最新半导体材料精选90份深度报告

感知芯视界 2023-03-06 19:50 546浏览 0评论 0点赞

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本文内容来源：天风证券，谢谢

半导体材料和设备是半导体制造工艺的基石，制程的进步推动半导体材料价值量增加，需求相应进一步提升。市场规模增长迅速，2021年达到643亿美元，同比增长15.86%。

我国‍‍‍‍‍‍的半导体材料仍然集中在后端封装材料上，前端晶圆制造材料核心优势仍然不足。目前国产半导体材料整体还相对薄弱，2021年国内半导体材料国产化率仅约10%左右，这对于国产半导体材料厂商来说既是一个机遇，也是一个巨大挑战。随着中国晶圆制造产能的提升，晶圆制造材料占比有望不断提升。

编辑：感知芯视界

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半导体材料是半导体制造工艺的核心基础。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。半导体产业链具体包括上游供应、中游制造和下游应用。其中，半导体材料处于上游供应环节，材料品类繁多。半导体材料和设备是基石，是推动集成电路技术创新的引擎。

半导体材料按应用环节划分，可分为前端晶圆制造材料和后端封装材料两大类。主要的晶圆制造材料包括：硅片、电子特气、光刻胶及配套试剂、湿电子化学品、抛光材料、靶材、光掩膜版等；主要的封装材料包括：引线框架、封装基板、陶瓷材料、键合金丝、切割材料等。

从半导体制造材料细分领域来看，大硅片占比最大，占比为 32.9%。其次为气体，占比为14.1%，第三是光掩膜，占比为 12.6%，其后分别为抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、溅射靶材，占比分别为 7.2%、6.9%、6.1%、4%和 3%。

制程的进步推动半导体材料价值量增加，需求相应进一步提升。摩尔定律提出，每隔 18-24个月，芯片上集成的晶体管数目就会增加一倍，也就是说处理器的功能和处理速度会翻一番。随着芯片工艺制程的技术节点不断进步，半导体材料的需求与性能要求也不断提升。

半导体材料发展现状：海外主导，国产需加强研发

半导体材料市场规模大，近两年市场空间增长迅速。根据 SEMI 数据，2015-2019 年全球半导体材料行业市场规模呈波动变化趋势，2019 年受半导体产业整体大环境影响，全球半导体材料行业市场规模约 521.4 亿美元，同比下降 1.12%；但是 2020 与 2021 年受到全球半导体产品的强烈需求的影响，半导体材料市场规模快速上升，2021 年达到 643 亿美元，同比增长 15.86%，超过了在 2020 年创下的 555 亿美元市场高点。分产品来看，晶圆制造材料占比较封装材料更高，2018-2020 年占比均超过 60%。

我国的半导体材料仍然集中在后端封装材料上，前端晶圆制造材料核心优势仍然不足。SEMI 数据显示，2019 年我国半导体封装材料占比约 66.82%，晶圆制造材料占比约 33.18%。

我国芯片制造主要存在三大短板：核心原材料不能自给自足、芯片制造工艺尚弱、关键制造装备依赖进口。随着中国晶圆制造产能的提升，晶圆制造材料占比有望不断提升。

晶圆制造材料核心优势不足，自给率低，国产替代空间大。根据中国海关总署公布的数据显示，2020 年上半年，我国集成电路产品进口额达 1546.1 亿美元，远高于本土集成电路销售额 3539 亿元人民币。据国际半导体产业协会（SEMI）数据显示，中国大陆 2021 年半导体材料的市场约为 119 亿美元，与 2020 年的 98 亿美元相比增长 21.9%。可以看出，我国半导体材料市场规模增速显著，国产替代空间较大。

国产替代加速，材料量价齐升

半导体材料景气度持续提升，国产替代进程有望加速。根据 SEMI 数据显示，2021 年全球半导体材料市场收入增长 15.9%，达到 643 亿美元。中国大陆是全球第二大半导体材料市场，2021 年占比达到 18.6%，市场规模约为 119.3 亿美元，同比增 21.9%。

外部环境影响供给，内部扩产增加需求，政策加码鼓励国产替代，半导体材料量价齐升。同时，大陆晶圆厂产能的提升及技术节点的进步驱动了半导体材料的需求量显著提升。自 2014 年以来，中国政府大力主导推动整体产业发展，从“八五”到“十四五”，政策持续推动半导体国产化。国产半导体材料在内外因素共同驱动下，量价齐升。

硅片：半导体行业蓬勃发展，硅片量产空间广阔

硅片是第一大半导体制造材料。根据《我国集成电路制造材料产业现状及发展态势》发布的数据，2020Q4 全球集成电路制造用材料市场结构中 35%为硅材料，而我国 2021 年硅材料占比达 40%。

根据制造工艺分类，半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以 SOI 硅片为代表的高端硅基材料。

