半導(dǎo)體材料全球格局

   半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要支撐產(chǎn)業(yè)，按應(yīng)用環(huán)節(jié)劃分為晶圓制造材料和封裝材料。整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈主要包括IC的設(shè)計、晶圓制造以及封裝測試等環(huán)節(jié)，半導(dǎo)體材料主要應(yīng)用在集成電路的制造和封裝測試等領(lǐng)域。集成電路的制造和封測對材料和裝備需求巨大。從材料角度看，涉及到大硅片光刻膠、掩膜版、特種氣體等原材料；從裝備角度看，涉及到光刻機、刻蝕機、PVD、CVD等各種核心設(shè)備。而本文主要圍繞晶圓制造材料角度展開。
集成電路產(chǎn)鏈

 半導(dǎo)體材料市場概覽

  集成電路生產(chǎn)需要用到包括硅基材、CMP拋光材料、高純試劑（用于顯影、清洗、剝離、刻蝕）、特種氣體、光刻膠、掩膜版、封裝材料等多種電子化學(xué)品材料。根據(jù)Prismark數(shù)據(jù)，全球集成電路制造成本中，電子化學(xué)品占集成電路制造成本的比重約為20%。

集成電路生產(chǎn)用晶圓制造材料

  集成電路晶圓制造流程：6個獨立的生產(chǎn)區(qū)構(gòu)成完整晶圓制造流程
（1）擴散：進行高溫工藝和薄膜淀積的區(qū)域，將硅片徹底清洗并進行自然氧化；（2）光刻：對硅片進行預(yù)處理、涂膠、曝光、顯影，隨后清洗硅片再次烘干；（3）蝕刻：用高純試劑（氫氟酸、鹽酸等）進行刻蝕，保留設(shè)計好的圖案；（4）離子注入：注入離子（磷、硼），高溫擴散，形成集成器件；（5）薄膜生長：進行各個步驟當(dāng)中介質(zhì)層和金屬層的淀積；（6）拋光：拋光材料打磨，并再次清洗插入電極等后續(xù)處理，進行WAT測試。
晶圓制造材料在半導(dǎo)體制造流程中的應(yīng)用環(huán)節(jié)
全球半導(dǎo)體材料市場跟隨半導(dǎo)體市場呈周期波動。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，2009-2011年，受半導(dǎo)體市場規(guī)模持續(xù)擴張影響，全球半導(dǎo)體材料迎來快速增長，市場規(guī)模由346.4億美元提升至478.8億美元。2012-2017年，半導(dǎo)體材料市場進入震蕩調(diào)整階段，市場規(guī)模維持在420-470億美元。2018年市場再次迎來爆發(fā)，同比2017年提升50億市場規(guī)模。2019年，半導(dǎo)體材料市場維持穩(wěn)定，全球銷售額約為521.1億美元，其中晶圓制造材料約為328億美元，封裝材料約為192億美元。2008-2019年全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模
而在過去幾年，中國半導(dǎo)體材料市場穩(wěn)步增長。
根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2009-2019年，中國半導(dǎo)體材料市場從32.6億美元提升至86.9億美元，年均復(fù)合增長率（CAGR）達(dá)到10%。整體來看，我國半導(dǎo)體材料的國產(chǎn)化率仍處于較低水平，進口替代空間大。此外，隨著國內(nèi)晶圓廠的投資完成以及本土先進制程推進，國內(nèi)半導(dǎo)體材料的市場有望持續(xù)增長，給本土材料廠商帶來較大的導(dǎo)入機會。
2008-2019年中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模（億美元）
從半導(dǎo)體材料市場的具體構(gòu)成來看，根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，大硅片占比高達(dá)38%，電子特氣與掩膜版均占比13%位居次席，其余市場份額由光刻膠、靶材、CMP拋光材料等產(chǎn)品占據(jù)。
2018年全球半導(dǎo)體材料市場構(gòu)成

硅片：半導(dǎo)體材料市場的半壁江山

   如上圖所示，硅片是半導(dǎo)體材料中最重要的組成。而晶圓材料的發(fā)展歷程大致可分為三代：第一代為鍺、硅為代表；第二代主要是砷化鎵、磷化銦；第三代為氮化鎵、碳化硅等。目前大部分晶圓仍以硅為主要原料。硅晶圓的加工可分為硅提純、拉晶、晶棒測試、外徑研磨、切片等流程。

