作者 | 周迎
芯片，是中国经济乃至国家战略的短板。
前有华为、中兴被制裁，后有中芯国际购买ASML光刻机被美国阻挠，种种现实说明：中国欲成为真正的世界强国，必须拥有自己的半导体&集成电路完整产业链。
但芯片产业链绵长而复杂，包括上游：原材料、设备、软件；中游：设计、制造、封装。就半导体上游原材料而言，又包括制造材料和封装材料，其中，制造材料市场规模较大，每年超300亿美元，主要分为硅片、CMP材料（抛光材料）、光刻胶、光掩膜版、电子特种气体、湿电子化学品、靶材等，但当前国产化率均不超过25%。
原材料一直是中国半导体产业的弱项，随着国内芯片制造的崛起，核心材料国产化将进入发展加速期。
硅片制造材料里，要数硅晶圆市场规模最大，每年约100亿美元，占到半导体材料成本的1/3。
硅广泛存在于岩石、砂砾中，硅晶圆的生产制造要通过：硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型的过程，简单而言就是从沙子里提出硅来做成硅片。但半导体芯片对晶圆的纯度要求极高，硅纯度要达到99.999999999%，小数点后面就有9个9。
此外，晶圆的尺寸越大越好。直径越大，在一个硅片上经一次工艺循环可制作的集成电路芯片数就越多，每个芯片的成本也就越低。市场上，晶圆直径主要有4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）、12英寸（300mm）。其中，12英寸晶圆的市场需求占比超过70%。
但晶圆尺寸越大，对工艺技术的要求也就越高。当前，中国企业生产4英寸、6英寸的晶圆没有问题，制造8英寸、12英寸的晶圆则受到技术制约。
放眼国际市场，硅片市场的王者在日本，第一名是日本信越，第二名是三菱住友，两家日本企业占据12英寸晶圆市场50%以上的份额。世界第三则由中国台湾的环球晶圆占据，市占率20%左右。
日本企业在硅片市场表现强势，曾因此决定了“日韩贸易战”的走势：日本曾单方面停止向韩国出口硅片，导致后者无工可开。
中国在硅片市场的处境实际与韩国差不多，尤其是大尺寸硅片，绝大多数都需要进口。但是，中国的硅片生产企业在艰难的市场环境中毅然起步，近年来开始呈现出“反攻”的潜质。这里有必要提到3家公司。
其一是中环股份。中环股份是国内8英寸硅片的最大供应商，其8英寸硅片产能超过国内总产能的50%。2019年，中环股份天津工厂已能小规模生产12英寸硅片，其通过非公开发行募资50亿元，主要用于8~12英寸硅片的生产扩建。
这说明，中环股份在12英寸硅片的生产技术上已经获得突破，但生产能力和规模还有待提升。
其二是刚刚在4月20日科创板上市的沪硅产业。
沪硅产业旗下的上海新昇，主要攻关方向就是12英寸硅片的研发和生产。其在2017年实现技术突破，正式投产，2018年成为中国第一家实现12英寸硅片量产的企业，但供货量相较日本企业还有较大差距。
值得一提的是，沪硅产业并非一家真正的实体企业，而是一家投资平台，其营收主要由并购的几家子公司——Okemetic、上海新昇、新傲科技，以及控股的法国硅片厂商Soitec构成。
这样的组合好处是明显的：在沪硅产业的子公司里，Okemetic、新傲科技以8英寸硅片的生产为主，技术和产能较为成熟，属于盈利部分；上海新昇专攻12英寸硅片，技术和产能都不成熟，属于亏损部分。用盈利部分“供养”亏损部分，正是沪硅产业的核心战略目标。当然，即便如此组合，沪硅产业目前一年仍要亏损1亿~2亿元，可见高端突破战之惨烈。
其三是目前仍未上市的浙江金瑞泓。
浙江金瑞泓也是在2017年实现了12英寸硅片的技术突破，目前仍在产能爬坡的阶段。
中环股份、沪硅产业、金瑞泓构成中国在硅晶圆市场的第一梯队，整体羸弱但潜力巨大。
晶圆切割而成的硅片，需要经过光刻、离子注入等手段，最终制成各种半导体器件。但切割出的硅片，表面粗糙，要先进行抛光工艺，以及平坦化处理，以便后续添加电路特征，制造芯片。
