企业级电商平台提供商,为企业级商家提供电商平台搭建及解决方案服务

全国热线:4008-868-127

2020年半导体原材料行业深度剖析(上)

2020-10-22 1888
分类: 电商动态

根据 SEMI 预测,2019 年硅片、电子气体、光掩膜、光 刻胶配套化学品的销售额分别为 123.7 亿美元、43.7 亿美元、41.5 亿美元、22.8 亿美元, 分别占全球半导体制造材料行业 37.29%、13.17%、12.51%、6.87%的市场份额。

根据 SEMI 预测,2019 年硅片、电子气体、光掩膜、光 刻胶配套化学品的销售额分别为 123.7 亿美元、43.7 亿美元、41.5 亿美元、22.8 亿美元, 分别占全球半导体制造材料行业 37.29%、13.17%、12.51%、6.87%的市场份额。

半导体原材料产业链海内外发展状况

半导体材料位于半导体产业链的最上游

半导体行业具有技术难度高、投资规模大、产业链环节长、产品种类多、更新迭代快、下 游应用广泛的特点,产业链呈垂直化分工格局。半导体制造产业链包含设计、制造和封装 测试环节,半导体材料和设备属于芯片制造、封测的支撑性行业,位于产业链最上游。

半导体产品的加工过程主要包括晶圆制造(前道)和封装(后道)测试,随着先进封装技 术的渗透,出现介于晶圆制造和封装之间的加工环节,称为中道。由于半导体产品的加工 工序多,所以在制造过程中需要大量的半导体设备和材料。我们主要以最为复杂的晶圆制 造(前道)工艺为例,说明制造过程的所需要的材料。

2020年半导体原材料行业深度剖析(上)

晶圆生产线可以分成 7 个独立的生产区域:扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛 光(CMP)、金属化。每个独立生产区域中所用到的半导体材料都不尽相同。

细分种类众多,单品类集中度高

2009 年,制造材 料市场规模与封测材料市场规模相当,从此至今,制造材料市场规模增速一直高于封测材 料市场增速。经过近十年发展,制造材料市场规模已达封测材料市场规模的 1.62 倍。

2020年半导体原材料行业深度剖析(上)

半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品、抛光材料、光刻 胶、湿法化学品与溅射靶材等。根据 SEMI 预测,2019 年硅片、电子气体、光掩膜、光 刻胶配套化学品的销售额分别为 123.7 亿美元、43.7 亿美元、41.5 亿美元、22.8 亿美元, 分别占全球半导体制造材料行业 37.29%、13.17%、12.51%、6.87%的市场份额。其中, 半导体硅片占比最高,为半导体制造的核心材料。

2020年半导体原材料行业深度剖析(上)

转向区域市场方面,根据 SEMI 统计数据,台湾凭借其庞大的代工厂和先进的封装基地, 以 114 亿美元连续第九年成为半导体材料的最大消费地区。韩国位列第二,中国大陆位列 第三。韩国,欧洲,中国台湾和中国大陆的材料市场销售额增长较为强劲,而北美,世界 其他地区和日本市场则实现了个位数的增长。(其他地区被定义为新加坡,马来西亚,菲律宾,东南亚其他地区和较小的全球市场。)

半导体材料市场处于寡头垄断局面,国内产业规模非常小。相比同为产业链上游的半导体 设备市场,半导体材料市场更细分,单一产品的市场空间很小,所以少有纯粹的半导体材 料公司。半导体材料往往只是某些大型材料厂商的一小块业务,例如陶氏化学公司(The DOW Chemical Company),杜邦,三菱化学,住友化学等公司,半导体材料业务只是其 电子材料事业部下面的一个分支。尽管如此,由于半导体工艺对材料的严格要求,就单一 半导体化学品而言,仅有少数几家供应商可以提供产品。以半导体硅片市场为例,全球半 导体硅片市场集中度较高,产品主要集中在日本、韩国、德国和中国台湾等发达国家和地 区,中国大陆厂商的生产规模普遍偏小。

