行业观察｜昔日冷门赛道加速“回春”，半导体材料为何成掣肘全球产业成长的关键？

枫速 · 发表于 2022-4-2 01:39

作者｜韦世玮

编辑｜石亚琼

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近半个月来的大势，对全球半导体供给链来说无疑是落井下石，本就受供给链欠缺困扰的半导体行业，此次又在氖气、钯元素等半导体材料范畴面临冲击。

在曩昔，每当人们议论半导体国产替换，常常将眼光聚焦在半导体装备、芯片设想、制造封测这些热门赛道，处于更上游的原材料范畴鲜少有人问津。现实上，半导体材料支持着集成电路（IC）芯片从制造到封测的每一个环节，是半导体行业重要的物资根本，其质量的黑白不但决议了终极芯片质量，也影响着下流利用真本性能。

据国际半导体产业协会SEMI数据，2020年全球半导体材料市场销售额达553亿美圆（约3490.1亿群众币），同比增加5%。其中，晶圆制造材料和封装材料的营收别离为349亿美圆（约2202.6亿群众币）、204亿美圆（约1287.5亿群众币），同比增加6.5%和2.3%。

SEMI还猜测，2021年全球半导体材料市场销售额将达565亿美圆（约3565.8亿群众币）。这是什么概念？据天下半导体贸易统计构造（WSTS）相关数据，2021年全球半导体市场范围将达4694.03亿美圆（29613.2亿群众币），同比增加8.4%，创下历史新高。也就是说，在庞杂的半导体行业中，半导体材料就约占整体半导体市场代价的10%。

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WSTS对2019-2021年全球半导体材料市场数据

半导体材料的技术壁垒高、代价高、生产难度大等特征，使其成为列国科技贸易合作之间的重要筹码。例如，在2019年日本公布增强对韩国的光刻胶、高纯度氟化氢、含氟聚酰亚胺三种半导体材料的出口限制，就严重摆荡了韩国从半导体到显现器行业的供给链。

据韩国贸易协会报告数据，韩国半导体和显现器行业对日本光刻胶、高纯度氟化氢、氟聚酰亚胺三种半导体材料的依靠水平别离为43.9%、93.7%、91.9%。面临日本的出口限制，韩国告急寻觅替换品，屡次加大资金投入，以减缓供给危机。

在庞大且环环相扣的半导体产业链中，半导体材料的重要性不言而喻。此次，我们以半导体晶圆制造材料为切入点，经过对其停止拆解和分析，探讨这个隐蔽赛道背后的格式与壁垒，半导体材料为何能成为掣肘全球产业成长的关键？中国半导体材料市场在其中又饰演着什么样的脚色？

一、晶圆制造材料是焦点，硅片占比超整体材料三分之一

若从制造工艺来区分，半导体材料可分为晶圆制造材料、封装材料两大类。其中，晶圆制造材料是半导体材料的焦点，包括硅片、光刻胶、掩膜版、电子特气、湿化学品、溅射靶材、CMP抛光材料等。

据深港证券相关报告数据，硅片在晶圆制造材料中的占比最高，约37.6%，跨越整体材料的三分之一，其次别离为电子特气（13.2%）、掩膜版（12.5%）。从市场年复合增加率角度看，在2010-2019年，晶圆制造材料中增速最快的材料为超净高纯试剂（8.9%），其次为光刻胶配套试剂（6%）、抛光材料（5.1%）、光刻胶（4.3%）、ESG（4.1%）、掩膜版（2.7%）、靶材（2%）、硅片（1.7%）等。

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2020年晶圆制造材料占比（图源：华创证券）

我们简单分析其中三类焦点的晶圆制造材料：

硅片

硅在半导体材料中的重要性在于，今朝超90%的IC芯片都是以硅片为衬底制造出来的，硅片的质量黑白间接影响着硅片上芯片的终极质量，换句话说，全部半导体产业都建立在硅材料之上。

今朝，市场上支流的硅片尺寸为8英寸和12英寸，市场按照芯片范例及本钱斟酌挑选分歧尺寸的硅片作为衬底，例如功率半导体和微控制器首要采用8英寸硅片、逻辑芯片和存储芯片则采用12英寸硅片。

大尺寸硅片（12英寸）在本钱和效力上都具有明显的上风。一方面，在不异工艺下，大尺寸硅片能制造的芯片数目更多，例如12英寸硅片的可利用面积是8英寸的2倍以上，可利用率是8英寸的2.5倍左右；另一方面，由于硅片为圆形、芯片为方形，也就意味着在制造芯片时会浪费掉边沿没法操纵的地区，而硅片尺寸越大，这部分损失比也就越小。

