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半导体材料：半导体产业基石，核心环节龙头梳理
2023-03-13
简介材料和设备是半导体产业的基石，是推动集成电路技术创新的引擎。
一代技术依赖于一代工艺，一代工艺依赖一代材料和设备来实现。
材料和设备是半导体产业的基石，是推动集成电路技术创新的引擎。
一代技术依赖于一代工艺，一代工艺依赖一代材料和设备来实现。
半导体材料处于整个半导体产业链的上游环节，对半导体产业发展起着重要支撑作用，具有产业规模大、细分行业多、技术门槛高、研发投入大、研发周期长等特点。
半导体材料行业又因其具有极大的附加值和特有的产业生态支撑作用而往往成为国家之间博弈的筹码。
全球晶圆厂扩产背景下，中国大陆作为晶圆制造产能的新兴领域，将进一步拉动上游半导体材料需求。#半导体#
半导体材料在晶圆制造过程中的应用：
半导体材料概览
芯片生产流程复杂，种类繁多的芯片生产所需材料构成了半导体材料产业。
在半导体整个生产周期中，半导体材料虽处于产业链上游，但从晶圆厂扩产角度看，半导体材料采购是在晶圆厂建设完工并下达订单后开始进行，因此半导体材料属于半导体周期偏后的环节。
按应用环节划分，半导体材料主要分为制造材料和封装材料。
晶圆制造主要材料包括硅片、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、湿电子化学品、抛光材料、电子特气、抛光材料、靶材及其他材料。
封装材料包括：引线框架、封装基板、陶瓷基板、键合丝、包装材料及芯片粘接材料等。
其中，硅片和光掩模版占半导体材料总成本接近50%：
硅片
半导体硅片在产业链中位于晶圆上游，按加工程度可分为研磨片、抛光片和外延片。
硅研磨片是指对硅单晶锭进行切割、研磨等加工得到的厚度小于1mm的圆形晶片，是制作硅抛光片及硅外延片的中间产品，也可以用于制作分立器件芯片。
硅抛光片由硅研磨片经过后续抛光、清洗等精密加工而成，主要应用于集成电路和分立器件制造。
硅外延片是指在硅单晶衬底上外延生长一层或多层硅单晶薄膜的材料，用于制造半导体分立器件和集成电路。
当前全球市场主流的产品是200mm（8寸）、300mm（12寸）直径的半导体硅片，下游芯片制造行业的设备投资也与200mm和300mm规格相匹配。
200mm及以下半导体硅片的需求主要来源于功率器件、电源管理器、非易失性存储器、MEMS、显示驱动芯片与指纹识别芯片等。
300mm（12寸）半导体硅片的需求主要来源于存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片、高性能FPGA与ASIC，终端应用主要为智能手机、计算机、云计算、人工智能、SSD等较为高端领域。
从2008年起，12寸半导体硅片逐渐成为核心产品，产量呈明显增长之势。
半导体硅片市场高度集中，海外厂商占据主导地位。
行行查数据显示，全球Top 5半导体硅片企业（信越化学、SUMCO、环球晶圆、Siltronic、SK Siltron）市场份额合计高达94%。
8寸片国内供应商有沪硅产业、中环股份、立昂微、中欣晶圆等。12寸片的供应商有沪硅产业、立昂微、中环股份等。沪硅产业硅片全系列布局，12寸片已进入中芯国际供应链；立昂微重点布局功率领域重掺；神工股份作为国内硅料龙头，重点布局8寸轻掺。
国内硅片布局企业还包括众合科技、中晶科技、扬杰科技、有研半导体、上海合晶、金瑞泓和南京国盛等。
