鑒于當(dāng)下的國際貿(mào)易形勢，芯片制造，特別是高端芯片制造本土化的重要性越來越凸出。在這種情況下，產(chǎn)業(yè)鏈上游的半導(dǎo)體設(shè)備和材料自給能力的提升也愈加重要，因?yàn)榍蓩D難為無米之炊，沒有合適的設(shè)備和原材料，造不出想要的芯片。

半導(dǎo)體材料方面，按照應(yīng)用環(huán)節(jié)可分為制造材料和封裝材料，這里主要討論一下芯片制造材料，這類材料主要包括硅片、特種氣體、掩膜版、光刻膠、濕電子化學(xué)品、靶材、CMP拋光液和拋光墊等。

從全球市場來看，據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2021－2023年的晶圓廠建設(shè)投資達(dá)到歷史新高，僅2022年的資本支出就增長了14％，達(dá)到260億美元，2022年約有28個新晶圓廠開始建設(shè)。晶圓產(chǎn)能的擴(kuò)充必將帶動半導(dǎo)體材料需求持續(xù)增長，繼2021年市場規(guī)模創(chuàng)新高后，2022年全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模將同比增長7％，全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模有望在2023年超過700億美金。

近些年，中國大陸半導(dǎo)體材料消費(fèi)市場規(guī)模在全球的占比持續(xù)提升，2021年比重升至18．6％，已成為僅次于中國臺灣的全球第二大市場。然而，在供給側(cè)，中國大陸不同半導(dǎo)體材料的技術(shù)水平差異較大，整體與國外差距明顯。

隨著晶圓廠產(chǎn)能的擴(kuò)充、技術(shù)和工藝的推進(jìn)，以及中國電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域開始涌現(xiàn)出一批具備較好技術(shù)功底，極具發(fā)展?jié)摿Φ钠髽I(yè)。

下面看一下各種芯片制造材料，以及中國大陸相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況。

01

硅片

從全球半導(dǎo)體硅片供應(yīng)量來看，在下游需求旺盛的時段，硅片出貨量自2022年以來呈現(xiàn)同比基本持平的狀態(tài)，這反映出全球硅片產(chǎn)量幾乎達(dá)到了頂點(diǎn)。從晶圓廠12英寸硅片庫存情況來看，2021年每月的硅片投入量均大于購買量，晶圓廠硅片庫存持續(xù)下降，然而，自2022下半年以來，庫存量有所回升，這樣看來，2023年的硅片供需關(guān)系不會像過去幾年那么緊張了。

不過，12英寸硅片的供應(yīng)依然比較緊張，全球五大廠商（信越化學(xué)，SUMCO（勝高），環(huán)球晶圓（GlobalWafers），Siltronic（世創(chuàng)），SK Siltron）的12英寸硅片擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃于2021下半年陸續(xù)推出，新增產(chǎn)能最快也要到2023下半年才能釋放出來，因此，SUMCO預(yù)測至少到2023年底，全球12英寸硅片供不應(yīng)求的局面難以緩解。

上一輪硅片供需失衡出現(xiàn)在2016－2018年，來自SEMI的數(shù)據(jù)顯示，彼時硅片單位面積價格上漲了33．5％，硅片廠商營收和盈利水平快速提升。本輪供需失衡有望再次引發(fā)漲價，從硅片龍頭企業(yè)近期營收可以看出，信越化學(xué)、SUMCO、環(huán)球晶圓業(yè)績預(yù)期強(qiáng)勁，在當(dāng)前新增產(chǎn)能有限的背景下，漲價是提升業(yè)績的主要手段。同時，這些龍頭企業(yè)新增產(chǎn)能預(yù)計(jì)在2023下半年才能陸續(xù)放出，行業(yè)長約訂單比重將增加。