伴随单晶硅制造技术进步，硅片尺寸趋于增大。根据 Gartner 预测，2016-2022 年，全球芯片制造产能中，预计 20nm 及以下制程占比 12%，32/28nm 至 90nm 占比 41%，0.13μm及以上的微米级制程占比 47%。

目前，90nm 及以下的制程主要使用 12 寸半导体硅片，90nm以上的制程主要使用 8 寸或更小尺寸的硅片。尚普研究院指出，硅片持续朝向大尺寸方向发展，1970 年硅片主流尺寸是 50mm，2000 年以后主流尺寸向 12 寸发展。

8 寸硅片市占率趋稳，12 寸渐成市场主流。2011 年起，8 寸半导体硅片市场占有率稳定在25-27%之间，2018 年，受益于汽车电子、工业电子、物联网等应用领域的强劲需求，以及功率器件、传感器等生产商将部分产能从 150mm 转移至 8 寸，带动 8 寸硅片继续保持增长，出货面积同比增长 6.25%，2020 年占比在 25.4%。

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特种气体：政策利好需求升级，行业发展势头强劲

根据应用领域的不同，工业气体可以分为大宗气体和特种气体。大宗气体指纯度要求低于5N，产销量大的工业气体，根据制备方式的不同可分为空分气体和合成气体。特种气体指被应用于特定领域，对纯度、品种、性质有特殊要求的工业气体。

特种气体按应用领域分类可分为电子特气、医疗气体、标准气体、激光气体、食品气体、电光源气体等。在所有特种气体中，电子特气的市场规模最大，在特种气体市场规模占比超过 60%。

半导体为电子特气第一大应用领域。电子特种气体主要用于集成电路、显示面板、LED（发光二极管）、光伏等领域，其中，集成电路领域的应用占比最高，为 43%，之后是显示面板、LED、光伏等应用领域，应用占比分别为 21%、13%和 6%，电子特气在半导体领域的应用最多。

在下游新兴行业快速发展，国家政策鼓励特种气体发展的环境下，中国特种气体市场有望继续保持增长，据亿渡数据预计到 2026 年中国特种气体行业的市场规模将达到 808 亿元，2021-2026 年复合增长率为 18.76%。

中国特种气体市场被发达国家的龙头企业垄断。2020 年，美国空气华工、美国普莱克斯、法国液化空气、日本太阳日酸及德国林德共占据中国市场 85%的市场份额。

国产企业第一梯队包括华特气体、金宏气体、南大光电和雅克科技，2020 年市场份额占比分别为 1.91%、1.56%、1.5%和 1.3%。第一梯队的企业特气业务收入已具备规模性，在细分领域产品优势明显，但和国外龙头企业相比还有差距。

光刻胶：半导体材料皇冠上的明珠，高壁垒高盈利

光刻胶及其配套化学品是重要的半导体材料，在芯片制造材料成本中的占比高达 12%，是继大硅片、电子气体之后第三大 IC 制造材料。

光刻胶主要是由光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体（活性稀释剂）、溶剂和其他助剂组成的对光敏感的混合液体。树脂和光引发剂是光刻胶最核心的部分，树脂对整个光刻胶起到支撑作用，使光刻胶具有耐刻蚀性能；光引发剂是光刻胶材料中的光敏成分，能发生光化学反应。

光刻胶产业链可以分为上游原材料，中游制造和下游应用三个环节。上游包括感光树脂、单体、光引发剂及添加助剂等原材料，中游包括 PCB 光刻胶、面板光刻胶和半导体光刻胶的制备，下游是各种光刻胶的应用。

全球光刻胶市场规模有望破百亿美元，中国市场正在崛起。根据 Cision 数据，至 2022 年全球光刻胶市场规模将超过 100 亿美元。至 2022 年中国光刻胶市场规模将超过 117 亿人民币。

半导体光刻胶代表了光刻胶发展的最高水平，中国半导体光刻胶技术水平与国际先进水平差距较大。目前，主要面向 45nm 以下制程工艺的 ArF 浸没光刻胶在国际上是主流，为主要市场参与者所掌握，而国内厂商在这一领域尚未实现量产。

光掩膜：设备&技术高门槛，美日厂商占据主流

光掩膜，即光刻掩膜版，又称光罩、掩膜版等，是集成电路光刻工艺中的图形转移工具或母版。光掩膜的功能类似于传统相机的“底片”，在光刻机、光刻胶的配合下，将光掩膜上已设计好的图案，通过曝光和显影等工序转移到衬底的光刻胶上，进行图像复制，从而实现批量生产。

光掩膜上游主要包括图形设计、光掩膜设备及材料行业，主要供应厂商包括日本东曹、日本信越化学、日本尼康和菲利华等；中游为掩膜版制造行业，主要企业有日本 HOYA，日本 DNP，韩国 LG-IT、日本 SKE 和清溢光电等；下游主要包括 IC 制造、IC 封装、平面显示和印制线路板等行业。

