芯片制造的核心材料,被美法德日四国垄断,国产替代计划全面加速

芯片制造的核心材料,被美法德日四国垄断,国产替代计划全面加速,第1张

2018 年全球集成电路用电子气体的市场规模达到 45.12 亿美元,同比增长 16%,中国集成电路用电子特气的市场规模约 4.89 亿美元。半导体用电子特气行业增速高,庞大的市场规模,让电子特气的国产替代计划全面加速!

什么是电子特气呢?电子气体是指用于半导体及相关电子产品生产的特种气体。

通常半导体生产行业,将气体划分成常用气体和特殊气体两类。其中,常用气体指集中供给而且使用非常 多的气体,比如 N2、H2、O2、Ar、He 等。特种气体指半导体生产环节中,比如延伸、离子注进、掺和、洗涤、遮掩膜形成过程中使用到一些化学气体,也就是我们现在所说的电子特气,比如高纯度的 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2等,

电子特气按其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。按在集成电路中不同应用途径可分为掺杂用气体、外延用气体、离子注入气、发光二极管用气、刻蚀用气体、化学气相沉积气和平衡气。在半导体工业中应用的有110余种单元特种气体,其中常用的有超过30种。

除了半导体产业,电子特气广泛应用于太阳能电池、移动通讯、 汽车 导航及车载音像系统、航空航天、军事工业等诸多领域,所以也被称为电子工业的“血液”。

可以说,如果想要发展半导体产业,电子特气不可或缺。电子特气贯穿半导体各步工艺制程,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。又决定了集成电路的性能、集成度、成品率,特气若不合格轻则导致产品严重缺陷,重则导致整条生产线被污染乃至全面瘫痪。

在半导体领域,电子特气在半导体制造的材料成本中占比高达 13%,是仅次于硅片的第二大材料。之所以成本如此高,是因为电子特气的技术难度不低。

电子特气对纯度的要求很高,因为纯度如果没有达到要求的话,电子特气中水汽、氧等杂质组就容易使半导体表面生成氧化膜,影响电子器件的使用寿命,而电子特气中含有的颗粒杂质会造成半导体短路及线路损坏。可以说纯度的提高,对电子器件生产的良率和性能起到了至关重要的作用。

伴随半导体工业的不断发展,芯片制程不断提高,如今已经做到了5nm,快要逼近摩尔定律的极限,,相当于头发丝直径(约为0.1毫米)的二万分之一。所以这也对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主要包括“气体的分离和提纯”、“气体杂质检测和监控”、“气体的运输和储存”三个方面,以“气体的运输和储存”为例,高纯特气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,而且一些电子特气还具有自燃性、腐蚀性、毒性等,所以运输和存储都要特别小心。

目前全球特气市场包括美国空气化工、普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气、日本大阳日酸株式会社等公司占据了全球电子特气90%以上的市场份额。国内市场也被这几大企业控制了85%的份额。

随着中国对半导体产业的扶持加大,芯片国产化率的不断提高,电子特气也要跟上步伐,能够做到自给自足。

以昊华 科技 为例,是国内唯一具有4N高纯硒化氢产品研制及批量生产能力的企业。高纯硒化氢产品填补了国内空白,指标达到国外先进水平。此外,它们企业的特种气体产品还包括绿色四氧化二氮、高纯硫化氢、二氧化碳-环氧乙烷混合气(熏蒸剂)、标准混合气体等。昊华 科技 与韩国大成合作建设的 2,000 吨/年三氟化氮项目,广泛应用于蚀刻、清洗、 离子注入等半导体生产工艺。

目前,昊华 科技 部分产品已实现 进口替代。公司工业级六氟化硫国内市占率约为 30%,电子级六氟 化硫市占率约为 70%,三氟化氮市占率约为 30%。

但目前的难题是,电子特气种类太多,如果要全部做到高端化,难度比较高,目前也缺乏领军型的企业。

2014年,国家集成电路产业投资基金成立,首期募集资金规模达1387亿元。基金二期募资于2019年完成,募资2000亿,也就是目前中国共募资3387亿,对设备制造、芯片设计和材料领域加大投资。

中国也立下了宏伟目标,明确提出在2020年之前,90-32nm设备国产化率达到50%,2025年之前,20-14nm设备国产化率达到30%,而国产芯片自给率要在2020年达到40%,2025年达到70%。

国家目前也开始对电子特气领域进行投资扶持,可以说随着中国对半导体产业的不断重视,国产全面替代计划终会成功!

半导体行业主要公司:华润微(688396)、三安光电(600703)、士兰微(600460)、闻泰科技(600745)、新洁能(605111)、露笑科技(002617)、斯达半导(603290)等等。

本文核心观点:全球半导体产业迁移分析、全球半导体行业整体市场规模、全球半导体行业细分市场规模

全球半导体行业经历了三次迁移

自发展以来,全球半导体产业格局在不断发生变化。当前,全球半导体产业正在经历第三次产能转移,行业需求中心和产能中心逐步向中国大陆转移。

全球半导体行业正在快速增长

2021年,全球半导体市场快速增长,共销售了1.15万亿片芯片,市场规模达到5560亿美元,创历史新高,同比大幅增长26.2%。整个半导体市场并未受到2021年新冠疫情大流行的负面影响。强劲的消费需求推动所有主要产品类别实现两位数的增长率(光电除外)。

从半导体细分领域来看,集成电路一直是半导体行业的主要细分领域。2021年,集成电路市场规模达到4630.02亿美元,同比增长28.2%,占全球半导体市场规模的83.29%。其中,集成电路又可细分为逻辑电路、存储器、处理器和模拟电路,2021年这四个产品占比分别为27.85%、27.67%、14.43%、13.33%。2021年存储器、模拟电路和逻辑电路都实现较大的增长。

此外,2021年全球光电子器件、分立器件、传感器市场规模分别为434.04、303.37、191.49亿美元,占比分别为7.81%、5.46%、3.44%。

美国是最重要的半导体出口国

凭借出色的技术实力,美国半导体产业在全球保持着较强的竞争优势,2021年美国半导体公司在全球各个主要市场的份额均超过35%,其中在中国和欧洲市场达到了50%,在最低的美洲市场也有38.7%的市场份额。

值得一提的是,随着全球其他国家半导体产业的不断升级,目前美国半导体产业的竞争力有减弱趋势,拿美国本土市场来说,2013-2021年,美国半导体市场中本土公司的市场占有率从56.7%下降至43.2%,降幅超过10个百分点。

2021年,美国半导体产品出口额达到了620亿美元,是美国第五大类出口商品,仅次于精炼油、航空产品、原油和天然气而在电子产品领域,半导体则是出口金额最大的商品种类,远高于无线通讯、电脑等设备。

高研发投入助力产业腾飞

美国在半导体行业出色的竞争力,很大程度上得益于美国企业大规模的研发投入。2021年美国半导体行业研发经费占销售收入的比重为18%,在美国的主要行业中仅次于药物和生物科技行业在世界范围内则排在第一位,高于排在第二的欧洲地区约3个百分点,而中国半导体行业这一比重仅为7.6%。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国半导体行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。


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