产业基础领域强基战略：中国集成电路材料领域的竞争与发展

 

材料是产业发展的基础和前提，是稳固产业链供应链安全的重要内容。作为数字经济的核心产业，集成电路产业的重要性尤为凸显。而作为芯片的基本构成和过程材料，材料与设备、软件等成为是支撑集成电路遵循摩尔定律不断进步的重要基础（李先军等，2022）。随着芯片制程的不断进步，对材料的纯度、功能、品类要求不断提高。从全球范围来看，集成电路材料领域主要为日本、美国和欧洲所主导，领先企业牢牢掌控了这一领域的话语权。在产业安全和经济安全被主要国家纳入国家战略的现时背景下（张辉和张明哲，2022），材料在集成电路产业安全中的地位被各国愈发重视，我国也在各个领域也出现一些新企业并形成一定的突破和替代能力。但是，我国集成电路产业材料领域的整体竞争力还很弱，成为我国产业安全和国家安全的重要风险点。本文聚焦集成电路材料这一产业基础领域，在对集成电路产业材料全球竞争态势分析的基础上，围绕集成电路材料的主要产品分析我国企业的竞争力以及现实困境，在此基础上着眼于产业长期发展的需要提出我国集成电路材料领域的“强基战略”，并提出集成电路产业材料强基的实现路径以及相关建议。

一、集成电路产业链材料的构成和全球竞争态势

（一）集成电路材料的主要内容

狭义上的集成电路材料指的是具备半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率为1mΩ·cm～1GΩ·cm）的材料，其基本构成包括硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物，其热敏性、光敏性、掺杂性等特点使得其在电子领域用途广泛。广义上的集成电路材料指的是集成电路制造和封装环节所使用的各类材料集合，核心子集是具有半导体性能的各类材料，同时包括集成电路生产制造过程中所需要的各类材料（包括非半导体性能材料）。按照工艺流程来看，集成电路产业需要类型多样的的化学品和材料进行前端的晶圆制造（包括晶圆生产）和后端的组装、测试和封装。前端制造过程中的设计、光刻、刻蚀、离子注入、淀积、化学机械研磨等制造环节，形成对晶圆、光掩模版、光刻胶、电子气体、湿化学品、靶材、研磨材料等的需求，并在清洗、去胶、烘干等过程中需要消耗大量的湿化学品和电子气体；后端封装过程中的减薄、切片、贴片、塑封、终测等环节，则依赖于有机基板、陶瓷封装、树脂和键合线等材料。

据不完全统计，集成电路整个制造过程使用多达400种化学产品。随着摩尔定律驱动芯片制程的不断进步，前端制造所需要的各类材料纯度、性能已进入极限，对新材料应用的探索不断深入，且由于材料难以独立于芯片制造过程，使得其进步和替换离不开作为晶圆厂从用户视角的不断试验和改进。

（二）集成电路材料的市场规模和需求结构

作为集成电路产业的基础，集成电路材料表现出与集成电路产业高度一致的增长态势。根据国际半导体产业协会（SEMI）的数据显示，2021年全球半导体材料市场收入增长15.85%，达到642.74亿美元。其中，晶圆制造材料和封装材料收入总额分别约404亿美元和239亿美元，同比增长15.5%和16.3%^①。其中，晶圆、湿化学品、化学机械研磨材料、光掩模版在晶圆制造材料中的增长最快，而封装材料的扩张则受到有机基板、引线框和键合线市场增长的推动。

 

图1 2014—2020年半导体材料市场规模（单位：亿美元）

数据来源：根据国际半导体产业协会（SEMI）历年数据整理。

 

①数据来源：Michael Hall.Global Semiconductor Materials Market Revenue Tops$64 Billion In 2021 To Set New Record[EB/OL].https://www.semi.org/en/news-media-press-releases/semi-press-releases/global-semiconductor-materials-market-revenue-tops-%2464-billion-in-2021-to-set-new-record-semi-reports,Mar 16,2022.

分区域来看，台湾地区凭借其庞大的代工产能和先进的封装基地，连续第12年成为全球最大的半导体材料市场，2021年市场规模高达147亿美元。凭借不断提升的产能，中国大陆超越韩国位居第二位。受全球集成电路产业扩张的影响，中国、韩国、日本和世界其他市场规模和全球份额也有所扩大，但是，北美和欧洲市场尽管市场规模也保持增长态势，但全球份额有所下滑。

 

图2 2014—2020年各国/地区半导体材料市场规模（单位：亿美元）

注：世界其他地区包括新加坡、马来西亚、菲律宾、东南其他地区和较小的全球市场。数据来源：根据国际半导体产业协会（SEMI）历年数据整理。

 

（三）集成电路材料生产的领先国家和领先企业

与集成电路材料需求市场主要集中在中国、韩国等形成鲜明对照的是，日本、美国和欧洲则是集成电路材料的主要生产地。由于集成电路材料的高纯度、高稳定性特征，材料往往为先发企业和行业巨头所主导，这也形成了当前集成电路材料为日美欧等国家和地区龙头企业所主导的局面。从领先企业来看，日本和美国位居绝对领先地位，欧洲具有一定的优势，韩国和台湾地区在细分领域具有一定的竞争优势。然而，随着集成电路产业的不断发展，材料领域也为后发企业赶超创造了新的机会窗口。

 

表1 集成电路材料分领域领先企业名单

资料来源：作者整理

 

