)和韓國(guó) SK Siltron。
2021年,全球前六家半導(dǎo)體光刻膠企業(yè)市占率合計(jì)約為88%,其中,日本東京應(yīng)化、JSR、住友化學(xué)、富士膠片四大日本企業(yè)分別占據(jù)27%、13%、12%、8%的市場(chǎng)份額,美國(guó)陶氏杜邦市占率為17%,韓國(guó)東進(jìn)為11%。
隨著芯片制程工藝的升級(jí),光刻膠市場(chǎng)需求量也隨之增加,TECHECT的數(shù)據(jù)顯示,2021年全球光刻膠市場(chǎng)規(guī)模約為19億美元,同比增長(zhǎng)11%,預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到21.34億美元,同比增長(zhǎng)12.32%。在7nm制程的EUV技術(shù)成熟之前,ArFi光刻膠仍是市場(chǎng)主流,占比高達(dá) 36.8%,KrF和g/i光刻膠的占比分別為35.8%和14.7%。
電子特種氣體方面,全球市場(chǎng)主要由空氣化工、德國(guó)林德集團(tuán)、液化空氣和太陽(yáng)日酸等國(guó)際大廠主導(dǎo),前四家市占率合計(jì)約88%。
全球靶材市場(chǎng)主要由日本和美國(guó)企業(yè)把持。日本日礦金屬、日本東曹、美國(guó)霍尼韋爾和普萊克斯四家占據(jù)全球80%的市場(chǎng)份額。其中,日礦金屬所占市場(chǎng)份額最多,達(dá)到30%。
CMP拋光液方面,主要由美國(guó)Cabot、Versum、陶氏杜邦,以及日本日立和Fujimi五家美日廠商把持,市占率合計(jì)達(dá)80%。拋光墊市場(chǎng)主要由美國(guó)的陶氏杜邦占據(jù),市占率高達(dá)79%。
濕電子化學(xué)品分為多個(gè)級(jí)別,G4及以上的高端產(chǎn)品多數(shù)被歐美、日韓企業(yè)壟斷,德國(guó)巴斯夫,美國(guó)亞什蘭化學(xué),Arch 化學(xué),日本關(guān)東化學(xué),三菱化學(xué),京都化工,住友化學(xué),和光純藥工業(yè),中國(guó)臺(tái)灣鑫林科技,韓國(guó)東友精細(xì)化工等十家公司共占全球市場(chǎng)份額的80%以上。
中國(guó)差距明顯
目前,中國(guó)半導(dǎo)體材料仍依賴進(jìn)口,本土公司市場(chǎng)規(guī)模較小,自給能力亟待提升。中國(guó)在壁壘較低的封裝材料市占率相對(duì)較高,而光刻膠、濕電子化學(xué)品等晶圓制造材料市占率極低,除拋光材料、靶材的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到 20%,其它材料大都不到10%。
在最大宗的硅片市場(chǎng),我國(guó)的8英寸及以下產(chǎn)品進(jìn)展較快,12英寸硅片的制造技術(shù)較為落后,這導(dǎo)致我國(guó)12英寸硅片大量依靠進(jìn)口,國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程嚴(yán)重滯后,成為我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈與國(guó)際先進(jìn)水平差距最大的短板。以滬硅產(chǎn)業(yè)、立昂微、中環(huán)股份等為代表的本土大廠正在加快追趕國(guó)際大廠的腳步,此外,神工股份、上海超硅、中晶科技、有研半導(dǎo)體等也在發(fā)力。
中國(guó)大陸從事半導(dǎo)體光刻膠研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)包括晶瑞股份、南大光電、上海新陽(yáng)、北京科華等,主要以i/g線光刻膠為主,KrF光刻膠方面,北京科華、徐州博康已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),南大光電ArF光刻膠產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對(duì)較快,是第一家ArF光刻膠通過(guò)客戶產(chǎn)品驗(yàn)證的本土企業(yè),其它國(guó)內(nèi)企業(yè)尚處于研發(fā)和驗(yàn)證階段。
目前,我國(guó)電子特氣高度依賴進(jìn)口,外企占我國(guó)電子氣體市場(chǎng)份額高達(dá)88%,被美國(guó)空氣化工集團(tuán)、法國(guó)液化空氣集團(tuán)、日本太陽(yáng)日酸株式會(huì)社、美國(guó)普萊克斯、德國(guó)林德集團(tuán)把持。本土企業(yè)包括中船718所、昊華黎明院等,市占率很低,且電子特氣產(chǎn)品較為單一。
