2022年半导体材料行业深度报告
来源：华创证券 作者：耿琛
一、半导体材料景气持续，市场空间广阔
（一）半导体工艺复杂，战略价值凸显
半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。无论从科技或经济发展的角度来看，半导体都至关重要。2010 年以来，全球半导体行业从 PC 时代进入智能手机时代，成为全球创新最为活跃的领域，广泛应用于计算机、消费类电子、网络通信和汽车电子等核心领域。半导体产业主要由集成电路、光电子、分立器件和传感器组成，据 WSTS 世界半导体贸易统计组织预测，到 2022 年全球集成电路占比 84.22%，光电子器件、分立器件、传感器占比分别为 7.41%、5.10%和 3.26%。
半导体工艺复杂，技术壁垒极高。芯片生产大体可分为硅片制造、芯片制造和封装测试 三个流程。其中硅片制造包括提纯、拉单晶、磨外圆、切片、倒角、磨削、CMP、外延 生长等工艺，芯片制造包括清洗、沉积、氧化、光刻、刻蚀、掺杂、CMP、金属化等工艺，封装测试包括减薄、切割、贴片、引线键合、模塑、电镀、切筋成型、终测等工艺。整体而言，硅片制造和芯片制造两个环节技术壁垒极高。
硅提纯：目前多晶硅厂商多采用三氯氢硅改良西门子法进行多晶硅生产。具体工艺是将氯化氢和工业硅粉在沸腾炉内合成三氯氢硅，通过精馏进一步提纯高纯三氯氢硅，后在 1100℃左右用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上，进而得到电子级多晶硅。
拉单晶：目前 8 寸和 12 寸硅片大多通过直拉法制备，部分 6 寸和 8 寸硅片则通过区熔法制得。直拉法是将高纯多晶硅放入石英坩埚内，通过外围的石墨加热器加热至 1400℃，随后坩埚带着多晶硅融化物旋转，将一颗籽晶浸入其中后，由控制棒带着籽晶作反方向旋转，同时慢慢地、垂直地由硅融化物中向上拉出，并在拉出后和冷却后生长成了与籽晶内部晶格方向相同的单晶硅棒。区熔法利用高频线圈在多晶硅棒靠近籽晶一端形成熔化区，移动硅棒或线圈使熔化区超晶体生长方向不断移动，向下拉出得到单晶硅棒。
切片：单晶硅棒研磨成相同直径，然后根据客户要求的电阻率，多采用线切割将晶棒切成约 1mm 厚的晶圆薄片。
倒角：用具备特定形状的砂轮磨去硅片边缘锋利的崩边、棱角和裂缝等，可防止晶圆边缘碎裂，增加外延层和光刻胶层在晶圆边缘的平坦度。
磨削：在研磨机上用磨料将切片抛光到所需的厚度，同时提高表面平整度。其目的在于去除切片工序中硅片表面因切割产生的机械应力损伤层和各种金属离子等杂质污染。清洗：为了解决硅片表面的沾污问题，实现工艺洁净表面，多采用强氧化剂、强酸和去离子水进行清洗。
薄膜沉积：即通过晶核形成、聚集成束、形成连续的膜沉积在硅片沉底上。薄膜沉积按照原理可分为物理工艺（PVD）和化学工艺（CVD）。集成电路制造中使用最广泛的 PVD 技术是溅射镀膜，其基本原理是在反应腔高真空度背景下带正电的氩离子在电场作用下，轰击到靶材的表面，撞击出靶材的原子或分子，沉积在硅片表面。化学气相沉积技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜。
氧化：清洁完成后将晶圆置于 800-1200℃的高温环境下，通过氧气或蒸气在晶圆表面形成二氧化硅层，以保护晶圆不受化学杂质影响、避免漏电流进入电路、预防离子植入过程中的扩散以及防止晶圆在刻蚀时滑落。
光刻：光刻技术用于电路图形生成和复制，是半导体制造最为关键的技术，耗时占 IC 制造 50%，成本占 IC 制造 1/3。其主要流程包括清洗、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、 显影、刻蚀、光刻胶剥离等，在光刻过程中，需在硅片上涂一层光刻胶，经紫外线曝光后，光刻胶发生变化，显影后被曝光的光刻胶可以被去除，电路图形由掩模版转移到光刻胶上，在经过刻蚀后电路图形即由掩模版转移到硅片上。
刻蚀：是半导体制造工艺中的关键步骤，对于器件的电学性能十分重要。利用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料，目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模版图形。按照刻蚀工艺划分，刻蚀主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀，目前干法刻蚀在半导体刻蚀中占比约 90%，而干法刻蚀又可分为化学去除、物理去除及化学物理混合去除三种方式，性能各有优劣。
掺杂：在半导体晶圆制造中，由于纯净硅的导电性能很差，需要加入少量杂质使其结构和电导率发生变化，从而变成一种有用的半导体，即为掺杂。目前可通过高温热扩散法和离子注入法进行掺杂，其中离子注入法具备精确控制能量和剂量、掺杂均匀性好、纯度高、低温掺杂等优点，目前已成为 0.25 微米特征尺寸以下和大直径硅片制造的标准工艺。