日本实现了在集成电路材料主要材料的全覆盖，并在部分领域绝对领先，在集成电路材料具有绝对优势。例如信越化学、胜高是最先进硅晶圆的提供商，昭和电工、罗姆株式会社也是碳化硅等第三代半导体晶圆的重要提供商；日本合成橡胶、东京应化、信越化学及富士电子四家企业占据了全球光刻胶70%以上的市场份额；大日本印刷、凸版印刷和美国的福尼克斯占据光掩模版市场份额的80%以上（剔除晶圆厂自有光掩模版）；日本酸素是重要的电子气体供应商；关东化学公司、三菱化学、东京应化、京都化工、日本合成橡胶、住友化学、和光纯药等日本企业占据了全球湿电子化学品近1/3的市场份额；日矿金属、东曹是溅射靶材的重要供应商；昭和电工、富士美在抛光液领域中居于领先地位，东丽也可生产部分芯片用抛光垫。

美国位居其次，尽管在晶圆生产和电子气体领域稍显劣势，但总体上具有强大的市场竞争力。尽管缺乏领先的硅晶圆生产企业，但在第三代半导体晶圆材料方面具有领先优势，科锐是碳化硅晶圆的领导者；杜邦化学可提供从g线/i线到193纳米和KrF产品系列的光刻胶；英特尔作为行业最为领先的一体化企业拥有自己先进的掩膜版制造工厂，且福尼克斯也是独立掩膜版的领先制造商；亚什兰、霍尼韦尔、空气产品等是湿化学品的重要供应商，也占据了全球份额的近1/3；霍尼韦尔是溅射靶材的全球领导者；卡博特一家占绝了全球化学机械抛光液市场的1/3以上，陶氏化学更是基本上垄断了全球抛光垫市场。

尽管缺乏晶圆制造厂，但依托强大的工业基础，欧洲在晶圆生产、电子气体和湿化学品具有一定的优势。德国的世创电子是高度专业化的硅晶片设计和生产的技术领导者；林德集团（含普莱克斯）、空气化工、液化空气是电子特种气体市场的领导者；巴斯夫在收购德国默克集团全球电子化学品业务后一跃成为世界领先的电子化学品供应商。

韩国和台湾地区作为集成电路产业的后发者，尽管在制造环节拥有得天独厚的优势，但在集成电路材料方面的布局尚处于起步阶段，只有在晶圆生产和掩膜版领域有一些优势。其中，SKSiltron和环球晶圆是硅晶圆的领先力量，三星和台积电出于自用的目的也都有先进的掩膜版生产工厂，台湾地区的台湾光罩则为大量晶圆制造企业提供掩膜版服务。

日本、美国、欧洲在集成电路材料领域具有绝对的优势，这主要来源于其在集成电路产业分工浪潮下的市场规律以及其在传统化工行业的领先优势；中国和韩国和作为后发者，主要利用制造优势吸引相关配套材料企业集聚，但在整体竞争力上处于相对劣势地位。

二、集成电路产业材料领域的主要产品及中国企业国际竞争力

由于集聚了大量的晶圆制造企业，我国集成电路材料的市场需求快速增长。根据国际半导体产业协会（SEMI）的数据显示，2021年中国大陆的半导体材料市场收入为119.29亿美元，2014—2021年年均增速10.29%，远超同期全球平均增速的5.55%^②。但是，从竞争力来看，我国在材料领域缺乏领先企业和龙头企业，企业规模普遍较小、产品体系不完善，背后的研发投入、技术能力、人才储备与行业龙头企业相距甚远。大量的市场需求和有限的自我保障能力，使得材料成为我国集成电路产业易被“卡脖子”的重要风险环节。

②数据来源：Michael Hall.Global Semiconductor Materials Market Revenue Tops$64 Billion In 2021 To Set New Record[EB/OL].https://www.semi.org/en/news-media-press-releases/semi-press-releases/global-semiconductor-materials-market-revenue-tops-%2464-billion-in-2021-to-set-new-record-semi-reports,Mar 16,2022.

近年来，围绕集成电路产业“卡脖子”问题的破解，大量集成电路材料企业涌现并得到产业链下游用户的有力支持，成长出一批代表性新兴企业。从分布结构来看，晶圆、光刻胶、掩膜版、电子气体、湿电子化学品、溅射靶材、化学机械研磨材料等均涌现出一些新创企业（见表2）。尽管未能形成有效的国产替代，但其从0到1的突破，也为未来我国集成电路产业发展“播撒”了创新的种子。

 

表2 我国集成电路材料分领域代表企业

资料来源：作者整理

 

（一）晶圆：国产替代有序推进，尤其是下一代晶圆材料发展迅猛

晶圆是半导体制造的基础和载体，也是集成电路材料中产值占比最高的部分。晶圆厂需要依靠高纯度、高稳定性的晶圆供应，晶圆厂工艺节点的设备设计用于具有特定直径的晶圆，如300mm（12英寸）、200mm（8英寸）和150mm（6英寸）。目前主流的晶圆是硅晶圆（即硅片），近年来，碳化硅、氮化镓和砷化镓等由于其在耐高温、耐高压或耐高频方便表现出良好的性能，其市场份额正在迅速增长，并成为未来晶圆发展的重要方向。由于晶圆的高纯度和平面度对芯片良率影响极大，且其占晶圆厂^③运营成本的比重不高（约为5%），晶圆厂对领先企业具有强烈的路径依赖效应。日本的信越化学、胜高，德国的世创电子，台湾地区的环球晶圆，韩国的SKSiltron五家公司控制全球90%以上的硅晶圆市场；碳化硅领域，Wolfspeed（原科锐）、英飞凌和SiCrystal（日本罗姆株式会社子公司）三家公司占据了全球市场约70%的份额，而前五大厂商份额约占90%。然而，随着近年来集成电路产业的快速发展，以及受美封锁的国产替代步伐加速，国内也涌现出一些新创企业，尤其是碳化硅、氮化镓、砷化镓、金刚石等新兴领域发展快速。

