國產(chǎn)半導(dǎo)體材料“量價(jià)齊升”

半導(dǎo)體材料是產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)中非常重要的一環(huán)，在芯片的生產(chǎn)制造中起到關(guān)鍵性的作用。按照應(yīng)用環(huán)節(jié)可以分為晶圓制造材料和封測材料，分別用于晶圓制造和芯片封裝測試環(huán)節(jié)。

在晶圓制造工藝中，主要用料為硅片、靶材、拋光材料、光刻膠、高純化學(xué)試劑、電子特氣和化合物半導(dǎo)體，其中，硅片、電子特氣、光掩膜版、拋光材料等用量較大；在封裝測試中，主要材料為封裝基板、引線框架、陶瓷封裝體和鍵合金屬線，其中，封裝基板、鍵合絲等是較為主要的材料。

半導(dǎo)體材料分類（數(shù)據(jù)來源：SEMI）

半導(dǎo)體材料貫穿了半導(dǎo)體生產(chǎn)的全流程，每一個(gè)步驟都需要用到相應(yīng)的材料，如光刻過程需要用到光刻膠、掩膜版，硅片清洗過程需要用的各種濕化學(xué)品，化學(xué)機(jī)械平坦化過程需要用的拋光液和拋光墊等。

主要細(xì)分半導(dǎo)體材料用途及應(yīng)用環(huán)節(jié)

（圖源：方正證券）

據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，2021年，硅片、濕化學(xué)品、CMP和光掩模領(lǐng)域在晶圓制造材料市場中表現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長，晶圓制造材料市場規(guī)模達(dá)404億美元，同比增長15.5%；而封裝材料市場規(guī)模為239億美元，同比增長16.5%，主要受有機(jī)基板、引線和鍵合線的推動。

半導(dǎo)體制造材料細(xì)分市場分散，規(guī)模偏小，唯獨(dú)硅片占近35%市場份額，位居材料之首，其次為電子氣體占比13%，光掩模占比12%，其余光刻膠配套化學(xué)品、拋光材料、光刻膠、濕法化學(xué)品、濺射靶材等材料占比均小于10%，規(guī)模偏小。

在硅片市場中，日本信越化學(xué)占比28%，SUMCO占比22%，中國臺灣的環(huán)球晶圓占比15%，德國Siltronic占比11%，韓國SK Siltron占比11%。前五大廠商共占據(jù)87%的市場份額，細(xì)分市場集中度較高。

國內(nèi)硅片生產(chǎn)企業(yè)代表有滬硅產(chǎn)業(yè)、中環(huán)股份、神工股份、立微昂等。其中滬硅產(chǎn)業(yè)的子公司上海新昇半導(dǎo)體科技有限公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)300mm的半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)，累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售超過170萬片，其二期項(xiàng)目30萬片/月產(chǎn)能將于2021年底達(dá)成，以緩解對進(jìn)口硅片的依賴。

電子氣體是大規(guī)模集成電路、平面顯示器件、化合物半導(dǎo)體器件、太陽能電池以及光纖等電子工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)和支撐性材料之一。

根據(jù)中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，集成電路生產(chǎn)用的特種氣體，中國僅能生產(chǎn)約20%的品類，其余均依賴進(jìn)口。作為第二大半導(dǎo)體原材料，全球電子氣體市場被美國空氣化工、德國林德集團(tuán)、法國液化空氣和日本太陽日酸占據(jù)了90%以上的市場份額。

目前國內(nèi)的主要企業(yè)有雅克科技、金宏氣體、南大光電、華特氣體等，能批量生產(chǎn)的特種氣體仍主要集中在集成電路的清洗、蝕刻、光刻等工藝環(huán)節(jié)，對摻雜、沉積等工藝的氣體僅有少部分品種取得突破?？梢?，基于安全的自主可控仍是電子氣體長期國產(chǎn)替代的主旋律。

光刻是半導(dǎo)體晶圓制造中的最重要的工藝環(huán)節(jié)，決定著芯片的最小特征尺寸，占芯片制造時(shí)間的40-50%，占制造成本的30%。光刻膠作為光刻環(huán)節(jié)的核心耗材，決定工藝圖形的精密程度和良率，重要程度不言而喻。半導(dǎo)體光刻膠根據(jù)曝光波長不同，分為g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠以及EUV光刻膠等。

從技術(shù)角度來看，半導(dǎo)體光刻膠壁壘較高，然而高壁壘鑄就壟斷格局，半導(dǎo)體光刻膠是國產(chǎn)率最低的材料之一，市場主要被日美廠商所占據(jù)。全球光刻膠市場主要被東京應(yīng)化、杜邦、JSR、住友化學(xué)等制造商所壟斷，尤其是在半導(dǎo)體光刻膠的高端的KrF和ArF領(lǐng)域，市場集中度更高。

