尋找中國(guó)芯片之王（一）：原材料篇

周迎

當(dāng)前，半導(dǎo)體原材料市場(chǎng)仍是我國(guó)的弱項(xiàng)，未來，核心材料國(guó)產(chǎn)化替代潛力巨大。本文將帶大家了解中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的“種子選手”，他們或?qū)⒊蔀槲磥淼闹袊?guó)芯片之王。

芯片，是中國(guó)經(jīng)濟(jì)乃至國(guó)家戰(zhàn)略的短板。前有華為、中興被制裁，后有中芯國(guó)際購(gòu)買ASML光刻機(jī)被美國(guó)阻撓，種種現(xiàn)實(shí)說明：中國(guó)欲成為真正的世界強(qiáng)國(guó)，必須擁有自己的半導(dǎo)體&集成電路完整產(chǎn)業(yè)鏈。

但芯片產(chǎn)業(yè)鏈綿長(zhǎng)而復(fù)雜，包括上游：原材料、設(shè)備、軟件;中游：設(shè)計(jì)、制造、封裝。就半導(dǎo)體上游原材料而言，義包括制造材料和封裝材料，其中，制造材料市場(chǎng)規(guī)模較大，每年超300億美元，主要分為硅片、CMP材料（拋光材料）、光刻膠、光掩膜版、電子特種氣體、濕電子化學(xué)品、靶材等，但當(dāng)前國(guó)產(chǎn)化率均不超過25%。

原材料一直是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的弱項(xiàng)，隨著國(guó)內(nèi)芯片制造的崛起，核心材料國(guó)產(chǎn)化將進(jìn)人發(fā)展加速期。硅片

制造材料里，要數(shù)硅晶圓市場(chǎng)規(guī)模最大，每年約100億美元，占到半導(dǎo)體材料成本的1/3。

硅廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的生產(chǎn)制造要通過：硅提煉及提純、單品硅生長(zhǎng)、品圓成型的過程，簡(jiǎn)單而言就是從沙子里提出硅來做成硅片。但半導(dǎo)體芯片對(duì)品網(wǎng)的純度要求極高，硅純度要達(dá)到99.999999999%，小數(shù)點(diǎn)后面就有9個(gè)9。

此外，晶圓的尺寸越大越好。直徑越大，在一個(gè)硅片上經(jīng)一次工藝循環(huán)可制作的集成電路芯片數(shù)就越多，每個(gè)芯片的成本也就越低。市場(chǎng)上，晶圓直徑主要有4英寸（lOOmm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）、12英寸（300mm）。其中，12英寸晶圓的市場(chǎng)需求占比超過70%。

但晶圓尺寸越大，對(duì)工藝技術(shù)的要求也就越高。當(dāng)前，中國(guó)企業(yè)生產(chǎn)4英寸、6英寸的晶圓沒有問題，制造8英寸、12英寸的品圓則受到技術(shù)制約。

放眼國(guó)際市場(chǎng)，硅片市場(chǎng)的王者在日本，第一名是日本信越，第二名是三菱住友，兩家日本企業(yè)占據(jù)12英寸晶圓市場(chǎng)50%以上的份額。世界第三則由中國(guó)臺(tái)灣的環(huán)球晶圓占據(jù)，市占率20%左右。

日本企業(yè)在硅片市場(chǎng)表現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)，曾因此決定了“日韓貿(mào)易戰(zhàn)”的走勢(shì)：日本曾單方面停止向韓國(guó)出口硅片，導(dǎo)致后者無工可開。

中國(guó)在硅片市場(chǎng)的處境實(shí)際與韓國(guó)差不多，尤其是大尺寸硅片，絕大多數(shù)都需要進(jìn)口。但是，中國(guó)的硅片生產(chǎn)企業(yè)在艱難的市場(chǎng)環(huán)境中毅然起步，近年來開始呈現(xiàn)出“反攻”的潛質(zhì)。這里有必要提到3家公司。

其一是中環(huán)股份。中環(huán)股份是國(guó)內(nèi)8英寸硅片的最大供應(yīng)商，其8英寸硅片產(chǎn)能超過國(guó)內(nèi)總產(chǎn)能的50%。2019年，中環(huán)股份天津-廠已能小規(guī)模生產(chǎn)12英寸硅片，其通過非公開發(fā)行募資50億元，主要用于8-12英寸硅片的生產(chǎn)擴(kuò)建。

這說明，中環(huán)股份在12英寸硅片的生產(chǎn)技術(shù)上已經(jīng)獲得突破，但生產(chǎn)能力和規(guī)模還有待提升。

其二是剛剛在4月20日科創(chuàng)板上市的滬硅產(chǎn)業(yè)。

滬硅產(chǎn)業(yè)旗下的上海新異，主要攻關(guān)方向就是12英寸硅片的研發(fā)和生產(chǎn)。其在2017年實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，正式投產(chǎn)，2018年成為中國(guó)第一家實(shí)現(xiàn)12英寸硅片量產(chǎn)的企業(yè)，但供貨量相較日本企業(yè)還有較大差距。

