產(chǎn)研 | 國內(nèi)晶圓制造材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及趨勢

半導(dǎo)體材料，主要分為基體材料、晶圓制造材料、封裝材料和關(guān)鍵元器件材料。本文聚焦在晶圓制造材料，梳理全球相關(guān)市場供需狀況，以及本土相關(guān)市場、產(chǎn)品、企業(yè)區(qū)域分布和關(guān)鍵領(lǐng)域龍頭企業(yè)的狀況，希望籍此分析國內(nèi)的晶圓制造材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

全球市場供需兩旺

全球半導(dǎo)體材料市場持續(xù)增長，自2018年以來每年超過500億美元。芯片發(fā)貨量的增加以及芯片制造和封裝廠對先進(jìn)工藝不斷增長的需求成為主要推手。2020年，全球半導(dǎo)體材料市場增長了5%，銷售收入達(dá)到553億美元，創(chuàng)下了新的行業(yè)記錄。盡管疫情的影響還在持續(xù)，但這一增長勢頭在整個2021年一直持續(xù)。據(jù)TECHET統(tǒng)計數(shù)據(jù)，今年全球半導(dǎo)體材料市場將超過570億美元，預(yù)計到2025年，所有半導(dǎo)體材料的年復(fù)合增長率不低于5.3%，其中增長最快的包括硅晶圓、清洗材料、拋光液材料和光刻膠這些晶圓制造材料。

圖：全球材料市場規(guī)模
來源：SEMI

從2020年的情況看，晶圓制造材料的收入增長了6.5%，達(dá)到349億美元，其中，光刻膠和配套試劑、濕化學(xué)制品和化學(xué)機(jī)械拋光CMP(漿料和墊子)的增長最為強(qiáng)勁。

就晶圓制造材料市場結(jié)構(gòu)而言，硅片占比最大，占比為32.9%。其次為氣體，占比為14.1%，光掩膜排名第三，占比為12.6%，其后分別為拋光液和拋光墊、光刻膠配套試劑、光刻膠、濕化學(xué)品、濺射靶材，比分別為7.2%、6.9%、6.1%、4%和3%。

圖：晶圓制造材料市場結(jié)構(gòu)
來源：與非研究院

在光刻膠類別中，先進(jìn)制程的光刻膠在2020年出現(xiàn)了22%的增長，這主要是因為先進(jìn)光刻技術(shù)工藝對縮放的持續(xù)追求，擴(kuò)大了EUV的使用和關(guān)鍵層的多圖案化，以刺激193 nm和13.5nm光刻膠的更高消耗，推動了需求。特別是，EUV正在快速應(yīng)用于高吞吐量生產(chǎn)的前沿邏輯器件，使用了超過85個沉積和蝕刻工具，并在2020年年底前投入量產(chǎn)。

相較而言，硅片市場過去一直是周期性的，通常對供求動態(tài)很敏感。2020年，全球硅片出貨量比2019年增長了5%，但由于2020年上半年的軟定價，硅市場收入與2019年持平。SEMI預(yù)計，隨著市場對300 mm外延晶圓的強(qiáng)勁需求，以及200 mm和300 mm拋光晶圓的增長，硅片市場在今年得到強(qiáng)勁反彈，預(yù)計硅片出貨面積同比增長13.9%，達(dá)到近140億平方英寸(MSI)的創(chuàng)紀(jì)錄高點。而在2024年，全球硅片出貨量將實現(xiàn)強(qiáng)勁增長。

圖：全球硅片產(chǎn)量預(yù)測
*全電子級硅片-不包括非拋光及再生硅片
*出貨只限于半導(dǎo)體用途，不包括太陽能應(yīng)用。
來源：SIA? ? ? ? ? ? 整理：與非研究院

國內(nèi)材料產(chǎn)業(yè)增勢迅猛

由于和制造產(chǎn)業(yè)高度相關(guān)，半導(dǎo)體材料市場的集中度也非常高。從區(qū)域角度來看，十多年來，中國臺灣地區(qū)一直是全球最大的半導(dǎo)體材料消費市場。而隨著半導(dǎo)體制造業(yè)的擴(kuò)張，中國大陸也在2020年成為全球第二大原材料市場，韓國排名第三。

