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产业链洞察 | 半导体材料国产化,路在何方?

5GAI产业研习社
2020-04-26 · 11:42
[ 亿欧导读 ] 实现半导体材料国产化替代,技术发展和人才培养是先决条件,把握5G、物联网时代的需求红利是关键机遇,以第二、三代材料作为突破口是战略选择。半导体国产化道路上的每一步,我们任重而道远。
半导体,物联网,半导体,5G基建,华特气体

作者:5GAI产业研习社,图片来自“Unsplash”

编者按:本文系投稿稿件,作者刘惠佳,来源:5GAI产业研习社,版权归原作者所有。

观点:

1、半导体制造材料行业壁垒高,九成以上的市场份额集中在五大硅片制造商,我国在该领域相对薄弱;

2、受《瓦森纳协定》限制以及日本防疫举措影响,我国半导体材料供应将受到制约,国产化进程须加速;

3、把握5G基建物联网普及所带来的市场增量,并将这部分收益转化为大尺寸、先进制程的研发投入,是实现硅片国产化的关键;

4、半导体材料细分领域国产化进程参差不齐,将分梯队,分领域,由各领域龙头企业引领,逐步实现国产化替代;

5、2018年第二、三代半导体材料使用占比仅为5%,在推动化合物半导体使用占比的前提下,可以考虑将化合物半导体材料作为半导体材料国产化替代的另一切入点。

半导体制造材料行业集中度高,国产技术薄弱

 在自然界中存储量丰富的硅元素,具备易开采、性质稳定、容易提纯、成本低等优良特性,21世纪取代锗成为主流的半导体材料。对于硅片制造领域,主要存在技术、认证、设备和资金四大壁垒。

市场占有率角度,2018年全球前五大硅片制造商信越化学、胜高科技、环球晶圆、韩国LG和Silitronic的市场占有率分别为27.58%、24.33%、16.00%、10.16%和14.22%,合计92.29%,中国大陆龙头企业中环股份和硅产业集团市场占有率仅为3.00%;其中,技术含量要求更高的12英寸大硅片的五大厂商市占率分别为29.80%、26.30%、17.10%、10.66%和11.30%,合计95.16%;中国大陆企业8英寸、12英寸几乎全依赖进口。结合技术、认证、设备和资金四大壁垒,硅片制造行业具备高集中度的特征。

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图片来源:华西证券整理

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图片来源:华西证券整理

细分半导体制造材料角度,截至2018年,大尺寸硅晶片几乎全部依赖进口,光刻胶、CMP抛光材料、溅射靶材等材料对外依赖度达80%以上,电镀液、超纯试剂则实现了小部分的国产替代。总体而言,半导体制造材料领域国产技术十分薄弱。

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数据来源:公开资料整理

国内半导体材料供给将受限

2020年2月23日,据日本共同社的报道,美国及日本等42个加入《瓦森纳协定》的国家扩大了协定的管制范围,该轮修订增加了两条关于半导体的限制:一是新增了光刻计算软件的限制。瓦森纳协议中过往一直就存在着对最先进的光刻机设备的管制,这也是中国半导体设备领域中,光刻机一直完全零进展的核心原因。此次新修订除了光刻机之外,还新增了对光刻机计算软件的限制;二是限制了12英寸(300mm)硅片切割、研磨、抛光等方面的技术管制。

由于我国半导体制造材料对外依赖度高,此次《瓦森纳协定》的修订可能将造成国产半导体材料发展的瓶颈。

在半导体制造过程包含的 19 种核心材料中,日本市占率超过 50%份额的材料就占到了 14 种,在全球半导体材料领域合计占有率66%,处于绝对领先地位。北京时间4月16日,日本新冠确诊病例累计9184例,日本首相安倍晋三宣布,全国进入为期一个月的紧急状态直至5月6日。