③集成电路行业的晶圆生产和晶圆制造是两个不同的概念，前者指生产晶圆本身，后者指在晶圆上制造芯片的过程。

国内硅片生产商主要有上海新昇、中环股份、立昂微、神工股份、超硅股份等企业。其中，上海新昇已实现12英寸晶圆量产，产能已达到30万片/年，市场份额约为4%，实现国内逻辑工艺与3D存储工艺的全覆盖、在客户上实现国内主要芯片制造厂商的全覆盖、在下游应用上实现逻辑、存储、图像传感器芯片的全覆盖，产品质量位居国际一线水平。碳化硅材料方面，单晶衬底有天科合达、北电新材、山东天岳、河北同光、世纪金光、中科钢研等，外延生长有瀚天天成、天域半导体、世纪金光、三安集成、中电科等企业。其中，科合达和山东天岳的市场占有率分别为5%和3%，尽管与Wolfspeed（原科锐）、SiCrystal（日本罗姆株式会社子公司）有一定的差距，但相较于传统硅片优势显著。氮化镓材料方面，衬底企业有苏州纳维、东莞中镓，外延生长的有苏州晶湛等，技术研发处于国际一线水准。

（二）光刻胶：严重依赖日本供给，但面板光刻胶优势显著

光刻胶是曝光过程中决定芯片良率和精度的重要材料。光刻胶由成膜树脂、感光剂、溶剂和添加剂四种成分构成，其中，成膜树脂构成了光刻胶的基本骨架，决定曝光后光刻胶的硬度、柔韧性、附着力、耐腐蚀性、热稳定性等性能；感光剂是光刻胶的关键组分，对光刻胶的感光度、分辨率等其决定性作用；溶剂是稀释光刻胶，使光刻胶处于液体状态，便于涂覆；添加剂用以改变光刻胶某些特性，如控制光刻胶光吸收率或者溶解度等。分辨率、对比度和敏感度是光刻胶的核心技术参数，其发展进程直接决定了芯片的制程进步。从20世纪50年代至今，光刻技术经历了紫外全谱（300—340纳米）、g线（436纳米）、i线（365纳米）、深紫外（DUV，248纳米和193纳米）、极紫外（EUV，13.5纳米）光刻等阶段，相应地，适应不同曝光波长的光刻胶也在不断进步，曝光的分辨率会随着光线频率的改变而不断变化，光刻胶的演进路线与光源的波长和频率高度一致，表现从g线（436纳米）→i线（365纳米）→KrF（248纳米）→ArF（193纳米）→ArF浸入式（134纳米）→EUV（<13.5纳米）的演化路径。在成熟制程的g线/i线、KrF、ArF和ArF浸没式光刻胶市场方面，日本合成橡胶、信越化学、东京应化、住友化学、杜邦化学占据主要市场份额；在当前最为先进的EUV光刻胶供给方面，日本合成橡胶、信越化学、东京应化依托其技术优势和客户优势具有绝对的控制力。

国内光刻胶企业总体竞争力较弱，主要集中在技术含量相对较低的面板光刻胶领域，集成电路光刻胶处于起步阶段。随着近年来国产替代进程的加速，尽管目前差距较大，但已有一些产品得到晶圆厂认证和使用。国内的领先企业有南大光电、飞凯材料、强力新材、容大感光、北京科华、徐州博康等，但仅在g线/i线有产品进入下游供应链，北京科华的KrF（248纳米）光刻胶目前已经通过中芯国际认证，南大光电的ArF（193纳米）光刻胶已是国内首个通过验证的ArF光刻胶产品。

（三）光掩膜版：可实现一定程度的国产替代，但先进产品不足

光掩膜版又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版、掩模版等，是集成电路制造的“底片”和“模板”，是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体。光刻过程就是将掩膜版上的设计图形通过曝光转移到光刻胶上，之后通过刻蚀工艺，将图形刻到衬底上，从而实现图形到晶圆的转移。日本凸版印刷、大日本印刷、美国福尼克斯、台湾光罩在商用光掩模版上具有绝对的领先优势，此外，大型晶圆厂，例如台积电、英特尔、三星等，都有专业的掩膜版工厂。

国内的掩膜版厂商体系较为完备，但由于未能进入到国际顶级晶圆厂的供应商序列中，其在先进制程方面有待提升。目前，国内的光掩模版厂商主要分为三类：一是以中科院微电子中心、中国电子科技集团为代表的科研院所，可提供个性化的各类光掩模版产品；第二类是专业的掩膜版制造厂商，主要有华润微电子、无锡中微掩模、苏州制版、湖北菲利华，从面板用低精度光掩模版开始逐步升级到芯片用产品；第三类是晶圆代工厂，例如中芯国际，其制版能力也处于国际较先进的水平。

（四）电子气体：企业规模相对较小，但实现了一定程度的国产替代

集成电路制造过程中的成膜、掺杂、蚀刻、清洗、封装等工艺需要具有特定功能的气体，例如氮气、氢气、氧气等大宗气体，用于掺杂的乙硼烷、三氯化硼、磷烷等Ⅲ族和Ⅴ族原子气体，用于光刻的氪氖混合气、氟氖混合气，用于刻蚀的卤化气体，用于成膜的高纯氨、硅烷，用于气相沉积的卤化物金属气体，用于清洗的氟类混合气体等。与一般气体不同，集成电路制造过程中的电子气体对纯度和精度有极高的要求，至少满足5N或者6N^④的纯度要求，混合气体的配比精度更是随着产品组分的增加要求更高。林德集团（含普莱克斯）、空气化工、液化空气和日本酸素为首的气体公司占有全球90%以上的电子特种气体市场份额。