圖：全球區(qū)域材料市場規(guī)模
來源：SEMI? ? ? ? ? ?整理：與非研究院

2015-2019年，國內(nèi)半導(dǎo)體材料市場規(guī)模逐年增長，從2015年的61億美元增長至2019年的87億美元，年復(fù)合增長率為9.3%。2019年在全球半導(dǎo)體材料下行趨勢下，中國大陸是唯一半導(dǎo)體材料市場規(guī)模增長的地區(qū)。預(yù)測2021年中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模將達(dá)99億美元。

圖：中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模
來源：與非研究院

隨著半導(dǎo)體材料市場規(guī)模的擴(kuò)大，國產(chǎn)化已是大勢所趨，目前，國內(nèi)的上游晶圓制造材料廠商包括硅晶圓、光刻膠及配套試劑、超凈高純化學(xué)試劑、光掩膜版、拋光液、光刻膠和特種氣體。并且在這些領(lǐng)域形成了一批龍頭企業(yè)，如光刻膠領(lǐng)域中目前唯一具備ArF光刻膠生產(chǎn)能力的南大光電，該公司也是特種氣體的頭部企業(yè)；布局半導(dǎo)體光刻膠全產(chǎn)業(yè)鏈的晶瑞股份，以及KrF光刻膠企業(yè)彤程新材、上海新陽等；特種氣體領(lǐng)域除南大光電外，還有雅克科技，華特氣體、金宏氣體等；濕電子化學(xué)品龍頭企業(yè)江化微。

圖：中國晶圓制造材料龍頭廠商
來源：與非研究院

根據(jù)與非研究院統(tǒng)計，目前，國內(nèi)晶圓制造材料企業(yè)約128家，從分布區(qū)域看，十分廣泛。按集中度排名前五的省份依次是江蘇省26家，上海12家，北京10家，山東、浙江和廣東各9家，河南7家。具體分布詳見下圖（詳細(xì)統(tǒng)計名錄見附錄）。

圖：中國大陸上游晶圓制造材料廠商區(qū)域分布
來源：與非研究院

在晶圓制造材料中，光刻膠、靶材和特種氣體因為在半導(dǎo)體器件制造過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此尤為重要。作為芯片制造的核心流程，光刻工藝通過將具有細(xì)微幾何圖形結(jié)構(gòu)的光刻膠留在襯底上，再通過刻蝕等工藝將該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到襯底上。光刻膠作為影響光刻效果的核心材料，成為國內(nèi)企業(yè)重點布局的電子產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵材料之一，目前國產(chǎn)替代趨勢正勁。

從光刻膠市場看，中國大陸領(lǐng)跑全球。根據(jù)Cision數(shù)據(jù)，2019年，全球整體光刻膠市場規(guī)模為91億美元，而到 2022年則有望達(dá)到105億美元，年均復(fù)合增速5%，其中中國占據(jù)光刻膠最大的市場份額。SEMI預(yù)計，2015-2020 年中國光刻膠市場規(guī)模將由100億元增長至176億元，年均復(fù)合增速12.0%。

雖然市場需求強(qiáng)勁，但目前我國半導(dǎo)體光刻膠制造能力仍較弱，中國光刻膠企業(yè)主要生產(chǎn)技術(shù)水平較低的PCB用光刻膠，占整體生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中的94%，半導(dǎo)體光刻膠則主要依賴進(jìn)口。目前，在全球半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域，主要由日本合成橡膠（JSR）、東京應(yīng)化（TOK）、羅門哈斯、日本信越和富士材料等頭部廠商所壟斷。其中，在高端半導(dǎo)體光刻膠市場上，全球的EUV和ArF光刻膠主要是JSR、陶氏和信越化學(xué)等供應(yīng)商，占有份額最大的是JSR、信越化學(xué)，TOK也有研發(fā)。

從國內(nèi)的光刻膠市場來看，低端的中g(shù)線/i線光刻膠自給率約為20%，KrF光刻膠自給率不足5%，而高端的ArF光刻膠完全依賴進(jìn)口，是國內(nèi)半導(dǎo)體的卡脖子領(lǐng)域。

不過，這一情況正在改變，除了國家對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的政策支持，下游廠商也從供應(yīng)鏈安全角度考慮開始扶持國產(chǎn)光刻膠，而全球晶圓廠的擴(kuò)產(chǎn)潮也帶來了爆發(fā)的需求和新一輪的認(rèn)證窗口期。

