半導(dǎo)體晶圓制造材料和晶圓制造產(chǎn)能密不可分，近年隨著出貨片數(shù)成長(zhǎng)，半導(dǎo)體制造材料營(yíng)收也由2013年230億美元成長(zhǎng)到2016年的242億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)率約1.8%。從細(xì)項(xiàng)中可看出硅晶圓銷售占比由2013年35%降到2016年的30%。
與先進(jìn)制程相關(guān)的光阻和光阻配套試劑(用來提升曝光質(zhì)量或降低多重曝光需求的復(fù)雜度)，以及較先進(jìn)Wafer后段所需的CMP制程相關(guān)材料銷售占比則提升，可見這幾年材料需求的增長(zhǎng)和先進(jìn)制程的關(guān)聯(lián)性相當(dāng)高。
圖：2013年與2016年晶圓廠制造材料分占比
source：拓墣產(chǎn)業(yè)研究院整理
此外，從2016年晶圓制造材料分類占比可看出，硅晶圓占比最大為30%，隨著下游智能終端機(jī)對(duì)芯片性能的要求不斷提高，對(duì)硅晶圓質(zhì)量的要求也同樣提升，再加上摩爾定律和成本因素驅(qū)使，硅晶圓穩(wěn)定向大尺寸方向發(fā)展。目前全球主流硅晶圓尺寸主要集中在300mm和200mm，出貨占比分別達(dá)70%和20%。
從硅晶圓面積需求的主要成長(zhǎng)來自300mm來看，也證實(shí)在晶圓制造中，較先進(jìn)的制程還是主要的需求成長(zhǎng)來源；此外，硅晶圓在2013～2016年出貨面積年復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)5.8%，高于硅晶圓產(chǎn)業(yè)同時(shí)期的營(yíng)收成長(zhǎng)率，可見硅晶圓平均價(jià)格顯著下滑。
由于硅晶圓是晶圓制造的主要材料，在此輪半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)復(fù)甦中，特別是在中國(guó)芯片制造廠積極擴(kuò)張產(chǎn)能下，預(yù)計(jì)短期內(nèi)硅晶圓產(chǎn)業(yè)將同步受益。
根據(jù)2016年全球主要硅晶圓廠商營(yíng)收資料，前六大廠商全球市占率超過90%，其中前兩大日本廠商Shin-Etsu和SUMCO合計(jì)全球市占率超過50%，臺(tái)灣環(huán)球晶圓由于并購(gòu)新加坡廠商SunEdison Semiconductor，目前排名全球第三，2016年銷售占比達(dá)17%。
中國(guó)半導(dǎo)體材料分類占比市場(chǎng)狀況與全球狀況類似，硅晶圓和封裝基板分別是晶圓制造和封裝材料占比最大的兩類材料。從增長(zhǎng)趨勢(shì)圖可看到2016～2017年中國(guó)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，無論是晶圓制造材料還是封裝材料，增長(zhǎng)幅度都超過10%。
圖：2012~2017年中國(guó)晶圓制造材料市場(chǎng)變化
source：拓墣產(chǎn)業(yè)研究院整理
中國(guó)晶圓制造材料中，關(guān)鍵材料主要仍仰賴進(jìn)口，但隨著政府政策大力支持和大基金對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)投入，已出現(xiàn)如上海新升半導(dǎo)體、安集微電子、上海新陽與江豐電子等頗具實(shí)力的廠商。
這些廠商在政策支援下，積極投入研發(fā)創(chuàng)新，各自開發(fā)的產(chǎn)品已初見成效，現(xiàn)已成為中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)中堅(jiān)力量。根據(jù)中國(guó)新建晶圓廠和封測(cè)廠的建設(shè)進(jìn)程，多數(shù)建設(shè)中的產(chǎn)線將在2018年陸續(xù)導(dǎo)入量產(chǎn)，屆時(shí)對(duì)應(yīng)的上游半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)新一輪爆炸性成長(zhǎng)。
1 中國(guó)半導(dǎo)體制造材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
在中國(guó)國(guó)家政策支持下，大基金和地方資本長(zhǎng)期持續(xù)投入，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，官方目標(biāo)是以「制造」帶動(dòng)上下游全產(chǎn)業(yè)鏈共同進(jìn)步，在此過程中，需要不斷完善和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，掌握核心環(huán)節(jié)重點(diǎn)突破，逐步擺脫核心領(lǐng)域長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的窘境。
