來自面包板的博主草木本芯通過觀察半導(dǎo)體芯片材料產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)， 結(jié)合國內(nèi)外半導(dǎo)體芯片材料不同環(huán)節(jié)的發(fā)現(xiàn)狀發(fā)表了獨特的見解。QI7esmc

芯片是信息社會的基礎(chǔ)，一枚指甲大小的芯片里可能有數(shù)億個晶體管，進行大量信息的存儲和計算，而硅片是這些晶體管所組成的電路的基板。QI7esmc

事實上，芯片（集成電路）只作為半導(dǎo)體行業(yè)的一個子行業(yè)并非全部，而不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)νN材料的性能要求存在著較大差異，通常來說，芯片領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤笞顬榭量蹋a(chǎn)工藝最為復(fù)雜，顯示面板次之，光伏面板最低。本文側(cè)重于芯片制造材料部分。QI7esmc

半導(dǎo)體石英礦石和日常所見的沙子的主要成分就是硅。從“沙子”到芯片（工業(yè)用的通常是石英礦石），中間要經(jīng)過無數(shù)的、極精細(xì)的、復(fù)雜的加工工藝。除了硅片以外，制造芯片所需材料還包括電子氣體、掩膜版、光刻膠及輔材、化學(xué)試劑、靶材、CMP材料、引線框架、封裝基板、塑封料、鍵合線及其它材料等，業(yè)內(nèi)又將這些材料劃分為晶圓制造材料和封裝材料兩大類。2018年，全球半導(dǎo)體材料銷售額約519億美金，其中，晶圓制造材料約322億美金，封裝材料約197億美金，硅片和封裝基板分別在晶圓制造和封裝材料中占比超1/3。在晶圓制造材料中，大硅片、電子氣體、光掩模、CMP材料、光刻膠、光刻膠配套材料、濕化學(xué)品、靶材等金額占比如下圖，因為高精度、高純度、高風(fēng)險性等特點，這些材料對制造技術(shù)和各物流環(huán)節(jié)的要求極高，全球半導(dǎo)體材料供應(yīng)鏈主要依賴于日本、美國等國家的企業(yè)，易受新冠疫情、突發(fā)事件和國際局勢等因素的沖擊。QI7esmc

大硅片是晶圓制造的基礎(chǔ)原材料

硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度升高和輻射增強而減小，在加入微量雜質(zhì)時，其導(dǎo)電性也會發(fā)生顯著變化，這些特征使其成為制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的基礎(chǔ)材料。當(dāng)前，硅材料約占整個半導(dǎo)體硅片市場的95%，GaAs材料以射頻器件為主，SiC和GaN材料以高功率為主，短期內(nèi)化合物和硅材料主要是互補關(guān)系。硅材料應(yīng)用廣泛也很常見。當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時，其晶核長成晶面取向相同的晶粒，形成單晶硅。單晶硅材料的形成可粗略分為石英砂-冶金級硅-提純和精煉-沉積多晶硅錠-單晶硅-硅片切割等階段，主要用于半導(dǎo)體和太陽能光伏發(fā)電等行業(yè)，一般半導(dǎo)體用單晶硅的純度要求為99.999999999%(小數(shù)點后9個9)。QI7esmc

按尺寸不同，硅片可分為4英寸、5英寸、6英寸、8英寸和12英寸等，尺寸越大晶圓能切割下的芯片就越多，成本就越低，但對設(shè)備和工藝的要求則越高，當(dāng)前全球市場已進入大硅片時代，2018年12寸硅片占比約64%，8寸占比約26%，其余的占比約6%。大硅片市場高度壟斷，日本的Shin-Etsu和SUMCO大尺寸硅片（8寸和12寸）占全球份額約60%，其他有影響力的硅片廠商還有中國臺灣的Global Wafer、Wafer Works和Episil、德國Siltronic、韓國LG Siltron、法國Soitec、芬蘭Okmetic等，中國大陸的半導(dǎo)體硅片廠商有滬硅產(chǎn)業(yè)、金瑞泓、有研和中環(huán)等，當(dāng)前12寸硅片主要依賴進口。QI7esmc