④纯度是电子气体最重要的指标，气体纯度常用的表示方法有两种：一是用百分数表示，如99%、99.9%、99.99%、99.9999%等；另一种是用“N”表示，如，3N，5N，5.5N等，数目N与百分数表示中的“9”的个数相对应，小数点后的数表示不足“9”的数，如5.5N表示99.9995%。根据气体纯度不同，气体可分为普通气体、纯气体、高纯气体及超高纯气体4个等级。

受技术、设备、认证、进入供应链等因素的限制，国内电子气体供应商的产品纯度与国际领先企业有较大的差距，在清洗、刻蚀、光刻等环节有一定的突破，但在掺杂、沉积等工艺中有待进一步加速突破。国内代表性电子气体有派瑞特气、广东华特、雅克科技、凯美特气、昊华科技、南大光电、和远气体、金宏气体等。其中，广东华特是国内首家打破高纯六氟乙烷、高纯三氟甲烷等产品进口制约的气体公司，并率先实现了近20个产品的进口替代；派瑞特气已建成国内最大的三氟化氮、六氟化钨及三氟甲磺酸系列产品研发生产基地（三氟化氮国内市场覆盖率超过95%，国际市场覆盖率达30%；六氟化钨国内市场覆盖率达100%，国际市场覆盖率达40%）；昊华科技具备高纯度三氟化氮、六氟化硫、硒化氢等的研制能力；南大光电的氢类和氟类电子气体达到了4N以上的纯度。

（五）湿电子化学品：专业型和传统型化工企业转型加速替代，但总体竞争力较弱

与电子气体类似，在晶圆的清洗、刻蚀、显影、洗脱、互联等过程中往往需要超净高纯试剂，它们统称为湿电子化学品。这些超净高纯试剂对纯度和洁净度有极高的要求，是影响电子元器件成品率、电性能和可靠性等的重要因素。湿电子化学品按用途主要分为通用化学品和功能化学品两类，其中，通用化学品以高纯溶剂为主，例如过氧化氢（双氧水）、氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等；功能化学品指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品，主要包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。当前，全球湿电子化学品市场份额主要为日本、美国和欧洲企业所主导。例如巴斯夫、亚什兰、霍尼韦尔、空气产品、关东化学、三菱化学、东京应化、京都化工、日本合成橡胶、住友化学、和光纯药等，合计占据全球60%以上的市场份额。

国内专业的电子化学品公司有晶瑞股份、江化微、晶拓半导体、巨化股份、兴发集团等，尽管在部分湿化学品方面取得一些成效，但受制于企业规模较小、进入供应链难度较高、产品组合尚未成型等因素的影响，与国际巨头相比缺乏竞争力。而一些传统的化工企业也利用自身优势向在湿电子化学品领域延伸，例如氟化学品领军企业多氟多和巨化股份都从电子级氢氟酸进入电子化学品领域，磷化工企业兴发集团也在建设电子级氢氟酸项目，新化股份在推进电子级过氧化氢和氨水项目建设，其原料供应稳定，且对化工精制、分离、提纯等化工操作熟悉，具有进一步发展湿电子化学品的先天优势。

（六）溅射靶材：部分产品可自主供应，但产品系列有待进一步丰富

靶材是半导体制造过程中形成功能性薄膜的核心材料。在晶圆制造过程中，为保证薄膜的均匀性和高纯度，往往通过高速粒子流轰击固体表面使原子脱离靶材沉积在衬底表面，从而形成薄膜，这个薄膜的形成过程称为溅射，被轰击的固体被称为溅射靶材。溅射靶材是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）工艺步骤中所必需的材料，是制备薄膜的关键材料。由于集成电路本身对材料纯度的高要求，使得集成电路靶材纯度通常达到6N以上。美国、日本在溅射靶材领域居于垄断地位，以霍尼韦尔（美国）、日矿金属（日本）、东曹（日本）和林德集团等跨国集团合计近80%，其中，日矿金属垄断全球60%的芯片靶材市场份额，爱发科为铝靶的主要供应商，三井、日矿金属和优美科则是氧化铟锡靶材的主要供应商。

国内靶材企业起步时间较晚，主要集中在液晶面板等纯度要求相对较低的产品领域，集成电路制造用靶材主要依赖进口。国内市场靶材主要参与者包括江丰电子、有研新材、阿石创和隆华科技等厂商。其中，江丰电子的超高纯金属溅射靶材产品已在7纳米技术节点实现批量供货，有研新材具备高纯铜和高纯钴靶材原料的制造能力，阿石创的氧化铟锡靶材已成功在高端平面显示器生产线实现量产应用，隆华科技是国内钼靶材的主要供应商并实现氧化铟锡靶材的批量生产。

（七）化学机械研磨材料：企业总体规模较小，竞争力较弱

化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing Or Planarization，CMP）过程是抛光液、抛光垫和调节器等材料共同作用的结果。抛光液的主要成分包含研磨颗粒、各种添加剂和水，其中研磨颗粒主要为硅溶胶和气相二氧化硅，添加剂的种类可根据实际需求进行配比，抛光液的核心技术是添加剂配方。抛光垫粘附在转盘的上表面，它是决定抛光速率和平坦化能力的重要部件，其通常用聚亚胺脂制成，沟槽的设计及提高使用寿命是抛光垫的主要技术壁垒。全球化学机械抛光液市场被美日企业所垄断，主要企业有卡博特、昭和电工、富士美；抛光垫市场为陶氏化学所主导，3M、卡博特、日本东丽、三方化学等供应部分抛光垫。