2018年前五大硅片供应商日本信越化学株式会社、株式会社 SUMCO、德国Siltronic AG、 台湾环球晶圆股份有限公司和韩国 SK Siltron Inc.分别占据全球市场份额的 29%、 25%、 15%、14%和 10%,产值合计占据超过 93%的市场份额。在中国大陆,仅有上海硅产业 集团、中环股份、金瑞泓等少数几家企业具备 8 英寸半导体硅片的生产能力,而 12 英寸 半导体硅片主要依靠进口,自主率非常低。除硅片市场具有寡头垄断特征外,其他原材料 市场亦是如此,我们将于后文进一步阐述。

综合来看,我国半导体材料产业链正历经从无到有、从弱到强的重大变革,也必将为引发 历史性的投资机遇,下文我们将对硅片、电子特种气体、掩膜版、抛光材料、光刻胶、湿 法化学品等做逐一分析。

硅片:市场规模最大的半导体原材料

衬底是具有特定晶面和适当电学,光学和机械特性的用于生长外延层的洁净单晶薄片,按 照演进过程可分为三代:以硅、锗等元素半导体材料为代表的第一代,奠定微电子产业基 础;以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等化合物材料为代表的第二代,奠定信息产业基 础;以及以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等宽禁带半导体材料为代表的第三代,支撑 战略性新兴产业的发展。

硅在地壳中占比约 27%,是除了氧元素之外第二丰富的元素,硅元素以二氧化硅和硅酸盐 的形式大量存在于沙子、岩石、矿物中,储量丰富并且易于取得。通常将 95-99%纯度的 硅称为工业硅。沙子、矿石中的二氧化硅经过纯化,可制成纯度 98%以上的硅;高纯度硅 经过进一步提纯变为纯度达 99.9999999%至 99.999999999% (9-11 个 9)的超纯多晶硅; 超纯多晶硅在石英坩埚中熔化,并掺入硼(P)、磷(B)等元素改变其导电能力,放入籽 晶确定晶向,经过单晶生长,制成具有特定电性功能的单晶硅锭。

熔体的温度、提拉速度和籽晶/石英坩埚的旋转速度决定了单晶硅锭的尺寸和晶体质量,而 熔体中的硼(P)、磷(B)等杂质元素的浓度决定了单晶硅锭的电特性。单晶硅锭经过切 片、研磨、蚀刻、抛光、外延、键合、清洗等工艺步骤,制造成为半导体硅片。在半导体 硅片上可布设晶体管及多层互联线,使之成为具有特定功能的集成电路或半导体器件产品。在生产环节中,半导体硅片需要尽可能地减少晶体缺陷,保持极高的平整度与表面洁净度, 以保证集成电路或半导体器件的可靠性。

硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料。根据 SEMI 统计数据,从半导 体器件产值来看,2017 年全球 95%以上的半导体器件和 99%以上的集成电路采用硅作为 衬底材料,而化合物半导体市场占比在 5%以内。从衬底市场规模看,2017 年硅衬底年销 售额 87 亿美元,GaAs 衬底年销售额约 8 亿美元,GaN 衬底年销售额约 1 亿美元,SiC 衬底年销售额约 3 亿美元。硅衬底销售额占比达 85%以上,其主导和核心地位仍不会动摇。

半导体产业链的最上游是硅片制造厂,硅片是生产半导体所用的载体,是半导体最重要的 上游原材料。

硅片市场空间巨大,12 英寸硅片市占率快速提升

2017 年以来,受益于半导体终端市场需求强劲,下游传统应用领域计算机、移动通信、 固态硬盘、工业电子市场持续增长,新兴应用领域如人工智能、区块链、物联网、汽车电 子的快速发展,半导体硅片市场规模不断增长,并于 2018 年突破百亿美元大关。根据 SEMI 统计数据,2016 年至 2018 年,全球半导体硅片销售金额从 72.09 亿美元增长至 114 亿美 元,CAGR 达 25.75%。与此同时,2016 至 2018 年,全球半导体硅片出货面积从 107.38 亿平方英寸增长至 127.32 亿平方英寸,CAGR 达 8.89%。