另外，今年2月，日本福島東部海域發(fā)生7.3級地震導(dǎo)致信越化學(xué)福島工廠生產(chǎn)暫停，其KrF光刻膠產(chǎn)線受到嚴(yán)重破壞。重建一條KrF光刻膠產(chǎn)線（特別是樹脂產(chǎn)線）需要大約2-3年，因此進(jìn)一步加劇了半導(dǎo)體光刻膠產(chǎn)能的短缺，有部分中小晶圓廠已經(jīng)斷供，國內(nèi)光刻膠企業(yè)正在抓住這個寶貴的替代窗口期加快產(chǎn)品進(jìn)度。

目前，晶瑞電材高端KrF(248)光刻膠已完成中試并已進(jìn)入客戶測試階段，其ArF(193)高端光刻膠研發(fā)工作已正式啟動。此外，廣信材料擬定增募資5.7億元用于年產(chǎn)5萬噸電子感光材料及配套材料項目，加速布局光刻膠領(lǐng)域。

相較于光刻膠，國內(nèi)在特種氣體領(lǐng)域有著更好的基礎(chǔ)。特種氣體是指在半導(dǎo)體芯片制備過程中需要使用到的各種氣體，可劃分為摻雜氣、外延氣、離子注入用氣、LED用氣、蝕刻用氣、化學(xué)汽相沉淀用氣、載運和稀釋氣體等幾大類，種類繁多，在半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用的有110余種電子氣體，常用的有20-30種。目前，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品已基本可以覆蓋電子氣體品類。

圖：國內(nèi)企業(yè)電子氣體品類
來源：與非研究院

國內(nèi)另一個產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好的關(guān)鍵材料是濺射靶材。濺射靶材主要應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路芯片、液晶面板、薄膜太陽能電池制造的物理氣相沉積（PVD）工藝，用于制備電子薄膜材料靶材市場最大的下游應(yīng)用包括半導(dǎo)體、液晶面板等在內(nèi)的電子行業(yè)。其中，半導(dǎo)體芯片是金屬濺射靶材的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，對靶材成分、組織和性能要求最高。在純度上，通常要求達(dá)到99.9995%（5N5）以上，價格最為昂貴。

全球半導(dǎo)體靶材供應(yīng)基本上集中在美、日龍頭企業(yè)，如日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯等，這些企業(yè)掌握了完整的制備技術(shù)，包括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應(yīng)用各環(huán)節(jié)，2018年全球半導(dǎo)體用靶材市場規(guī)模為67.6億元，中國大陸和中國臺灣地區(qū)分別為10.9億元和15億元。中國整體對靶材的銷售額為25.9億元，需求量占全球比例高達(dá)38%。預(yù)計2022年全球及中國半導(dǎo)體對靶材的需求分別上升至86.3和21億元，中國占比達(dá)到24%。

總結(jié)

總的來看，現(xiàn)階段中國的晶圓制造材料市場的總體規(guī)模處于擴(kuò)張期，增速明顯。國內(nèi)的晶圓制造材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具有一定基礎(chǔ)，并在一些核心高端領(lǐng)域破局，打破壟斷形成替代。與非研究院認(rèn)為，未來驅(qū)動國內(nèi)晶圓制造材料產(chǎn)業(yè)實力持續(xù)增長的因素有四個：產(chǎn)能擴(kuò)張、先進(jìn)制造、新技術(shù)和應(yīng)用、國家政策和資本的扶持。

就產(chǎn)能擴(kuò)張而言，無疑，當(dāng)前隨著中美貿(mào)易沖突的持續(xù)和全球半導(dǎo)體景氣周期的上行——包括本輪缺貨的影響刺激——全球正在進(jìn)入半導(dǎo)體擴(kuò)產(chǎn)周期。全球晶圓代工資本開支占收入比重達(dá)53%，連續(xù)三年提升，而整個半導(dǎo)體產(chǎn)能正在持續(xù)向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，2020-2030年，中國大陸半導(dǎo)體資本開支復(fù)合增速有望高于全球。

未來兩年，中國大陸和中國臺灣地區(qū)將分別建立8座晶圓廠，美國新建6座。這29座晶圓廠建成后將新增260萬片/月的晶圓產(chǎn)能，有望拉動全球晶圓制造材料市場規(guī)模繼續(xù)高速成長。