全球主要硅片企業(yè)

1、日本信越化學(xué)（Shin-Etsu Chemical）設(shè)立于1926年，主營業(yè)務(wù)包括PVC（聚氯乙烯）、有機硅塑料、纖維素衍生物、硅片、磷化鎵、稀土磁體、光刻膠等，在多個材料領(lǐng)域全球領(lǐng)先，多元化業(yè)務(wù)有助于硅片業(yè)務(wù)垂直延伸，并平滑了半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的波動。營業(yè)收入在100 億~120 億美元之間，凈利率在10%~12%。半導(dǎo)體硅市占率約27%。QI7esmc

2、日本三菱住友勝高（SUMCO）專注于硅片制造，主要產(chǎn)品包括4寸-12寸半導(dǎo)體硅片與 SOI 硅片，其前身為成立于1937年的Osaka Special Steel，先后合并了kyushu和Sumitomo Sitix，1999年與三菱材料成立聯(lián)合硅制造公司，通過主業(yè)并購提升技術(shù)儲備和產(chǎn)品競爭力。市占率26%，2019年公司營業(yè)收入為 191.91 億元。QI7esmc

3、中國臺灣環(huán)球晶圓(Global Wafer)是中美硅晶的子公司，在臺灣地區(qū)、中國大陸、日本與歐美等地均有布局，2008年并購美商Globitech獲得德州儀器和MEMC等客戶，2012年并購日商Covalent Materials（現(xiàn)為CoorsTek）獲得12寸晶圓技術(shù)，2016年并購丹麥Topsil獲得8英寸FZ區(qū)熔硅片技術(shù)，并購美商Sun Edison（原MEMC）獲得SOI硅片與外延片技術(shù)，市占率17%。QI7esmc

4、德國世創(chuàng)（Siltronic AG）是Wacker的子公司，1953年開始從事半導(dǎo)體硅片業(yè)務(wù)的研發(fā)工作，主要產(chǎn)品包括5寸-12寸半導(dǎo)體硅片，1998年通過與三星合作，成為全球首個推出12寸晶圓的公司。市占率13%，2019營收12.7億歐元。QI7esmc

5、韓國LG Siltron（矽創(chuàng)）長期專注于半導(dǎo)體硅片業(yè)務(wù)，2017年51%股份出售予SK集團，易名為SK Silitron，市占率9%。QI7esmc

此外，法國Soitec是全球最大的SOI(Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅)晶圓提供商，芬蘭Okmetic業(yè)務(wù)側(cè)重于MEMS和傳感器以及分立半導(dǎo)體和模擬電路，臺灣合晶(Wafer Works)擁有垂直整合的單晶錠，拋光和Epi晶圓生產(chǎn)線，臺灣嘉晶(Episil)車用、挖礦、資料中心等訂單尤其超強勁，后續(xù)擴產(chǎn)也會專注在利基型產(chǎn)品。QI7esmc

內(nèi)地硅片產(chǎn)業(yè)鏈

國內(nèi)硅片廠商實現(xiàn)了部分8英寸及以下尺寸的硅片國產(chǎn)代替，但在12寸硅片方面存在較大差距。滬硅產(chǎn)業(yè)是內(nèi)地最大的硅片供應(yīng)商，2018年全球市占比約為2.2%，排名第八，通過旗下子公司上海新昇、新傲科技、Okmetic，以及參股法國Soitec，提升硅片業(yè)務(wù)競爭力。當(dāng)前主要產(chǎn)品以8寸及以下硅片（含 SOI硅片）為主，已實現(xiàn)12寸硅片技術(shù)升級，12寸硅片產(chǎn)能為10萬片/月，處于產(chǎn)品認(rèn)證和市場開拓期，后續(xù)12寸占比將逐步增加。QI7esmc