根据 SEMI 统计数据,就当前市场占有率最高的 8 英寸硅片和 12 英寸硅片而言:2011 年 开始,8 英寸硅片市场占有率稳定在 25%-27%。2016 年至 2017 年,由于汽车电子、智 能手机用指纹芯片、液晶显示器市场需求快速增长,8 英寸硅片出货面积随之快速增长, 同比增长 14.68%。2018 年,受益于汽车电子、工业电子、物联网等应用领域的强劲需求, 以及功率器件、传感器等生产商将部分产能从 150mm 转移至 200mm,8 英寸硅片继续保 持 6.25%的增长。

12 英寸硅片方面,自 2000 年全球第一条 12 英寸芯片制造生产线建成以来,12 英寸硅片 市场需求迅速增加,出货面积不断上升。2008 年,12 英寸硅片出货量首次超过 8 英寸硅 片;2009 年,12 英寸硅片出货面积超过其他尺寸硅片出货面积之和。2000 年至 2018 年, 由于移动通信、计算机等终端市场持续快速发展,12 英寸硅片市场份额从 1.69%大幅提 升至 2018 年的 63.31%,成为硅片市场最主流的产品。2016 至 2018 年,由于人工智能、 区块链、云计算等新兴终端市场的蓬勃发展,12 英寸硅片继续保持强劲增长态势,年均 复合增长率为 7.51%。

转向国内市场,2008 年至 2013 年,中国大陆硅片市场发展趋势与全球硅片市场一致。2014 年起,随着中国各半导体制造生产线投产、制造技术的不断进步与终端产品市场的飞速发 展,中国大陆半导体硅片市场步入了飞跃式发展阶段。根据 SEMI 统计数据,2016 年至 2018 年,中国大陆半导体硅片销售额从 5.00 亿美元上升至 9.96 亿美元,年均复合增长 率高达 41.17%,远高于同期全球增速。

产能逐步释放,12 英寸硅片仍供不应求

半导体器件大部分是由中游的晶圆代工厂生产,代工厂的产量及稼动率代表了对上游半导 体硅片的需求量。根据 SUMCO 数据,未来 3-5 年内全球 12 寸硅片的供给和需求依旧存 在缺口,并且缺口会随着半导体周期的景气程度回暖而越来越大,到 2022 年将会有 100 万片/月的缺口。

2020年半导体原材料行业深度剖析(上)

根据 IC insights 提供的数据,前八大晶圆制造厂中有台积电、联电和力晶来自中国台湾地 区,格罗方德(Global Foundry)来自美国,三星来自韩国,中芯国际和华虹宏力来自中 国大陆,Towerjazz 来自以色列。在周期景气及 28nm 工艺演进到 7nm 工艺的情况下,各 大代工厂纷纷扩产,产能已经开始逐步释放。其中国内新增 26 条晶圆线,有 4 个 8 英寸 产线,其余均为 12 英寸产线,产能将在 2019 年起逐步释放。

硅片生产线的建设周期一般为 2-3 年,且收回投资成本时间较长,投资回收期约为 6-7 年, 在未来的一段时间内大硅片产能不具备快速提升的基础,在需求快速增长的同时,大尺寸 硅片市场将出现供不应求的局面。根据 SUMCO 和 SEMI 的统计,2017 年全球 8 英寸和 12 英寸硅片的需求分别为 558 万片/月和 557 万片/月,8 英寸和 12 英寸硅片的出货量分 别为 530 万片/月和 550 万片/月,硅片厂商在满产的状态下仍不能满足需求。保守预计到 2020 年 8 英寸和 12 英寸的终端市场需求量将分别超过 630 万片/月和 620 万片/月。

12 英寸硅片自给率低,未来有望实现国产替换

根据电子行业协会统计,2016 年中国大陆企业在 4-6 英寸硅片(含抛光片、外延片等) 的产量约为 5200 万片,基本可以满足国内 4-6 英寸的晶圆需求。但是 8 英寸-12 英寸的 大硅片,国内自供率仍然比较低。国内具有8英寸硅片和外延片生产能力的有浙江金瑞泓、 昆山中辰、北京有研新材、南京国盛、CECT46 所以及上海新傲,合计月产能为 23.3 万 片/月。2018 年国内对 8 英寸硅片的月需求量预计为 80 万片,仍有较大的缺口。目前国 内 8 英寸硅片主要适用于分立器件,但先进制程的集成电路用 8 英寸硅片的产业化技术尚 有待改善。

