半導體材料：今后三年的機會(huì )和挑戰

從1990年開(kāi)始，全球半導體銷(xiāo)售額一直穩步增長(cháng)，但在2017年出現了明顯增速，突破4000億美元大關(guān)。當年，傳統PC和智能手機業(yè)實(shí)際均出現下滑，但近十個(gè)新興應用突然出現，包括數據中心、AI、智能汽車(chē)、5G、VR等，并且變成半導體行業(yè)的新的推動(dòng)力。據統計，2017年，這些新興應用相關(guān)的銷(xiāo)售額之和已達到1800億美元，相當于貢獻了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的40%；未來(lái)三年，預計這些新興應用以11.3%的年復合增長(cháng)率長(cháng)，到2021年，將帶來(lái)超過(guò)1000億美金的全新商業(yè)機會(huì )。

不僅僅是增速，半導體工業(yè)界的技術(shù)內核也在發(fā)生演化，IC業(yè)正在從以CPU為中心，變成以存儲器（數據）為中心。PC互聯(lián)網(wǎng)時(shí)期，存儲器產(chǎn)值占整個(gè)工業(yè)界約10%，2017年增長(cháng)到1/3左右，而經(jīng)過(guò)三到五年，可能達到接近整個(gè)工業(yè)界約一半的產(chǎn)值。這一技術(shù)環(huán)境的變革，也是近年來(lái)三星、海力士等存儲大廠(chǎng)賺的盆滿(mǎn)缽滿(mǎn)的一大原因。

此外，供求關(guān)系也在影響著(zhù)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢。整個(gè)工業(yè)界已經(jīng)從以L(fǎng)ogic為中心轉向以Memory為中心，整個(gè)社會(huì )每年會(huì )創(chuàng )造出約30%的數據量，但整個(gè)工業(yè)界DRAM的擴產(chǎn)速度只有20%，供不應求。最近海力士和美光宣布新建的DRAM工廠(chǎng)，也映證了這點(diǎn)。目前DRAM的增速瓶頸主要是由于制程scaling的變緩，下一個(gè)技術(shù)突破需依賴(lài)于Quadruple patterning或者EUV。據悉，三星已經(jīng)決定將EUV同時(shí)應用在邏輯和DRAM，預計在下一代DRAM制程中的曝光、沉積、刻蝕等環(huán)節中，將會(huì )引入不少新材料。

NAND的供求曲線(xiàn)則與DRAM不同，隨著(zhù)3D NAND技術(shù)的突破，可堆疊高度的不斷增加，會(huì )有短暫的供過(guò)于求，例如去年和今年的45%年增量超出了30%的平均需求量，因此價(jià)格上一定會(huì )出現回落。3D NAND結構中的縱橫比是非常大的，對蝕刻、填充、清洗等工藝流程也是巨大的挑戰。放眼未來(lái)，部分類(lèi)別的芯片銷(xiāo)售會(huì )起起落落，但整體產(chǎn)業(yè)會(huì )保持增長(cháng)勢頭。

產(chǎn)能、純度和新材料，機遇與挑戰并存

綜上這些產(chǎn)業(yè)環(huán)境的變化，對半導體材料領(lǐng)域提出三大需求：更充足的產(chǎn)能、更高的純度和新材料。

趨勢一：需要更多產(chǎn)能

2015-2017年的全球晶圓制造建廠(chǎng)潮，帶動(dòng)了半導體設備支出的激增，同期設備的增長(cháng)遠大于材料；而自2018年開(kāi)始，已經(jīng)建造好的晶圓廠(chǎng)陸續投產(chǎn)，每一年的Wafer Starts（初制晶圓）非常穩定，2018-2021年預計保持6-7%年度增長(cháng)率，所以可以看到最簡(jiǎn)單的一個(gè)趨勢，就是晶片供不應求。

不僅每年晶圓片數量遞增，同一片晶圓上所用的材料也會(huì )越來(lái)越多，例如90納米單片晶圓所需材料成本約160美元，而7納米單片晶圓所需材料漲到近600美元。DRAM和NAND的晶圓材料成本也在不斷上漲，這其中都蘊藏著(zhù)巨大的商業(yè)機會(huì )。

趨勢二：需要更高純度

在一片12寸晶圓上，10納米量級的顆粒不能超過(guò)3-4顆，這樣的純度要求相當于在整個(gè)江蘇省那么大的面積上，不能有超過(guò)四個(gè)硬幣大小的顆粒。再如5納米節點(diǎn)下，金屬含量不能超過(guò)28 PPB，PPB是怎么樣一個(gè)量級概念呢？相當于在舊金山灣區的海水里的一條小魚(yú)。由此可見(jiàn)，對于顆粒和金屬含量如此高的純度要求，為半導體材料行業(yè)設置了一個(gè)非常高的門(mén)檻。

趨勢三：新材料

從7納米開(kāi)始，銅會(huì )被逐漸被鈷、釕等新材料取代，走到3納米則可能采用碳納米管。

新應用對材料廠(chǎng)商的差異化需求

AI、5G和IoT市場(chǎng)對材料供應鏈的需求是差異化的。

AI大多采用leading-edge工藝技術(shù)，拉動(dòng)了先進(jìn)制程相關(guān)的供應鏈增長(cháng)。單顆GPU芯片的尺寸高達800平方毫米（達到光罩的極限），如此大尺寸裸片的良率其實(shí)是非常低的；為了提高良率，一方面會(huì )希望單芯片越做越小，即先進(jìn)制程繼續演進(jìn)，另一方面也不斷提高對污染控制的要求，而這正是Entegris所擅長(cháng)的領(lǐng)域。