值得一提的是，滬硅產(chǎn)業(yè)并非一家真正的實(shí)體企業(yè)，而是一家投資平臺(tái)，其營(yíng)收主要由并購(gòu)的幾家子公司-Okemetic、上海新異、新傲科技，以及控股的法國(guó)硅片廠商Soitec構(gòu)成。

這樣的組合好處是明顯的：在滬硅產(chǎn)業(yè)的子公司里，Okemetic、新傲科技以8英寸硅片的生產(chǎn)為主，技術(shù)和產(chǎn)能較為成熟，屬于盈利部分;上海新異專攻12英寸硅片，技術(shù)和產(chǎn)能都不成熟，屬于虧損部分。用盈利部分“供養(yǎng)”虧損部分，正是滬硅產(chǎn)業(yè)的核心戰(zhàn)略目標(biāo)。當(dāng)然，即便如此組合，滬硅產(chǎn)業(yè)目前一年仍要虧損1億-2億元，可見高端突破戰(zhàn)之慘烈。

其三是目前仍未上市的浙江金瑞泓。

浙江金瑞泓也是在2017年實(shí)現(xiàn)了12英寸硅片的技術(shù)突破，目前仍在產(chǎn)能爬坡的階段。

中環(huán)股份、滬硅產(chǎn)業(yè)、金瑞泓構(gòu)成中國(guó)在硅品同市場(chǎng)的第一梯隊(duì)，整體贏弱但潛力巨大。CMP，材料

晶圓切割而成的硅片，需要經(jīng)過光刻、離子注入等手段，最終制成各種半導(dǎo)體器件。但切割出的硅片，表面粗糙，要先進(jìn)行拋光工藝，以及平坦化處理，以便后續(xù)添加電路特征，制造芯片。

因此，幾乎每一片晶圓在生產(chǎn)過程中都會(huì)經(jīng)歷幾道甚至幾十道的CMP拋光工藝步驟。不同制程的產(chǎn)品需要不同的拋光流程，如28nm制程需要12-13次CMP，進(jìn)入lOnm制程后CMP次數(shù)將達(dá)到25-30次。

CMP材料占芯片制造成本的7%，每年市場(chǎng)規(guī)模約22.5億美元。其中，CMP核L材料主要包括拋光墊、拋光液，占比分別為33%和49%。

首先，就拋光墊市場(chǎng)而言，由于CMP拋光墊具有較高的技術(shù)壁壘，市場(chǎng)幾乎由美國(guó)的陶氏化學(xué)壟斷，市占率接近80%，剩余市場(chǎng)主要由美國(guó)3M、美國(guó)卡博特、日本東麗、中國(guó)臺(tái)灣三方化學(xué)瓜分。

中國(guó)大陸曾經(jīng)甚至沒有生產(chǎn)拋光墊的能力。直到2016年，鼎龍股份獲得技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)拋光墊量產(chǎn)，打破了壟斷。

其次，拋光液市場(chǎng)主要由美國(guó)卡博特、美國(guó)陶氏杜邦、美國(guó)Versum、日本FUJIMI、日本Nitta Haas、韓國(guó)ACE等企業(yè)瓜分。

國(guó)內(nèi)的安集科技率先實(shí)現(xiàn)了拋光液的國(guó)產(chǎn)化，目前市占率接近3%。

光刻膠

光刻膠曾一度是二級(jí)市場(chǎng)的“紅人，受到眾多機(jī)構(gòu)和投資者青睞。但一直以來，光刻膠國(guó)產(chǎn)化率很低，僅為5%。

什么是光刻？光刻是將電路圖形由掩膜版轉(zhuǎn)移到硅片上，為后續(xù)刻蝕工藝做準(zhǔn)備的過程。在整個(gè)芯片制造環(huán)節(jié)中，光刻是耗時(shí)最長(zhǎng)、難度最大的工藝之一。耗費(fèi)時(shí)間約占整個(gè)芯片制造的40%-50%，在芯片制造中，硅片往往要進(jìn)行數(shù)十次的光刻。

而作為光刻過程最重要的耗材一一光刻膠的質(zhì)量和性能，將對(duì)芯片的性能、成品率及可靠性產(chǎn)生關(guān)鍵影響。

2018年，全球半導(dǎo)體光刻膠及光刻膠輔助材料銷售額分別為17.3億美元和22.3億美元，占據(jù)半導(dǎo)體原材料總額的5%和7%。

就全球范圍來看，光刻膠市場(chǎng)幾乎是日本企業(yè)的天下，日本合成橡膠（JSR）、東京應(yīng)化（TOK）、住友化學(xué)、日本信越壟斷前4位。其中，日本的JSR作為全球最大的光刻膠巨頭，市場(chǎng)份額占到30%左右，Intel、三星和臺(tái)積電等都是其主要客戶。