CMP：是集成电路制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺，其主要工作原理是在一定压力及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。
金属化：在制备好的元器件表面沉积金属薄膜，并进行微细加工，利用光刻和刻蚀工艺刻出金属互连线，然后把硅片上的各个元器件连接起来形成一个完整的电路系统，并提供与外电路连接点的工艺过程。
（二） 半导体材料为芯片之基，覆盖工艺全流程
半导体材料包括晶圆制造材料和封装材料。其中晶圆制造材料包括硅片、掩模版、电子气体、光刻胶、CMP抛光材料、湿电子化学品、靶材等，封装材料包括封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷基板、芯片粘结材料和其他封装材料。
具体来说，在芯片制造过程中，硅晶圆环节会用到硅片；清洗环节会用到高纯特气和高纯试剂；沉积环节会用到靶材；涂胶环节会用到光刻胶；曝光环节会用到掩模板；显影、刻蚀、去胶环节均会用到高纯试剂，刻蚀环节还会用到高纯特气；薄膜生长环节会用到前驱体和靶材；研磨抛光环节会用到抛光液和抛光垫。在芯片封装过程中，贴片环节会用到封装基板和引线框架；引线键合环节会用到键合丝；模塑环节会用到硅微粉和塑封料；电镀环节会用到锡球。
（三）中国为全球最大半导体市场，国产化提升大势所趋
复盘半导体行业发展历史，共经历三次转移。第一次转移：1973 年爆发石油危机，欧美经济停滞，日本趁机大力发展半导体行业，实施超大规模集成电路计划。1986 年，日本半导体产品已经超越美国，成为全球第一大半导体生产大国；第二次转移：20 世纪 90 年度，日本经济泡沫破灭，韩国通过技术引进实现 DRAM 量产。与此同时，半导体厂商从 IDM 模式向设计+制造+封装模式转变，催生代工厂商大量兴起，以台积电为首的中国台湾厂商抓住了半导体行业垂直分工转型机遇；第三次转移：2010 年后，伴随国内手机厂商崛起、贸易摩擦背景下国家将集成电路的发展上升至国家战略，半导体产业链逐渐向国内转移。
中国为全球最大半导体市场，占比约 1/3。随着中国经济的快速发展，在手机、PC、可穿戴设备等消费电子，以及新能源、物联网、大数据等新兴领域的快速推动下，中国半导体市场快速增长。据 WSTS 数据显示，2021 年全球半导体销售达到 5559 亿美元，而中国仍然为全球最大的半导体市场，2021 年销售额为 1925 亿美元，占比 34.6%。
国产化率极低，提升自主能力日益紧迫。近年来，随着产业分工更加精细化，半导体产业以市场为导向的发展态势愈发明显。从生产环节来看，制造基地逐步靠近需求市场，以减少运输成本；从产品研发来看，厂商可以及时响应用户需求，加快技术研发和产品迭代。我国作为全球最大的半导体消费市场，半导体封测经过多年发展在国际市场已经具备较强市场竞争力，而在集成电路设计和制造环节与全球领先厂商仍有较大差距，特别是半导体设备和材料。SIA 数据显示，2020 年国内厂商在封测、设计、晶圆制造、材料、设备的全球市占率分别为 38%、16%、16%、13%、2%，半导体材料与设备的国产替代重要性日益凸显。
二、市场规模快速增长，本土厂商进展顺利
（一）半导体材料量价齐升，硅片为单一最大品类
1、先进制程持续升级，半导体材料同步提升
进入 21 世纪以来，5G、人工智能、自动驾驶等新应用的兴起，对芯片性能提出了更高的要求，同时也推动了半导体制造工艺和新材料不断创新，国内外晶圆厂加紧对于半导体新制程的研发，台积电已于 2020 年开启了 5nm 工艺的量产，并于 2021 年年底实现 3nm 制程的试产，预计 2022 年开启量产。此外台积电表示已于 2021 年攻克 2nm 制程的技术节点的工艺技术难题，并预计于 2023 年开始风险试产，2024 年逐步实现量产。随着芯片工艺升级，晶圆厂商对半导体材料要求越来越高。
2、半导体景气度超预期，晶圆厂商积极扩产
目前部分终端需求仍然强劲，晶圆代工厂产能利用率维持历史高位，预计全年来看结构性缺货状态依旧严峻。据 SEMI 于 2022 年 3 月 23 日发布的最新一季全球晶圆厂预测报告，全球用于前道设施的晶圆厂设备支出预计将同比增长 18%，并在 2022 年达到 1070 亿美元的历史新高。由于半导体材料与下游晶圆厂具有伴生性特点，本土材料厂商将直接受益于中国大陆晶圆制造产能的大幅扩张。
成熟制程供需持续紧张，国内晶圆厂扩产规模维持高位。受益于成熟制程旺盛需求及大陆地区稳定的供应链，大陆晶圆厂快速扩产。根据 SEMI 报告，2022 年全球有 75 个正在进行的晶圆厂建设项目，计划在 2023 年建设 62 个。2022 年有 28 个新的量产晶圆厂开始建设，其中包括 23 个 12 英寸晶圆厂和 5 个 8 英寸及以下晶圆厂。分区域来看，中国晶圆产能增速全球最快，预计 22 年 8 寸及以下晶圆产能增加 9%，12 寸晶圆产能增加 17%。
3、工艺升级+积极扩产，半导体材料市场规模快速增长
