半導體材料:集成電路產業的基石

據國家工商信用繫系統信息顯示,上海集成電路裝備材料產業創新中心有限公司4月10日成立,第一大股東上海集成電路研發中心有限公司佔比58.82%。

此外,上海硅產業集團股份有限公司、江蘇南大光電材料股份有限公司、瀋陽芯源微電子設備股份有限公司、上海至純潔淨系統科技股份有限公司、北方華創科技集團股份有限公司、上海微電子裝備(集團)股份有限公司、華海清科股份有限公司均持股5.88%。

經營範圍顯示,此次新成立的公司主營集成電路設計,集成電路芯片及產品銷售等,具體業務仍然不明確,而在國家大基金二期即將正式運作的當下,國內半導體行業投資將迎來一波新的高潮。

實際上,自2月14日再融資新規發佈之後,A股湧現一大批定增案例,其中半導體行業動作最為明顯。例如三安光電計劃募資70億,中環股份募資50億,通富微電、兆易創新超40億。趨勢上來看,在5G、光學創新、貿易摩擦以及疫情使得全球供應鏈受阻等多重影響下,國內芯片加速替代進程正在不斷加快,預計相關產業鏈,尤其是半導體材料行業將率先受益。

目前,全球半導體產業鏈正在向中國大陸轉移。產業鏈的轉移,帶動了對上游相關新材料的發展,並日益催生了國內半導體材料自主化需求。

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半導體材料:集成電路產業的基石

在半導體產業中,材料和設備是基石,是推動集成電路技術創新的引擎。半導體材料在產業鏈中處於上游環節,和半導體設備一樣,也是芯片製造的支撐性行業,所有的製造和封測工藝都會用到不同的半導體材料。

半導體材料一般均具有技術門檻高、客戶認證週期長、供應鏈上下游聯繫緊密、行業集中度高、技術門檻高和產品更新換代快的特點,目前高端產品市場份額多為海外企業壟斷,國產化率較低,寡頭壟斷格局一定程度制約了國內企業快速發展。

半導體材料:集成電路產業的基石

2019年全球半導體材料市場營收下滑顯著,但下降幅度低於整體半導體產業。據中國電子材料行業協會統計,2019年全球半導體材料整體市場營收483.6億美元(約合人民幣3430.7億元),同比2018年的519.4億美元下降6.89%。

從材料的區域市場分佈來看,中國臺灣地區是半導體材料最大區域市場,2019年市場規模達114.69億美元;韓國市場規模76.12億美元,中國大 陸市場規模81.90億美元(約合人民幣581.5億元)為全球第三大半導體材料區域。

半導體材料:集成電路產業的基石

從晶圓製造材料與封裝材料來看,2019年全球半導體晶圓製造材料市場規模293.19億美元,同比2018年的321.56億美元下降8.82%;2019年全球半導體晶圓封裝材料市場規模190.41億美元,同比2018年的197.43億美元下降3.56%。

半導體材料細分行業多,芯片製造工序中各單項工藝均配套相應材料。

按應用環節劃分,半導體材料主要可分為製造材料和封裝材料。在晶圓製造材料中,硅片及硅基材料佔比最高,約佔31%,其次依次為光掩模板14%,電子氣體14%,光刻膠及其配套試劑12%,CMP拋光材料7%,靶材3%,以及其他材料佔13%。

在半導體封裝材料中,封裝基板佔比最高,佔40%。其次依次為引線框架15%、鍵合絲15%、包封材料13%、陶瓷基板11%、芯片粘合材料4%、以及其他封裝材料2%。封裝材料中的基板的作用是保護芯片、物理支撐、連接芯片與電路板、散熱。陶瓷封裝體用於絕緣打包。包封樹脂粘接封裝載體、同時起到絕緣、保護作用。芯片粘貼材料用於粘結芯片與電路板。

半導體材料中前端材料市場增速遠高於後端材料,前端材料的增長歸功於各種前端技術的積極使用,如極紫外(EUV)曝光,原子層沉積(ALD)和等離子體化學氣相沉積(PECVD)等。

半導體材料:集成電路產業的基石

製造材料中的硅片是晶圓製造的基底材料,貫穿整個晶圓製造過程。晶圓製造是半導體產業中重要一環,生產過程中會涉及多種材料。根據細分產品銷售情況,2018年硅片佔晶圓製造材料市場比值為38%,比重為相關材料市場第一位。雖然半導體材料已經發展到第三代,但由於製備工藝、後續加工及原料來源等因素影響,硅材料依然是主流半導體材料。