国内抛光液和抛光垫企业总体规模较小，产品体系化程度较低，产品也主要供应4英寸、6英寸晶圆制造过程中，对大晶圆、先进制程过程中的占有率极低。安集微电子是国内唯一一家能提供12英寸集成电路抛光液的本土供应商，产品已经接近国际领先水平；抛光垫领域起步较晚，鼎龙股份通过国内12寸晶圆厂产品测试并取得订单。

总体来看，尽管我国在集成电路材料的各具体领域均有相关企业参与，形成了一定的国产替代能力，但是，企业规模较小、产品技术和工艺水平较低、市场竞争力弱，集成电路材料领域与国外行业巨头相比劣势显著。在当前美国不断强化对中国集成电路产业打压的现实背景下，集成电路材料的竞争劣势可能成为产业安全的重要风险点。

三、我国集成电路产业材料赶领域发展面临的现实困境

材料是集成电路产业的粮食，是决定集成电路产业发展的根基。在二十世纪六十年代后集成电路产业全球化发展和转移的浪潮下，美国、日本、欧洲等先发国家和地区利用产业链的分工机会，沿着集成电路产业价值链“微笑曲线”向两端移动，材料成为其获取高附加值和维持产业影响力的重要依托。此外，随着韩国和我国集成电路产业的快速发展，依托临近市场优势，本地的集成电路材料产品配套能力不断提升，这也成为集成电路产业材料市场高度分散的重要原因。然而，受制于产业基础能力的约束、企业竞争力不足以及当前美国以安全为名对我国的极限打压，我国集成电路材料领域面临较高的安全风险，这也极易成为卡住我国数字经济发展的重要风险点。具体来看，我国集成电路产业材料领域发展面临如下几方面的突出困难。

（一）产业基础不稳，产学研用链条需要进一步畅通和强化

集成电路材料属于精细化学和电子工程的交叉领域，需要强大的科学技术和工艺基础，且表现为科技成果产业化和产业发展牵引科技创新的创新链逻辑（曲永义和李先军，2022）。但是，从我国集成电路产业的关键材料竞争力来看，产业基础不稳固问题极为突出。一是产业发展积累不够，难以在短期内形成与行业巨头竞争的能力。无论是德国的巴斯夫，还是美国的陶氏、杜邦，以及占据绝对领先地位的日本企业信越化学、三菱化学等，集成电路材料领域的领军企业绝大多数都是化工行业自诞生之初发展至今的“百年老店”，部分企业甚至是化工行业突破的引领者。企业的成长和发展也是知识累计、技术迭代、产品创新、客户开拓和逐步改善的过程，尤其是在百余年的发展过程中积累的大量基础研究、专利、默会性知识等，不仅需要时间的沉淀，更重要的是需要不断的试错和创新，以最终实现产业化和商业成功。我国在集成电路材料领域的企业总体上起步较晚、规模较小、知识和资源积累与行业巨头存在较大的差距。二是基础研究有待强化，尤其是基础物理、化学以及微观学科研究有待进一步强化。半导体材料具有超高纯度（至少5N以上，晶圆甚至要求11N以上）、超精细的特征，不仅对生产制造工艺有极高的要求，对包装、运输等全产业链的材料、器件、设备等更是要求苛刻，且在接近原子状态下的物质表现出微观量子特征，对基础研究的要求较高。对于我国现有规模较小的材料企业来说，缺乏相应的研究能力；科研院所具有相应的研究能力但缺乏应用和需求牵引，也不愿意加大相关领域的基础研究，总体上的研究投入不足。三是基础研究与产业应用脱节，科学家与企业家未能形成有效连接。从日本材料企业发展历程来看，在“拓展物质用途—推动产品开发—强化基础研究—进一步拓展物质用途”的正强化过程，企业实现了研究与应用的有效协同，巴斯夫、陶氏化学等欧美企业也是如此。材料企业的基础性决定了应用研究与理论研究的高度一致性，例如1931年巴斯夫的卡尔·博世和弗里德里希·贝吉乌斯因发明用于氨合成和煤氢化的高压技术而分别获得诺贝尔奖，2002年诺贝尔化学奖获得者田中耕一是岛津公司的一名工程师，企业的产品开发与基础研究表现出内在的强化过程。然而，我国在基础研究与产业应用方面存在“断裂带”，基础研究与产业发展严重脱节，二者的评价体系、激励机制存在比较大的差异，不利于科学家的培育和企业家的成长。

（二）先发者树立进入高墙，后发者进入十分困难

材料在整个集成电路产业中的占比不高，但却是决定产业进步的基础，产品研发能力、用户认证、进入供应链等方面的优势成为领先企业控制市场、树立产业进入高墙的重要内容，这对于处于追赶阶段的我国材料企业来说形成巨大的挑战。一是后发者进入十分困难，先发者会与设备、晶圆制造企业形成强大的锁定效应。材料往往是与生产设备和工艺高度适配，在特定技术发展阶段先发者具有绝对的垄断优势，只有待新的技术变迁机会出现时材料需求商的产品需求发生变化时，后发者才有进入的机会。但是，先发者往往在技术和应用条件方面的累计优势，其往往能够领先新进入者更早地开发更领先的产品。例如，光刻制程的每一次进步，都需要不同的光刻胶、刻蚀材料、电子气体等，不仅体现在纯度上的巨大差异，更体现在基本构成、配方、颗粒度等的巨大差异，先发者往往与设备企业、晶圆制造厂商形成长期稳定的合作关系，多方会在工艺进步过程中协同创新，对于后发者来说往往难以获得改进过程中的机会，赶超面临更为艰难的局面。二是极高的专利门槛，后发者在现有技术路径下面临极高的知识产权风险。在长期发展过程中，材料领域龙头企业积累了极高的专利门槛，以湿电子化学品为例，在行业内处于相对靠前位置的英特格（Entegris）就拥有有效专利2550件，而国内领先的材料企业（例如派瑞特气、江丰电子）也仅有两三百项专利，这也导致后发企业在赶超过程中难以突出行业龙头企业设置的“专利墙”，后发赶超十分困难。