随着下游电子设备硅含量增长，半导体需求快速增长。在半导体工艺升级+积极扩产催化下，半导体材料市场快速增长。据 SEMI 报告数据，2021 年全球半导体材料市场收入达到 643 亿美元，超过了此前 2020 年 555 亿美元的市场规模最高点，同比增长 15.9%。晶圆制造材料和封装材料收入总额分别为 404 亿美元和 239 亿美元，同比增长 15.5%和 16.5%。此外，受益于产业链转移趋势，2021 年国内半导体材料销售额高达 119.3 亿美元，同比增长 22%，增速远高于其他国家和地区。
4、半导体材料市场较为分散，硅片为单一最大品类
半导体材料种类繁多，包括硅片、电子特气、掩模版、光刻胶、湿电子化学品、抛光液、抛光垫、靶材等。据 SEMI 数据显示，硅片为半导体材料领域规模最大的品类之一，市 场份额占比达 32.9%，排名第一，其次为气体，占比约 14.1%，光掩模排名第三，占比为 12.6%。此外，抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、溅射靶材的占比分别为 7.2%、6.9%、6.1%、4%和 3%。
（二）硅片：供需持续紧张，国产替代加速
硅片是半导体上游产业链中最重要的基底材料之一。硅片是以高纯结晶硅为材料所制成的圆片，一般可作为集成电路和半导体器件的载体。与其他材料相比，结晶硅的分子结构较为稳定，导电性极低。此外，硅大量存在于沙子、岩石、矿物中，更容易获取。因此，硅具有稳定性高、易获取、产量大等特点，广泛应用于 IC 和光伏领域。
1、半导体硅片纯度极高，大尺寸为大势所趋
硅片可以根据晶胞排列是否有序、尺寸、加工工序和掺杂程度的不同等方式进行分类。根据晶胞排列方式的不同，硅片可分为单晶硅和多晶硅。硅片是硅单质材料的片状结构，有单晶和多晶之分。单晶是具有固定晶向的结晶体材料，一般用作集成电路的衬底材料和制作太阳能电池片。多晶是没有固定晶向的晶体材料，一般用于光伏发电，或者用于拉制单晶硅的原材料。单晶硅用作半导体材料有极高的纯度要求，IC 级别的纯度要求达 9N 以上（99.9999999%），区熔单晶硅片纯度要求在 11N（99.999999999%）以上。
根据尺寸大小的不同，硅片可分为50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6 英寸）、200mm（8 英寸）及 300mm（12 英寸）。英寸为硅片的直径，目前 8 英寸和 12 英寸硅片为市场最主流的产品。8 英寸硅片主要应用在 90nm-0.25μm 制程中，多用于传感、安防领域和电动汽车的功率器件、模拟 IC、指纹识别和显示驱动等。12 英寸硅片主要应用在 90nm 以下的制程中，主要用于逻辑芯片、储存器和自动驾驶领域。
“大尺寸”为硅片主流趋势。硅片越大，单个产出的芯片数量越多，制造成本越低，因此硅片厂商不断向大尺寸硅片进发。1980年 4英寸占主流，1990年发展为 6英寸，2000年开始8英寸被广泛应用。根据SEMI数据，2008年以前，全球大尺寸硅片以8英寸为主， 2008 年后，12 英寸硅片市场份额逐步提升，赶超 8 英寸硅片。2020 年，12 英寸硅片市场份额已提升至 68.1%，为目前半导体硅片市场最主流的产品。后续 18 英寸硅片将成为 市场下一阶段的目标，但设备研发难度大，生产成本较高，且下游需求量不足，18 英寸硅片尚未成熟。
根据加工工序的不同，硅片可分为抛光片、外延片、SOI 硅片等高端硅片。其中抛光片应用范围最为广泛，是抛光环节的终产物。抛光片是从单晶硅柱上直接切出厚度约1mm 的原硅片，切出后对其进行抛光镜面加工，去除部分损伤层后得到的表面光洁平整的硅片。抛光片可单独使用于电动汽车功率器件和储存芯片中，也可用作其他硅片的衬底，成为其他硅片加工的基础。外延片是一种将抛光片在外延炉中加热后，通过气相沉淀的方式使其表面外延生长符合特定要求的多晶硅的硅片。该技术可有效减少硅片中的单晶缺陷，使硅片具有更低的缺陷密度和氧含量，从而提升终端产品的可靠性，常用于制造 CMOS 芯片。
根据掺杂程度的不同，半导体硅片可分为轻掺和重掺。重掺硅片的元素掺杂浓度高，电阻率低，一般应用于功率器件。轻掺硅片掺杂浓度低，技术难度和产品质量要求更高，一般用于集成电路领域。由于集成电路在全球半导体市场中占比超过 80%，目前全球对轻掺硅片需求更大。
2、受益晶圆厂积极扩产，硅片市场快速增长
含硅量提升驱动行业快速增长。伴随 5G、物联网、新能源汽车、人工智能等新兴领域的高速成长，汽车电子行业成为半导体硅片领域新的需求增长点。据 IC Insights 数据，2021 年全球汽车行业的芯片出货量同比增长了 30%，达 524 亿颗。但全球汽车“缺芯” 情况在 2020 年短暂缓解后，于 2022 年再度加剧，带动下游硅片市场需求量上升。据 SEMI 数据显示，2021 年全球半导体硅片市场规模为 126 亿美元，同比增长 12.5%。
3、半导体硅片要求高，多重因素构筑行业壁垒
