半導體材料全面告急

來源：瘋狂的芯片

識“芯”觀察

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全球芯片短缺正在逐步向上游傳導，首先，自然是晶圓廠產能應接不暇，這導致上游的半導體設備也呈現(xiàn)出供不應求的增長態(tài)勢，與此同時，市場對半導體材料的需求也愈加迫切，“材料荒”開始在業(yè)內蔓延。半導體材料是用來生產芯片的直接和間接輔助原料，種類繁多，包括 硅片、光刻膠及配套試劑、高純試劑、電子氣體、拋光材料、靶材、掩模板等。在所有類別的半導體材料中，按照市場規(guī)模和占比劃分，排在前三位的分別是硅片（33%）、電子氣體（14）和光刻膠及配套試劑（13%），目前來看，在全球范圍內，正是這三種材料的短缺受到了更多的關注。

硅片

硅片是晶圓廠最重要的原材料，目前，包括臺積電、英特爾、三星、美光等半導體大廠在內，全球大部分芯片生產廠商都在擴充產能，并啟動跨國建廠計劃，從而推動硅片需求大增。據(jù)統(tǒng)計，2021年全球有19座高產能晶圓廠進入建設期，另有10座晶圓廠將于2022年動工，由于一座晶圓廠月產能動輒3、5萬片硅片起，對硅片用量也隨之直線上升，但在市場供給有限、新產能還來不及開出的情況下，促成了一波硅片漲價潮。這給全球各大硅片廠，特別是頭部的幾家廠商，提供了絕佳的商機。目前，全球排名前四的硅片廠商是：日本信越（Shin-Etsu，市占率為33％），勝高（SUMCO），中國臺灣的環(huán)球晶，以及德國世創(chuàng)（Siltronic）。面對當下的行情，全球第二大硅片廠SUMCO會長橋本真幸表示，硅片如此長時間的短缺前所未見。2月9日，SUMCO表示，其12英寸硅片產能(包括新廠的新增產能)的長期合約已簽約到2026會計年度。此外，8英寸硅片需求預計也會繼續(xù)加強。SUMCO表示，2021年第四季度已有長期合約價維持不變，但12英寸、8英寸硅片現(xiàn)貨價持續(xù)上漲。由于全球硅片廠商的擴產速度未能跟上市場需求的腳步，只要資金到位，擴充產能就成為當務之急。據(jù)SUMCO公司統(tǒng)計，2020 年，全球8英寸硅片總產能約為500萬片/月，產能規(guī)?；揪S持穩(wěn)定，12英寸硅片總產能約為600-700萬片/月，產能有所提升。2020年以后，即使基于現(xiàn)有廠房進行快速擴產，全球12英寸硅片的擴產空間也相對有限。在市場的高度期待中，進行了一年多的環(huán)球晶、世創(chuàng)合并案，于近期被德國政府否決，緊接著，環(huán)球晶宣布將斥資千億元新臺幣擴產。瑞銀證券估算，在環(huán)球晶沒有宣布新廠擴建計劃之前，預估今、明年硅片供不應求的比率為2.2%及3.4%，但環(huán)球晶一口氣宣布斥資36億美元擴產，金額不僅超出市場預期，也高于勝高29億美元及世創(chuàng)31億美元的投入。信越化學于近期宣布，將針對硅利光業(yè)務進行 800 億日元以上的設備投資，以擴張產能。目標于 2025 年前依序完成，將以日本國內工廠為主強化設備。信越化學將針對主要生產據(jù)點的日本群馬事業(yè)所，以及武生工廠、直江津工廠等增設生產設備。產能提升情形會因產品種類而異，將達到目前水平的 1.2 倍至2倍不等。信越化學的硅利光產品約 5000 款，在日本國內拿下逾半市占、位居龍頭，全球市占約 15%、排行第四。

電子氣體

半導體材料市場供需本已經(jīng)很緊張，雪上加霜的是，市場以外的因素也來“湊熱鬧”，進一步加劇了材料短缺，近期，電子氣體正受到這樣的困擾。烏克蘭是電子氣體的供應國，近期，受到俄羅斯/烏克蘭緊張局勢的影響，相關氣體材料的輸出受阻。美系外資分析師Peter Lee稱，俄若對烏克蘭動武，將阻礙氖、氪、氙的供給，這些氣體都是芯片生產的關鍵原料。制造DRAM和NAND Flash都需要以氖為基礎的光刻制程，目前存儲芯片廠商握有6~8周的關鍵氣體庫存，高于正常值的4周，但是這些氣體供給極度仰賴烏克蘭，要是戰(zhàn)火中斷輸出，芯片生產將受到打擊。據(jù)悉，烏克蘭占全球氖氣產量的70%，美國芯片等級的氖，九成源于烏克蘭，鈀則有35%來自俄羅斯，氖是芯片制程所需激光的關鍵材料，而氖是俄羅斯制造鋼鐵的副產品，之后會送至烏克蘭提煉。鈀則用于傳感器、內存等產品。若俄羅斯/烏克蘭緊張局勢升級，可能導致氖出口中斷，推升晶圓價格，加劇芯片荒。用于半導體曝光工藝的 ArF-Immersion 設備中使用的準分子激光器是通過混合特定氣體（如氖、氟和氬）實現(xiàn)的，其中氖占此類混合物的 95% 以上。在 2015 年烏克蘭沖突期間，用于半導體制造的準分子激光氣體混合物的交易價格高達每 50 升 25,000 美元，與之前的水平相比，價格上漲了 20 倍以上。2015年，當氖氣價格飆升時，業(yè)界對減少氖氣使用的方法進行了研究。通過調整軟件邏輯和優(yōu)化充氣程序的吹掃過程，使用量可減少了25~50%。盡管如此，氖氣等仍然在半導體生產中發(fā)揮重要作用。2月初，Western Digital和鎧俠（Kioxia）在日本合資經(jīng)營的兩家工廠，因材料污染影響生產，外界估計全球第一季NAND Flash供給將大減10%。

