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在AI、在汽车、新能源等领域需求强劲的推动下,TECHCET预计2024年全球半导体材料市场规模将达到新高,约730亿美元,预计2028年市场规模将达到880亿美元以上。半导体材料是半导体工业的重要支撑。我国半导体材料总体国产化率较低,总体国产化率约为30%。在晶圆厂产能持续扩大、国产化率提高等因素的推动下,有望加快国内厂商的引进。我们介绍了半导体设备、存储芯片和光刻胶。半导体材料行业概况

材料及设备是半导体工业的基石,一代技术依赖于一代工艺,一代工艺依赖于一代材料及设备。在整个半导体产业链的上游环节,半导体材料对半导体产业的发展起着重要的支撑作用。半导体材料具有产业规模大、细分行业多、技术门槛高、研发投资大、研发周期长等特点。由于其巨大的附加值和独特的工业生态支持作用,它往往成为国家之间博弈的筹码。在全球晶圆厂扩产的背景下,中国大陆作为晶圆生产能力的新兴领域,将进一步刺激上游半导体材料的需求。半导体材料是半导体产业链中细分领域最多的环节,材料种类多达数百种。芯片生产所需的各种材料构成了半导体材料工业。在整个半导体生产周期中,虽然半导体材料处于产业链的上游,但从晶圆厂扩大生产的角度来看,半导体材料的采购是在晶圆厂建成并下达订单后进行的。因此,半导体材料属于半导体周期后的一个环节。半导体材料主要分为晶圆制造材料和封装材料。晶圆制造的主要材料包括硅片、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、湿电子化学品、抛光材料、电子特性、抛光材料、靶材等材料。包装材料包括:引线框架、包装基板、陶瓷基板、键合丝、包装材料及芯片粘接材料等。根据SEMI数据,全球半导体材料价值占前六名:硅片(37%)、电子特气(13%)、光掩膜(13%)、CMP(7%)、光刻胶(5%)和溅射靶材(3%)约占其他类型材料的22%。01硅片

硅片是集成电路生产的重要材料,贯穿于芯片生产的全过程。集成电路和各种半导体器件可通过光刻、离子注入等方式制成。半导体硅片是由硅单晶锭切割而成的薄片,又称硅晶片,是半导体基底材料。其质量和数量不仅是制造芯片的关键材料,也制约了下游终端产业的发展。硅片可分为研磨片、抛光片和外延片。硅磨片是一种厚度小于1mm的圆形晶片,用于切割和研磨硅单晶锭。它是制造硅抛光片和硅外延片的中间产品,也可用于制造分离器件芯片。硅研磨片经后续抛光、清洗等精密加工而成,主要用于集成电路和分立器件的制造。硅外延片是指在硅单晶衬底上生长一层或多层硅单晶膜的材料,用于制造半导体分立器件和集成电路。目前全球市场主流产品为200mm(8英寸)、直径为300mm(12寸)的半导体硅片,下游芯片制造业的设备投资也与200mm和300mm的规格相匹配。对200mm及以下半导体硅片的需求主要来自功率器件、电源管理器、非易失性存储器、MEMS、显示驱动芯片和指纹识别芯片等。300mm半导体硅片的需求主要来自存储芯片、图像处理芯片、通用处理芯片、高性能FPGA和ASIC,终端应用主要是智能手机、计算机、云计算、人工智能、SSD等高端领域。目前,半导体硅片向大尺寸方向发展,大尺寸硅片已成为行业主流,产量显著增长。半导体硅片技术门槛高,设备投资大,具有行业壁垒。市场高度集中,其中海外厂商占据主导地位。全球半导体硅片的市场份额主要是日本信越化学和日本的胜利(SUMCO)、中国台湾省环球晶圆,德国世创(Siltronic)、五大龙头企业垄断了韩国鲜京硅特隆。中国大陆硅片供应商主要有沪硅产业、中环股份、立昂微、中信晶圆、中和科技、中晶科技、扬杰科技、研究半导体、上海合晶、金瑞红、南京国盛等。沪硅工业硅片全系列布局,目前产品类型涵盖300mm抛光片和外延片,200mm 以下抛光片及外延片,SOI 12英寸的硅片、压电薄膜衬底材料等已进入中芯国际供应链。立昂微成立于2002年,公司创始人是中国半导体材料学科开拓者阙端麟院士。半导体硅片产品实现了6英寸至12英寸、轻掺重掺、N型至P型等领域的全覆盖。客户包括中芯国际、华润微、华虹宏力、士兰微等国内主要晶圆厂和IDM厂商。神工有限公司是国内领先的硅材料制造商,重点布局8寸轻掺。8英寸轻掺低缺陷硅片标杆海外硅片龙头信越化学,硅片产品定期发货给日本客户。2023年半导体硅片出货量为12602万平方英寸,同比下降14.3%;销售额123亿美元,同比下降10.9%。根据SUMCO公告,2024-2026年半导体硅片长期协议价格将上涨。02电子特气