半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)品驗(yàn)證周期長(zhǎng)和龍頭壟斷等特點(diǎn)，想要順利打入國(guó)際一線客戶廠商將非常困難，一般芯片生產(chǎn)商在成功認(rèn)證材料商后，很少會(huì)更換供應(yīng)商，例如全球前六大硅晶圓廠商幾乎供應(yīng)全球90%以上的硅晶圓，中國(guó)集成電路硅晶圓基本上全部依賴進(jìn)口。
中國(guó)半導(dǎo)體材料廠商要想盡快打入市場(chǎng)，不僅要加強(qiáng)研發(fā)和拿出高質(zhì)量產(chǎn)品，還要在政府的支持和協(xié)調(diào)下，優(yōu)先從當(dāng)?shù)匦酒圃鞆S商著手，完成在當(dāng)?shù)刂髁餍酒a(chǎn)廠商的成功認(rèn)證，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)以中國(guó)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)口。
對(duì)內(nèi)資源重整是中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展重要趨勢(shì)，綜觀中國(guó)半導(dǎo)體材料廠商，對(duì)應(yīng)下游產(chǎn)品普遍傾向中低階，且分布繁雜分散，即便在中低階材料供應(yīng)上，內(nèi)部也容易出現(xiàn)惡性競(jìng)爭(zhēng)；而不僅在核心材料如光阻、硅晶圓片與光罩等材料上，落后于世界先進(jìn)水平，在常用試劑材料上，也僅有少數(shù)廠商能達(dá)到下游一線廠商的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。
目前中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)擁有良好的發(fā)展機(jī)會(huì)，政策和資金的大力支持吸引大批廠商集中參與，很多廠商紛紛表明進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)的決心，如許多中小型的太陽能電池板廠商紛紛表示要進(jìn)軍電子級(jí)硅晶圓片產(chǎn)業(yè)，但電子級(jí)硅晶圓材料比電池用硅晶圓純度高出好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，兩者并不在同一個(gè)技術(shù)水平，況且太陽能電池板廠商下游與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈相差甚遠(yuǎn)，所有的使用者關(guān)系需重新建立，也不利于后期產(chǎn)品的認(rèn)證和銷售。
這些問題都需要半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)集中優(yōu)勢(shì)資源，針對(duì)各類別半導(dǎo)體材料，以一部分大廠為首，進(jìn)行資源再整合。
2 中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
現(xiàn)階段政府政策積極引導(dǎo)，大基金和地方資本支撐，為中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)解決前期資金問題，但錢不一定能買來技術(shù)、人才與市場(chǎng)，因此后期中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)將面對(duì)更多來自技術(shù)、人才與客戶認(rèn)證等方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
技術(shù)挑戰(zhàn)
目前中國(guó)半導(dǎo)體材料技術(shù)方面，挑戰(zhàn)主要集中在大硅晶圓、光阻與光罩材料等領(lǐng)域。
在硅晶圓方面，中國(guó)主要生產(chǎn)的是6吋硅晶圓，8吋自給率不到20%，12吋硅晶圓以上海新升半導(dǎo)體為首，正處于客戶驗(yàn)證階段，技術(shù)水平和產(chǎn)品穩(wěn)定性仍面臨嚴(yán)格考驗(yàn)；
光阻中國(guó)產(chǎn)廠商北京科華(合資)和蘇州瑞紅的產(chǎn)品多應(yīng)用于LED、面板及部分8吋Fab等中低階領(lǐng)域；
全球光罩基材基本由日本廠商壟斷，Photronic、大日本印刷株式會(huì)社與凸版印刷3家的全球市占率達(dá)80%以上。
事實(shí)上，材料產(chǎn)業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)專利技術(shù)早已被國(guó)際大廠壟斷，而基礎(chǔ)專利又是材料產(chǎn)業(yè)必備要素，同時(shí)國(guó)外廠商又不愿將專利出售給中國(guó)，因此在基礎(chǔ)專利瓶頸的突破上進(jìn)度緩慢。
人才挑戰(zhàn)