半导体硅片壁垒较高，主要体现在技术、资金、人才、客户认证等方面。
1）技术壁垒：半导体硅片行业是一个技术高度密集型行业，主要体现在：①硅片尺寸越大，拉单晶难度越高，对温度控制和旋转速度要求越高；②减少半导体硅片晶体缺陷、表面颗粒和杂质；③提高半导体硅片表面平整度、应力和机械强度等方面。
2）资金壁垒：半导体硅片行业是一个资金密集型行业，要形成规模化、商业化生产， 所需投资规模巨大，如一台关键设备价值达数千万元。
3）人才壁垒：半导体硅片的研发和生产过程较为复杂，涉及固体物理、量子力学、热力学、化学等多学科领域交叉。
4）认证壁垒：鉴于半导体芯片的高精密性和高技术性，芯片生产企业对应半导体硅片的质量要求极高，因此对于半导体硅片供应商的选择相当谨慎，并设有严格的认证标准和程序。
4、日韩厂商高度垄断，国内厂商加速突破
前五大制造商格局稳定，外资垄断现象持续。据 SEMI 数据，2020 年全球前五大硅片制造商分别为日本信越化学、环球晶圆、德国世创、SUMCO 和韩国 SK Siltron，共占据 86.6%的市场份额。国内市场在大尺寸硅片上对外资企业依然具有依赖性，主要进口地区为日本、中国台湾和韩国。
国产厂商加大研发投入，加速实现国产替代。由于硅片供应紧缺，海外大厂会优先保障海外晶圆厂硅片供给，给国内硅片厂带来了加速替代的机遇。国内供应商产品技术水平快速提升，国内晶圆厂对国产半导体材料的验证及导入正在加快，如沪硅产业、立昂微、中环股份等企业已顺利通过验证。中国大陆硅片整体产能加大投入，加速追赶国际龙头 厂商。
（三）光刻胶：半导体工艺核心材料，国产替代道阻且长
光刻胶是光刻工艺最重要的耗材。光刻胶是一种通过特定光源照射下发生局部溶解度变化的光敏材料，主要作用于光刻环节，承担着将掩模上的图案转化到晶圆的重要功能。进行光刻时，硅片上的金属层涂抹光刻胶，掩膜上印有预先设计好的电路图案，光线透过掩膜照射光刻胶。如果曝光在紫外线下的光刻胶变为溶剂，清除后留下掩膜上的图案，此为正性胶，反之为负性胶。
1、先进制程推动产品迭代，半导体光刻胶壁垒最高
光刻胶可以根据曝光光源波长、显示效果和化学结构三种方式进行分类。
根据曝光波长的不同，目前市场上应用较多的光刻胶可分为 g 线、i 线、KrF、ArF 和 EUV 5 种类型。光刻胶波长越短，加工分辨率越高，不同的集成电路工艺在光刻中对应使用不同波长的光源。随着芯片制程的不断进步，每一代新的光刻工艺都需要新一代的光刻胶技术与之相匹配。g/i 线光刻胶诞生于 20 世纪 80 年代，当时主流制程工艺在 0.8- 1.2μm，适用于波长 436nm 的光刻光源。到了 90 年代，制程进步到 0.35-0.5μm，对应波 长更短的 365nm 光源。当制程发展到 0.35μm 以下时，g/i 线光刻胶已经无法制程工艺的 需求，于是出现了适用于 248 纳米波长光源的 KrF 光刻胶，和 193 纳米波长光源的 ArF 光刻胶，两者均是深紫外光刻胶。EUV（极紫外光）是目前最先进的光刻胶技术，适用波长为13.5nm的紫外光，可用于10nm以下的先进制程，目前仅有ASML集团掌握EUV 光刻胶所对应的光刻机技术。
根据显示效果的不同，光刻胶可分为正性和负性。如果光刻胶是正性的，在特定光线照射下光刻胶会发生反应并变成溶剂，曝光部分的光刻胶可以被清除。如果为负性光刻胶，曝光的光刻胶反应不再是溶剂，未曝光的光刻胶被清除。
光分解型光刻胶采用含有重氮醌类化合物材料作为感光剂，光线照射后发生光分解反应，由油性变为水性溶剂，可制造正性光刻胶。光交联型光刻胶采用聚乙烯醇月桂酸酯作为光敏材料，光线照射后形成一种网状结构的不溶物，可起到抗蚀作用，适用于制成负性光刻胶。化学放大型光刻胶使用光致酸剂作为光引发剂，光线照射后，曝光区域的光致酸剂会产生一种酸，并在后热烘培工序期间作为催化剂移除树脂的保护基团，使树脂变得可溶。化学放大光刻胶对深紫外光源具有良好的光敏性，具有高对比度、分辨率等优点。
2、光刻胶市场稳定增长，ArFi 占比最高
半导体光刻胶市场增速稳定。伴随芯片制程工艺的升级，光刻胶市场需求量也随之增加。根据 TECHECT 数据，2021 年全球光刻胶市场规模约为 19 亿美元，同比增长 11%，预 计 2022 年将达到 21.34 亿美元，同比增长 12.32%。具体来看，在 7nm 制程的 EUV 技术 成熟之前，ArFi 光刻胶仍是市场主流，占比高达 36.8%，KrF 和 g/i 光刻胶分别占比为 35.8%和 14.7%。
3、多重因素构筑壁垒，日企垄断高端市场
光刻胶壁垒极高，主要体现在以下几个方面：
1）工艺壁垒：光刻胶多用于微米和纳米级别的图形加工，因此产品品质要求极高，微 粒子及金属离子含量极低，制造工艺复杂，研发和生产都有较高的技术壁垒。此外，因 为应用需求众多，光刻胶品类也很多，因此需要通过调整光刻胶的配方以满足对应的需 求。
2）配套光刻机：光刻胶需要通过相应的光刻机进行测试和调整，目前仅有荷兰 ASML 集团有能力制造光刻机，但对我国实施技术封锁。国内仅有一家企业可制造光刻机，且技术水准与 ASML 集团仍有较大差距。