國(guó)際電子特氣大廠的毛利率處于較高水平,平均達(dá)到近50%,世界第二的法國(guó)液化空氣集團(tuán),2010-2019年的毛利率穩(wěn)定在60%-65%。中國(guó)電子特氣廠商毛利率相對(duì)較低,約為 30%-40%。
中國(guó)大陸靶材企業(yè)包括江豐電子、阿石創(chuàng)、隆華科技等,市場(chǎng)份額在1%-3%,且靶材相關(guān)聯(lián)企業(yè)數(shù)量較少。美國(guó)、日本等高純金屬制造商主要集中在技術(shù)壁壘較高的高端靶材領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)廠商競(jìng)爭(zhēng)集中在中低端產(chǎn)品領(lǐng)域。
拋光液方面,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中,美國(guó)Cabot占約64%,安集科技市占率為22%。國(guó)內(nèi)拋光墊企業(yè)主要包括鼎龍股份、江豐電子和萬(wàn)華化學(xué),其中,鼎龍股份是國(guó)內(nèi)拋光墊龍頭企業(yè),產(chǎn)品對(duì)標(biāo)美國(guó)陶氏杜邦集團(tuán)。
由于進(jìn)入壁壘相對(duì)較低,中國(guó)濕電子化學(xué)品制造企業(yè)眾多,約有40余家。賽瑞研究數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)半導(dǎo)體濕電子化學(xué)品市場(chǎng)中,本土企業(yè)占有率為31%,在眾多半導(dǎo)體材料細(xì)分領(lǐng)域中處于較高水平。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體濕電子化學(xué)品國(guó)產(chǎn)化率約為23%,以G3及以下中低端產(chǎn)品為主。國(guó)內(nèi)濕化學(xué)品企業(yè)有望憑借政策、成本、物流優(yōu)勢(shì)突破技術(shù)壁壘,攻克G4級(jí)以上高端市場(chǎng),目前,國(guó)內(nèi)已有部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破,產(chǎn)品達(dá)到G3、G4級(jí)標(biāo)準(zhǔn),少數(shù)達(dá)到G5級(jí)。
奮起直追
自從芯片出現(xiàn)短缺以來(lái),各國(guó)愈發(fā)重視半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè),美國(guó)、歐洲先后出臺(tái)了競(jìng)爭(zhēng)法案、芯片法案,加大對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投資力度。隨著國(guó)際貿(mào)易摩擦加劇,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈逆全球化趨勢(shì)逐步顯現(xiàn),半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈本土化是大勢(shì)所趨,國(guó)產(chǎn)替代市場(chǎng)空間廣闊,中國(guó)本土半導(dǎo)體材料企業(yè)將迎來(lái)國(guó)產(chǎn)替代的黃金發(fā)展期。
硅片方面,由于供應(yīng)短缺,國(guó)際大廠會(huì)優(yōu)先保障海外晶圓廠硅片供給,給中國(guó)本土硅片廠帶來(lái)了加速替代的機(jī)遇,國(guó)內(nèi)晶圓廠對(duì)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體材料的驗(yàn)證及導(dǎo)入正在加快,如滬硅產(chǎn)業(yè)、立昂微、中環(huán)股份等企業(yè)已順利通過(guò)驗(yàn)證。中國(guó)大陸硅片業(yè)正在加速追趕國(guó)際龍頭企業(yè)。
目前,以滬硅產(chǎn)業(yè)、立昂微為代表的國(guó)內(nèi)廠商正在積極擴(kuò)增12英寸產(chǎn)能,預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)12英寸新增產(chǎn)能將達(dá)到652萬(wàn)片/月。滬硅產(chǎn)業(yè)12英寸硅片技術(shù)在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,其子公司上海新昇在2021年完成了30萬(wàn)片/月的12英寸產(chǎn)能建設(shè),其募投項(xiàng)目將進(jìn)一步新增30萬(wàn)片/月的12英寸產(chǎn)能,最終達(dá)到月產(chǎn)60萬(wàn)片的產(chǎn)能。