光刻膠

光刻膠是一種有機化合物，受特定波長光線曝光作用后其化學結構改變，在顯影液中的溶解度會發(fā)生變化，因此又稱光致抗蝕劑。正膠在曝光后發(fā)生光化學反應，可以被顯影液溶解，留下的薄膜圖形與掩膜版相同，而負膠經(jīng)過曝光后變成不可溶物質，非曝光部分被溶解，獲得的圖形與掩膜版相反。光刻膠是光刻工藝的核心材料，主要由樹脂、感光劑、溶劑、添加劑等組成，其中樹脂和感光劑是最核心的部分。在半導體光刻膠領域，日本企業(yè)占據(jù)領先地位，前五中除了美國杜邦，其余四家均為日本企業(yè)。其中JSR、TOK的產品可以覆蓋所有半導體光刻膠的品種，是絕對的龍頭，尤其在高端的EUV市場高度壟斷。由于高度壟斷，在當下全球缺芯的形勢下，光刻膠的市場供需同樣緊張。

其它材料

除了以上提到的半導體材料中的“大宗商品”外，其它多種材料都處于供不應求的狀況，呈現(xiàn)出全面擴產的態(tài)勢。例如，日本ADEKA公司于近期宣布，將在子公司“臺灣艾迪科精密化學股份有限公司”內興建先進邏輯芯片用材料工廠，投資額為25億日元，預計2022年8月動工、2024年4月開始進行生產。ADEKA表示，該座臺灣地區(qū)工廠將成為繼韓國之后、位于海外的第二個半導體材料生產據(jù)點。據(jù)悉，ADEKA臺灣新工廠將生產用于硅片的布線材料，預估將用于線寬比5nm更細的下一代制程芯片。目前，全球能支持5nm等級布線材料的廠商僅5家左右。由于全球芯片制造的重心在亞洲，而亞洲的重心又在中國臺灣，因此，近期宣布在臺灣地區(qū)擴產的國際半導體材料廠商并不止ADEKA。住友電木（Sumitomo Bakelite）株式會社去年11月宣布，將投資33億日元在臺灣子公司住友培科現(xiàn)有高雄市大寮區(qū)廠區(qū)內興建新廠房，主要用于生產專業(yè)封測委外代工（OSAT）材料。預估今年3月開始動工，2023年中期開始生產。默克集團（Merck）正在南科高雄園區(qū)新建超過15公頃的生產中心，這將是默克全球首座半導體材料大型生產與應用研發(fā)中心，新建設施將囊括默克全系列的半導體解決方案產品。美國英特格（Entegris）去年12月上旬宣布擴大投資南科高雄園區(qū)先進技術廠區(qū)，未來3年投資規(guī)模將增至5億美元，并將擴增新竹臺灣技術研發(fā)中心（TTC）。

中國跟進

面對半導體材料市場的增長態(tài)勢，中國大陸本土相關企業(yè)和政策也在不斷加碼，爭取借助這一波漲勢加速提升本土半導體材料的市場競爭力。
近期，上海新陽與合肥新站高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)管委會簽署了《投資合作協(xié)議書》，計劃在后者轄區(qū)內投資建設公司第二生產基地二期項目。該項目總投資約3.2億元，占地40畝，主要從事芯片清洗液、研磨液系列等集成電路關鍵工藝化學材料產品的研發(fā)、生產和銷售。預計于2024年實現(xiàn)量產，2030年實現(xiàn)滿產，年產值約5億元。項目預計年綜合能源消費量約2600噸標準煤當量。同時，上海新陽發(fā)布另一則公告稱，其與上海新暉資產管理有限公司、上海安鈰半導體科技有限公司簽署了《股權轉讓協(xié)議》。公司以3300萬元受讓上海暉研材料科技有限公司100%的股權。上海暉研主要進行半導體芯片生產制程用的研磨液的研發(fā)。另外，上海新陽還披露了投資CMP研磨液項目事宜，與蘇州博來納潤電子材料有限公司簽署了增資協(xié)議。博來電子主要從事研磨材料、拋光材料的開發(fā)、生產和銷售。2月17日，晶瑞電材眉山二期年產1200噸集成電路關鍵電子材料項目舉行了開工儀式。該項目計劃于2022年10月建成投產。項目建成后，眉山晶瑞將成為晶瑞電材第二個集成電路關鍵電子材料生產基地。晶瑞電材表示，公司擬增加市場更為緊迫需要、盈利能力更強的半導體光刻膠產品產能，并計劃將原募投項目中的部分項目終止，同時將剩余募集資金扣除已簽合同但尚未付款金額后的余額以向全資子公司眉山晶瑞進行財務資助的方式由其全部投入“年產1200噸集成電路關鍵電子材料項目”。當時消息顯示，年產1200噸集成電路關鍵電子材料項目計劃投資1.4億元，建設內容為光刻膠中間體1000噸/年，光刻膠1200噸/年。晶瑞電材表示，ASML1900型光刻機設備已安裝到位，KrF光刻膠已完成中試，ArF光刻膠研發(fā)進行中。

結語

半導體材料市場迎來了快速增長期，與此同時，國際貿易形勢受到多種因素干擾，不確定性愈加凸出，這對于處于成長期的企業(yè)來說，是難得的機遇，如果抓住了，將實現(xiàn)跨越式發(fā)展。中國企業(yè)，加油！