电子特种气体是工业气体的重要分支,是电子工业生产的关键基础和支撑材料之一,是穿透半导体制造的全过程。电子特种气体是半导体制造过程中使用的高纯度特种气体,对纯度和杂质含量要求严格,占晶圆制造成本的14%,具有较高的经济价值。电子特气在光刻、刻蚀等环节起着关键作用。与一般工业气体技术相比,电子特气壁垒更高,深度净化难度更大。从全球市场格局来看,目前全球电子特气市场被美国空气化工、德国林德集团、法国液化空气、日本酸素(原大阳日酸)等四大气体供应商高度垄断。近年来,以华特气体、金宏气体、雅克科技、中船特气、浩华科技、南大光电为代表的国内电子特气国产化替代进程加快。六氟丁二烯具有优异的蚀刻性能和环保特性,是国内众多厂家的重点布局方向。目前,国产化率仍然相对较低。目前,只有少数企业有能力生产4N以上的电子产品。华特气体核心业务包括高纯光刻气、氟、氢电子特气,是中国唯一通过ASML光刻气认证的企业。浩华科技开发的高纯度含氟电子气体四氟化碳和六氟化硫产品已被国内集成电路企业批量使用,实现了进口替代。中国船舶特种气体的核心业务包括含氟电子特种气体,如三氟化氮/六氟化钨,已有50种电子特种气体和含氟新材料 主要产品三氟化氮纯度达到5N,六氟化钨达到6N。凯美特气体的核心业务包括食品级二氧化碳、光刻气等,公司生产半导体、航天等领域急需的超高纯气体和多元化混合气体;和远气体的核心业务是大宗气体和超纯氨,主要业务包括稀有气体和电子空分产品;南大光氢电子特气产品由控股子公司全椒南大光电生产,纯度达到6N 等级;金宏气体提供液体二氧化碳、超纯氨等。TECHCET预计,2025年全球电子特气市场规模将达到60.2亿美元,2023-2025年复合增长率约为6.4%。03光掩模版

掩膜版是微电子制造中光刻工艺中使用的图形母版。微米级和纳米级的精细图案通过光刻制工艺刻制在掩膜基板上,制成光掩膜版。光掩膜版的功能类似于传统相机的底片,用光刻机在原材料上刻蚀相应的图形,洗去不必要的金属层和胶层,即获得成品。光覆盖基板生产完成后,进入光覆盖模板制造商,在玻璃基板的基础上进行研磨、抛光、镀铬、涂胶等生产环节,需要较高的技术门槛,才能成为合格的电子元件。整体半导体光掩模竞争格局以美日龙头企业为主,产业集中度较高。福克尼斯、日本印刷和日本凸版印刷是世界前三大半导体光掩模制造商,占半导体掩膜版市场份额的80%以上。由于各大厂家对光掩模的生产技术实施了严格的封锁,半导体光掩模市场尤其是精密加工领域存在着严重的垄断。无锡华润、无锡中微能生产0.13等国内只有少数企业μ对于m以上的光掩模,对于HTM、GTM、几乎所有的光掩模,如PSM,都依赖进口。此外,清义光电深圳工厂目前的半导体芯片生产能力为0.25um,预计未来生产能力将从0.25um提高到0.13um;菲利华是中国第一家生产G8代大型光膜基板的企业。目前,它已经推出了从G4到G8代的一系列产品,是中国唯一能够生产大型光膜基板的企业。04光刻胶