3）原材料壁垒：光刻胶是主要由光引发剂、光刻胶树脂、单体、溶剂及其他助剂形成 的溶液。其中树脂和光引发剂是光刻胶最核心的部分，树脂决定光刻胶的硬度、柔韧性、 附着力等基本属性，光引发剂则决定了光刻胶的感光度、分辨率。目前上游原材料主要被陶氏杜邦、富士胶片等日韩美企业垄断。
4）客户认证壁垒：由于光刻胶的品质会直接影响芯片性能、良率等，试错成本高，客户验证需要经过 PRS（基础工艺考核）、STR（小批量试产）、MSTR（中批量试产）、 RELEASE（量产）四个阶段，验证周期在两年以上。
日本企业龙头地位稳固，CR5 高达 80%。全球半导体光刻胶 2021 年行业前六家企业占比约为 88%，市场集中度高。日本东京应化、日本 JSR、日本住友化学、日本富士胶片四大日本企业分别占据 27%、13%、12%、8%市场份额，美国陶氏杜邦占据 17%的市场份额，韩国东进占据 11%的市场份额。
4、光刻胶供应紧张，国产替代正当时
目前国内从事半导体光刻胶研发和生产的企业包括晶瑞股份、南大光电、上海新阳、北京科华等。主要以 i/g 线光刻胶生产为主，应用集成电路制程 350nm 以上。KrF 光刻胶方面，北京科华、徐州博康已实现量产。南大光电 ArF 光刻胶产业化进程相对较快，公司先后承担国家 02 专项“高分辨率光刻胶与先进封装光刻胶产品关键技术研发项目” 和“ArF光刻胶产品的开发和产业化项目”，也是第一家 ArF光刻胶通过国内客户产品验证的公司，其他国内企业尚处于研发和验证阶段。
（四）CMP：半导体平坦化核心技术，国内龙头放量在即
CMP，又名化学机械抛光，是半导体硅片表面加工的关键技术之一。CMP 是半导体先进制程中的关键技术，伴随制程节点的不断突破，CMP 已成为 0.35μm 及以下制程不可或缺的平坦化工艺，关乎着后续工艺良率。CMP采用机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，与普通的机械抛光相比，具有加工成本低、方法简单、良率高、可同时兼顾全局和局部平坦化等特点。其中化学腐蚀的主要耗材为抛光液，机械摩擦的主要耗材为抛光垫，两者共同决定了 CMP 工艺的性能及良率。
1、CMP 系统复杂，抛光液和抛光垫为核心
CMP 系统主要耗材可分为抛光液和抛光垫，分别占据抛光材料成本的 49% 和 33%。其他抛光材料还包括抛光头、研磨盘、检测设备、清洗设备等。抛光液是一种由去离子水、磨料、PH 值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成的水溶性试剂。在抛光的过程中，抛光液中的氧化剂等成分与硅片表面材料产生化学反应，在表面产生一层化学反应薄膜，后由抛光液中的磨粒在压力和摩擦的作用下将其去除， 最终实现抛光。抛光液可根据应用工艺环节、配方中磨粒、PH 值的不同进行分类。
根据配方中磨粒的不同，可分为二氧化硅、氧化铈、氧化铝磨粒等三大类。二氧化硅磨粒活性强、易于清洗且分散性及选择性好，多用于硅、SiO2层间介电层的抛光。缺点是硬度大，容易对硅片表面造成损伤，且抛光效率较低。氧化铝磨粒抛光效率高，但硬度强、选择性低且团聚严重，因此抛光液中常需加入各类稳定剂和分散剂，导致成本相对较高。氧化铈磨粒硬度低，抛光效率高，平坦度高，清洁无污染，但团聚严重，也需加入各类稳定剂和分散剂，且铈属于稀有金属，成本较高。
根据 PH 值的不同，可分为酸性抛光液和碱性抛光液。酸性抛光液具有抛光效率高、可溶性强等优点，多用于对铜、钨、铝、钛等金属材料进行抛光。其缺点是腐蚀性较大，对抛光设备要求高，所以常选择向抛光液中添加抗蚀剂（BTA）提高选择性，但 BTA的 添加容易降低抛光液的稳定性。不同于酸性抛光液，碱性抛光液具有腐蚀性小、选择性高等优点，多数用于抛光硅、氧化物及光阻材料等非金属材料。碱性抛光液的缺点也较 为明显，因为不容易找到在弱碱性中氧化势高的氧化剂，所以抛光效率较低。
抛光垫是负责输送和容纳抛光液的关键部件。在抛光的过程中，抛光垫具有把抛光液有效均匀地输送到抛光垫的不同区域、清除抛光后的反应物、碎屑等、维持抛光垫表面的抛光液薄膜，以便化学反应充分进行、保持抛光过程的平稳、和晶圆片表面不变形等功能。
2、工艺制程持续升级，CMP 市场稳定增长
半导体行业高景气带动 CMP 市场稳定增长。伴随半导体材料行业景气度向上，CMP 材料市场有望受下游市场驱动，保持稳健增速。2020 年全球抛光液和抛光垫全球市场规模分别为 13.4 和 8.2 亿美元。中国 CMP 材料市场涨幅趋势与国际一致，2021 年抛光液和 抛光垫市场规模分别为 22 和 13 亿元。中国正全面发展半导体材料产业，CMP 抛光产业 未来增长空间广阔。
