鑒于當下的國際貿易形勢，芯片制造，特別是高端芯片制造本土化的重要性越來越凸出。在這種情況下，產業鏈上游的半導體設備和材料自給能力的提升也愈加重要，因為巧婦難為無米之炊，沒有合適的設備和原材料，造不出想要的芯片。
半導體材料方面，按照應用環節可分為制造材料和封裝材料，這里主要討論一下芯片制造材料，這類材料主要包括硅片、特種氣體、掩膜版、光刻膠、濕電子化學品、靶材、CMP拋光液和拋光墊等。
從全球市場來看，據SEMI統計，2021－2023年的晶圓廠建設投資達到歷史新高，僅2022年的資本支出就增長了14％，達到260億美元，2022年約有28個新晶圓廠開始建設。晶圓產能的擴充必將帶動半導體材料需求持續增長，繼2021年市場規模創新高后，2022年全球半導體材料市場規模將同比增長7％，全球半導體材料市場規模有望在2023年超過700億美金。
近些年，中國大陸半導體材料消費市場規模在全球的占比持續提升，2021年比重升至18．6％，已成為僅次于中國臺灣的全球第二大市場。然而，在供給側，中國大陸不同半導體材料的技術水平差異較大，整體與國外差距明顯。
隨著晶圓廠產能的擴充、技術和工藝的推進，以及中國電子半導體產業鏈逐步完善，在半導體材料領域開始涌現出一批具備較好技術功底，極具發展潛力的企業。
下面看一下各種芯片制造材料，以及中國大陸相關產業的發展情況。
01
硅片
從全球半導體硅片供應量來看，在下游需求旺盛的時段，硅片出貨量自2022年以來呈現同比基本持平的狀態，這反映出全球硅片產量幾乎達到了頂點。從晶圓廠12英寸硅片庫存情況來看，2021年每月的硅片投入量均大于購買量，晶圓廠硅片庫存持續下降，然而，自2022下半年以來，庫存量有所回升，這樣看來，2023年的硅片供需關系不會像過去幾年那么緊張了。
不過，12英寸硅片的供應依然比較緊張，全球五大廠商（信越化學，SUMCO（勝高），環球晶圓（GlobalWafers），Siltronic（世創），SK Siltron）的12英寸硅片擴產計劃于2021下半年陸續推出，新增產能最快也要到2023下半年才能釋放出來，因此，SUMCO預測至少到2023年底，全球12英寸硅片供不應求的局面難以緩解。
上一輪硅片供需失衡出現在2016－2018年，來自SEMI的數據顯示，彼時硅片單位面積價格上漲了33．5％，硅片廠商營收和盈利水平快速提升。本輪供需失衡有望再次引發漲價，從硅片龍頭企業近期營收可以看出，信越化學、SUMCO、環球晶圓業績預期強勁，在當前新增產能有限的背景下，漲價是提升業績的主要手段。同時，這些龍頭企業新增產能預計在2023下半年才能陸續放出，行業長約訂單比重將增加。
中國大陸在2023這一年里，晶圓廠產能需求會持續旺盛，這對硅片需求量提出了更高要求。
在受到國際貿易限制的情況下，為了滿足本土市場需求，中國大陸硅片廠商，特別是頭部企業，如滬硅產業、中環股份、立昂微、神工股份等，都在擴充產能。
2021年1月，滬硅產業披露定增預案，擬募資50億元，大基金二期認購15億元，投入12英寸硅片研發與先進制造項目、12英寸高端硅基材料研發中試項目，新增產能可達30萬片／月。項目實施后，12英寸硅片總產能將達到60萬片／月。
2022年3月，立昂微斥資15億元收購了國晶半導體58．69％股權，以加強存儲、邏輯芯片用輕摻12英寸硅片的市場地位。國晶半導體已完成40萬片月產能的基礎設施建設，全自動化生產線已貫通，第一期月產15萬片的產能將于2023下半年建成。除了12英寸硅片，立昂微的功率器件用6英寸硅片業務也在擴展，目標月產6萬片，功率器件月產能將從原來的17．5萬片提升至23．5萬片。這些產品主要定位在汽車電子和光伏控制芯片兩大應用方向。