在光掩膜的下游应用中，半导体领域用占比为 60%左右。光掩膜全球市场规模逐年增长。根据 SEMI 公布的数据显示，2017 年全球半导体芯片掩膜版市场达 37 亿美元，同比增长 13%；2019 年，全球市场规模约 43 亿美元。国内需求方面，2019 年，中国半导体光掩膜市场达到 1.44 亿美元。

光掩膜主要供应商以美日大厂为主，其中日本凸版印刷、大日本印刷、美国 Photronics 三家就占了 80%以上的市占率。

国内的掩膜版产业相比国际竞争对手起步较晚，经过二十余年的努力追赶，国内掩膜版产品与国际竞争对手在新品推出的时间差距逐步缩短、产品性能上差距越来越小。在平板显示光掩膜行业，根据 Omdia2021 年 7 月统计的 2020年全球平板显示掩膜版企业销售金额排名，前五名分别为福尼克斯、SKE、HOYA、LG-IT和清溢光电。

CMP 材料：抛光液&抛光垫是核心

化学机械研磨/化学机械抛光（CMP，ChemicalMechanicalPlanarization）是目前公认的纳米级全局平坦化精密加工技术。抛光液和抛光垫是 CMP 工艺的核心耗材，占据 CMP 材料市场 80%以上。CMP 工艺过程中所采用的设备及消耗品包括：抛光机、抛光液、抛光垫、后 CMP 清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等。

根据 TECHCET，先进封装以及下一代逻辑和存储器件加速了 CMP 抛光材料的增长。2021年，全球晶圆制造用抛光液市场规模预计将从 2020 年的 16.6 亿美元增长至 18 亿美元，增长率为 8%，预计 2022-2026 年复合增长率为 6%。

全球化学机械抛光液市场被美日企业所垄断，其中 CabotMicroelectronics 全球抛光液市场占有率最高，但已从 2000 年的约 80%下降至2018 年的约 33%，表明全球抛光液市场正朝多元化方向发展，地区本土化自给率提升。

湿电子化学品：纯度&洁净度要求高，

欧美占据大份额，国产规模持续上涨

湿电子化学品，或称电子湿化学品、超纯电子化学品，指主体成分纯度大于 99.99%的化学试剂，一般要求控制化学试剂中颗粒粒径低于 0.5µm，杂质含量低于 ppm 级，其纯度和洁净度将直接影响电子元器件的成品率、电性能和可靠性。电子湿化学品伴随集成电路的整个制作过程，涉及到多个制造工艺环节。

未来得益于多座晶圆厂的建成投产及 OLED 面板产业的发展，据中研网相关数据显示，预计到 2025 年全球集成电路领域用湿化学品需求量将增长至 313 万吨，显示面板用湿化学品将增长至 244 万吨，湿电子化学品总需求量则将达到 697.2 万吨。

2014-2021 年中国湿电子化学品市场规模呈现上涨趋势，2021 年中国湿电子化学品的市场规模约为 130.94 亿元，同比增长30.13%。未来随着国内电子产业的快速发展，据前瞻产业研究院数据，预计到 2026 年国内湿电子化学品市场规模将达 155 亿元。

未来随着本土湿化学品企业研发技术、产品品质的累积突破，本土化生产的性价比优势以及稳定供货能力，叠加国家政策等外部有利环境的推动下，有望加速实现电子湿化学品高端应用领域的国产化替代。

溅射靶材：半导体制造关键材料

海外巨头优势明显

靶材是用溅射法沉积薄膜的原材料。按材料可分为合金靶、陶瓷靶和金属靶，溅射形膜的主要原理是靶胚作为溅射源受高速荷能粒子轰击发生溅射，溅射产物沉积在基片上形成薄膜。

靶材在半导体生产中主要应用于晶圆制造和芯片封装环节。靶材在晶圆制造环节主要被用作金属溅镀，常采用 PVD 工艺进行镀膜，通常使用纯度在 99.9995%（5N5）及以上的铜靶、铝靶、钽靶、钛靶以及部分合金靶等。

全球半导体规模增量空间可观，半导体及平板显示用靶材市场增长迅速。据 wind 数据显示，2006-2020 年全球半导体整体销售规模持续增长，尽管受新冠疫情影响，2020 年销售额达到 4404 亿美元，同比增长 6.81%。预计 2021 年全球半导体销售规模达 5272 亿美元，同比增长 19.72%。

海外巨头优势明显，国产替代空间广阔。日矿金属、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯四家海外企业占据全球 80%的市场份额，全球半导体靶材市场寡头竞争。国内靶材行业市场中外资企业占比较高，份额达 70%，国内靶材龙头企业包括江丰电子、阿石创等，国内市场份额仅在 1%-3%左右。

第三代半导体材料：优势显著，下游应用场景广阔

第三代半导体包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、氧化镓（GaO）、氮化铝（AlN），以及金刚石等宽禁带半导体材料，其中以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）最具代表性。第三代半导体材料具备高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能。本文主要论述的第三代半导体为碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。