中國半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域仍處于起步階段，與國外公司技術(shù)差距巨大。除少數(shù)公司覆蓋g/i光刻膠外，KrF光刻膠國產(chǎn)化率僅為1%左右，ArF光刻膠除少數(shù)國內(nèi)公司可以少量銷售外，基本仍處于研發(fā)階段。

當(dāng)前，光刻膠正在加速國產(chǎn)替代。一方面，供需緊張和供應(yīng)鏈安全問題日益嚴(yán)重，光刻膠的國產(chǎn)替代窗口進(jìn)一步打開。光刻膠屬于高度定制化產(chǎn)品，并需要和光刻機(jī)聯(lián)動發(fā)展。隨著國內(nèi)晶圓廠新產(chǎn)能的迅速釋放，國內(nèi)廠商為滿足產(chǎn)品配套化發(fā)展，會優(yōu)先選擇具有本土化優(yōu)勢的國內(nèi)廠商。以華懋科技、彤程新材、晶瑞電材等為代表的國內(nèi)公司將單體、樹脂等上游材料和光刻膠一體化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的全方位安全，成為國內(nèi)晶圓廠商長期發(fā)展的首選供應(yīng)商。

CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）是通過拋光材料化學(xué)腐蝕及機(jī)械腐蝕協(xié)同實(shí)現(xiàn)晶圓全局平坦化的過程，其核心耗材聚焦拋光液和拋光墊。

隨著芯片制程復(fù)雜度的提升對 CMP 材料的需求提升以及晶圓產(chǎn)能的擴(kuò)產(chǎn)，國內(nèi)外市場規(guī)模穩(wěn)步提升，且國內(nèi)市場增速高于全球市場。以拋光液為例，根據(jù)Techcet和QY Research預(yù)測，預(yù)計(jì)2024年全球拋光液市場規(guī)模將達(dá)到24.8億美元，19-24 年CAGR為8.45%；而國內(nèi)拋光液市場規(guī)模2025年將超過10億美元，19-25年CAGR高達(dá)31.66%。。

從市場份額來看，由于CMP材料較高的工藝壁壘及認(rèn)證難度，行業(yè)格局較為集中，主要被美國及日本廠商壟斷。拋光液市場，Cabot、Hitachi、Fujimi、Versum 等頭部廠商累計(jì)占比約為65%。值得一提的是，中國企業(yè)安集科技追趕勢頭迅猛，在銅及銅阻擋層拋光液突破14nm工藝，并持續(xù)拓展鎢拋光液和介電材料拋光液在3D NAND先進(jìn)制程的應(yīng)用，產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)接近國際最高水平，2020年其全球市場份額已經(jīng)增加到4.5%。

在拋光墊領(lǐng)域，美國陶氏化學(xué)公司一家獨(dú)大，占全球拋光墊市場近80%的市場份額，更在細(xì)分集成電路芯片和藍(lán)寶石兩個(gè)高端領(lǐng)域占據(jù) 90%的市場份額，呈現(xiàn)單寡頭格局。3M、卡博特、日本東麗、中國臺灣三方化學(xué)等也可生產(chǎn)部分芯片用拋光墊。

大陸廠商中，鼎龍股份已通過28nm產(chǎn)品全制程（ILD/SIT/W/Cu/GKMG）的驗(yàn)證并獲得訂單，針對14nm以下先進(jìn)制程開發(fā)的新產(chǎn)品在客戶端驗(yàn)證進(jìn)展順利。國內(nèi)廠商初步打破拋光墊技術(shù)壟斷，產(chǎn)能仍在釋放當(dāng)中。

靶材是濺射工藝核心原材料，功能薄膜制備必經(jīng)之路。靶材行業(yè)準(zhǔn)入門檻較高，從新產(chǎn)品開發(fā)到實(shí)現(xiàn)批量供貨，時(shí)間長達(dá) 2-3 年。高昂的認(rèn)證成本形成 穩(wěn)定供應(yīng)關(guān)系，對新進(jìn)入廠商提出嚴(yán)格要求。

高門檻鑄就高集中度，全球呈現(xiàn)美日寡頭壟斷特征，先發(fā)優(yōu)勢明顯。由于靶材制造工序繁多，技術(shù)門檻較高，設(shè)備投資大，能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)較少。美日龍頭廠商掌握核心生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)施嚴(yán)格技術(shù)保密舉措，目前霍尼韋爾（美國）、日礦金屬（日本）、東曹（日本）和普萊克斯全球前四大廠商市占率近80%，其中日礦金屬規(guī)模最大，壟斷全球30%的芯片靶材市場。從靶材種類細(xì)分來看，銅靶主要供應(yīng)商為日礦金屬；鉬靶主要供應(yīng)商為攀時(shí)與世泰科；鋁靶主要供應(yīng)商為住友化學(xué)與愛發(fā)科；ITO靶材的主要供應(yīng)商為三井、日礦金屬與優(yōu)美科。