02
光刻膠
得益于制程節點不斷進步，以及存儲器層數的增加，半導體光刻膠需求持續增長。據TECHCET統計，2022年全球光刻膠市場規模同比增長7．5％，達到近23億美元，2021－2026 年，半導體光刻膠市場年復合增長率預計為5．9％，其中增速最快的產品是EUV和KrF光刻膠。TECHCET預計2021－2025年全球KrF光刻膠復合增速達到8％，主要驅動力是3D NAND，且相關晶圓產能仍在擴張中。EUV光刻膠2020－2025年復合增速達到53％，如此高速增長源于EUV產能的快速提升，包括邏輯芯片制程節點不斷演進，以及DRAM引入EUV工藝。
美日韓企業占據了全球88％的光刻膠市場份額，中國大陸光刻膠企業主要包括南大光電、晶瑞電材、彤程新材、上海新陽等。由于我國半導體光刻膠產業起步較晚，目前的市占率較低。
光刻膠行業存在先發優勢，但技術壁壘并未到不能突破的程度。光刻膠驗證周期長，下游客戶不會輕易更換，打入客戶新增產能供應鏈是提升市場影響力的重要途徑，例如，國際大廠TOK生產顯影劑和邊緣去除劑，JSR生產底部抗反射涂料，信越生產石英掩模毛胚和硅抗反射涂層。中國廠商方面，彤程新材的KrF光刻膠已批量供應中芯國際、華虹宏力、武漢新芯、華潤上華等客戶，包括12英寸和8英寸產線，同時，該公司兩萬噸光刻膠相關配套試劑項目，在2022下半年完成建設并投入生產。
03
電子氣體
電子氣體包括大宗電子氣體和電子特種氣體，占芯片制造成本的13％。據Techcet統計，2021年，全球電子氣體的市場規模達到62．51億美元，其中，電子特種氣體占72．6％，電子大宗氣體占27．4％。
電子特種氣體應用于光刻、刻蝕、成膜、清洗、摻雜、沉積等工藝環節，主要包括三氟化氮等清洗氣體，六氟化鎢等金屬氣相沉積氣體。
近年來，半導體制造技術快速更迭，例如，硅片尺寸從6英寸、8英寸發展到12英寸，制程工藝從28nm發展到3nm，顯示面板從LCD到剛性OLED，再到柔性、可折疊OLED。這些促使電子特氣的精細化程度持續提升，同時，由于全球半導體、顯示面板等產業鏈不斷向亞洲、中國大陸轉移，以集成電路、顯示面板為應用主體的電子特氣需求快速增長。據IC Insights統計，預計2025年中國集成電路制造產值將達到432億美元，自給率進一步提升至19．4％，據Forst＆Sullivan統計，2020－2024年，中國顯示面板市場年復合增長率為6．34％，這些對電子特氣的需求帶來了持續、強勁的拉動作用。
全球電子特氣市場主要被4家企業把持著，它們是德國林德、法國液化空氣、美國空氣化工和日本大陽日酸。
目前，中國本土特種氣體產品主要集中在中低端市場，在集成電路制造應用更廣的高端特氣市場，本土企業存在產品品類不全，純度不高等短板，國產電子特氣主要集中在清洗和部分蝕刻等低精度應用環節，在高精度摻雜、沉積、蝕刻、光刻環節，主要依賴進口。
特種氣體屬于危險化學品，對包裝和運輸有很高要求，一旦發生泄漏會產生嚴重后果，因此，進口特種氣體存在多種不便。而國產特種氣體運輸和售后便利，價格比國外產品低很多，另外，國產產品不存在“卡脖子”問題，具有很好的發展前景。
04
濕電子化學品
濕電子化學品是集成電路、光電子濕法工藝（濕法刻蝕、濕法清洗）制程中使用的各種液體化工材料。