中國大陸在2023這一年里，晶圓廠產(chǎn)能需求會持續(xù)旺盛，這對硅片需求量提出了更高要求。

在受到國際貿(mào)易限制的情況下，為了滿足本土市場需求，中國大陸硅片廠商，特別是頭部企業(yè)，如滬硅產(chǎn)業(yè)、中環(huán)股份、立昂微、神工股份等，都在擴(kuò)充產(chǎn)能。

2021年1月，滬硅產(chǎn)業(yè)披露定增預(yù)案，擬募資50億元，大基金二期認(rèn)購15億元，投入12英寸硅片研發(fā)與先進(jìn)制造項(xiàng)目、12英寸高端硅基材料研發(fā)中試項(xiàng)目，新增產(chǎn)能可達(dá)30萬片／月。項(xiàng)目實(shí)施后，12英寸硅片總產(chǎn)能將達(dá)到60萬片／月。

2022年3月，立昂微斥資15億元收購了國晶半導(dǎo)體58．69％股權(quán)，以加強(qiáng)存儲、邏輯芯片用輕摻12英寸硅片的市場地位。國晶半導(dǎo)體已完成40萬片月產(chǎn)能的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，全自動化生產(chǎn)線已貫通，第一期月產(chǎn)15萬片的產(chǎn)能將于2023下半年建成。除了12英寸硅片，立昂微的功率器件用6英寸硅片業(yè)務(wù)也在擴(kuò)展，目標(biāo)月產(chǎn)6萬片，功率器件月產(chǎn)能將從原來的17．5萬片提升至23．5萬片。這些產(chǎn)品主要定位在汽車電子和光伏控制芯片兩大應(yīng)用方向。

02

光刻膠

得益于制程節(jié)點(diǎn)不斷進(jìn)步，以及存儲器層數(shù)的增加，半導(dǎo)體光刻膠需求持續(xù)增長。據(jù)TECHCET統(tǒng)計(jì)，2022年全球光刻膠市場規(guī)模同比增長7．5％，達(dá)到近23億美元，2021－2026 年，半導(dǎo)體光刻膠市場年復(fù)合增長率預(yù)計(jì)為5．9％，其中增速最快的產(chǎn)品是EUV和KrF光刻膠。TECHCET預(yù)計(jì)2021－2025年全球KrF光刻膠復(fù)合增速達(dá)到8％，主要驅(qū)動力是3D NAND，且相關(guān)晶圓產(chǎn)能仍在擴(kuò)張中。EUV光刻膠2020－2025年復(fù)合增速達(dá)到53％，如此高速增長源于EUV產(chǎn)能的快速提升，包括邏輯芯片制程節(jié)點(diǎn)不斷演進(jìn)，以及DRAM引入EUV工藝。

美日韓企業(yè)占據(jù)了全球88％的光刻膠市場份額，中國大陸光刻膠企業(yè)主要包括南大光電、晶瑞電材、彤程新材、上海新陽等。由于我國半導(dǎo)體光刻膠產(chǎn)業(yè)起步較晚，目前的市占率較低。

光刻膠行業(yè)存在先發(fā)優(yōu)勢，但技術(shù)壁壘并未到不能突破的程度。光刻膠驗(yàn)證周期長，下游客戶不會輕易更換，打入客戶新增產(chǎn)能供應(yīng)鏈?zhǔn)翘嵘袌鲇绊懥Φ闹匾緩?，例如，國際大廠TOK生產(chǎn)顯影劑和邊緣去除劑，JSR生產(chǎn)底部抗反射涂料，信越生產(chǎn)石英掩模毛胚和硅抗反射涂層。中國廠商方面，彤程新材的KrF光刻膠已批量供應(yīng)中芯國際、華虹宏力、武漢新芯、華潤上華等客戶，包括12英寸和8英寸產(chǎn)線，同時，該公司兩萬噸光刻膠相關(guān)配套試劑項(xiàng)目，在2022下半年完成建設(shè)并投入生產(chǎn)。