    硅晶圓制造過程
  硅晶圓為IC的基底，朝大尺寸方向發(fā)展。硅片主要使用在半導(dǎo)體集成電路中，用來制作硅晶圓當(dāng)成集成電路的基底。按照尺寸大小可分為6英寸、8英寸和12英寸，尺寸越大，加工難度也越大。由于集成電路的集成度越來越高，因此對大尺寸硅片的需求量越來越大。硅片總體需求和集成電路芯片需求高度一致。目前趨勢是6英寸硅片市場份額已經(jīng)較低，12英寸硅片市場需求強勁，全球范圍內(nèi)保持快速增長。
    全  球硅晶圓朝大尺寸方向發(fā)展
半導(dǎo)體硅片上游材料為電子級多晶硅，德國wacker、美國hemlock、日本丸紅株式會社等境外企業(yè)占據(jù)主要市場。國內(nèi)鑫華半導(dǎo)體、黃河水電已實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)電子級多晶硅，但產(chǎn)品多用于生產(chǎn)150-200mm（6英寸、8英寸）硅片，更大尺寸硅片的原材料仍主要依靠進口。
半導(dǎo)體硅片下游是各類電子元器件。其中200mm（8英寸）及以下硅片終端應(yīng)用領(lǐng)域主要為移動通信、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)電子等。300mm（12英寸）硅片需求主要來源于智能手機、計算機、云計算、人工智能、SSD（固態(tài)存儲硬盤）。
   全球硅片出貨面積及單位價格走勢
  半導(dǎo)體硅片市場景氣與電子工業(yè)需求深度綁定。2009年經(jīng)濟危機后硅片量價齊跌，2010年由于智能手機放量硅片量價增長有所反彈。2011年至2016年，全球經(jīng)濟乏力，硅片價格持續(xù)下跌，出貨量增長主要由硅片體積增加所致，市場規(guī)模略有下降。2017年后受益于下游計算機、移動通信、固態(tài)硬盤、工業(yè)電子的需求上漲，硅片市場實現(xiàn)量價齊升。
   全球硅片市場規(guī)模
   全球硅片市場巨頭壟斷，中國大陸地區(qū)廠商體量較小。
競爭格局方面，信越化學(xué)、住友勝高、世創(chuàng)、環(huán)球晶圓為全球四家主流供應(yīng)商，市場合計占比80%以上。中國大陸地區(qū)廠商以滬硅產(chǎn)業(yè)、中環(huán)股份為首，2018年滬硅產(chǎn)業(yè)占全球硅片市場2.18%，相比全球硅片巨頭體量尚小。
2018年全球半導(dǎo)體硅片競爭格局
國內(nèi)硅片廠商加速追趕，滬硅產(chǎn)業(yè)12寸硅片一馬當(dāng)先。目前國內(nèi)主要有滬硅產(chǎn)業(yè)、中環(huán)股份、超硅半導(dǎo)體、金瑞泓等企業(yè)進入大硅片領(lǐng)域。
國內(nèi)硅片主要企業(yè)產(chǎn)品情況
它山之石：信越化學(xué)作為日本有機硅工業(yè)“國產(chǎn)技術(shù)”的典范，信越化學(xué)的成功離不開以下幾個方面的原因。
強大的研發(fā)力度和研發(fā)能力，信越化學(xué)共設(shè)有7家研發(fā)中心，是研發(fā)內(nèi)生增長的典范。信越化學(xué)通過自行生產(chǎn)金屬硅，保障了主原料的穩(wěn)定性，確立了從原料開始的一貫式生產(chǎn)體制。
國家的大力支持，日本政府在行業(yè)發(fā)展前期頗具戰(zhàn)略眼光，給予多種優(yōu)惠政策，通產(chǎn)省1989年制定了160億日元的“硅類高分子材料研究開發(fā)基本計劃”支持硅材料的研發(fā)，這一計劃為以信越化學(xué)為首的有機硅生產(chǎn)企業(yè)提供了資金和技術(shù)的大力支持。