SUMCO公告显示，2022-2026年半导体硅片长期协议价将调涨，全球硅片紧缺或将至少持续到2023年末。
12寸硅片后市展望：缺货涨价延续
资料来源：SUMCO公告，信越化学公告
光掩模版：市场集中度高
掩膜版是微电子制造中光刻工艺所使用的图形母版。通过光刻制版工艺，将微米级和纳米级的精细图案刻制于掩膜基板上制作成光掩膜版。
光掩膜版的功能类似于传统照相机的底片，用光刻机在原材料上刻蚀出相应的图形，把不需要的金属层和胶层洗去，即得到成品。
光掩膜基板的生产完成后，进入光掩模版制造商，在玻璃基板基础上进行研磨、抛光、镀铬、涂胶等生产环节，需要较高的技术门槛，而后才能成为合格的电子元器件。
光掩膜产业链：
半导体光掩模竞争格局整体为美日龙头企业主导，行业集中度较高。
全球前三大半导体光掩模厂商分别为美国福克尼斯、大日本印刷和日本凸版印刷，合计占据半导体掩膜版80%以上的市场份额。
由于各大厂对于光掩模的生产技术实行较为严格的封锁，半导体光掩模市场尤其是精密加工领域垄断严重，国内仅有少数企业如无锡华润、无锡中微能生产0.13μm以上的光掩模，而对于HTM、GTM、PSM等光掩模几乎都依赖进口。
清溢光电是国内成立最早、规模最大的光掩膜生产企业之一。其深圳工厂当前的半导体芯片用掩膜版量产能力在0.25um工艺水平，并预计未来量产能力由0.25um提升至0.13um工艺的量产能力。
菲利华是国内首家具备生产G8代大尺寸光掩膜版基材能力的企业，目前已推出从G4到G8代的系列产品，是国内唯一可以生产大规格光掩膜基板的企业。但是目前国内光掩模基板产业链没有打通，菲利华产品需在日韩经过精磨、镀膜等精加工流程后，才能返回国内光掩膜版厂商进行光刻。
光刻胶：国产替代空间广阔
光刻胶可分为半导体光刻胶、平板显示光刻胶和PCB光刻胶，其技术壁垒依次降低。
目前半导体光刻胶国产技术较国外先进技术差距最大。
全球光刻胶市场主要被JSR、东京应化、杜邦、信越化学、住友及富士胶片等制造商所垄断，尤其是在半导体光刻胶的高端的KrF和ArF领域，市场集中度更高。
半导体光刻胶国产化率较低，g/i线光刻胶国产化率约为20%，KrF光刻胶低于5%，ArF光刻胶几乎依靠进口。
当前国内光刻胶企业多分布在技术难度较低的PCB光刻胶领域，占比超9成，而技术难度最大的半导体光刻胶市场，国内仅有彤程新材（北京科华）、华懋科技（徐州博康）、南大光电、晶瑞电材和上海新阳等少数几家。
资料来源：南大光电，Techcet，方正证券
国内光刻胶产业链上下游布局相关厂商还包括雅克科技、永太科技、江化微、芯源微、七彩化学、万润股份、世名科技、华特气体、新莱应材、盛剑环境、广信材料、八亿时空、晶瑞电材、飞凯材料等。
湿电子化学品
根据SEMI数据，在晶圆制造材料价值组成中，湿电子化学品约占10%（包括化学试剂和光刻胶配套试剂）。
湿电子化学品是微电子、光电子湿法工艺（主要包括湿法刻蚀、湿法清洗）制程中使用的各种液体化工材料。
湿电子化学品按用途可分为通用化学品(超净高纯试剂)和功能性化学品(以光刻胶配套试剂为代表)。
湿电子化学品在半导体制造领域的应用主要包括集成电路和分立器件制造用晶圆的加工，包括前端加工与后端封测环节，其中湿电子化学品主要用于清洗、光刻和蚀刻工艺。
在晶圆加工中，硫酸、双氧水、氨水、显影液、氢氟酸是主要的湿电子化学品，分别占32.8%、28.1%、8.3%、6%和5.9%。