（三）缺乏龙头企业，未能形成对产业发展的有效牵引

尽管集成电路材料的总体市场规模不大，但行业内的领先企业绝大多数为化工行业的巨头，它们利用自身的基础能力、品牌、客户等优势，通过多元化产品开发和产品升级，不仅有效摊薄了高额的研发成本，也助其成为行业内的领军企业和一体化服务供应商。与国际巨头相比，我国集成电路产业材料领域缺乏大型龙头企业，尤其是大型化工企业未能有效发挥产业发展的牵引作用。一是材料领域企业规模普遍较小，难以承受研究开发、技术跃迁所带来的高风险。与大型晶圆制造、设计企业相比，材料领域的产品构成复杂，产品类型多样、单个产品产值不高，龙头企业利用多样化产品组合形成的范围经济极大地提升了其在行业内的竞争优势。例如，从信越化学的发展历程来看，早在1960年就开始生产高纯度硅，它的发展与日本半导体行业崛起的历程息息相关。一方面，其产品发展涉足硅片、掩膜版、光刻胶、电子气体等，丰富的产品体系来保证其在全球集成电路材料市场的领导地位；另一方面，其市场拓展与全球半导体产业的转移高度协同，企业布局广泛分布在日本本土、美国、韩国、东南亚、中国等，形成了主要生产基地和市场的有效覆盖。我国在材料领域企业总体规模相对于国外龙头企业极小，最大的企业销售收入也只有10亿元左右，对于集成电路这一高研发投入、高风险的行业来说，寄希望于小企业来实现国产替代和赶超是十分困难的，至少在短期内实现这一目标是极为困难的。二是传统化工企业在集成电路材料领域关注严重不足，未能真正发挥国有企业在原创技术策源地和产业链链长的有效功能。国有化工龙头企业以及一些民营化工巨头企业，它们在化工领域具有绝对的资源、技术、人才、市场、资金等综合优势，但是，从材料领域的国内代表企业来看，难以看到它们在新产品、新材料开发的印迹，以及它们在这一领域的投资、知识和资源输出，反而是一些小型专业化工企业成为我国集成电路材料企业的开拓者，这与美国、日本、德国主要是以传统大型化工企业为载体创新发展形成的集成电路材料企业形成鲜明的对照。大型化工企业在集成电路材料领域的关注度和投资严重不足，进一步发挥其原创技术策源地和产业链链长功能大有可为（中国社会科学院工业经济研究所课题组，2022）。

（四）总体支持不够，有待形成各方共同支持的强化合力

与更加显性的芯片制造、封装相比，集成电路产业上游材料市场规模不大，且属于前端中间品的产业受到的关注度不够，一些针对化工行业的监管政策也对材料研发生产造成一些限制，成为制约材料领域发展的重要原因。一是超大规模市场优势容易导致产业界漠视芯片材料这一细分领域的小市场。集成电路所涉及的材料，都是传统化工产品不断创新形成的新产品，尤其是通过精细化加工或者提纯工艺而获得的。我国作为全球第一大化工原料生产国和消费国，本身是具备这方面的基础的，但是，由于庞大的国内市场和国际市场，化工企业不愿意放弃眼前大规模通用需求的大市场而转向小规模特殊需求（例如集成电路）的利基市场，这与日本化工企业不断精耕细作、专注细分市场、拓展产品用途、提高产品纯度和精度形成鲜明的对照。因此，我国在集成电路材料突破上的首要困难是从认识上破解化工产业发展的方向。二是行业管理部门将集成电路材料作为化工产品实施的通用关键模式极大地影响产品创新和迭代升级。例如，《危险化学品目录（2015版）》未将涉及到集成电路的相关化学品与一般化学品分开，应急管理和安全环保部门对集成电路产业所涉及的化学品缺乏精准性监管。从调研企业反映的情况来看，目前在电子化学品、电子气体的生产、储运和应用领域面临十分严苛的安全管制，精细化工企业的产品研发、试制、生产审批周期过长（甚至超过2年，超过摩尔定律18个月的换代周期），使用企业面临仓储运输成本显著提升，国内企业与国外企业相比面临更高的规制成本。安全环保与产业发展政策未能有效协同，十分不利于甚至阻碍我国集成电路产业在材料等重要领域的追赶。三是芯片制造企业对材料国产替代重要意义的认识有待进一步强化。材料认证周期较长（往往需要至少一代产品），且话语权主要掌握在下游的一线制造企业手中，材料从研发到中试，再到适用和大规模应用面临较高的门槛，行业话语权主要掌握在日本、美国、欧洲等巨头企业手中。当前尚未出现类似美国对设备、电子设计自动化软件、高端芯片对华出口限制的材料限制性行为，但事实上，因为美国已经限制了高端设备、先进软件的对华出口，限制了人才和知识与我国的交流，不仅与高端制程相匹配的材料需求也就没有了，还导致我们与之“软脱钩”，在此背景下，美国实质上已经没有必要采取直接对材料的限制行为。各种因素的综合导致产业界尤其是制造环节企业目前对材料领域的国产替代重视度不够，在采购、试用、并行替代等方面积极性不够，新创企业和新产品面临需求不足的现实困境。

四、集成电路产业材料强基战略的实现路径

保证集成电路产业链供应链韧性和安全，需要进一步强化产业链基础，尤其是夯实其材料根基。要进一步强化产业发展的人才、基础研究和产业化基础，推动传统化工企业加快升级、培育专业化材料企业、加快科研院所研究成果的产业化转移，推动材料企业与制造企业等产业链上下游的联合研发和合作。