03

電子氣體

電子氣體包括大宗電子氣體和電子特種氣體，占芯片制造成本的13％。據(jù)Techcet統(tǒng)計(jì)，2021年，全球電子氣體的市場規(guī)模達(dá)到62．51億美元，其中，電子特種氣體占72．6％，電子大宗氣體占27．4％。

電子特種氣體應(yīng)用于光刻、刻蝕、成膜、清洗、摻雜、沉積等工藝環(huán)節(jié)，主要包括三氟化氮等清洗氣體，六氟化鎢等金屬氣相沉積氣體。

近年來，半導(dǎo)體制造技術(shù)快速更迭，例如，硅片尺寸從6英寸、8英寸發(fā)展到12英寸，制程工藝從28nm發(fā)展到3nm，顯示面板從LCD到剛性O(shè)LED，再到柔性、可折疊OLED。這些促使電子特氣的精細(xì)化程度持續(xù)提升，同時，由于全球半導(dǎo)體、顯示面板等產(chǎn)業(yè)鏈不斷向亞洲、中國大陸轉(zhuǎn)移，以集成電路、顯示面板為應(yīng)用主體的電子特氣需求快速增長。據(jù)IC Insights統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)2025年中國集成電路制造產(chǎn)值將達(dá)到432億美元，自給率進(jìn)一步提升至19．4％，據(jù)Forst＆Sullivan統(tǒng)計(jì)，2020－2024年，中國顯示面板市場年復(fù)合增長率為6．34％，這些對電子特氣的需求帶來了持續(xù)、強(qiáng)勁的拉動作用。

全球電子特氣市場主要被4家企業(yè)把持著，它們是德國林德、法國液化空氣、美國空氣化工和日本大陽日酸。

目前，中國本土特種氣體產(chǎn)品主要集中在中低端市場，在集成電路制造應(yīng)用更廣的高端特氣市場，本土企業(yè)存在產(chǎn)品品類不全，純度不高等短板，國產(chǎn)電子特氣主要集中在清洗和部分蝕刻等低精度應(yīng)用環(huán)節(jié)，在高精度摻雜、沉積、蝕刻、光刻環(huán)節(jié)，主要依賴進(jìn)口。

特種氣體屬于危險化學(xué)品，對包裝和運(yùn)輸有很高要求，一旦發(fā)生泄漏會產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此，進(jìn)口特種氣體存在多種不便。而國產(chǎn)特種氣體運(yùn)輸和售后便利，價格比國外產(chǎn)品低很多，另外，國產(chǎn)產(chǎn)品不存在“卡脖子”問題，具有很好的發(fā)展前景。

04

濕電子化學(xué)品

濕電子化學(xué)品是集成電路、光電子濕法工藝（濕法刻蝕、濕法清洗）制程中使用的各種液體化工材料。

中國電子材料行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，2021年，中國濕電子化學(xué)品市場規(guī)模為137．8億元，年復(fù)合增長率為17．3％，高于全球平均增速，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到301．7億元。

目前，半導(dǎo)體用濕電子化學(xué)品的國產(chǎn)化率較低，約為20％，顯示面板用國產(chǎn)化率約為40％。中美貿(mào)易持續(xù)摩擦，進(jìn)一步推動了濕電子化學(xué)品的國產(chǎn)替代進(jìn)程。

由于起步較晚，我國濕電子化學(xué)品品類豐富程度和提純技術(shù)水平落后于國外領(lǐng)先企業(yè)，應(yīng)用多集中于低端市場，主要供應(yīng)光伏、低代線平板顯示、6英寸以下晶圓加工市場，G6、G8代線平板顯示和8英寸以上晶圓加工市占率僅為10％。

近些年，中國本土企業(yè)積極開拓高端濕電子化學(xué)品市場，頭部廠商已具備生產(chǎn)G4、G5標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的能力，再結(jié)合運(yùn)輸、價格和售后等方面的本土化優(yōu)勢，未來發(fā)展空間廣闊，特別是在高端市場。