湿电子化学品产业链：
市场格局方面来看，全球范围内从事湿电子化学品研究开发及大规模生产的厂商主要集中在美国、德国、日本、韩国以及中国台湾地区。
目前，8英寸晶圆制造多使用G3、G4等级湿电子化学品，由于加工方式发生改变，12英寸晶圆对湿电子化学品的等级提出了更高的要求，普遍需要G4-G5等级。
国内湿电子化学品达到国际标准且具有一定规模生产能力的企业中，技术水平多集中在G3以下（国产化率为80%），G3及以上的湿电子化学品国产化率仅为10%左右，极少数企业个别产品达到G4级别，国产替代空间广阔。
国内厂商中，江化微的湿电子化学品已成功导入多家12英寸半导体晶圆厂，稳步提升国产化水平。晶瑞电材的双氧水、硫酸、氨水产品符合SEMIG5
标砖
，半导体用量最大的高纯湿化学品将整体达到国际先进水平，主导产品已获中芯国际、华虹宏力、长江存储、士兰微等国内半导体客户的采购。
湿化学品主要厂商还包括格林达、巨化股份、光华科技、新宙邦、兴发集团、多氟多、安集科技、雅克科技、飞凯材料、中巨芯等。
主要半导体材料厂商产品及在研发情况：
资料来源：SEMI、广发证券、行行查
电子特气
电子特气属于工业气体的重要分支，是电子工业生产中不可或缺的基础和支撑性材料之一，其使用穿透半导体制造的整个过程。
电子特气市场进入壁垒较高，行业具有高度集中的特点，海内外市场皆被国际巨头瓜分。
全球电子特气市场目前主要被四大巨头占据，分别为美国空气化工、德国林德、法国液化空气和日本太阳日酸，合计占据总市场份额的94%，各龙头企业势均力敌。
海外龙头企业电子特气生产标准均高于国际规定标准，并且对相关技术进行严格封锁，具有较高的技术优势。
国内企业起步较晚，受限于技术壁垒和客户认证壁垒，所占国内市场份额仅为12%，进口制约较为严重。
近年来国内电子特气国产化替代进程加快，以华特气体、金宏气体、雅克科技、中船重工和南大光电为首的企业在不同种类气体领域皆有突破。
华特气体是国内唯一通过ASML光刻气认证的企业，主要包括一些含氖特气；中船重工以三氟化氮和六氟化钨见长；金宏气体提供液态二氧化碳、超纯氨等。
CMP抛光材料：国产化率较低
CMP抛光材料包括抛光液（占整个抛光材料比例约50%）、抛光垫和钻石碟。
对于逻辑芯片，制程的缩小意味着光刻次数和刻蚀次数增加，也带动CMP工艺步骤数增加。7nm制程需要30次CMP工艺步骤，较14nm制程大幅提升。
对于存储芯片，随着2DNAND向3DNAND转变，CMP的工艺步骤几乎翻倍，带动了钨抛光液及其他抛光液需求的持续快速增长
CMP国产化率较低，安集科技掌握抛光液核心技术；鼎龙股份主攻抛光垫。
靶材：国产化率高
靶材是沉积薄膜的重要原料，主要应用于面板显示、半导体、磁记录薄膜、太阳能领域，其中应用于半导体的靶材纯度要求最高。
半导体用金属靶材主要包括超高纯铝靶、钛靶、钽靶等。
全球半导体靶材市场呈现寡头垄断格局，其中日矿金属、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯四家企业占据了全球80%的市场份额。
国内靶材供应商有江丰电子、有研新材、阿石创、隆华科技等。江丰电子对标霍尼韦尔，产品包括铝钯、钛靶、铜钯等；有研新材产品则包括12寸高纯金属靶材。
从远期内资晶圆产线的建设情况来看，国产半导体材料的需求前景乐观。内资晶圆产能的大幅扩张将带动对上游半导体材料的需求，有望为国内半导体材料公司带来广阔的订单增量。