（一）夯实集成电路产业材料发展根基

材料本身是产业发展的根基，也是物理、化学等基础科学发展的载体。针对我国集成电路产业材料领域的基础研究不足、产业发展滞后、产学研用链条不畅等问题，不仅需要夯实产业发展的基础和根基，还需要关注从研发到产业化的跨越“死亡之谷”问题。一是明确产业长期发展的路线图。在美西方极限打压我国集成电路产业的背景下，寄希望于短期的赶超阻力重重，利用现有可自主可控的成熟制程破解外部封锁、保障经济安全、推动有序升级具有更高的可行性。为此，基于我国化工行业的传统优势和外部封锁的压力下，集成电路材料领域的突破，需要树立长期发展意识，围绕产业自主化和竞争优势目标，形成短期、中期、长期的发展路线图，为市场注入信心。二是强化人才培养和有效供给。在集成电路学院、微电子学院加大集成电路人才培养的同时，进一步加大对精细化学、工程学等专业人才和复合型人才的培养；强化人才的国际交流，保证中国知识和技术的全球“嵌入度”；创新人才培养机制，推动高校、科研机构、企业的人才交流和共同培养，提升人才的应用能力（周子学，2016）。三是进一步强化集成电路材料的基础研究。与集成电路制造领域需要卓越的工艺不同，材料领域的竞争力很大程度上依赖于基础科学的进步和发展，进一步强化我国在化学、物理、数学等基础学科的优势，鼓励围绕材料领域开展“无边界探索”，为集成电路产业等新兴产业以及未来产业前瞻性部署材料基础；建设类似新竹科技园“国研院国家晶片中心”的共性技术研发平台，为产品提供早期测试甚至中试的机会。四是推动集成电路产业材料领域高水平创新成果的生产和转化。提升在基础研究的优势成果产出，并利用产业优势牵引基础研究的专利化、标准化转化，以及朝着更接近产业发展的产品化、产业化方向发展，形成创新投入—创新成果产出—创新产业化的转化链条（刘大勇等，2017）。

（二）加快集成电路产业材料市场主体的升级和培育

产业发展和突破最终还是需要落实到微观的企业主体上。总结国外材料企业发展历程，表现出个体企业不断创新成长、相关企业不断兼并重组、企业进出有序的生态化发展特征。对于我国来说，可结合国情和现实需要，发挥大型化工企业的能力优势，调动广大中小微企业在细分领域的积极性，利用好科研院所的技术力量，打造材料产业发展的生态系统。围绕当前我国集成电路产业的材料供应商结构，可以从三个方向加快各类主体的培育和升级。一是加快推进传统化工企业创新发展和转型升级。利用我国在传统化工领域的规模优势，鼓励大型龙头企业，尤其是国有大型化工企业发挥自身专业优势，推动产品朝着精细化、高附加值方向发展；鼓励企业利用其庞大的体量优势加大研发投入，开发现有材料新功能，开发满足新兴产业发展的新产品，探索产品用途的多元化，形成多产品的整合和国产替代；鼓励企业开展多元化业务探索和内创业，孵化具有发展前景的新企业；鼓励传统化工企业和集成电路企业的联合研发与应用，开发可用于集成电路制造过程中的各类化工产品，形成跨界的合作优势。二是加快集成电路材料的专业型企业发展。注重中小企业培育，鼓励企业围绕自身专业优势深耕细分领域探索前沿产品和专用化产品，形成在细分领域的独特优势，尤其是要鼓励行业内“专精特新”企业发展，鼓励材料细分领域的多点创新，形成在各个细分领域的多点突破，与大企业一道形成产业发展和突破的良好生态；鼓励企业利用资本运作、企业联盟等方式，加快完善企业产品系列，打造具有领先优势的集成电路材料一体化供应商；鼓励现有半导体产业相关材料企业的有序升级，利用我国在液晶平板、成熟制程的优势，逐步向高精度的集成电路材料升级，夯实产业发展根基。三是深化集成电路行业材料研发的科研院所改革。进一步强化科研院所的研发能力和产品开发能力，切实保障我国在关键材料的“短板”安全；深化科研院所改革，按照国资国企改革的新方向，推动员工持股、企业上市、市场化运营，形成底层能力向市场竞争力的有效转化。

（三）推动集成电路产业链上下游的有序合作

用户是检验产品和服务的有效标准，也是推动产品和服务升级的重要力量。集成电路材料的用户主要是晶圆制造企业和封装企业，在集成电路产业的材料领域发展过程中，要从集成电路产业链和产业生态系统的视角出发，吸引多方主体尤其是用户参与，共同推动集成电路产业链上下游的有序合作。一是要创新机制，发挥政府、行业团体或者龙头企业的引导作用，构建产业上下游和横向企业之间的社会协同网络。利用好标准联盟、产业联盟等市场间组织的连接功能，推动材料产业的标准化、协同化发展。二是要利用好“首台套”“首版次”等相关优惠政策机会，不仅要给予创新突破企业以支持，同时要给予用户以支持，例如确实落实新产品保险机制，降低用户使用国产替代设备、材料所造成的机会成本和风险损失补偿，真正将产品从研发企业、实验室走到车间，走向大规模应用。

五、集成电路产业材料强基的政策建议

在国家推动集成电路产业发展的整体背景下，要将集成电路材料作为重要的支持对象，从系统安全的视角强化多点布局和重点突破，并强化知识产权布局与保护，有序提升我国在材料领域的竞争力。