05

CMP材料

CMP是一種化學(xué)腐蝕和機(jī)械研磨相結(jié)合的平坦化半導(dǎo)體表面工藝，是集成電路制造過程中實(shí)現(xiàn)晶圓全局均勻平坦化的關(guān)鍵工藝。CMP材料主要包括拋光墊和拋光液。

CMP拋光墊的硬度、剛性、可壓縮性等物理性能對拋光質(zhì)量、材料去除率和拋光墊的壽命有顯著影響。

拋光墊行業(yè)具有技術(shù)密集、資金密集、客戶驗(yàn)證壁壘高的特點(diǎn)，這導(dǎo)致其市場集中度很高，主要被陶氏化學(xué)占據(jù)，該公司全球市占率達(dá)到79％，前五大廠商占據(jù)91％的份額。中國市場所用的CMP拋光墊幾乎全部依賴進(jìn)口，陶氏化學(xué)壟斷了中國近90％的市場，目前，中國本土企業(yè)中，僅有鼎龍股份有能力大批量生產(chǎn)，是國內(nèi)唯一一家全面掌握CMP拋光墊全流程核心研發(fā)和制造技術(shù)的企業(yè)。

拋光液市場同樣被國外廠商把持著，代表企業(yè)包括Cabot Microelectronics、Versum、日立、富士美、陶氏化學(xué)等，合計(jì)市占率達(dá)80％以上。不過，全球拋光液市場格局有分散化趨勢，美國Cabot Microelectronics是全球拋光液市場龍頭企業(yè)，2000年市占率高達(dá)80％，2017年則下降至36％。拋光液市場分散程度相對較高，多元化發(fā)展的趨勢，對于中國本土相關(guān)企業(yè)是利好，目前，安集微電子已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一定程度的國產(chǎn)替代。

由于CMP拋光墊和拋光液對芯片良率影響較大，但成本占比相對較低，在成熟的晶圓廠，為確保芯片良率，很少替換原有供應(yīng)商。因此，對后來者而言，認(rèn)證門檻很高，認(rèn)證周期較長。目前，受益于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈安全可控的大環(huán)境，中國本土CMP拋光墊和拋光液企業(yè)的認(rèn)證速度加快了很多，已將驗(yàn)證周期縮短到半年左右。

06

靶材

靶材是PVD沉積和薄膜沉積的關(guān)鍵材料。國外相關(guān)企業(yè)在靶材市場處于主導(dǎo)地位，截至2021 年，美日頭部靶材企業(yè)占據(jù)了全球市場份額的80％，代表企業(yè)包括JX日礦金屬、霍尼韋爾、東曹和普萊克斯。近些年，中國本土頭部企業(yè)成長迅速，江豐電子、有研新材、阿石創(chuàng)、隆華科技等都開辟出了一片天。

07

結(jié)語

中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，本土半導(dǎo)體材料企業(yè)在市占率方面明顯低于國際大廠，營收、利潤體量較小。此外，與國際大廠相比，中國本土企業(yè)在產(chǎn)品豐富程度和純度上也存在較大差距。

近幾年，在國產(chǎn)替代需求的大環(huán)境下，部分本土半導(dǎo)體材料產(chǎn)品開始在國內(nèi)晶圓大廠進(jìn)行驗(yàn)證，并陸續(xù)獲得訂單。隨著國際貿(mào)易限制增多，中國本土材料進(jìn)入本土晶圓廠供應(yīng)鏈的機(jī)會越來越多。在中國半導(dǎo)體產(chǎn)能擴(kuò)張周期和復(fù)雜的國際環(huán)境下，產(chǎn)業(yè)鏈本土化的迫切性不斷提升，國產(chǎn)半導(dǎo)體材料有望進(jìn)一步提升市場份額。

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