12 英寸硅片则一直依赖于进口,2018 年国内的总需求量为 50 万片/月,预计到 2018 年 后总需求量为 110-130 万片/月。目前国内在制作大硅片的超纯硅原料、单晶炉、切磨抛 设备、检测设备等领域均依赖于进口。近年来,我国在 8 英寸和 12 英寸集成电路级硅片 的研发上取得了重大突破,国家在政策和资本等各方面给予大力支持,中国本土企业在市 场、政策、资金的推动下开始快速发展,未来有望逐步实现国产替代。

由此可见,国内新增 fab 产能对半导体大硅片的需求非常强劲。但无奈国内自给率非常低, 大部分依赖海外进口,上海硅产业集团的半导体大硅片未来进口替代空间巨大。上海硅产 业集团未来业绩主要驱动力为国内新增 fab 产能的增加及公司自身技术的提升。

电子特气:衡量半导体技术的核心产品

电子特气应用于 IC 制造多个环节

气体是工业经济发展的血液,覆盖社会生产的各个领域,牵动着科学技术的发展。电子气 体是指用于半导体及其它电子产品生产的气体。与传统的工业气体相比,电子气体特殊在 气体的纯净度要求极高,所以也称为电子特种气体。特种气体是随着电子行业的兴起而在 工业气体门类下逐步细分发展起来的新兴产业,广泛应用于集成电路、显示面板、光伏能 源、光纤光缆、新能源汽车、航空航天、环保、医疗等领域。中国电子气体的发展对我国 半导体芯片产业的发展起着至关重要的作用,也直接关系到国民经济发展和国家战略安全。

电子气体在多个集成电路制造环节具有重要作用,尤其在半导体薄膜沉积环节发挥不可取 代的作用,是形成薄膜的主要原材料之一。

电子特种气体种类多,应用领域广泛。根据 SEMI 统计数据,电子特种气体在半导体整个 制程应用中成本占比仅为 5%~6%,但是由于其品种繁多,在半导体制程工艺中覆盖广泛, 因此成为衡量半导体技术的核心产品。在制备特种气体供应环节所涉及的市场依然是国内 外公司积极布局的方向。

特种气体分类及生产工序

特种气体的分类方式很多种,例如按照气体本身化学成分可分为:硅系、砷系、磷系、硼 系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类。按照在集成电路中的作用可分为掺杂气体、 外延气体、离子注入气体、发光二极管用气体、刻蚀气体、化学气相沉积(CVD)用气体、 载运稀释气体七类。同时,以上分类存在交叉,例如四氯化硅(SiCl4)既属于硅系气体, 又属于外延气体,同时在化学气相沉积(CVD)中也存在应用。

特种气体的主要生产工序包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气 体分析检测。气体合成是将原料在特定压力、温度、催化剂等条件下,通过化学反应得到 气体粗产品。气体纯化是通过精馏、吸附等方式将粗产品精制成更高纯度的产品。

气体混 配是将两种或两种以上有效组分气体按照特定比例混合,得到多组分均匀分布的混合气体。气瓶处理是根据载气性质及需求的不同,对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理的过程, 以保证气体存储、运输过程中产品的稳定。气体充装是指通过压力差将气体充入气瓶等压 力容器;气体分析检测即为对气体的成分进行分析、检测的过程。

在上图所示工序中,特种气体提纯是制备工艺的核心技术壁垒。特种气体纯度的提高,能 够有效提高电子器件生产的良率和性能。电子特气中水汽、氧等杂质组易使半导体表面生 成氧化膜,影响电子器件的使用寿命,含有的颗粒杂质会造成半导体短路及线路损坏。而 伴随半导体工业的不断发展,产品的生产精度越来越高。以集成电路制造为例,其电路线宽已经从最初的毫米级,到微米级甚至纳米级,对应用于半导体生产的电子特气纯度亦提 出了更高的要求。

电子特气纯度提升的影响因素较多,难度较大。电子特气纯度提升的影响因素较多,主要包括三个方面:

1) 气体的分离和提纯。电子特气的分离和提纯方法原理上可分为精馏分离、分子筛吸附 分离以及膜分离三大类,在实际提纯分离过程中,为了达到更好的分离效率,往往会 利用多种分离方法进行组合,工艺更为复杂。