中環(huán)半導(dǎo)體專注單晶硅產(chǎn)品，業(yè)務(wù)側(cè)重于新能源行業(yè)，半導(dǎo)體行業(yè)占比較低，但具備8英寸區(qū)熔（FZ 法）硅片量產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢，在6-8寸功率器件硅片市場有競爭力，并協(xié)同晶盛機電建設(shè)8英寸和12英寸直拉法大硅片基地，多方布局為8英寸產(chǎn)品擴產(chǎn)以及增加12英寸產(chǎn)品線打下基礎(chǔ)。AST超硅業(yè)務(wù)有晶體生長設(shè)備、半導(dǎo)體硅片等，規(guī)劃上海項目月產(chǎn)30萬片12英寸硅片。金瑞泓（立昂微控股）具有硅單晶錠、硅研磨片、拋光片、外延片和芯片制造的完整產(chǎn)業(yè)鏈，具備8英寸硅片月產(chǎn)12萬片的產(chǎn)能，在研12英寸硅片技術(shù)，在浙江衢州建立大硅片產(chǎn)線。德州有研大硅片項目，一期規(guī)劃8英寸硅片產(chǎn)能15萬片/月。QI7esmc

此外，西安奕斯偉12寸硅片項目2020年進入投產(chǎn)倒計時，寧夏銀和（杭州中欣子公司）項目規(guī)劃年產(chǎn)420萬片8英寸硅片和年產(chǎn)240萬片12英寸硅片。鄭州合晶一期項目建設(shè)月產(chǎn)能20萬片8英寸硅片。安徽易芯自主研發(fā)12寸半導(dǎo)體級單晶硅晶體生長爐與全自動控制系統(tǒng)，正積極布局切磨拋產(chǎn)能。中晶（嘉興）半導(dǎo)體12英寸大硅片項目一期規(guī)劃年產(chǎn)480萬片12英寸硅片，預(yù)計2020年廠房投入使用。另有徐州鑫晶等的12英寸硅片項目。QI7esmc

手機、PC、服務(wù)器和SSD等終端占大硅片需求的一半以上，是未來成長的主要驅(qū)動力，12寸硅片在手機中主要應(yīng)用于CIS、邏輯芯片、NAND和DRAM，每部5G手機的硅片使用面積約是4G手機的1.7倍，綜合多種因素預(yù)計未來幾年手機硅片需求將平穩(wěn)增長，同時，物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子系統(tǒng)市場成長將帶動8寸及以下拋光片與SOI硅片需求。Gartner預(yù)測2020年全球硅片市場規(guī)模約為110億美元左右，目前全球12英寸硅片月產(chǎn)能約600萬片，8英寸硅片月產(chǎn)能約500萬片，全球市場的總供應(yīng)略大于總需求，但國內(nèi)大尺寸和高端產(chǎn)品主要依賴進口。業(yè)內(nèi)預(yù)估2020年我國12寸硅片月需求約為100萬片左右，而已公布投資及規(guī)劃中的12寸硅片月產(chǎn)能達數(shù)百萬片，如果順利投產(chǎn)不僅滿足自我需求綽綽有余，同時會有加劇供需不平衡的風(fēng)險。QI7esmc

有業(yè)內(nèi)人士指出，供應(yīng)鏈關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化替代是必然趨勢。但是，企業(yè)在積極擴產(chǎn)的同時，理應(yīng)保有研發(fā)、資金、技術(shù)和產(chǎn)線等方面的可持續(xù)性和必要的機動性，尤其要加強技術(shù)研究，以應(yīng)對市場周期性波動，和未來更大尺寸及其它新技術(shù)升級迭代帶來的新挑戰(zhàn)。另外，在碳化硅和高純石英材料等方面應(yīng)加大技術(shù)研發(fā)和量產(chǎn)力度。QI7esmc