而中國(guó)企業(yè)在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域幾乎沒有生產(chǎn)能力，這一領(lǐng)域長(zhǎng)期處于空白狀態(tài)。隨著國(guó)內(nèi)品圓廠的建設(shè)，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)也將進(jìn)一步擴(kuò)大，未來半導(dǎo)體光刻膠國(guó)產(chǎn)替代潛力巨大。

目前，該市場(chǎng)的中國(guó)選手主要有南大光電、雅克科技、上海新陽等半導(dǎo)體化學(xué)品業(yè)務(wù)開始向半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域拓展的上市公司，以及蘇州瑞紅（晶瑞股份子公司）和北京科華等非上市企業(yè)。

中國(guó)市場(chǎng)誰能從中殺出重圍，短期內(nèi)尚難見到苗頭。

光掩膜版

作為芯片生產(chǎn)制造過程中的核心模具，光掩膜是連接光刻機(jī)和硅片的紐帶，而芯片刻制質(zhì)量也與光掩膜直接相關(guān)。

光掩膜一般也稱光罩，是半導(dǎo)體芯片光刻過程中設(shè)計(jì)圖形的載體。光掩膜所起的作用類似于相片中的底片，由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜圖形，并通過掩膜版在芯片兩面多次顯影，俗稱“曝光”，將圖形轉(zhuǎn)印到產(chǎn)品基板上。

據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，半導(dǎo)體材料中成本占比最高的是硅片，占比32%;而光掩膜版，占比約12%。2018年，全球光掩膜版市場(chǎng)規(guī)模約40.4億美元，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到42億美元。

就全球范圍來看，半導(dǎo)體光掩模市場(chǎng)集中度高，寡頭壟斷嚴(yán)重。該市場(chǎng)長(zhǎng)期由美國(guó)Photronics、日本印刷株式會(huì)社、日本凸版印刷株式會(huì)社三家壟斷，搶占了全球80%以上的市場(chǎng)份額。

而中國(guó)在高端半導(dǎo)體光掩膜版領(lǐng)域的生產(chǎn)能力較弱，“國(guó)內(nèi)誰能率先突破”還不能妄白評(píng)斷。

目前，國(guó)內(nèi)除了晶圓代工廠，如中芯國(guó)際擁有自制掩膜版業(yè)務(wù)外，光掩膜版的制造主要集中在科研院所，包括中科院、中國(guó)電子科技集團(tuán)等，以及少數(shù)已上市專業(yè)掩膜版制造商，如路維光電、清溢光電。但由于技術(shù)壁壘，國(guó)內(nèi)自給率還很低，仍主要依賴進(jìn)口。電子特種氣體

在半導(dǎo)體制造材料中，電子特氣是僅次于硅片和硅基材料的第二大市場(chǎng)需求半導(dǎo)體材料，約占半導(dǎo)體材料成本的13%。2018年，電子特種氣體市場(chǎng)規(guī)模約45.1億美元，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)化率僅12%。

作為電子工業(yè)的關(guān)鍵原料，電子特氣被譽(yù)為電子工業(yè)的“血液”，從芯片生長(zhǎng)到最后器件的封裝，幾乎每一步、每一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開電子氣體。它的純度和潔凈度，將會(huì)直接影響到芯片的質(zhì)量、性能和成品率。

目前，電子特種氣體市場(chǎng)主要由美國(guó)空氣化工、美國(guó)普萊克斯、德國(guó)林德集團(tuán)、法國(guó)液化空氣和日本大陽日酸株式會(huì)社5大氣體公司壟斷。

國(guó)內(nèi)，這一領(lǐng)域的排頭兵當(dāng)屬上市企業(yè)雅克科技，其通過國(guó)際國(guó)內(nèi)并購(gòu)切人這一領(lǐng)域。

2018年6月，雅克科技發(fā)布公告，完成發(fā)行股份購(gòu)買科美特公司90%股權(quán)和江蘇先科公司84.825%的股權(quán)。完成收購(gòu)后，雅克科技持有江蘇先科l00%股權(quán)，而江蘇先科的控股子公司一一韓國(guó)UPChemical就主要從事半導(dǎo)體前驅(qū)體電子特氣的生產(chǎn)、研究與銷售。同時(shí)，科美特的主要產(chǎn)品為六氟化硫和四氟化碳，主要用于電工廠高壓輸配電設(shè)備和半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。因此，雅克科技通過并購(gòu)成功向電子特氣領(lǐng)域拓展。