光刻胶

简单来说，光刻胶首要用于将电路图案转移到半导体晶片上，是光刻环节最重要的耗材，也是晶圆制造材料中技术壁垒最高的品类之一。在全部硅片制造工艺中，光刻的本钱约占整体的三分之一，耗时约占40%-60%；在刻蚀进程中，光刻胶则首要起到防腐蚀的庇护感化。

从需求看，光刻胶又可分为半导体光刻胶、面板光刻胶、PCB光刻胶三大类，分歧种别下还分别了分歧的具体品种，具有品类多、公用性极强等特点，其中半导体光刻胶的技术壁垒最高。同时，分歧公用环节对光刻胶的消融性、耐蚀刻性、耐热性、感光性等都着严酷要求，这就致使分歧品格品级的光刻胶在制造工艺、化学结构、反应机理、性能等方面有着较大的差别化。

分辨率、对照度、敏感度等是光刻胶的焦点技术参数，随着未来市场对芯片小型化需求的成长，光刻胶将进一步朝着高分辨率、高对照度、高敏感度等偏向成长。

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半导体晶圆

电子特气包括氦、氖、氩、氪、氙、氡等稀有气体，是晶圆制造材料中仅次于硅片的第二大耗材，普遍利用于晶圆制造进程的分散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜发展、抛光、金属化等多道环节。据SEMI数据，在2019年全球约328亿美圆（约2069.8亿群众币）的晶圆制造材料市场中，电子特气范围就占了13%，约43亿美圆（约271.4亿美圆）。

电子特气按照纯度分歧可分为普通气体、纯气体、高纯气体、超高纯气体四个品级，而纯度对芯片制品率、性能和寿命都有着间接影响，纯度每提升一个数目级都将让器件性能实现有用提升。是以，电子特气的分解和提纯是首要的技术门坎。

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电子特气在半导体制造进程中的利用（图源：华创证券）

二、国外巨头把持半导体材料市场，我国外乡玩家起步晚但后劲足

纵观全部半导体材料范畴，由于其技术壁垒高、生产难度大、考证周期长等特点，致使大部分半导体材料都处于寡头把持的场面，焦点技术持久把握在欧美、日本、德国、韩国等国家手中。

其中，日本就供给了全球超50%的半导体材料，例如全球超70%的光刻胶均由日本生产，由JSR、东京应化、信越化学、富士电子4家企业朋分。而在半导体制造进程所需的19种焦点材料中，日本就占到了14种，处于绝对领先职位。

此外在硅片市场，2018年全球近90%的市场都被日本信越化学、日本SUMCO、中国台湾举世晶圆、德国、韩国SK Siltron占据，市场集合度很是高。

相比之下，我国外乡半导体材料行业起步晚、成长慢，加上外乡市场持久被国外巨头牢牢占据，致使外乡玩家显现“小而散”的格式。例如在2018年，我国电子特气行业的88%市场份额仍被美国空气化工、德国林德团体、法国液化空气、日本大阳日酸4家巨头朋分，国产进口替换率仅为20%左右。

不外，随着国产替换浪潮的鞭策，现在越来越多的外乡企业起头切入半导体材料范畴，大大鞭策了国产半导体行业技术自立性的成长。

比如在电子特气方面，华特气体、金宏气体、雅克科技、南大光电、昊华科技、中船重工七一八所等企业都是国产电子特气的代表性玩家。其中，华特气体建立于1999年，焦点研发面向集成电路、新型显现面板等高端范畴的特种气体，以及普通产业气体、气体装备与工程，2019年在科创板上市。

今朝，华特气体已实现对国内8寸以上IC制造厂跨越80%的客户覆盖率，不但满足了中芯国际、华虹宏力、长江存储、武汉新芯、华润微电子、京东方等国内玩家的多种气体材料需求，还成功进入了英特尔、美光科技、德州仪器、海力士等国外领先的半导体企业供给链。

在2020年，我国电子特气市场范围为150亿元，占全球市场48%。中国半导体行业协会估计，2024年我国电子特气市场范围将达230亿元，全球市场占比接近60%。

值得留意的是，得益于半导体国产替换认识进步对IC产业范围的进一步拉升，全球半导体材料市场的重心正逐步向亚洲转移。据Maximize Market Research数据，若以地区分别，从2006-2019年，中国台湾的半导体材料市场份额从18.1%增加至21.7%，韩国从13.1%增加至16.94%，中国大陆则从6.4%提升至16.67%，而日本、北美、欧洲等国家及地域的市场份额逐步下滑。