具體看，中國大陸晶圓代工廠未來的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃十分巨大，8寸的產(chǎn)能將從當(dāng)前的74萬片/月增長至135萬片/月；12寸產(chǎn)能將從當(dāng)前38.9萬片/月增長至145.4萬片/月，分別實現(xiàn)82%及274%的增長，這將直接帶動晶圓制造材料的需求。而從產(chǎn)能擴(kuò)張結(jié)構(gòu)看，12寸晶圓的增速將遠(yuǎn)超8寸晶圓，這一制程結(jié)構(gòu)的升級也將帶動更大的晶圓制造材料用量的增長。

在先進(jìn)制造方面，極紫外（EUV）和高數(shù)值孔徑（高NA）EUV、異構(gòu)集成、材料和工藝創(chuàng)新以及FinFET是突破后摩爾定律發(fā)展半導(dǎo)體制造的動力。這一過程中，舊材料將被新材料取代，預(yù)計到2025年，30%的先進(jìn)邏輯生產(chǎn)將依賴于新材料和新工藝。

在新技術(shù)和應(yīng)用上，全球經(jīng)濟(jì)數(shù)字化程度的提高，5G技術(shù)的部署，數(shù)據(jù)中心和云服務(wù)帶來的系統(tǒng)升級，以及對AI的強(qiáng)勁投資，這些新應(yīng)用都需要更先進(jìn)的芯片來支持，這也將依賴于先進(jìn)制造，包括3D存儲和異構(gòu)集成，這些都需要更多的處理步驟，從而推動更高的晶圓制造材料的消耗。

另一個來自于新應(yīng)用的機(jī)遇是隨著全球碳中和目標(biāo)的確定，圍繞綠色能源的應(yīng)用推動了第三代半導(dǎo)體的發(fā)展，繼而增加了相關(guān)產(chǎn)能和材料的供應(yīng)。截至2020年底，國內(nèi)約有8條SiC制造產(chǎn)線，10條正在建設(shè)。7條GaN-on-Si產(chǎn)線，4條正在建設(shè)。目前，國內(nèi)SiC導(dǎo)電型襯底產(chǎn)能（折合6英寸）約18萬片，外延22萬片，Si基GaN外延約28萬片。到2025年，我國新能源汽車板塊需75萬片等效SiC 6寸晶圓,快充部分需要67萬片GaN相關(guān)晶圓，現(xiàn)有產(chǎn)能與需求差距較大，需要在2025年前加速擴(kuò)產(chǎn)，才能解決供給缺口。

另根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2025年全球功率器件市場規(guī)模將達(dá)25.62億美元，需求的釋放將帶動襯底產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。2020年我國生產(chǎn)半絕緣型襯底9萬片/年，導(dǎo)電型襯底18萬片/年。預(yù)計2030年半絕緣型襯底產(chǎn)量將達(dá)20萬片/年，導(dǎo)電型襯底產(chǎn)量將達(dá)40萬片/年，大尺寸襯底將成為主流趨勢。國內(nèi)相關(guān)龍頭企業(yè)的業(yè)績也反映出一些趨勢，例如天岳先進(jìn)在2020年實現(xiàn)營收4.25億元，同比增長58.2%，其中碳化硅襯底產(chǎn)能4.81萬片/年，同比增長達(dá)140.5%。

在國家政策和資本扶持方面，前者結(jié)合當(dāng)前全球政經(jīng)環(huán)境毋庸贅言。在資金投入上，國家集成電路大基金已經(jīng)開始介入。在與非網(wǎng)梳理的《國家集成電路大基金二期投資概覽》中，可以看到截至2021年10月22日，在大基金二期對外投資的15家企業(yè)（戰(zhàn)略配售除外）中，有兩家材料企業(yè)在列——派瑞特種氣體和南大光電，前者獲投7355萬元，后者大基金二期以1.833億元的價格認(rèn)購其新增注冊資本6733.19萬元，認(rèn)繳出資比例18.33%。

綜此，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，產(chǎn)能的周期性擴(kuò)張，以及國內(nèi)產(chǎn)業(yè)成熟度的提高，作為半導(dǎo)體生產(chǎn)制造核心基礎(chǔ)的晶圓制造材料產(chǎn)業(yè)，正在給國內(nèi)企業(yè)帶來一個充滿挑戰(zhàn)的發(fā)展機(jī)遇。

附錄：中國大陸晶圓制造材料企業(yè)名錄