先进制程为 CMP 材料市场扩容提供动力。随着芯片制程不断微型化，IC 芯片互联结构变得更加复杂，所需抛光次数和抛光材料的种类也逐渐变多。在芯片制造过程中，需要将电路以堆叠的方式组合起来，制程越精细，所堆叠的层数就越多。在堆叠的过程中，需要使用到氧化层、介质层、阻挡层、互连层等多个薄膜层交错排列，且每个薄膜层所用到的抛光材料也不相同。此外，随着 NAND 存储芯片结构逐渐由 2D 转向 3D，CMP 抛光层数和所用到的抛光材料种类也在不断增加。根据美国陶氏杜邦公司公开数据，5nm制程中抛光次数将达 25-34 次，64层 3D NAND芯片中的抛光次数将达到 17-32 次， 抛光次数均较前一代制程大幅增加。伴随制程工艺的发展，CMP材料市场有望不断扩容， 成长空间较大。
专用化、定制化抛光材料为未来发展趋势。定制化发展有望给国产企业带来更多机遇，国内 CMP 抛光材料企业可以凭借本土化优势与国内晶圆制造商展开深度合作，专注于具有专用性产品的研发。专用化、定制化有望成为 CMP 材料制造商产业升级趋势。
3、CMP 壁垒较高，产品配方具备较强 know-how
为匹配晶圆加工制程，CMP 技术平整度要求高。CMP 抛光材料的技术更新动力源自下游晶圆的技术更新。晶圆制程工艺不断提升，从 10nm 到现在 5nm、3nm，工艺制程迭 代速度极快。为了满足精细化程度更高的工艺制程，对 CMP 材料的要求也随之变高。当前 IC 芯片要求全局平整落差 100A°-1000A°（约等于原子级 10-100nm）的超高平整度。
配方的调配为一大技术难点。由于 CMP 抛光液应用众多，不同的客户有不同的需求，专用性较强，且需要加入氧化剂、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂等多种添加试剂，如何调配出合适的抛光液配方需要企业长时间的技术积累和不断的研发尝试。目前许多配方受到专利保护，行业研发壁垒高。试错成本高、认证时间长。企业需要不断找到合适配方、稳定制作工艺及设计图案，从而获得较好的、稳定的抛光速率和抛光效果，因此 CMP 材料的研究消耗时间成本较高， 需要较长时间来试错摸索工艺指标、产品配方等对物理参数及性能的影响，形成较高的行业 know-how 壁垒。
4、竞争格局高度集中，国内厂商加速追赶
CMP 抛光液市场，美国 Carbot 是国际龙头，安集科技为国内龙头。目前全球抛光液市场主要由美日厂商垄断，美国 Cabot、美国 Versum、日本日立、日本 Fujimi 和美国陶氏杜邦五家美日厂商占据全球抛光液近八成的市场份额，安集科技仅占约 3%。国内市场 中，美国 Cabot 占约 64%，安集科技市占率为 22%。
安集科技为国产 CMP 抛光液龙头，国内市场占有率超两成。公司 2015-2016 年先后承 担两个“02 专项”项目，专注于持续优化 14nm 技术节点以上产品的稳定性，测试优化 14nm 及以下产品的技术节点，开发用于 128 层以上 3D NAND 和 19/17nm 以下技术节点 DRAM 用铜及铜阻挡层抛光液。目前公司 CMP 抛光液 13-14nm 技术节点上实现规模化量产，下游客户包括中芯国际、长江存储、台积电、华虹半导体等主流晶圆厂商。
全球抛光垫市场“一家独大”，国产替代稳步前进。当前全球抛光垫市场主要由美国的陶氏杜邦垄断，市占率高达 79%，其他公司如美国 Cabot、日本 Fujimi、日本 Hitachi 等市占率在 5%以内。内资企业中，鼎龙股份、江丰电子和万华化学具备相应的生产力。其中，鼎龙股份为国内抛光垫龙头企业，生产的抛光垫意在对标美国陶氏杜邦集团。随着国内晶圆厂扩张，需求提升，为确保供应链的稳定，内资企业迎来发展潮。
（五）湿电子化学品：半导体制造材料关键一环
湿电子化学品贯穿整个芯片制造流程，是重要的晶圆制造材料。湿电子化学品又称工艺化学品，是指主体成分纯度大于99.99%，杂质离子和微粒数符合严格标准的化学试剂。在 IC 芯片制造中，湿电子化学品常用于清洗、光刻和蚀刻等工艺，可有效清除晶圆表面残留污染物、减少金属杂质含量，为下游产品质量提供保障。在半导体制造工艺中主要用于集成电路前端的晶圆制造及后端的封装测试，用量较少，但产品纯度要求高、价值量大。
1、湿电子化学品种类众多，硫酸和双氧水占比较高
根据应用领域的不同，湿电子化学品可分为通用化学品和功能性化学品。其中通用化学品指主体成分纯度大于 99.99%、杂质离子含量低于 PPM 级和尘埃颗粒粒径在 0.5μm 以 下的单一高纯试剂。功能湿电子化学品指可通过复配满足制造中特殊工艺需求、达到某些特定功能的配方类和复配类液体化学品。其中通用化学品广泛应用于 IC 芯片、液晶显示面板和LED制造领域，包括氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸、乙酸等。功能性湿电子以光刻胶配套试剂为代表，包括显影液、漂洗液、剥离液等。
2、全球市场空间超 50 亿美元，国内增速更快
受益于三大下游市场扩容，湿电子化学品需求量有望实现稳定增速。近年来，半导体、显示面板、光伏三大板块下游市场规模不断扩大，产业迎来高速发展，带动湿电子化学品市场规模平稳增长。据智研咨询数据，2020 年全球湿电子化学品市场规模为 50.84 亿 美元，受疫情影响略有下滑。国内湿电子化学品市场规模于 2020 年达到 100.6 亿元，同比增长 9.2%。
