编辑｜石亚琼
近半个月来的场合排场，对环球半导体供应链来说无疑是雪上加霜，本就受供应链短缺困扰的半导体行业，这次又在氖气、钯元素等半导体材料领域面临冲击。
在过去，每当人们评论辩论半导体国产替代，每每将目光聚焦在半导体设备、芯片设计、制造封测这些热门赛道，处于更上游的原材料领域鲜少有人问津。实际上，半导体材料支撑着集成电路（IC）芯片从制造到封测的每一个环节，是半导体行业主要的物质根本，其质量的好坏不仅决定了终极芯片质量，也影响着下贱运用真个性能。
据国际半导体家当协会SEMI数据，2020年环球半导体材料市场发卖额达553亿美元（约3490.1亿公民币），同比增长5%。个中，晶圆制造材料和封装材料的营收分别为349亿美元（约2202.6亿公民币）、204亿美元（约1287.5亿公民币），同比增长6.5%和2.3%。
SEMI还预测，2021年环球半导体材料市场发卖额将达565亿美元（约3565.8亿公民币）。这是什么观点？据天下半导体贸易统计组织（WSTS）干系数据，2021年环球半导体市场规模将达4694.03亿美元（29613.2亿公民币），同比增长8.4%，创下历史新高。也便是说，在繁杂的半导体行业中，半导体材料就约占整体半导体市场代价的10%。
WSTS对2019-2021年环球半导体材料市场数据
半导体材料的技能壁垒高、代价高、生产难度大等特性，使其成为各国科技贸易竞争之间的主要筹码。例如，在2019年日本宣告加强对韩国的光刻胶、高纯度氟化氢、含氟聚酰亚胺三种半导体材料的出口限定，就严重动摇了韩国从半导体到显示器行业的供应链。
据韩国贸易协会报告数据，韩国半导体和显示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赖程度分别为43.9%、93.7%、91.9%。面对日本的出口限定，韩国紧急探求替代品，多次加大资金投入，以缓解供应危急。
在弘大且环环相扣的半导体家当链中，半导体材料的主要性不言而喻。这次，我们以半导体晶圆制造材料为切入点，通过对其进行拆解和剖析，探究这个隐秘赛道背后的格局与壁垒，半导体材料为何能成为掣肘环球家当发展的关键？中国半导体材料市场在个中又扮演着什么样的角色？
一、晶圆制造材料是核心，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。个中，晶圆制造材料是半导体材料的核心，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。
据深港证券干系报告数据，硅片在晶圆制造材料中的占比最高，约37.6%，超过整体材料的三分之一，其次分别为电子特气（13.2%）、掩膜版（12.5%）。从市场年复合增长率角度看，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。
2020年晶圆制造材料占比（图源：华创证券）
我们大略剖析个中三类核心的晶圆制造材料：
硅片硅在半导体材料中的主要性在于，目前超90%的IC芯片都因此硅片为衬底制造出来的，硅片的质量好坏直接影响着硅片上芯片的终极质量，换句话说，全体半导体家当都建立在硅材料之上。
目前，市场上主流的硅片尺寸为8英寸和12英寸，市场根据芯片类型及本钱考虑选择不同尺寸的硅片作为衬底，例如功率半导体和微掌握器紧张采取8英寸硅片、逻辑芯片和存储芯片则采取12英寸硅片。
大尺寸硅片（12英寸）在本钱和效率上都具有明显的上风。一方面，在相同工艺下，大尺寸硅片能制造的芯片数量更多，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倍旁边；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摧残浪费蹂躏掉边缘无法利用的区域，而硅片尺寸越大，这部分丢失比也就越小。
光刻胶大略来说，光刻胶紧张用于将电路图案转移到半导体晶片上，是光刻环节最主要的耗材，也是晶圆制造材料中技能壁垒最高的品类之一。在全体硅片制造工艺中，光刻的本钱约占总体的三分之一，耗时约占40%-60%；在刻蚀过程中，光刻胶则紧张起到防堕落的保护浸染。
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，不同种别下还划分了不同的详细品种，具有品类多、专用性极强等特点，个中半导体光刻胶的技能壁垒最高。同时，不同专用环节对光刻胶的溶解性、耐蚀刻性、耐热性、感光性等都着严格哀求，这就导致不同品质等级的光刻胶在制造工艺、化学构造、反应机理、性能等方面有着较大的差异化。
分辨率、比拟度、敏感度等是光刻胶的核心技能参数，随着未来市场对芯片小型化需求的发展，光刻胶将进一步朝着高分辨率、高比拟度、高敏感度等方向发展。
半导体晶圆
电子特气电子特气包括氦、氖、氩、氪、氙、氡等罕有气体，是晶圆制造材料中仅次于硅片的第二大耗材，广泛运用于晶圆制造过程的扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜成长、抛光、金属化等多道环节。据SEMI数据，在2019年环球约328亿美元（约2069.8亿公民币）的晶圆制造材料市场中，电子特气规模就占了13%，约43亿美元（约271.4亿美元）。
电子特气根据纯度不同可分为普通气体、纯气体、高纯气体、超高纯气体四个等级，而纯度对芯片成品率、性能和寿命都有着直接影响，纯度每提升一个数量级都将让器件性能实现有效提升。因此，电子特气的合成和提纯是紧张的技能门槛。
电子特气在半导系统编制造过程中的运用（图源：华创证券）
二、国外巨子垄断半导体材料市场，我国本土玩家起步晚但后劲足
纵不雅观全体半导体材料领域，由于其技能壁垒高、生产难度大、验证周期长等特点，导致大部分半导体材料都处于寡头垄断的局势，核心技能长期节制在欧美、日本、德国、韩国等国家手中。