随着日本防控措施的深入落实,将对半导体材料的运输产生影响,包括中国在内的受供方也将受到波及。

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数据来源:申港证券整理

《瓦森纳协定》的修订,叠加半导体材料主供应地日本的疫情影响,我国半导体材料的供给将受到制约,国产化进程亦将被迫加速。

把握5G基建、物联网普及所带来的市场增量,是实现硅片国产化的关键

目前,我国国产技术较为成熟的硅片集中在6英寸和8英寸,12英寸技术较为薄弱。

从应用领域来看,6英寸硅片制程对应的应用领域包括MOSFET功率器件、IGBT等、MEMS、分立器件,其中分立器件和MEMS应用在物联网领域应用占比高;8英寸硅片制程对应应用领域汽车MCU芯片、基站通信设备、物联网MCU芯片、射频芯片涉及物联网和5G基建。

对6英寸硅片市场,国内企业应该把握物联网时代国内下游需求红利,抢占更多市场份额;对8英寸市场,以中环股份、硅产业集团作为突破点,依靠国家大基金、战略合作等方式尽快建立起MCU芯片、基站通信设备和射频芯片的市场优势和技术优势,若能实现以上两点,并将利润转化为大尺寸、先进制程的的研发投入,将是我国实现硅片国产化的关键。

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资料来源:华西证券

国产化将通过分梯队、分领域逐步实现

根据我国半导体材料细分产品竞争力及国产化进度,中国半导体材料产业分为三大梯队:

第一梯队中,江丰电子的部分靶材产品已通过台积电、格罗方德、海力士等世界著名半导体厂商的认证并批量供货;鼎龙股份的CMP材料12英寸部分制程已通过客户验证;江化微湿电子化学品具备G4-G5级产品生产能力,与晶瑞股份正逐步实现湿电子化学品的国产替代。

第二梯队中,硅产业集团率先实现了300mm(12英寸)半导体的规模化销售,打破了我国300mm(12英寸)半导体国产化率几乎为0的局面;华特气体我国唯一通过 ASML 公司认证的气体公司,亦是全球仅有的上述Ar/F/Ne、Kr/Ne、Ar/Ne 和 Kr/F/Ne 4 种产品全部通过其认证的四家气体公司之一。

第三梯队中,以飞凯材料、容大感光为代表的国内企业也在攻克光刻胶等电子化学产品生产过程中。

从目前的国产化进程来看,第一梯队>第二梯队>第三梯队。国产化的实现也将遵循梯队的顺序,由各领域龙头企业引领进程,分梯队,分领域逐步完成国产化替代的目标。

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图3:半导体材料国产三大梯队资料来源:方正证券研究所

第二、三代半导体材料可作为实现国产化的另一切入点

2018年,半导体器件衬底材料硅占比95%,化合物半导体占比5%。化合物半导体即第二、三代半导体材料砷化镓、氮化镓和碳化硅。其应用场景包括远距离智能手机;基站通信设备、微波中继器、卫星通信、新能源交通、轨道交通、发电与配电高压、高频、大电流等高规格功率器件应用,在新基建大热的背景下,新型半导体材料具有较大市场空间。

以北方华创为例,其具备成熟的磊晶技术(一种用于半导体器件制造过程中,在原有晶片上长出新结晶,以制成新半导体层的技术制造化合物半导体是尤其重要)。在推动化合物半导体使用占比的前提下,可以考虑在化合物半导体材料实现硅制造的弯道超车。

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资料来源:华西证券

总结

半导体材料制造行业集中度较高,行业壁垒坚实,同时又受到美、日等国家的技术封锁。尽管国家大基金一期、二期先后落地,为半导体材料的国产化提供了良好的政策环境和资金支持,但半导体材料产业链是以技术为核心,以需求为导向的产业链,加速国产化进程并不是仅仅依靠政策和资金的支持一朝一夕就能完成的。

实现半导体材料国产化替代,技术发展和人才培养是先决条件,把握5G、物联网时代的需求红利是关键机遇,以第二、三代材料作为突破口是战略选择。半导体国产化道路上的每一步,我们任重而道远。

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