半導體硅片的尺寸(以直徑計算)主要有100mm(4英寸)及以下、150mm(6英寸)、200mm(8英寸)、300mm(12英寸)與450mm(18英寸)等規格。半導體硅片的直徑越大,在單片硅片上可製造的芯片數量就越多,單位芯片的成本隨之降低。半導體硅片正在不斷向大尺寸的方向發展。

硅片是製造半導體芯片最重要的基本材料,是以單晶硅為材料製造的片狀物體,在半導體硅片上可佈設晶體管及多層互聯線,使之成為具有特定功能的集成電路或半導體器件產品。

隨著晶圓製造產業逐漸往國內轉移,國內晶圓製造材料企業在面臨挑戰的同時也迎來重大機遇。

半導體材料:集成電路產業的基石

濺射靶材是芯片中製備薄膜的元素級材料,通過磁控進行精準放置。高純濺射靶材包括鋁靶、鈦靶、鉭靶、鎢鈦靶等,這些產品主要應用於超大規模集成電路芯片、液晶面板、薄膜太陽能電池製造的物理氣相沉積(PVD)工藝。

5G時代到來,需求進一步釋放,靶材行業或 將迎來高速發展,其中預計2023年僅5G智能手機設備更新的對靶材的需求為9.56億美金,所有設備更迭將產生18.7億美金的市場空間。

在濺射靶材領域,美國、日本企業佔據全球市場主要份額。濺射靶材是典型的高技術壁壘行業,由於靶材起源發展於國外,高端產品被以美日為代表的國外企業所壟斷。日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯、住友化學、愛發科等佔據全球靶材市場主要份額。

國內濺射靶材行業雖然起步晚,但在國家政策和資金的支持下,目前已有個別龍頭企業在某些細分領域突破國外壟斷,依靠價格優勢在國內靶材市場佔有一定份額。

國內濺射靶材企業主要有江豐電子、阿石創、有研新材等。其中,江豐電子的超高純金屬濺射靶材產品已應用於世界著名半導體廠商的先端製造工藝,在7納米技術節點實現批量供貨。

半導體材料:集成電路產業的基石

光刻膠是將掩模版上的圖形轉移到硅片上的關鍵材料。光刻膠基於應用領域不同一般可以分為半導體集成電路(IC)光刻膠、PCB光刻膠以及LCD光刻膠三個大類。根據中國產業信息網數據顯示,全球光刻膠市場仍主要被日本合成橡膠、東京日化(TOK)、羅門哈斯、信越化學、富士電子材料等化工寡頭壟斷,行業前七大廠商合計市佔率達97.9%,行業高度集中。目前國內集成電路用i線光刻膠國產化率10%左右,集成電路用KrF光刻膠國產化率不足1%,ArF乾式光刻膠、ArFi光刻膠全部依賴進口。

我國光刻膠及配套化學品的研究始於20世紀70年代,但目前我國在該行業與國際先進水平相比有較大差距,造成差距主要原因系:一方面,高端光刻膠樹脂合成及光敏劑合成技術與國際水平相比還有一定距離;另一方面,高端光刻膠的研究需要匹配昂貴的曝光機和檢測設備,遠遠超出一般科研單位所能承受的範圍。目前,國內高端光刻膠產品尚需依賴進口。

半導體材料:集成電路產業的基石

CMP拋光液和拋光墊,通過化學反應與物理研磨實現大面積平坦化。在拋光墊方面,全球市場幾乎被美國陶氏所壟斷,陶氏佔據了全球拋光墊市場約79%的市場份額。國外其他拋光墊生產商有美國的Cabot Microelectronics、日本東麗、臺灣三方化學等。目前國內從事拋光墊材料生產研究的只有兩家企業:鼎龍股份和江豐電子。

電子氣體的作用是氧化,還原和除雜。根據SEMI數據,2018年全球半導體電子特氣市場規模約45.1億美元。空氣化工集團、液化空氣集團、大陽日酸株式會社、普萊克斯集團、林德集團等國外氣體公司的市場佔比超過80%。以華特股份為代表的國內氣體公司通過多年持續的研發和投入,已陸續實現IC用高純二氧化碳、高純六氟乙烷、光刻氣等多個產品的進口替代。

半導體材料:集成電路產業的基石

近年來我國半導體材料的整體國產化率仍然處於比較低水平,隨著國內企業工藝技術的不斷改進、專利佈局逐漸完善,以及本土先進製程推進以及存儲基地擴產,對半導體材料需求將逐年提升。半導體材料將受到整個行業上升趨勢的推動,國產化替代市場空間巨大。


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