2021年,滬硅產(chǎn)業(yè)總營(yíng)收24.67億元人民幣,同比增長(zhǎng)36.19%,凈利潤(rùn)為1.45億元,同比增長(zhǎng)66.58%。除了12英寸大硅片技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,該公司的8英寸及以下尺寸MEMS用拋光片、8英寸及以下尺寸SOI硅片的技術(shù)水平和細(xì)分市場(chǎng)份額全球領(lǐng)先,8英寸及以下尺寸外延片的技術(shù)水平和細(xì)分市場(chǎng)份額國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。
靶材方面,國(guó)內(nèi)代表企業(yè)江豐電子在2021年實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入15.94億元人民幣,同比增長(zhǎng)36.64%。目前,該公司的技術(shù)指標(biāo)不遜于國(guó)際靶材巨頭,另外,由于具備本土制造成本優(yōu)勢(shì),其產(chǎn)品定價(jià)具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。目前,江豐電子產(chǎn)品以外銷為主,但國(guó)內(nèi)份額呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)??紤]到高純?yōu)R射靶材需要安裝在專用的機(jī)臺(tái)上完成濺射,相比國(guó)外企業(yè),該公司在服務(wù)本土客戶方面更具優(yōu)勢(shì),國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額有望進(jìn)一步增長(zhǎng)。
江豐電子的超高純金屬濺射靶材產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于全球先進(jìn)制程工藝中,7nm節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了批量供應(yīng),部分5nm節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品評(píng)價(jià)通過(guò)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
電子特氣方面,華特氣體是代表企業(yè),2021 年,該公司的特種氣體業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收7.97億元人民幣,同比增長(zhǎng)45.31%。華特氣體的拳頭產(chǎn)品光刻氣通過(guò)了ASML和GIGAPHOTON的認(rèn)證,是中國(guó)大陸唯一通過(guò)這兩家國(guó)際巨頭認(rèn)證的電子特氣企業(yè)。
CMP拋光材料方面,代表企業(yè)是鼎龍股份,2021 年,其拋光墊產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)銷售收入3.02億元人民幣,同比增長(zhǎng)284%,首度扭虧為盈并實(shí)現(xiàn)規(guī)模盈利。該公司的拋光墊實(shí)現(xiàn)了成熟制程及先進(jìn)制程的100%全覆蓋,關(guān)鍵原材料自主化持續(xù)推進(jìn),常規(guī)型號(hào)原料均實(shí)現(xiàn)自研自產(chǎn),很大程度上保障了供應(yīng)鏈的自主性、安全性。
在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上,材料處于上游,而且集基礎(chǔ)科學(xué)、工業(yè)、重資產(chǎn)、技術(shù)和資金密集等于一身,是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ),是衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)半導(dǎo)體、乃至高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的關(guān)鍵。放眼全球,能夠在全球半導(dǎo)體材料市場(chǎng)排名靠前的國(guó)家和地區(qū),其半導(dǎo)體、高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平都很高。中國(guó)要發(fā)展半導(dǎo)體,提升整體科技水平,就必須在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域不斷突破,無(wú)論是技術(shù)水平,還是市占率,都要再上幾個(gè)臺(tái)階才行。只有半導(dǎo)體材料升上去了,整個(gè)半導(dǎo)體業(yè)才能水漲船高,真正邁入全球前列。