中低端领域国产转化率较高，产业升级主要面向 G4-G5 级产品。国际半导体设备和材料组织（SEMI）于 1975 年制定了国际统一的湿电子化学品杂质含量标准。该标准下，产品级别越高，所对应的集成电路加工工艺精细度程度越高，制程越先进。半导体领域对湿电子化学品的纯度要求较高，集中在 G3、G4 级水平，且晶圆尺寸越大对纯度的要求越高，12 英寸晶圆制造一般要求 G4 级以上水平。目前国外主流湿电子化学品企业已实现 G5级标准化产品的量产。国内市场半导体领域的湿电子化学品，G2、G3级中低端产品进口转化率高，因为此技术范围内国产产品本土化生产、性价比高、供应稳定等优势较为突出。G4、G5 级高端产品仍有较大进口替代空间，为未来主要升级方向。
3、纯化和复配为湿电子化学品核心，半导体要求最高
集成电路对超净高纯试剂纯度的要求非常高。按照 SEMI等级的分类，G1级属于低档产品，G2 级属于中低档产品，G3 级属于中高档产品，G4 和 G5 级则属于高档产品。集成电路用超高纯试剂的纯度要求基本集中在 G3、G4 级水平，中国的研发水平与国际仍存 在较大差距。
湿电子化学品技术制造复杂，且品类众多，每种产品的制备要求各不相同，无法设计加工通用设备。企业必须根据不同品种的特性来确定适合的工艺路径，设计加工所需的设备，因此显著提升了制造成本和供应难度。研发能力及技术积累。湿电子化学品的生产技术包括混配技术、分离技术、纯化技术以 及与其生产相配套的分析检验技术、环境处理与监测技术等。以上技术都需要企业具备研发能力和一定的技术积累。同时，下游产品的生产工艺和专用性需求不尽相同，这需要企业有较强的配套能力和一定的时间去掌握核心的配方工艺以满足不同产品的需求。
4、外企垄断高端湿电子化学品市场，国内厂商有所突破
欧美、日、韩企业长期垄断 G4 及以上级别高端市场。国际市场上 G4 及其以上级别的高端产品多数被欧美、日本、韩国等海外公司垄断。2019年海外市场份额合计达到 98%。根据新材料在线数据，德国巴斯夫；美国亚什兰化学、Arch 化学；日本关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学、和光纯药工业；中国台湾鑫林科技；韩国东友精细化工等十家公司共占全球市场份额的 80%以上。
国内湿电子化学品市场百舸争流。由于进入壁垒相对较低，我国湿电子化学品制造企业众多，约有 40 余家。其中，以江化微和格林达为首的湿电子化学品专业制造商，主要产品集中在湿电子化学品，产品种类丰富且毛利率高；以晶瑞电材和飞凯材料为代表的综合型微电子材料制造商，涉及领域更广，客户体量相对较大。此外还有例如巨化股份 等大型化工企业，湿电子化学品类产品营收占比较少，具有原材料方面的优势。目前国内制造商产能主要集中在 G3、G4 级领域，多数已开始布局 G5 级产品产线，预计在 2022 年实现逐步放量。但目前相较于国际主流公司，国内企业产量较小。
（六）电子特气：半导体制造的血液
电子特种气体又称电子特气，是电子气体的一个分支，相较于传统工业气体，纯度更高，其中一些具有特殊用途。电子特气下游应用广泛，是集成电路、显示面板、太阳能电池等行业不可或缺的支撑性材料。在半导体领域，电子特气的纯度直接影响 IC 芯片的集成度、性能和良品率，在清洗、气相沉积成膜（CVD）、光刻、刻蚀、离子注入等半导体工艺环节中都扮演着重要的角色。
1、电子特气种类较多，广泛应用于半导体工艺
电子特气可以根据其化学成分本身和用途的不同进行分类。根据化学成分的不同，电子特气可分为氟系、硅系、硼系、锗系氧化物和氢化物等几大类别。
2、电子特气占比仅次于硅片，国内市场规模快速增长
半导体市场发展迅速，为上游电子特气市场打开成长空间。根据 SEMI 数据，在晶圆材料 328 亿美元的市场份额中，电子特气占比达 13%，43 亿美元，是仅次于硅片的第二大材料领域。近年来，伴随下游晶圆厂的加速扩张，特气市场景气度向好，需求量有望持续扩容。根据 SEMI 数据，2020 年全球晶圆制造电子气体市场规模为 43.7 亿美元。在全 球产业链向国内转移的趋势下，中国电子特气市场规模在过去十年快速增长，2020 年达到了 173.6 亿元。
特气市场毛利率高、盈利能力强。在各半导体材料领域中，电子特气公司的平均毛利率处于较高水平。对比半导体产业链来看，晶圆厂的盈利能力最强，例如世界最大晶圆代工厂台积电的毛利率为 51.6%，国内晶圆厂龙头中芯国际的毛利率约为 30%。而对于特种气体公司来说，电子特气平均毛利率能达到近 50%。世界第二的法国液化空气集团，2010年-2019年的毛利率稳定在60%-65%，而一般化工气体或大宗气体的毛利率仅在20-30%水平。国内企业电子特气毛利率相对较低，约为 30%-40%，相较国际巨头有一定差距，未来成长空间广阔。伴随技术研发的进步和需求量的增长，电子特气厂商盈利能力有望持续升级。