光刻膠：高壁壘，機會大

   光刻膠是利用化學(xué)反應(yīng)進行圖像轉(zhuǎn)移的媒體，將所需要的微細(xì)圖形從掩模版轉(zhuǎn)移到待加工基片上的圖形轉(zhuǎn)移介質(zhì)。光刻膠被廣泛應(yīng)用于光電信息產(chǎn)業(yè)的微細(xì)圖形線路的加工制作，是微細(xì)加工技術(shù)的關(guān)鍵性材料。在光刻工藝中，光刻膠被均勻涂布在硅片、玻璃和金屬等不同的襯底上，經(jīng)曝光、顯影和蝕刻等工序?qū)⒀谀ぐ嫔系膱D形轉(zhuǎn)移到薄膜上，形成與掩膜版完全對應(yīng)的幾何圖形。

    光刻膠應(yīng)用原理
  光刻膠原材料主要為樹脂、溶劑和其他添加劑。其中溶劑質(zhì)量占比最大，一般在80%以上。其他添加劑質(zhì)量占比雖不足5%，卻是決定光刻膠特有性質(zhì)的關(guān)鍵材料，包括光敏劑、表面活性劑等材料。光刻膠可根據(jù)其下游應(yīng)用領(lǐng)域分為半導(dǎo)體光刻膠、面板光刻膠和PCB光刻膠三類，半導(dǎo)體光刻膠和面板光刻膠市場規(guī)模分別為13.73億美元，15.87億美元。
光刻膠的發(fā)展是摩爾定律運行的核心驅(qū)動力。半導(dǎo)體工業(yè)集成電路的尺寸越來越小，集成度越來越高，并能夠按照摩爾定律向前發(fā)展，其內(nèi)在驅(qū)動力就是光刻技術(shù)的不斷深入發(fā)展。集成電路水平已由微米級（2μm-1μm）、亞微米級（1-0.35μm）、深亞微米級（0.35μm以下）、納米級（90-22nm）甚至進入14-7nm階段。
對光刻膠分辨率等性能要求不斷提高，光刻技術(shù)隨著集成電路的發(fā)展經(jīng)歷了從G線（436nm）光刻，H線（405nm）光刻，I線（365nm）光刻，到深紫外線DUV光刻（KrF248nm和ArF193nm）、193nm浸沒式加多重成像技術(shù)（32nm-7nm），在到極端紫外線（EUV， ＜13.5nm）光刻的發(fā)展，甚至采用非光學(xué)光刻（電子束曝光、離子束曝光），以相應(yīng)波長為感光波長的各類光刻膠也應(yīng)用而生。目前，KrF/ArF仍是主流的加工材料。
集成電路光刻膠產(chǎn)品技術(shù)路線演化
半導(dǎo)體光刻膠可根據(jù)加工芯片的制程從大到小分為g線/i線光刻膠、Krf光刻膠、Arf光刻膠（干法及濕法）和EUV光刻膠。各類光刻膠中雖然各組分含量存在差異，但樹脂含量一般在 20%以下，總體來適用波長越短的光刻膠，其樹脂含量越低，溶劑含量越高。
半導(dǎo)體用光刻膠應(yīng)用制程及組分
銷售量方面，g線/i線光刻膠是半導(dǎo)體用光刻膠需求主要構(gòu)成，占比達(dá)50%以上，預(yù)計2022年需求量將達(dá)450立方米以上，KrF、ArF光刻膠2022年需求量預(yù)計分別為200.77立方米和103.56立方米。銷售額方面，ArF光刻膠由于技術(shù)附加值高，價格昂貴，占據(jù)最大銷售份額。
全球半導(dǎo)體用光刻膠銷售額（億美元）
根據(jù)富士經(jīng)濟數(shù)據(jù)，預(yù)計2022年ArF銷售額將達(dá)6.74億美元，g線/i線光刻膠和KrF光刻膠銷售額預(yù)計可達(dá)3.80億美元和3.88億美元。EUV、光刻技術(shù)目前尚未普及，僅臺積電和三星掌握，EUV光刻膠市場規(guī)模較小。
2018年全球g線/i線光刻膠競爭格局
日本企業(yè)在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢。半導(dǎo)體光刻膠主要生產(chǎn)企業(yè)包括日本東京應(yīng)化、JSR、住友化學(xué)、信越化學(xué)；韓國東進世美肯；美國陶氏杜邦，其中日本企業(yè)占據(jù)約70%市場份額。分產(chǎn)品看，東京應(yīng)化在g線/i線和Krf光刻膠領(lǐng)域居龍頭地位，市場份額分別達(dá)到27.5%和32.7%。JSR在Arf光刻膠領(lǐng)域市占率最高，為25.6%。