突破技術(shù)的關(guān)鍵在于人才。近期關(guān)于中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)人才短缺和人才挖角有諸多討論，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2020年中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)中高階人才缺口將突破10萬人，中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)多年來發(fā)展緩慢，與其人才儲(chǔ)備嚴(yán)重不足息息相關(guān)。目前政府已為半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)清除政策和資金障礙，下一步將著重解決人才引進(jìn)和人才培養(yǎng)方面的問題。
認(rèn)證挑戰(zhàn)
與半導(dǎo)體材料認(rèn)證緊密相連的就是產(chǎn)品良率，良率好壞決定代工廠直接競(jìng)爭(zhēng)力，因此各中下游代工制造廠商對(duì)上游材料的認(rèn)證非常嚴(yán)格，某些關(guān)鍵材料的認(rèn)證周期可長(zhǎng)達(dá)2年甚至更久。
一旦認(rèn)證成功，制造廠商和上游材料廠商將緊緊綁定在一起，只要上游材料商保證供應(yīng)材料的持續(xù)穩(wěn)定性，中端制造商將不會(huì)冒險(xiǎn)考慮更換供應(yīng)商，如今中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，如何成功嵌入客戶供應(yīng)鏈將是未來面對(duì)的一大難題，在此期間，如果政府出面對(duì)合作廠商進(jìn)行協(xié)調(diào)，將有助于加速半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)取得當(dāng)?shù)貜S商的認(rèn)證。
3 小結(jié)
中國(guó)當(dāng)?shù)匕雽?dǎo)體材料產(chǎn)品多偏向應(yīng)用于LED、面板等中低階應(yīng)用，用于集成電路生產(chǎn)的材料依然以進(jìn)口為主，中國(guó)生產(chǎn)替代空間非常龐大。未來隨著多條中國(guó)新建晶圓制造產(chǎn)線陸續(xù)投產(chǎn)，預(yù)計(jì)2018年將為中國(guó)當(dāng)?shù)匕雽?dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新契機(jī)。
未來中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)將從兩方面同步進(jìn)行：
集中優(yōu)勢(shì)資源，針對(duì)各類別半導(dǎo)體材料，以一部分大廠為首，進(jìn)行資源再整合；
建立完善的半導(dǎo)體材料體系，加快核心材料的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)國(guó)產(chǎn)替代。
中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)雖然克服了政策和資金的障礙，但仍面對(duì)來自技術(shù)、人才與客戶認(rèn)證等方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
未來產(chǎn)業(yè)將著重解決以下問題：基礎(chǔ)專利瓶頸突破進(jìn)展緩慢、半導(dǎo)體材料人才儲(chǔ)備和培養(yǎng)嚴(yán)重不足、聯(lián)合政府協(xié)調(diào)作用，以及率先突破當(dāng)?shù)卣J(rèn)證關(guān)卡。
目前中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)雖然比較薄弱，關(guān)鍵材料仍以進(jìn)口為主，但隨著政府政策大力支持和大基金對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)投入，已出現(xiàn)頗具實(shí)力的廠商，在積極投入研發(fā)創(chuàng)新下，各自開發(fā)的產(chǎn)品已初見成效，現(xiàn)已成為中國(guó)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的中堅(jiān)力量。
因?yàn)橹瞥叹?xì)度要求(技術(shù)規(guī)格)和影響(制造材料的影響會(huì)直接反映在芯片表現(xiàn)上，有些中低階應(yīng)用的封測(cè)材料和芯片的直接表現(xiàn)影響較小)，半導(dǎo)體制造材料面對(duì)的是比封測(cè)材料更高的進(jìn)入障礙(由于制程復(fù)雜度的差異，相較于封測(cè)材料，材料進(jìn)入晶圓制造產(chǎn)線評(píng)估的難度較高，且接受度略低)，這也使得同樣是進(jìn)口替代。
目前中國(guó)推廣的項(xiàng)目主要集中在裸晶(Starting Materials)、光阻(從LED放量)與靶材(后段金屬制程)等產(chǎn)值大，且較易獨(dú)立評(píng)估技術(shù)指標(biāo)的產(chǎn)品。由此可知，中國(guó)半導(dǎo)體晶圓制造相關(guān)材料產(chǎn)業(yè)需要獲得更多支援，才能提高產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
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