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&Rdquo;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。
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&Rdquo;,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。
除了以上提到的半导体材料中的“大宗商品&Rdquo;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&Rdquo;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)。
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