2)气体杂质检测和监控。随着电子特气的纯度越来越高,对分析检测方法和仪器提出了 更高的要求,检测限从最早的 ppm 级已经发展到 ppt 级。目前国外电子气体的分析己经 经历了离线分析、在线分析(on-line),原位分析(insitu)等几个阶段。对于高纯度电子气体 的分析,国外已开发出系统完整的分析测试方法和现场分析仪器。而由于我国电子特气行 业一直重生产而轻检测,因此分析方法和分析仪器同国外厂商相比都比较落后。

3)气体的运输和储存。高纯电子特气得来不易,在储存和运输过程中要求使用高质量的 气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口,确保避免二次污染。而我国 加工工艺整体落后以及不符合国际规范,市场主要被国外公司占据。国内电子特气纯度仍 有待提升。目前国外电子特气的纯度一般在 6 个“9”(即 99.9999%),而国内多在 4—5 个“9”之间,少数能达到 6 个“9”。

电子特气市场空间广阔,国外垄断格局明显

外企垄断市场,特气国产化势在必行

国内特种气体于 20 世纪 80 年代随着国内电子行业的兴起而逐步发展,并且随着医疗、食 品、环保等行业的发展应用领域和产品种类不断丰富,由于技术、工艺、设备等多方面差 距明显,发展初期特种气体产品基本依赖进口。

根据卓创资讯数据,随着技术的逐步突破,国内气体公司在电光源气体、激光气体、消毒 气等领域发展迅速,但与国外气体公司相比,大部分国内气体公司的供应产品仍较为单一, 用气级别不高,尤其在集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆等高端领域,2017 年 空气化工集团、液化空气集团、大阳日酸株式会社、普莱克斯集团、林德集团等国外气体 公司的市场占比超过 80%,空气化工集团、液化空气集团、大阳日酸株式会社、普莱克斯 集团、林德集团分别占比 25%、23%、17%、16%、7%,国内气体公司仅占 12%。

自 20 世纪 80 年代中期特种气体导入中国市场,中国的特种气体行业已经经过了 30 年的 发展和沉淀,随着不断的经验积累和技术进步,业内领先企业已在部分产品上实现突破, 达到国际通行标准,逐步实现了进口替代,特种气体国产化具备了客观条件。

在需求层面, 国内近年连续建设了多条 8 寸、12 寸大规模集成电路生产线、高世代面板生产线等,为 保障供货稳定、服务及时、控制成本等,特种气体国产化的需求迫切。此外,近年来国家 相继发布《“十三五”国家战略新兴产业发展规划》、《新材料产业指南》等指导性文件, 旨在推动包括特种气体在内的关键材料国产化。因此,在技术进步、需求拉动、政策刺激 等多重因素的影响下,特种气体国产化势在必行。

 

文章来源:行业研究报告 ;

【数商云www.shushangyun.com】致力于提供企业级的电商平台服务,长期为大中型企业打造数据化、商业化、智能化的网上商城系统解决方案,同时我们还提供B2B电子商务网站、B2B2C多用户商城系统、B2C电子商务系统、跨境进口电商平台、供应商管理系统、新零售电商平台、直播电商系统等一系列系统定制开发服务。

网站声明:以上内容为数商云电子商务系统网站的原创文章,如需转载,请注明出处,谢谢合作!
评论
剩余-200
发表

填写以下信息, 免费获取方案报价

姓名
手机号码
你的职位
企业名称
开发类型
请选择开发类型
  • B2B电商平台
  • B2C电商平台
  • B2B2C电商平台
  • O2O电商平台
  • 供应链管平台
  • 采购管理平台
  • 供应商管理平台
  • B2B渠道订货平台
  • 其他
  • 需求描述

    请您填写以下信息,马上预约演示

    姓名
    手机号码
    你的职位
    企业名称

    恭喜您的需求提交成功

    尊敬的用户,您好!

    您的需求我们已经收到,我们会为您安排专属电商商务顾问在24小时内(工作日时间)内与您取得联系,请您在此期间保持电话畅通,并且注意接听来自广州区域的来电。
    感谢您的支持!

    console.log();