5G則是另外一個(gè)故事，5G的基帶用主流工藝可以實(shí)現，但包括功率放大器在內的射頻前端，對于III-V族化合物工藝（如GaN，GaAs等）則有高增長(cháng)需求。對于材料公司而言，需要在新材料領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng )新。

IoT則是在既有材料既有成熟工藝節點(diǎn)（如大部分8寸線(xiàn)）上，材料使用量的爆發(fā)。

特別的，在最領(lǐng)先的技術(shù)節點(diǎn)上，Entegris一直保持著(zhù)技術(shù)優(yōu)勢。隨著(zhù)半導體行業(yè)開(kāi)始更多地使用EUV光刻技術(shù)進(jìn)行先進(jìn)技術(shù)制程的大批量制造(HVM)，對EUV光罩無(wú)缺陷的要求比以往任何時(shí)候都要嚴格。今年8月，Entegris發(fā)布了下一代EUV 1010光罩盒，用于以極紫外(EUV)光刻技術(shù)進(jìn)行大批量IC制造。

據介紹，這一款光罩盒是與全球光刻機龍頭ASML密切合作而開(kāi)發(fā)的，已在全球率先獲得ASML的認證，可用于他們的最新一代光刻機（包括NXE:3400B等產(chǎn)品），并展現了出色的EUV光罩保護性能，包括解決最關(guān)鍵的微粒污染挑戰，也因此讓客戶(hù)能夠安全地過(guò)渡到最先進(jìn)的光刻工藝所需的越來(lái)越小的線(xiàn)寬。 EUV光罩比普通光罩更大，對于無(wú)塵的要求更高，且需具備薄膜兼容性，Entegris是業(yè)內首家做出符合EUV要求的光罩盒產(chǎn)品的供應商。

全球營(yíng)收勢頭強勁，中國領(lǐng)跑增量市場(chǎng)

根據Entegris發(fā)布的2018年第三季度財報，銷(xiāo)售超過(guò)3.9億美金，較去年同期增長(cháng)15%，較二季度增長(cháng)4%。前三季度總體銷(xiāo)售增長(cháng)16%，達11億美金。前三季度凈收入達1.6億美金。近期收購的 SAES Pure Gas 表現良好，其銷(xiāo)售在第三季度超出預期，反應出行業(yè)對更高工藝純度的關(guān)鍵需求。

2018上半年的增長(cháng)一方面來(lái)自存儲器因素的推動(dòng)，另一方面來(lái)自汽車(chē)、工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)應用推動(dòng)的主流工藝技術(shù)的增長(cháng)。2014到2018年，中國出現了新建Fab的投資熱潮，2018-2020年則是半導體設備大量裝機上線(xiàn)，接著(zhù)就是材料，作為消耗品開(kāi)始被大量使用，按照Fab平均20年的運轉周期來(lái)計算，再往后20年，都是材料的市場(chǎng)機會(huì )。

而就全球的營(yíng)收布局而言，來(lái)自中國市場(chǎng)的增長(cháng)尤為強勁，Q2比Q1增長(cháng)16%，2018年上半年比2017年上半年同期增長(cháng)37%。就產(chǎn)品類(lèi)型來(lái)看，一是半導體材料本身，二是全球領(lǐng)先的污染控制/凈化解決方案，這也是Entegris相較競爭對手的獨特優(yōu)勢。

根據SEMI統計，過(guò)去幾年對晶圓廠(chǎng)的投資持續增加，其中，中國臺灣地區年復合增長(cháng)率約6%，韓國達到22%，中國大陸則達到37%的年復合增長(cháng)率。中國地區的增長(cháng)整體趨勢看好，但新建的晶圓廠(chǎng)是否能夠真的取得商業(yè)化成功，還取決于機臺、人才、技術(shù)、訂單等多方面因素。

為保障本土市場(chǎng)高速增長(cháng)帶來(lái)的產(chǎn)能需求，Entegris與本土合作伙伴緊密合作，同福建博純材料及湖北晶星科技都有生產(chǎn)的戰略合作，通過(guò)嚴格的資格認證和流程準入后，生產(chǎn)特種氣體產(chǎn)品及高純度沉積產(chǎn)品。同時(shí)，今年年中，Entegris在上海開(kāi)始建設中國大陸首家技術(shù)中心，大大加速本地化的化學(xué)品分析流程，也支持與客戶(hù)高度協(xié)同的定制化開(kāi)發(fā)。中國技術(shù)中心落成后，預計將有三十人左右規模的技術(shù)團隊，為客戶(hù)提供解決方案。

在半導體材料領(lǐng)域的競爭格局方面，特別是來(lái)自本土廠(chǎng)商的追趕時(shí)，在半導體材料的選擇上，客戶(hù)主要考慮兩點(diǎn)，一是產(chǎn)品可不可以用，二是能不能一直用下去，而Entegris恰恰是在技術(shù)研發(fā)能力、產(chǎn)品品質(zhì)、定制化服務(wù)和產(chǎn)能等多方面保持了優(yōu)秀的綜合競爭力。同時(shí)，半導體材料這個(gè)市場(chǎng)也足夠大、且充滿(mǎn)機遇，所以歡迎更多的玩家進(jìn)來(lái)，競爭中有互補，共同為客戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。