[原创] 半导体材料全面告急
2022-02-22
14:00:03
来源: 半导体行业观察
全球芯片短缺正在逐步向上游传导，首先，自然是晶圆厂产能应接不暇，这导致上游的半导体设备也呈现出供不应求的增长态势，与此同时，市场对半导体材料的需求也愈加迫切，“材料荒”开始在业内蔓延。
半导体材料是用来生产芯片的直接和间接辅助原料，种类繁多，包括 硅片、光刻胶及配套试剂、高纯试剂、电子气体、抛光材料、靶材、掩模板等。在所有类别的半导体材料中，按照市场规模和占比划分，排在前三位的分别是硅片（33%）、电子气体（14）和光刻胶及配套试剂（13%），目前来看，在全球范围内，正是这三种材料的短缺受到了更多的关注。
硅片
硅片是晶圆厂最重要的原材料，目前，包括台积电、英特尔、三星、美光等半导体大厂在内，全球大部分芯片生产厂商都在扩充产能，并启动跨国建厂计划，从而推动硅片需求大增。
据统计，2021年全球有19座高产能晶圆厂进入建设期，另有10座晶圆厂将于2022年动工，由于一座晶圆厂月产能动辄3、5万片硅片起，对硅片用量也随之直线上升，但在市场供给有限、新产能还来不及开出的情况下，促成了一波硅片涨价潮。这给全球各大硅片厂，特别是头部的几家厂商，提供了绝佳的商机。
目前，全球排名前四的硅片厂商是：日本信越（Shin-Etsu，市占率为33％），胜高（SUMCO），中国台湾的环球晶，以及德国世创（Siltronic）。
面对当下的行情，全球第二大硅片厂SUMCO会长桥本真幸表示，硅片如此长时间的短缺前所未见。2月9日，SUMCO表示，其12英寸硅片产能(包括新厂的新增产能)的长期合约已签约到2026会计年度。此外，8英寸硅片需求预计也会继续加强。
SUMCO表示，2021年第四季度已有长期合约价维持不变，但12英寸、8英寸硅片现货价持续上涨。
由于全球硅片厂商的扩产速度未能跟上市场需求的脚步，只要资金到位，扩充产能就成为当务之急。
据SUMCO公司统计，2020 年，全球8英寸硅片总产能约为500万片/月，产能规模基本维持稳定，12英寸硅片总产能约为600-700万片/月，产能有所提升。2020年以后，即使基于现有厂房进行快速扩产，全球12英寸硅片的扩产空间也相对有限。
在市场的高度期待中，进行了一年多的环球晶、世创合并案，于近期被德国政府否决，紧接着，环球晶宣布将斥资千亿元新台币扩产。瑞银证券估算，在环球晶没有宣布新厂扩建计划之前，预估今、明年硅片供不应求的比率为2.2%及3.4%，但环球晶一口气宣布斥资36亿美元扩产，金额不仅超出市场预期，也高于胜高29亿美元及世创31亿美元的投入。
信越化学于近期宣布，将针对硅利光业务进行 800 亿日元以上的设备投资，以扩张产能。目标于 2025 年前依序完成，将以日本国内工厂为主强化设备。
信越化学将针对主要生产据点的日本群马事业所，以及武生工厂、直江津工厂等增设生产设备。产能提升情形会因产品种类而异，将达到目前水平的 1.2 倍至2倍不等。
信越化学的硅利光产品约 5000 款，在日本国内拿下逾半市占、位居龙头，全球市占约 15%、排行第四。
电子气体
半导体材料市场供需本已经很紧张，雪上加霜的是，市场以外的因素也来“凑热闹”，进一步加剧了材料短缺，近期，电子气体正受到这样的困扰。
乌克兰是电子气体的供应国，近期，受到俄罗斯/乌克兰紧张局势的影响，相关气体材料的输出受阻。
美系外资分析师Peter Lee称，俄若对乌克兰动武，将阻碍氖、氪、氙的供给，这些气体都是芯片生产的关键原料。制造DRAM和NAND Flash都需要以氖为基础的光刻制程，目前存储芯片厂商握有6~8周的关键气体库存，高于正常值的4周，但是这些气体供给极度仰赖乌克兰，要是战火中断输出，芯片生产将受到打击。
据悉，乌克兰占全球氖气产量的70%，美国芯片等级的氖，九成源于乌克兰，钯则有35%来自俄罗斯，氖是芯片制程所需激光的关键材料，而氖是俄罗斯制造钢铁的副产品，之后会送至乌克兰提炼。钯则用于传感器、内存等产品。若俄罗斯/乌克兰紧张局势升级，可能导致氖出口中断，推升晶圆价格，加剧芯片荒。
用于半导体曝光工艺的 ArF-Immersion 设备中使用的准分子激光器是通过混合特定气体（如氖、氟和氩）实现的，其中氖占此类混合物的 95% 以上。在 2015 年乌克兰冲突期间，用于半导体制造的准分子激光气体混合物的交易价格高达每 50 升 25,000 美元，与之前的水平相比，价格上涨了 20 倍以上。
2015年，当氖气价格飙升时，业界对减少氖气使用的方法进行了研究。通过调整软件逻辑和优化充气程序的吹扫过程，使用量可减少了25~50%。尽管如此，氖气等仍然在半导体生产中发挥重要作用。