中國電子材料行業協會的數據顯示，2021年，中國濕電子化學品市場規模為137．8億元，年復合增長率為17．3％，高于全球平均增速，預計2028年將達到301．7億元。
目前，半導體用濕電子化學品的國產化率較低，約為20％，顯示面板用國產化率約為40％。中美貿易持續摩擦，進一步推動了濕電子化學品的國產替代進程。
由于起步較晚，我國濕電子化學品品類豐富程度和提純技術水平落后于國外領先企業，應用多集中于低端市場，主要供應光伏、低代線平板顯示、6英寸以下晶圓加工市場，G6、G8代線平板顯示和8英寸以上晶圓加工市占率僅為10％。
近些年，中國本土企業積極開拓高端濕電子化學品市場，頭部廠商已具備生產G4、G5標準產品的能力，再結合運輸、價格和售后等方面的本土化優勢，未來發展空間廣闊，特別是在高端市場。
05
CMP材料
CMP是一種化學腐蝕和機械研磨相結合的平坦化半導體表面工藝，是集成電路制造過程中實現晶圓全局均勻平坦化的關鍵工藝。CMP材料主要包括拋光墊和拋光液。
CMP拋光墊的硬度、剛性、可壓縮性等物理性能對拋光質量、材料去除率和拋光墊的壽命有顯著影響。
拋光墊行業具有技術密集、資金密集、客戶驗證壁壘高的特點，這導致其市場集中度很高，主要被陶氏化學占據，該公司全球市占率達到79％，前五大廠商占據91％的份額。中國市場所用的CMP拋光墊幾乎全部依賴進口，陶氏化學壟斷了中國近90％的市場，目前，中國本土企業中，僅有鼎龍股份有能力大批量生產，是國內唯一一家全面掌握CMP拋光墊全流程核心研發和制造技術的企業。
拋光液市場同樣被國外廠商把持著，代表企業包括Cabot Microelectronics、Versum、日立、富士美、陶氏化學等，合計市占率達80％以上。不過，全球拋光液市場格局有分散化趨勢，美國Cabot Microelectronics是全球拋光液市場龍頭企業，2000年市占率高達80％，2017年則下降至36％。拋光液市場分散程度相對較高，多元化發展的趨勢，對于中國本土相關企業是利好，目前，安集微電子已經實現一定程度的國產替代。
由于CMP拋光墊和拋光液對芯片良率影響較大，但成本占比相對較低，在成熟的晶圓廠，為確保芯片良率，很少替換原有供應商。因此，對后來者而言，認證門檻很高，認證周期較長。目前，受益于半導體產業鏈安全可控的大環境，中國本土CMP拋光墊和拋光液企業的認證速度加快了很多，已將驗證周期縮短到半年左右。
06
靶材
靶材是PVD沉積和薄膜沉積的關鍵材料。國外相關企業在靶材市場處于主導地位，截至2021 年，美日頭部靶材企業占據了全球市場份額的80％，代表企業包括JX日礦金屬、霍尼韋爾、東曹和普萊克斯。近些年，中國本土頭部企業成長迅速，江豐電子、有研新材、阿石創、隆華科技等都開辟出了一片天。
07
結語
中國集成電路產業發展較晚，本土半導體材料企業在市占率方面明顯低于國際大廠，營收、利潤體量較小。此外，與國際大廠相比，中國本土企業在產品豐富程度和純度上也存在較大差距。
近幾年，在國產替代需求的大環境下，部分本土半導體材料產品開始在國內晶圓大廠進行驗證，并陸續獲得訂單。隨著國際貿易限制增多，中國本土材料進入本土晶圓廠供應鏈的機會越來越多。在中國半導體產能擴張周期和復雜的國際環境下，產業鏈本土化的迫切性不斷提升，國產半導體材料有望進一步提升市場份額。
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