因此，几乎每一片晶圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道的CMP抛光工艺步骤。不同制程的产品需要不同的抛光流程，如28nm制程需要12~13次CMP，进入10nm制程后CMP次数将达到25~30次。
CMP材料占芯片制造成本的7%，每年市场规模约22.5亿美元。其中，CMP核心材料主要包括抛光垫、抛光液，占比分别为33%和49%。
首先，就抛光垫市场而言，由于CMP抛光垫具有较高的技术壁垒，市场几乎由美国的陶氏化学垄断，市占率接近80%，剩余市场主要由美国3M、美国卡博特、日本东丽、中国台湾三方化学瓜分。
中国大陆曾经甚至没有生产抛光垫的能力。直到2016年，鼎龙股份获得技术突破，实现抛光垫量产，打破了垄断。
其次，抛光液市场主要由美国卡博特、美国陶氏杜邦、美国Versum、日本FUJIMI、日本Nitta Haas、韩国ACE等企业瓜分。
国内的安集科技率先实现了抛光液的国产化，目前市占率接近3%。
光刻胶光刻胶曾一度是二级市场的“红人”，受到众多机构和投资者青睐。但一直以来，光刻胶国产化率很低，仅为5%。
什么是光刻？光刻是将电路图形由掩膜版转移到硅片上，为后续刻蚀工艺做准备的过程。在整个芯片制造环节中，光刻是耗时最长、难度最大的工艺之一。耗费时间约占整个芯片制造的40%~50%，在芯片制造中，硅片往往要进行数十次的光刻。
而作为光刻过程最重要的耗材——光刻胶的质量和性能，将对芯片的性能、成品率及可靠性产生关键影响。
2018年，全球半导体光刻胶及光刻胶辅助材料销售额分别为17.3亿美元和22.3亿美元，占据半导体原材料总额的5%和7%。
就全球范围来看，光刻胶市场几乎是日本企业的天下，日本合成橡胶（JSR）、东京应化（TOK）、住友化学、日本信越垄断前4位。其中，日本的JSR作为全球最大的光刻胶巨头，市场份额占到30%左右，Intel、三星和台积电等都是其主要客户。
而中国企业在半导体光刻胶领域几乎没有生产能力，这一领域长期处于空白状态。随着国内晶圆厂的建设，国产半导体光刻胶市场也将进一步扩大，未来半导体光刻胶国产替代潜力巨大。
目前，该市场的中国选手主要有南大光电、雅克科技、上海新阳等半导体化学品业务开始向半导体光刻胶领域拓展的上市公司，以及苏州瑞红（晶瑞股份子公司）和北京科华等非上市企业。
中国市场谁能从中杀出重围，短期内尚难见到苗头。
光掩膜版作为芯片生产制造过程中的核心模具，光掩膜是连接光刻机和硅片的纽带，而芯片刻制质量也与光掩膜直接相关。
光掩膜一般也称光罩，是半导体芯片光刻过程中设计图形的载体。光掩膜所起的作用类似于相片中的底片，由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形，并通过掩膜版在芯片两面多次显影，俗称“曝光”，将图形转印到产品基板上。
据SEMI数据，半导体材料中成本占比最高的是硅片，占比32%；而光掩膜版，占比约12%。2018年，全球光掩膜版市场规模约40.4亿美元，预计2020年将达到42亿美元。
就全球范围来看，半导体光掩模市场集中度高，寡头垄断严重。该市场长期由美国Photronics、日本印刷株式会社、日本凸版印刷株式会社三家垄断，抢占了全球80%以上的市场份额。
而中国在高端半导体光掩膜版领域的生产能力较弱，“国内谁能率先突破”还不能妄自评断。
目前，国内除了晶圆代工厂，如中芯国际拥有自制掩膜版业务外，光掩膜版的制造主要集中在科研院所，包括中科院、中国电子科技集团等，以及少数已上市专业掩膜版制造商，如路维光电、清溢光电。但由于技术壁垒，国内自给率还很低，仍主要依赖进口。
电子特种气体在半导体制造材料中，电子特气是仅次于硅片和硅基材料的第二大市场需求半导体材料，约占半导体材料成本的13%。2018年，电子特种气体市场规模约45.1亿美元，当前国产化率仅12%。
作为电子工业的关键原料，电子特气被誉为电子工业的“血液”，从芯片生长到最后器件的封装，几乎每一步、每一个环节都离不开电子气体。它的纯度和洁净度，将会直接影响到芯片的质量、性能和成品率。