（一）战略上高度重视，尤其是形成合力共同促进材料产业发展

鉴于集成电路产业材料的高度重要性以及我国在产业竞争力上的劣势，需要发挥有为政府的作用（刘建丽，2021），集聚多方力量支持集成电路产业材料领域的发展。一是要从战略上高度重视材料发展，预防类似光刻机一样的“卡脖子”问题。目前，我国在集成电路产业面临美国的精准“断链”行动，以及企图“全面打击”下的盟友联合行动，加之对人工智能、量子技术等应用领域的全面围堵，美国已从战略到实践上形成对我国集成电路全产业链、全范围、全场域的打击。尽管当前美国及其盟友对我国集成电路产业打压集中在先进制程、先进设备和软件，暂时尚未涉及到材料领域，但需要关注美国联合盟友对中国实施全面打击的风险，日本2019年开始加强对韩国出口光刻胶等3种材料的管制行为就是例子。为此，要从战略上进一步提高对集成电路材料领域的重视，提前布局和维护产业链安全。二是要发挥国内大循环的优势，对国产集成电路材料予以倾斜支持。发挥中央企业充当现代产业链链长的新定位和新角色，由中央企业在技术突破、资源供给、需求拉动等方面发挥作用，尤其是大力推动大型化工企业利用冗余资源投入到材料领域，强化企业内创业行为，或者通过资本投资到材料领域形成引领作用；在支持国有大型化工企业在集成电路材料投资过程中，需要在目标和考核方面予以倾斜以提升企业积极性；要利用国有企业的订单优势，大力扶持国产集成电路材料企业，不仅支持其产品开发和生产，更要支持其产品的升级与迭代。三是考虑对集成电路材料领域的包容审慎监管，适应集成电路在摩尔定律下的快速变化需要。对于精细化工和电子气体监管的问题，应急管理部门在安全环保监管中结合《战略性新兴产业分类（2018）》的具体行业细分，采用更加精准、有效的监管与服务模式，真正在确保安全、规避污染的同时促进集成电路产业的高质量发展。对于集成电路产业集聚区，结合中国化工产业布局的变化（邹辉和段学军，2020），探索对精细化工产业的“特殊监管”或者“保护区监管”模式，加速相关材料的开发、应用和升级。

（二）推动多点布局和重点突破，实现在材料领域的有序赶超

集成电路产业所需要的材料种类繁多、类型丰富，且在集成电路每一代的制程升级中都有新的材料需求和材料升级需要。为此，着眼于数字经济发展的基础安全，在保证重点产品安全的同时，要关注材料领域的系统安全。一是形成集成电路产业材料领域发展图谱与国产替代图谱，形成对产业发展的系统性审视。立足产业系统安全视角，产业决策部门可委托晶圆厂，对不同制程和不同产品（逻辑芯片、存储芯片和功率器件）描绘出相关的材料及供应商图谱，以及国产化产品图谱，形成对现有材料需求的系统性认知。在此基础上立足于系统安全推动材料领域的多点布局，并强化在光刻胶、湿化学品、靶材、研磨材料上的重点突破。二是着眼长期发展，在现有基础上推动在全产业链的有序提升和逐步升级。集成电路制造和封装所用材料，与液晶显示器（LCD）、印刷电路板（PCB）、光伏电池板等具有极高的相似性，但在精度、纯度等方面要求高出几个数量级，这不仅决定了产品的高成本和高价格，但同时也为后发者赶超提供了一个新途径。即通过在相对低端的产业积累，通过逐步提升，形成有序的发展和赶超。三是把握技术变革窗口，探索新技术轨道上或者世代跃迁时的赶超。在产业逐步升级和有序提升的过程中，要关注集成电路技术变革窗口期所带来的新机会，以此推动材料在技术轨道上的突破。例如，着眼于极紫外光源作为未来5—10年光刻主流技术的机会，探索干性光刻胶的开发，形成与传统湿法光刻胶完全不同的技术变迁轨道；关注纳米压印等可能替代光刻技术的技术路线上的材料需求，将增材制造等技术与材料研发路线融合创新；利用汽车芯片、人工智能芯片、物联网芯片、穿戴设备芯片等快速发展的机遇，大力推进在功率器件制造材料上的突破，形成在细分领域的非对称竞争优势（李先军等，2022）。把握数字经济发展机遇，利用AI等新兴技术，通过机器学习等方式，改变传统对集成电路材料的分析、筛选、识别方式，以形成在材料领域的后发优势。

（三）强化知识产权保护，推动产业高质量发展

集成电路是一个知识密集型产业，知识产权以及生产制造过程中的技术诀窍决定了企业的竞争力。为此，获取和保护知识产权对于产业的健康可持续发展至关重要。一是鼓励企业丰富各类产品的知识产权体系。鼓励企业围绕自身核心产品，形成在产品、工艺、技术等全方位的自有知识产权，构造针对单品类产品的专有知识产权，形成与日美欧龙头企业的非对称竞争优势。鼓励企业强化内部知识诀窍的系统管理，提升企业的核心竞争力。强化国家系统性知识产权管理，推动行业共享部分基础性知识产权，降低初创企业初始研发成本。二是切实推进知识产权保护。注重对无形的技术、工艺、配方等技术诀窍的保护，鼓励产权专属企业通过授权、买卖等多种方式推动知识产权流动和交易，发挥知识产权的经济价值。进一步推动知识产权保护，保护原创企业创新积极性，构建和完善保护产权的经济生态。

 

参考文献

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李先军,刘建丽.产业基础领域强基战略：中国集成电路材料领域的竞争与发展[J/OL].产业经济评论:1-11[2023-06-15].https://doi.org/10.19313/j.cnki.cn10-1223/f.20230530.003.