个中，日本就供应了环球超50%的半导体材料，例如环球超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家企业瓜分。而在半导系统编制造过程所需的19种核心材料中，日本就占到了14种，处于绝对领先地位。
此外在硅片市场，2018年环球近90%的市场都被日本信越化学、日本SUMCO、中国台湾环球晶圆 、德国、韩国SK Siltron霸占，市场集中度非常高。
比较之下，我国本土半导体材料行业起步晚、发展慢，加之本土市场长期被国外巨子牢牢霸占，导致本土玩家呈现“小而散”的格局。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、德国林德集团、法国液化空气、日今年夜阳日酸4家巨子瓜分，国产入口替代率仅为20%旁边。
不过，随着国产替代浪潮的推动，如今越来越多的本土企业开始切入半导体材料领域，大大推动了国产半导体行业技能自主性的发展。
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。个中，华特气体成立于1999年，核心研发面向集成电路、新型显示面板等高端领域的特种气体，以及普通工业气体、气体设备与工程，2019年在科创板上市。
目前，华特气体已实现对海内8寸以上IC制造厂超过80%的客户覆盖率，不仅知足了中芯国际、华虹宏力、长江存储、武汉新芯、华润微电子、京东方等海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应链。
在2020年，我国电子特气市场规模为150亿元，占环球市场48%。中国半导体行业协会估量，2024年我国电子特气市场规模将达230亿元，环球市场占比靠近60%。
值得把稳的是，得益于半导体国产替代意识提高对IC家当规模的进一步拉升，环球半导体材料市场的重心正逐渐向亚洲转移。据Maximize Market Research数据，若以区域划分，从2006-2019年，中国台湾的半导体材料市场份额从18.1%增长至21.7%，韩国从13.1%增长至16.94%，中国大陆则从6.4%提升至16.67%，而日本、北美、欧洲等国家及地区的市场份额逐渐下滑。
2006-2019年环球宣布体材料区域格局（图源：前瞻家当研究院）
同时据SEMI发布的干系数据，2020年中国大陆的半导体材料市场发卖额增速达8.45%，超过韩国成为环球第二，并估量中国大陆市场将在2021年打破100亿美元（约631亿公民币）大关，进一步拉大与韩国的差距。
三、机会与寻衅并存，国产半导体材料发展道阻且长
长期来看，我国半导体材料市场发展潜力巨大，紧张得益于芯片技能迭代、环球家当链转移和国家政策推动这三大成分。
芯片技能迭代近年来5G、人工智能（AI）、汽车电子、数据中央/云打算等行业运用的发展，对芯片性能提出了更高哀求，芯片制程节点须要向更极致的目标推进，目前台积电、三星电子的芯片制程技能都已推进至5nm制程，并向着3nm及以下制程打破。
值得把稳的是，依照摩尔定律，集成电路上可容纳的晶体管数量，每隔18至24个月就会增加一倍，性能也将提升一倍。但随着摩尔定律逐渐放缓，芯片的物理尺寸逐渐逼近极限，如何进一步提升晶体管密度、缩短栅极间距等，不仅要依赖芯片构造技能的迭代，半导体材料的创新也是个中的关键。
环球家当链转移行业不雅观点认为，环球半导体家当链重心经由从美国到日本（20世纪70-80年代）、日本到韩国和中国台湾（20世纪90-21世纪初）两次迁移后，如今正逐渐向中国大陆转移，尤其是IC制造环节。一方面在于，韩国和中国台湾逐渐失落去劳动力本钱的上风；另一方面，中国大陆的晶圆厂及产能正处于高速扩展阶段，将进一步刺激半导体材料市场需求的增长。
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，其他地区均有下滑，并预测到2021年年底，中国大陆8英寸晶圆厂的产能将居环球市场首位，市场份额将达到18％，其次这天本和中国台湾地区，分别是16％。
半导体行业三次家当链转移（图源：华创证券）
国家政策推动在2014年国务院发布《国家集成电路家当发展推进纲要》后，全国各地区纷纭布局IC制造、设计、封测三大环节，但对更上游的半导体设备和材料领域关注较少。
不过，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设备和材料领域，共召募资金2000亿元旁边，预期可撬动社会融资6000-8000亿元，现已进入全面投资阶段。工信部曾表示，2020年上半年我国生产的IC已超1000亿块，同比增长16.4%，保持了较快的增长势头。
实际上，除了国家大基金积极推动本土半导体材料行业的发展外，我国也有越来越多的投资机构及下贱终端企业开始加大对半导体材料的投资布局。
据云岫成本发布的《2020年中国半导体行业投资解读》数据，只管IC设计仍是2020年海内半导体投资的重点，总投资案例数靠近70%，但过去较为冷门的半导体材料和设备领域的投资热度正显著增长，案例总数从2019年的13%攀升到了19%。个中，2020年半导体材料领域总融资金额超过120亿公民币，但该领域所投的项目普遍处于早期阶段，B轮及之前的比重超过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领域的投资。例如，哈勃投资在2019年（2家）到2020年（7家）共投资了9家材料及设备公司，包括从事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、瀚每天成等碳化硅材料公司。
整体来看，只管我国半导体材料家当发展仍道阻路长，但随着我国半导体材料家当的培植激情亲切被点燃，从国家政策、市场成本到人才回流都在加速全体家当的自主化发展，家当的高端核心技能、前辈性也在持续地打磨、打破和创新。相信在未来，我们终将会节制半导体市场真正的话语权。
参考来源：
[1]《半导体材料系列报告(一)家当转移与政策呵护双重动力，半导体材料国产化进程持续加速》，华创证券
[2]《疫情之下 材料崛起》，深港证券