目前，电子特种气体市场主要由美国空气化工、美国普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气和日本大阳日酸株式会社5大气体公司垄断。
国内，这一领域的排头兵当属上市企业雅克科技，其通过国际国内并购切入这一领域。
2018年6月，雅克科技发布公告，完成发行股份购买科美特公司90%股权和江苏先科公司84.825%的股权。完成收购后，雅克科技持有江苏先科100%股权，而江苏先科的控股子公司——韩国UP Chemical就主要从事半导体前驱体电子特气的生产、研究与销售。同时，科美特的主要产品为六氟化硫和四氟化碳，主要用于电工高压输配电设备和半导体制造领域。因此，雅克科技通过并购成功向电子特气领域拓展。
2019年，雅克科技年度报告显示，报告期内公司营业收入18.32亿元，同比增长18.42%；其中电子特种气体营业收入3.95亿元，同比增长53.82%，占雅克科技总收入约21.57%，毛利率为50.89%。电子特气成为雅克科技新的利润增长点。
湿电子化学品湿电子化学品，约占半导体材料成本的7%，全球市场规模约19亿美元。主要分为通用化学品（又称超净高纯试剂）和功能性化学品（以光刻胶配套试剂为代表），需求量占比分别为88%、12%。
在制造晶圆的过程中，主要使用高纯化学溶剂去清洗颗粒、有机残留物、金属离子、自然氧化层等污染物。
当前，全球湿电子化学品市场呈现三分天下的格局。
第一梯队，欧美老牌生产企业占据了市场约34%的份额。主要生产企业包括：德国巴斯夫，美国Ashland化学、Arch化学、霍尼韦尔公司等。
第二梯队，由日本企业占领，约占全球30%的市场份额。主要生产企业包括：日本关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学等。
第三梯队，则由中韩企业占据，总体市场份额约35%。如中国江化微、晶瑞股份、台湾联仕、鑫林科技，韩国东友精细化工等。
国内生产湿电子化学品的企业，技术水平主要集中在6英寸以下，国产化率达80%；而8英寸及12英寸硅片需求的高纯化学品基本靠进口，国产化率约为10%。
但也有部分企业，技术水平达到了12英寸及以上标准，进入产能爬坡阶段，如晶瑞股份、浙江凯圣等。
溅射靶材相较于其他主要半导体制造材料，靶材市场的规模较小，约为9.7亿美元，在整个半导体材料市场中的占比约2%左右。
溅射是集成电路制造过程中反复用到的工艺，而靶材则是溅射工艺中必不可少的重要原材料。
半导体用靶材主要用于晶圆导电层及阻挡层。半导体芯片对溅射靶材的金属纯度、精度等方面标准严苛，若杂质含量过高，形成的薄膜就无法达到使用所要求的电性能，且在溅射过程中易在晶圆上形成微粒，导致电路短路或损坏，将严重影响薄膜的性能。
全球靶材市场的研发和生产主要集中在美国、日本的公司，霍尼韦尔、日矿金属、东曹、普莱克斯、住友化学、爱发科等企业占据了主要市场份额。其中，日矿金属是全球最大的靶材供应商，靶材销售额约占全球市场的30%；霍尼韦尔在并购Johnson Mattey，整合高纯铝、钛等原材料生产厂后，靶材份额约占全球市场的20%。
虽然中国半导体靶材起步较晚，但却是整个芯片产业链上为数不多的能够国产化的行业之一。当前，该领域的国内厂商主要有：江丰电子、有研新材等。
江丰电子是国内最大的半导体芯片用溅射靶材生产商，在国产靶材领域率先实现了从0到1的突破，打破了美、日跨国公司的垄断格局。其主要客户为台积电、联电、中芯国际、索尼等。
而有研新材子公司有研亿金，主要产品为高纯金属靶材等，是国内规模最大的高纯金属溅射靶材制造企业。其钴靶材曾获得台积电验证通过，打破了台积电二十年来半导体用钴靶材没有第二供应商的历史。
当前，半导体原材料市场仍是我国的弱项。未来，核心材料国产化替代潜力巨大。
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