電子氣體

電子氣體是半導(dǎo)體器件、顯示面板、太陽能和光纖等生產(chǎn)中必不可少的原材料，在半導(dǎo)體制造中，應(yīng)用于薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等工藝，常用的高純電子氣體及混合氣體約30種，氣體質(zhì)量對器件性能有著重要影響。電子氣體的提純技術(shù)壁壘極高，包裝和儲運等作業(yè)環(huán)節(jié)也有專門要求。2018年全球半導(dǎo)體特種氣體市場規(guī)模45億美元，基本被美國的氣體化工（Air Products and Chemicals）和普萊克斯（Praxair）、法國液化空氣(Air Liquide)、德國林德(Linde Group)、日本的大陽日酸(TNSC)和昭和電工（Showa Denko）、英國 BOC（British Oxygen Company)等寡頭所壟斷。國內(nèi)特種氣體供應(yīng)企業(yè)主要有華特氣體、凱美特氣、綠菱電子、昊華科技、中船重工718所、南大光電、巨化、啟源、金宏、雅克科技、南京特種氣體等，國內(nèi)企業(yè)在奮力追趕，其中華特氣體于2017 年通過ASML 的產(chǎn)品認(rèn)證，為多家國際一流半導(dǎo)體廠商供貨。QI7esmc

掩膜版

掩膜版（Photo mask）又稱光罩、光掩膜等，是液晶顯示器、半導(dǎo)體等制造過程中的圖形“底片”轉(zhuǎn)移用的高精密工具，在光刻過程中，掩膜版是設(shè)計圖形的載體，半導(dǎo)體掩模版市場集中度高。2018年全球半導(dǎo)體掩模版銷售額為35.7億美元，占到晶圓制造材料市場的13%。生產(chǎn)商主要集中在日本和美國的幾個巨頭，包括日本凸版印刷TOPAN、日本大印刷DNP、美國Photronics、日本豪雅HOYA、日本SKE、韓國LGIT、及中國臺灣光罩等，其中Photronics、DNP和Toppa占據(jù)全球掩膜版領(lǐng)域80%以上市場份額。內(nèi)地掩模版企業(yè)有清溢光電、無錫華潤、路維光電、龍圖光電等，僅能滿足中低檔產(chǎn)品市場的需求。此外，晶圓制造廠等機構(gòu)也會自制掩膜版，如英特爾、臺積電、三星、中芯國際、中科院微電子所、中國電子科技等科研院所等都有自制掩膜版業(yè)務(wù)，內(nèi)地掩膜版供需缺口逐年擴大。QI7esmc

光刻膠

光刻膠（Photoresist）又稱光阻、光致抗蝕劑，是光刻工藝的關(guān)鍵化學(xué)品，主要利用光化學(xué)反應(yīng)將所需要的微細(xì)圖形從掩模版轉(zhuǎn)移到待加工基片上，其主要成分為樹脂型聚合物、光活性物質(zhì)、溶劑和添加劑，分辨率、對比度和敏感度是光刻膠的核心技術(shù)參數(shù)。光刻是IC制造過程中耗時最長、難度最大的工藝，耗時占IC制造50%左右，成本約占IC生產(chǎn)成本的1/3，光刻膠是光刻過程最重要的耗材。2018年全球半導(dǎo)體光刻膠市場約20.3億美元，主要供應(yīng)商包括日本合成橡膠（JSR）、東京應(yīng)化（TOK）、信越、富士、旭化成、日立化成、美國羅門哈斯（并入杜邦）、及中國臺灣的長興化學(xué)和長春化工，內(nèi)地供應(yīng)商主要有晶瑞股份（蘇州瑞紅）、北京科華等，另外南大光電、上海新陽、容大感光、飛凱、強力新材、北旭等在推進光刻膠研發(fā)項目。在面板光刻膠領(lǐng)域，永太科技已通過華星光電驗證。QI7esmc

CMP拋光材料

CMP工藝用到的材料有拋光液、拋光墊、調(diào)節(jié)器等，其中拋光液和拋光墊是核心材料，占比分別為49%和33%。據(jù)Cabot Microelectronics公開信息，2018年全球CMP拋光液市場約12.7億美元，主要企業(yè)包括美國的Cabot Microelectronics、Versum、Dow、3M和日本的Fujifilm、Hitachi，國內(nèi)拋光液企業(yè)有安集科技、上海新安納等。?QI7esmc