2019年，雅克科技年度報(bào)告顯示，報(bào)告期內(nèi)公司營(yíng)業(yè)收入18.32億元，同比增長(zhǎng)18.42%;其中電子特種氣體營(yíng)業(yè)收入3.95億元，同比增長(zhǎng)53.82%，占雅克科技總收入約21.57%，毛利率為50.89%。電子特氣成為雅克科技新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。

濕電子化學(xué)品

濕電子化學(xué)品，約占半導(dǎo)體材料成本的7%，全球市場(chǎng)規(guī)模約19億美元。主要分為通用化學(xué)品（義稱超凈高純?cè)噭┖凸δ苄曰瘜W(xué)品（以光刻膠配套試劑為代表），需求量占比分別為88%、12%。

在制造晶圓的過程中，主要使用高純化學(xué)溶劑去清洗顆粒、有機(jī)殘留物、金屬離子、自然氧化層等污染物。

當(dāng)前，全球濕電子化學(xué)品市場(chǎng)呈現(xiàn)三分天下的格局。

第一梯隊(duì)，歐美老牌生產(chǎn)企業(yè)占據(jù)了市場(chǎng)約34%的份額。主要生產(chǎn)企業(yè)包括：德國(guó)巴斯夫，美國(guó)Ashland化學(xué)、Arch化學(xué)、霍尼韋爾公司等。

第二梯隊(duì)，由日本企業(yè)占領(lǐng)，約占全球30%的市場(chǎng)份額。主要生產(chǎn)企業(yè)包括：日本關(guān)東化學(xué)、三菱化學(xué)、京都化工住友化學(xué)等。

第三梯隊(duì)，則由中韓企業(yè)占據(jù)，總體市場(chǎng)份額約35%。如中國(guó)江化微、晶瑞股份、臺(tái)灣聯(lián)仕、鑫林科技，韓國(guó)東友精細(xì)化工等。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)濕電子化學(xué)品的企業(yè)，技術(shù)水平主要集中在6英寸以下.國(guó)產(chǎn)化率達(dá)80%;而8英寸及12英寸硅片需求的高純化學(xué)品基本靠進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化率約為10%。

但也有部分企業(yè)，技術(shù)水平達(dá)到了12英寸及以上標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)能爬坡階段，如品瑞股份、浙江凱圣等。濺射靶材相較于其他豐要半導(dǎo)體制造材料，靶材市場(chǎng)的規(guī)模較小，約為9.7億美元，在整個(gè)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)中的占比約2%左右。

濺射是集成電路制造過程中反復(fù)用到的工藝，而靶材則是濺射'藝中必不可少的重要原材料。

半導(dǎo)體用靶材主要用于晶圓導(dǎo)電層及阻擋層。半導(dǎo)體芯片對(duì)濺射靶材的金屬純度、精度等方面標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛，若雜質(zhì)含量過高，形成的薄膜就無法達(dá)到使用所要求的電性能，且在濺射過程中易在晶圓上形成微粒，導(dǎo)致電路短路或損壞，將嚴(yán)重影響薄膜的性能。

全球靶材市場(chǎng)的研發(fā)和生產(chǎn)主要集中在美國(guó)、日本的公司，霍尼韋爾、日礦金屬、東曹、普萊克斯、住友化學(xué)、愛發(fā)科等企業(yè)占據(jù)了主要市場(chǎng)份額。其中，日礦金屬是全球最大的靶材供應(yīng)商，靶材銷售額約占全球市場(chǎng)的30%;霍尼韋爾在并購(gòu)Johnson Mattey，整合高純鋁、鈦等原材料生產(chǎn)廠后，靶材份額約占全球市場(chǎng)的20%。

雖然中國(guó)半導(dǎo)體靶材起步較晚，但卻是整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)鏈上為數(shù)不多的能夠國(guó)產(chǎn)化的行業(yè)之一。當(dāng)前，該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)廠商主要有：江豐電子、有研新材等。

江豐電子是國(guó)內(nèi)最大的半導(dǎo)體芯片用濺射靶材生產(chǎn)商，在國(guó)產(chǎn)靶材領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)了從O到l的突破，打破了美、日跨國(guó)公司的壟斷格局。其主要客戶為臺(tái)積電、聯(lián)電、中芯國(guó)際、索尼等。

而有研新材子公司有研億金，主要產(chǎn)品為高純金屬靶材等，是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的高純金屬濺射靶材制造企業(yè)。其鈷靶材曾獲得臺(tái)積電驗(yàn)證通過，打破了臺(tái)積電二十年來半導(dǎo)體用鈷靶材沒有第二供應(yīng)商的歷史。

當(dāng)前，半導(dǎo)體原材料市場(chǎng)仍是我國(guó)的弱項(xiàng)。未來，核心材料國(guó)產(chǎn)化替代潛力巨大。

編輯唐亮E-mail： tangliangcq @126.com]