國內(nèi)廠商奮起直追，技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷突破，涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的靶材企業(yè)，有江豐電子、光微半導(dǎo)體、阿石創(chuàng)、隆華科技等。其中，江豐電子作為國內(nèi)最大半導(dǎo)體芯片用高純?yōu)R射靶材生產(chǎn)商，超高純金屬濺射靶材產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于全球先端制造工藝中，7nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)，5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)部分產(chǎn)品評價(jià)通過并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，部分產(chǎn)品進(jìn)入驗(yàn)證階段；光微半導(dǎo)體生產(chǎn)的超純?yōu)R射靶材產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入臺積電3nm供應(yīng)量并完成工藝終端測試，即將進(jìn)入量產(chǎn)階段，主打產(chǎn)品超高純銅錳濺射靶材達(dá)到45-3nm工藝節(jié)點(diǎn)使用要求，為中國臺灣地區(qū)光洋穩(wěn)定供應(yīng)超高純6N/7N銅原料，后為其代工3nm芯片制造工藝所需銅錳靶材。

方正證券分析師李萌根據(jù)中國半導(dǎo)體制造材料細(xì)分產(chǎn)品競爭力和目前國產(chǎn)化進(jìn)度，把中國半導(dǎo)體制造材料分為了三大梯隊(duì)：第一梯隊(duì)：靶材、電子氣體、濕電子化學(xué)品。部分產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到全球一流水平，本土產(chǎn)線已實(shí)現(xiàn)中大批量供貨；第二梯隊(duì)：CMP材料、掩膜版、硅片。個(gè)別產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到全球一流水平，本土產(chǎn)線已小批量供貨；第三梯隊(duì)：光刻膠，技術(shù)與全球一流水平仍存在較大差距。

據(jù)2020年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，半導(dǎo)體封裝材料主要為封裝基板，占比為33%，其次分別為引線框架17%、鍵合線16%、封裝樹脂15%、陶瓷材料12%、芯片粘接4%。

封裝基板作為特種印制電路板，是將較高精密度的芯片或者器件與較低精密度的印制電路板連接在一起的基本部件。隨著新型高密度封裝形式的出現(xiàn)，電子封裝的許多功能正逐漸部分或全部的由封裝基板來承擔(dān)。

封裝基板始于日本，隨后延伸至韓國和中國臺灣，三個(gè)地區(qū)市占率合計(jì)超過90%。近年來，日本封裝基板公司已逐漸退出和縮小規(guī)模，主攻高端產(chǎn)品，以Ibiden（揖斐電）、Shinko（新光電氣）、Kyocera（京瓷）等為代表的日本公司技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)，占據(jù)著在封裝基板中利潤最大的CPU封裝所需基板的主要市場，在所有其他封裝基板類別中，中國臺灣和韓國的供應(yīng)商占據(jù)市場主導(dǎo)地位。

整體來看，封裝材料市場較為分散，大陸廠商在鍵合絲、環(huán)氧塑封料、引線框架市場中具備一定影響力，國產(chǎn)率水平較高，但是在封裝基板、芯片粘接材料方面與國際領(lǐng)先企業(yè)差距依舊較大。

近年來在電子基板中，高密度多層基板占比越來越大，在先進(jìn)封裝中的運(yùn)用越來越廣泛。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，全球封裝收入年復(fù)合增長率為4%，其中先進(jìn)封裝市場的年復(fù)合增長率達(dá)7%，預(yù)計(jì)到2025年先進(jìn)封裝收入將達(dá)到422億美元，封裝市場占比接近50%。

全球先進(jìn)封裝市場趨勢

基于封測市場的整體發(fā)展趨勢，先進(jìn)封裝材料未來成長空間將超過傳統(tǒng)封裝材料，適用于3D封裝、倒裝以及扇出型封裝的材料將快速增長。

綜合來看，我國半導(dǎo)體材料業(yè)經(jīng)過過去的發(fā)展，各細(xì)分領(lǐng)域都有所突破，但產(chǎn)品整體上仍集中在中低端領(lǐng)域，市占率較低。

晶圓制造材料方面，日本在大尺寸硅片與光刻膠領(lǐng)域幾乎處于壟斷地位，電子氣體也被歐美日等大企業(yè)聯(lián)合壟斷。芯片封裝材料方面，基板和引線框架主要由日韓、中國臺灣的企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)，鍵合線雖然大部分在國內(nèi)生產(chǎn)，但是外資品牌廠商仍然占據(jù)大部分的市場份額。

根據(jù)公開數(shù)據(jù)，目前很多關(guān)鍵的半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化率還不到10%，在一些技術(shù)壁壘非常高的領(lǐng)域甚至不足5%。反過來看，這也意味著半導(dǎo)體材料的國產(chǎn)化空間非常大。