在拋光墊方面，美國陶氏DOW壟斷了全球市場約79%份額，其它企業(yè)還有美國Cabot、日本東麗、臺灣三方化學(xué)等，內(nèi)地從事拋光墊材料生產(chǎn)研究的有鼎龍股份和江豐電子，鼎龍8寸拋光墊已獲晶圓廠訂單，12寸拋光墊也在快速推進。江豐電子聯(lián)合美國嘉柏微就拋光墊項目進行合作。QI7esmc

濕化學(xué)品（Wet Chemicals）

濕化學(xué)品是微電子、光電子濕法工藝制程中使用的各種化工材料，主要應(yīng)用于清洗和腐蝕步驟，其純度和潔凈度影響著器件的性能與可靠性。2018年全球半導(dǎo)體用濕化學(xué)品和光刻膠配套試劑市場規(guī)模分別為16.1和22.3億美元，領(lǐng)先企業(yè)主要有德國的巴斯夫（Basf）和E.Merck、比利時蘇威化學(xué)（Solvay）、美國Ashland、日本的關(guān)東化學(xué)、三菱化學(xué)、東京應(yīng)化、京都化工、光純藥工業(yè)（Wako）、韓國東友精細(xì)化工及中國臺灣鑫林科技等企業(yè)，內(nèi)地的江化微、晶瑞股份、格林達、湖北興福、浙江凱圣、中巨芯、濱化等企業(yè)也在不斷進步。QI7esmc

濺射靶材

濺射靶材是物理氣相沉積（PVD）工藝步驟中所必需的材料，是制備薄膜的關(guān)鍵材料。2016 年全球濺射靶材市場約113.6億美元，其中大頭在平板顯示和太陽能領(lǐng)域，半導(dǎo)體領(lǐng)域市場約11.9億，高端市場主要被日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯、住友化學(xué)、愛發(fā)科等企業(yè)占據(jù)。國內(nèi)濺射靶材企業(yè)有江豐電子、阿石創(chuàng)、有研新材、隆華節(jié)能（四豐、晶聯(lián)為其子公司）等，其中江豐電子的超高純金屬濺射靶材產(chǎn)品已應(yīng)用于世界著名半導(dǎo)體廠商的先端制造工藝。QI7esmc

封裝基板

完整的芯片由裸芯片(制造完成的晶圓片)與封裝體(封裝基板、固封材料和引線等)組合而成，封裝材料的門檻比晶圓制造材料要低一些。半導(dǎo)體封裝材料主要有引線框架、封裝基板、陶瓷封裝材料、包封材料及芯片粘結(jié)材料等，其中封裝基板占比最大。封裝基板作為芯片封裝的核心材料，一方面能保護、固定和支撐芯片，增強芯片導(dǎo)熱散熱性能，另一方面封裝基板的上層與芯片相連，下層和電路板相連，實現(xiàn)電氣和物理連接、功率分配、信號分配，以及溝通芯片內(nèi)部與外部電路等功能。QI7esmc

按芯片與封裝基板的連接方式，封裝基板可分為引線鍵合封裝基板和倒裝封裝基板。引線鍵合(Wire Bonding，WB)使用金屬線，并利用熱、壓力、超聲波能量使金屬引線與芯片焊盤、基板焊盤緊密焊合，實現(xiàn)芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通，廣泛應(yīng)用于射頻模塊、儲存芯片及微機電系統(tǒng)的器件封裝。倒裝封裝(Flip Chip，F(xiàn)C)采用倒裝焊球連接芯片與基板，應(yīng)用于CPU、GPU及Chipset等產(chǎn)品封裝。在整個半導(dǎo)體封裝材料市場中，封裝基板約占40%左右，引線框架、鍵合線、塑封料各占15%左右，中國臺灣、韓國和日本占了全球封裝基板產(chǎn)業(yè)接近90%的份額，內(nèi)地主流基板廠有深南電路、珠海越亞、興森科技和丹邦科技等，其它封測材料企業(yè)還有康強電子、華龍電子、達博、飛凱和中鶴等。QI7esmc

半導(dǎo)體材料供應(yīng)鏈的小結(jié)