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2006-2019年全球报道体材料地区格式（图源：前瞻产业研讨院）

同时据SEMI公布的相关数据，2020年中国大陆的半导体材料市场销售额增速达8.45%，跨越韩国成为全球第二，并估计中国大陆市场将在2021年冲破100亿美圆（约631亿群众币）大关，进一步拉大与韩国的差异。

三、机遇与应战并存，国产半导体材料成长道阻且长

持久来看，我国半导体材料市场成长潜力庞大，首要得益于芯片技术迭代、全球产业链转移和国家政策鞭策这三大身分。

近年来5G、野生智能（AI）、汽车电子、数据中心/云计较等行业利用的成长，对芯片性能提出了更高要求，芯片制程节点需要向更极致的方针推动，今朝台积电、三星电子的芯片制程技术都已推动至5nm制程，并向着3nm及以下制程冲破。

值得留意的是，依照摩尔定律，集成电路上可包容的晶体管数目，每隔18至24个月就会增加一倍，性能也将提升一倍。但随着摩尔定律逐步放缓，芯片的物理尺寸逐步逼近极限，若何进一步提升晶体管密度、收缩栅极间距等，不但要依靠芯片结构技术的迭代，半导体材料的创新也是其中的关键。

行业概念以为，全球半导体产业链重心经过从美国到日本（20世纪70-80年月）、日本到韩国和中国台湾（20世纪90-21世纪初）两次迁移后，现在正逐步向中国大陆转移，特别是IC制造环节。一方面在于，韩国和中国台湾逐步落空劳动力本钱的上风；另一方面，中国大陆的晶圆厂及产能正处于高速扩大阶段，将进一步刺激半导体材料市场需求的增加。

据SEMI数据，1995-2020年，中国大陆晶圆产能市场份额已从1.7%提升至22.8%，成为第一大晶圆生产国，其他地域均有下滑，并猜测到2021年年末，中国大陆8英寸晶圆厂的产能将居全球市场首位，市场份额将到达18％，其次是日本和中国台湾地域，别离是16％。

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半导体行业三次产业链转移（图源：华创证券）

在2014年国务院公布《国家集成电路产业成长推动纲领》后，全国各地域纷纷结构IC制造、设想、封测三大环节，但对更上游的半导体装备和材料范畴关注较少。

不外，2019年10月启动的国家大基金二期就提出了要重点投资半导体装备和材料范畴，共召募资金2000亿元左右，预期可撬动社会融资6000-8000亿元，现已进入周全投资阶段。工信部曾暗示，2020年上半年我国生产的IC已超1000亿块，同比增加16.4%，连结了较快的增加势头。

现实上，除了国家大基金积极鞭策外乡半导体材料行业的成长外，我国也有越来越多的投资机构及下流终端企业起头加大对半导体材料的投资结构。

据云岫本钱公布的《2020年中国半导体行业投资解读》数据，虽然IC设想还是2020年国内半导体投资的重点，总投资案例数接近70%，但曩昔较为冷门的半导体材料和装备范畴的投资热度正明显增加，案例总数从2019年的13%爬升到了19%。其中，2020年半导体材料范畴总融资金额跨越120亿群众币，但该范畴所投的项目普遍处于早期阶段，B轮及之前的比重跨越50%。

与此同时，包括华为旗下哈勃投资、中芯聚源等机构正加大对半导体材料范畴的投资。例如，哈勃投资在2019年（2家）到2020年（7家）共投资了9家材料及装备公司，包括处置材料砷化镓及磷化铟衬底（单晶片）研发和生产的鑫耀半导体、以及山东天岳、瀚天天成等碳化硅材料公司。

整体来看，虽然我国半导体材料产业成长仍道阻路长，但随着我国半导体材料产业的扶植热情被扑灭，从国家政策、市场本钱到人材回流都在加速全部产业的自立化成长，产业的高端焦点技术、先辈性也在延续地打磨、冲破和创新。相信在未来，我们终将会把握半导体市场实在的话语权。

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参考来历：

[1]《半导体材料系列报告(一)产业转移与政策庇护两重动力，半导体材料国产化进程延续加速》，华创证券

[2]《疫情之下材料突起》，深港证券

日历 · 发表于 2022-4-2 01:40

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