2月初，Western Digital和铠侠（Kioxia）在日本合资经营的两家工厂，因材料污染影响生产，外界估计全球第一季NAND Flash供给将大减10%。
光刻胶
光刻胶是一种有机化合物，受特定波长光线曝光作用后其化学结构改变，在显影液中的溶解度会发生变化，因此又称光致抗蚀剂。正胶在曝光后发生光化学反应，可以被显影液溶解，留下的薄膜图形与掩膜版相同，而负胶经过曝光后变成不可溶物质，非曝光部分被溶解，获得的图形与掩膜版相反。
光刻胶是光刻工艺的核心材料，主要由树脂、感光剂、溶剂、添加剂等组成，其中树脂和感光剂是最核心的部分。
在半导体光刻胶领域，日本企业占据领先地位，前五中除了美国杜邦，其余四家均为日本企业。其中JSR、TOK的产品可以覆盖所有半导体光刻胶的品种，是绝对的龙头，尤其在高端的EUV市场高度垄断。
由于高度垄断，在当下全球缺芯的形势下，光刻胶的市场供需同样紧张。
其它材料
除了以上提到的半导体材料中的“大宗商品”外，其它多种材料都处于供不应求的状况，呈现出全面扩产的态势。
例如，日本ADEKA公司于近期宣布，将在子公司“台湾艾迪科精密化学股份有限公司”内兴建先进逻辑芯片用材料工厂，投资额为25亿日元，预计2022年8月动工、2024年4月开始进行生产。
ADEKA表示，该座台湾地区工厂将成为继韩国之后、位于海外的第二个半导体材料生产据点。
据悉，ADEKA台湾新工厂将生产用于硅片的布线材料，预估将用于线宽比5nm更细的下一代制程芯片。目前，全球能支持5nm等级布线材料的厂商仅5家左右。
由于全球芯片制造的重心在亚洲，而亚洲的重心又在中国台湾，因此，近期宣布在台湾地区扩产的国际半导体材料厂商并不止ADEKA。
住友电木（Sumitomo Bakelite）株式会社去年11月宣布，将投资33亿日元在台湾子公司住友培科现有高雄市大寮区厂区内兴建新厂房，主要用于生产专业封测委外代工（OSAT）材料。预估今年3月开始动工，2023年中期开始生产。
默克集团（Merck）正在南科高雄园区新建超过15公顷的生产中心，这将是默克全球首座半导体材料大型生产与应用研发中心，新建设施将囊括默克全系列的半导体解决方案产品。
美国英特格（Entegris）去年12月上旬宣布扩大投资南科高雄园区先进技术厂区，未来3年投资规模将增至5亿美元，并将扩增新竹台湾技术研发中心（TTC）。
中国跟进
面对半导体材料市场的增长态势，中国大陆本土相关企业和政策也在不断加码，争取借助这一波涨势加速提升本土半导体材料的市场竞争力。
近期，上海新阳与合肥新站高新技术产业开发区管委会签署了《投资合作协议书》，计划在后者辖区内投资建设公司第二生产基地二期项目。该项目总投资约3.2亿元，占地40亩，主要从事芯片清洗液、研磨液系列等集成电路关键工艺化学材料产品的研发、生产和销售。预计于2024年实现量产，2030年实现满产，年产值约5亿元。项目预计年综合能源消费量约2600吨标准煤当量。
同时，上海新阳发布另一则公告称，其与上海新晖资产管理有限公司、上海安铈半导体科技有限公司签署了《股权转让协议》。公司以3300万元受让上海晖研材料科技有限公司100%的股权。上海晖研主要进行半导体芯片生产制程用的研磨液的研发。
另外，上海新阳还披露了投资CMP研磨液项目事宜，与苏州博来纳润电子材料有限公司签署了增资协议。博来电子主要从事研磨材料、抛光材料的开发、生产和销售。
2月17日，晶瑞电材眉山二期年产1200吨集成电路关键电子材料项目举行了开工仪式。该项目计划于2022年10月建成投产。项目建成后，眉山晶瑞将成为晶瑞电材第二个集成电路关键电子材料生产基地。
晶瑞电材表示，公司拟增加市场更为紧迫需要、盈利能力更强的半导体光刻胶产品产能，并计划将原募投项目中的部分项目终止，同时将剩余募集资金扣除已签合同但尚未付款金额后的余额以向全资子公司眉山晶瑞进行财务资助的方式由其全部投入“年产1200吨集成电路关键电子材料项目”。
当时消息显示，年产1200吨集成电路关键电子材料项目计划投资1.4亿元，建设内容为光刻胶中间体1000吨/年，光刻胶1200吨/年。
晶瑞电材表示，ASML1900型光刻机设备已安装到位，KrF光刻胶已完成中试，ArF光刻胶研发进行中。
结语
半导体材料市场迎来了快速增长期，与此同时，国际贸易形势受到多种因素干扰，不确定性愈加凸出，这对于处于成长期的企业来说，是难得的机遇，如果抓住了，将实现跨越式发展。中国企业，加油！
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