以上這些半導(dǎo)體材料，雖然單一市場規(guī)模不大，但卻絲毫不能輕視。2019年日本限制高純度氟化氫、光刻膠、氟聚酰亞胺3種半導(dǎo)體材料對韓出口，引起業(yè)界震動，而之所以會有這樣的“震動”是因為在那之前人們很少會意識到這樣的問題。這再次說明供應(yīng)鏈的均衡發(fā)展有多么重要！半導(dǎo)體材料細(xì)分行業(yè)多，涉及各種金屬、合金、非金屬、各類元素、以及酸、堿等各類試劑，細(xì)分子行業(yè)多達上百個，許多材料單個細(xì)分市場很小，工藝和生產(chǎn)復(fù)雜繁瑣，對專業(yè)知識和技術(shù)經(jīng)驗要求又很高……但一個都不能少，否則供應(yīng)鏈就停擺。QI7esmc

市場規(guī)模不大，但照樣可以培養(yǎng)許許多多世界一流的、隱形冠軍型頂尖企業(yè)。從某種程度上說，這些規(guī)模不大的企業(yè)的水平，才代表著一個經(jīng)濟體工業(yè)和科技的真實水平，為常規(guī)情況下的經(jīng)濟高質(zhì)量運行提供保障和支撐，并在關(guān)鍵時刻發(fā)揮奇兵效應(yīng)。另外，許多材料企業(yè)的經(jīng)營范圍是跨越多個行業(yè)和領(lǐng)域的，半導(dǎo)體行業(yè)僅僅是它們的一個細(xì)分市場。QI7esmc

整體來看，國內(nèi)半導(dǎo)體材料業(yè)在封裝基板、CMP拋光液、濕電子化學(xué)品、引線框等部分的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達到先進水平，靶材、電子氣體、硅片、化合物半導(dǎo)體、掩模版本土生產(chǎn)實現(xiàn)突破，光刻膠、拋光墊、碳化硅、高純石英材料等與先進技術(shù)存在較大差距，在許多細(xì)分領(lǐng)域，企業(yè)的研發(fā)投入和技術(shù)積累不足。說“材料是工業(yè)王冠上的鉆石”并不夸張，在許多尖端科技領(lǐng)域，材料是競爭的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。巧婦難為無米之炊，沒有適合的材料、配方或工藝，很多時候就只能靠運氣。半導(dǎo)體材料的重要性并不亞于設(shè)備，二者既相輔相成又各有側(cè)重，半導(dǎo)體材料分的更細(xì)更瑣碎，需要更多領(lǐng)域的長期鉆研和積累，也潛藏著更多的隱形冠軍。QI7esmc

在全球半導(dǎo)體材料供應(yīng)鏈中，日企占主導(dǎo)地位。日本和德國歷來以工匠精神著稱，企業(yè)持之以恒地在材料和工藝的精度方面精益求精、一絲不茍。這種效果在短期不明顯，但時間久了優(yōu)勢就會越積越大，慣性勢能就會越來越強。更重要的是，這種優(yōu)勢形成良性循環(huán)，從一個行業(yè)傳導(dǎo)到無數(shù)個行業(yè)，后來者追趕的難度可想而知。精益思想已讓日本在半導(dǎo)體材料、碳纖維材料、冶金技術(shù)等領(lǐng)域形成了極高壁壘。QI7esmc

材料和設(shè)備領(lǐng)域的話語權(quán)靠的是硬核實力，良性國際分工的平衡與維護更需要實力作后盾。我們需要學(xué)習(xí)工匠精神，培養(yǎng)科技創(chuàng)新精神，同時注重人才培育，招攬海外人才，對產(chǎn)業(yè)鏈進行整合，并適時進行海外并購。QI7esmc

參考資料：QI7esmc

• 半導(dǎo)體制造工藝中的主要設(shè)備及材料大盤點
• 一文看懂國產(chǎn)半導(dǎo)體材料現(xiàn)狀 方正證券
• 2019年全球及中國半導(dǎo)體材料行業(yè)市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析 中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)
• 韓國半導(dǎo)體三大關(guān)鍵材料被日本卡脖子，中國企業(yè)有機會嗎？ 天下網(wǎng)商

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