光刻胶是光刻工艺的核心材料,对芯片制造的良率影响较大,一般需与配套试剂配合使用。光刻胶分为半导体光刻胶、平板显示光刻胶和PCB光刻胶,其技术壁垒依次降低。由于光刻胶定制性强,是目前国内替代率较低的晶圆制造材料。JSR主要是全球光刻胶市场、东京应化、杜邦、信悦化工、住友、富士电影等厂家垄断,市场集中度较高,尤其是在高端KRF和半导体光刻胶ArF领域。半导体光刻胶国产化率低,g/i光刻胶国产化率约为20%,KrF光刻胶低于5%,ArF光刻胶几乎依赖进口。目前,国内光刻胶企业大多分布在技术难度较低的PCB光刻胶领域,占90%以上,而技术难度最大的半导体光刻胶市场只有桐城新材料(北京科华)、华茂科技(徐州博康)、南大光电、晶瑞电材、上海新阳等少数家庭。国内光刻胶产业链上下游布局相关厂家还包括雅克科技、永泰科技、江化微、鑫源微、多彩化工、万润股份、世明科技、华特气体、新莱应材、盛剑环境、广信材料、8亿时空、晶瑞电材、飞凯材料等。湿电子化学品05

湿电子化学品约占晶圆制造材料价值组成的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和光电子湿法工艺中使用的液体化学材料。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离器件制造晶圆的加工,包括前端加工和后端密封测试,其中湿电子化学品主要用于清洗、光刻和蚀刻过程。在市场模式方面,世界各地从事湿电子化学品研发和大规模生产的制造商主要集中在美国、德国、日本、韩国和台湾。陶氏杜邦在美国,Entegris、德国巴斯夫,Merck、日本东京应化等外国公司在特定品种上具有市场份额优势。目前,G3主要用于制造8英寸晶圆、由于G4级湿电子化学品加工方法的变化,12英寸晶圆对湿电子化学品的等级提出了更高的要求,一般需要G4-G5等级。在符合国际标准且具有一定规模生产能力的国内湿电子化学品企业中,技术水平主要集中在G3以下(国产化率为80%),G3以上湿电子化学品国产化率仅为10%左右,少数企业个别产品达到G4水平,国内替代空间广阔。在国内制造商中,江化微湿电子化学品已成功引进多家12英寸半导体晶圆厂,稳步提高国产化水平;晶瑞电力过氧化氢、硫酸、氨产品符合SEMIG5标准砖,半导体最大的高纯湿化学品将达到国际先进水平,主导产品已被国内半导体客户采购,如核心国际、华虹宏力、长江存储、石兰微。湿化学品的主要制造商还包括上海新阳、格林达、巨化、光华科技、新宙邦、兴发集团、多氟多、安吉科技、雅克科技、飞凯材料、中巨芯等。主要半导体材料制造商的产品及研发情况:TECHCET预计2024年全球半导体材料市场规模将达到新高资料来源:SEMI、广发证券,行行查

06CMP抛光材料

CMP抛光材料包括抛光液(约占抛光材料的50%)、抛光垫和钻石碟。对于逻辑芯片来说,工艺的缩小意味着光刻次数和刻蚀次数的增加,以及CMP工艺步骤的增加。与14nm工艺相比,7nm工艺需要30个CMP工艺步骤。对于存储芯片,随着2DNAND向3DNAND的转变,CMP的工艺步骤几乎翻了一番,推动了钨抛光液等抛光液需求的持续快速增长。CMP本地化率较低。安吉科技掌握了抛光液的核心技术,全球份额约为7%;鼎龙专注于抛光垫,公司率先打破了海外抛光垫制造商的垄断,抛光液和清洗液也开始销售。07靶材

靶材是沉积膜的重要原料,主要用于面板显示、半导体、磁记录膜、太阳能等领域,其中半导体靶材纯度要求最高。半导体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、普莱克斯占全球市场份额的80%。江丰电子、研究新材料、阿石创、隆华科技等国内靶材供应商。江丰电子对标霍尼韦尔,产品包括铝钯、钛靶、铜钯等;有研究的新材料包括12寸高纯金属靶材。资晶圆生产线的建设从远期内开始在这种情况下,国内半导体材料的需求前景是乐观的。国内晶圆生产能力的大幅扩大将推动对上游半导体材料的需求,预计将为国内半导体材料公司带来广泛的订单增长。乐清智库选择

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