3、纯度为特种气体重要指标，提纯为核心技术瓶颈
特种气体纯度提升为核心技术瓶颈。集成电路对电子特气的纯度有着苛刻的要求，因为在芯片加工过程中，极微量的杂质也可能导致产品重大缺陷，特种气体纯度越高，产品的良率越高、性能越优。伴随 IC 芯片制程技术的不断发展，产品的生产精度越来越高，用于集成电路制造的电子特气亦提出了更高的纯度要求。
电子特气的纯度主要受三个因素影响：
一是提纯技术。电子特气的分离和提纯原理上可分为精馏分离、分子筛吸附分离以及膜分离三大类。在实际提纯分离过程中，为提升效率和良品率，会利用多种方法进行组合，配置工艺更为复杂，还需保证产品配比精度，因此抬高了研发壁垒。
二是气体检测技术。随着电子特气的纯度越来越高，对分析检测方法和仪器提出了更高的要求。目前国外电子气体的分析己经经历了离线分析、在线分析、原位分析等几个阶段，对于高纯度电子特气的分析已开发出完整的测试体系。而由于我国电子特气行业重生产而轻检测，因此分析方法和仪器同国外厂商都有一定差距。
三是气体的储存和运输。高纯电子特气运输为一大难关，在储存和运输过程中要求使用高质量的气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口，以防止气体二次污染。我国加工工艺整体落后以及不符合国际规范，大部分市场被国外公司占据。
专业人才缺乏，技术人员培养目前面临较大困局。电子气体生产环节较多、操作复杂， 因此企业除了研发人才，还需要大量掌握生产技术、具有实际操作经验的技术人员。据统计，培养一名合格的生产技术工人至少需要 2 年时间，但目前国内各大院校基本未设 立工业气体学科，因此企业需要花费大量时间和资金成本对新进人员进行深度培养，制约了我国企业技术创新水平的提升速度。
4、外企垄断电子特气市场，国内企业本土化优势显著
电子特气市场正处于稳定增长阶段，从地理位置上看，亚太地区是电子特气的最大消费市场。国内电子特气相关需求一直依赖进口，主要市场由空气化工、德国林德集团、液化空气和太阳日酸等国外厂商占据，CR4 约 88%，形成寡头垄断的局面。
国际局势叠加国内新兴产业迅速发展，国产替代本土化优势显著。新兴终端市场加速成长，国内企业经过多年技术积累有望迎来国产化全面“开花”。伴随俄乌战争、经济制裁等事件的频繁发生，国际局势变得更加复杂动荡。在此背景下，进口产品价格昂贵、运输不便，本土化产品供应稳定、性价比高等特点更为显著，国内下游企业逐步转向国产供应。电子特气国产化是必然趋势，将在市场化因素主导下全面加速。截至 2022 年 Q1，我国拥有众多生产工业气体的企业，其中约一半位于华东地区。由于行业技术壁垒高且客户粘性大，短期内行业的马太效应将继续延续，但近些年国家推出的相关支持政策及法律法规有望在往来助力相关细分行业的内资企业大力发展。
（七）靶材：PVD 核心耗材，技术壁垒较高
靶材又称为“溅射靶材”，是制作薄膜的主要材料。在溅射镀膜工艺中，靶材是在高速荷能粒子轰击的目标材料，可通过不同的离子光束和靶材相互作用得到不同的膜系（如超硬、耐磨、防腐的合金膜等），以实现导电和阻挡的功能。靶材主要是由靶坯、背板等部分组成，工作原理是利用离子源产生的离子，在真空中聚集并提速，用形成的高速离子束流来轰击靶材表面，发生动能交换，让靶材表面的原子沉积在基底。
1、半导体制程升级，铜钽靶材有望成为主流
靶材可以根据制造工艺、形状、化学成分和应用领域的差异进行分类。
根据靶材制造工艺的不同，可分为粉末冶金法和熔融铸造法。粉末冶金法主要有热等静压法、热压法、冷压-烧结法三种方法，通过将各种原料粉混合再烧结成形的方式得到靶材，该方法优点是靶材成分较为均匀、机械性能好、生产效率高、节约原材料成本，缺点是含氧量量高、密度低。熔融铸造法主要有真空感应熔炼、真空电弧熔炼、真空电 子束熔炼等方法，通过机械加工将熔炼后的铸锭制备成靶材，该制造方法的优点是靶材杂质含量低、密度高、可大型化，缺点是对两种合金密度相似度要求高、较难做到成分 均匀化。
根据靶材形状的不同，靶材可分为长靶、方靶和圆靶三种。
根据化学成分的不同，靶材可分为单质金属靶材、合金靶材和陶瓷化合物靶材三种。单质金属靶材包括纯金属铝、钛、铜等；合金靶材包括镍铬合金和镍钴合金等；陶瓷化合物靶材包括氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等。在半导体晶圆制造中，8 英寸及以下晶圆通常以铝制程为主，多数使用的靶材为铝、钛靶材。12 英寸晶圆制造，多使用先进的铜互连技术，以铜、钽靶材为主。
2、产业转移叠加政策支持，国内半导体靶材快速增长
全球半导体靶材市场涨幅稳定，中国市场增速更为显著。根据华经情报网数据，2020 年全球半导体靶材市场规模突破 10亿美元，同比上涨 4%，2021年预计达 10.4亿美元。近年来国内半导体行业高速发展，半导体靶材市场规模不断扩大。自 2019 年起，受新冠疫情影响，国内市场芯片紧缺，上游半导体靶材行业迎来高速成长期，2020 年中国半 导体靶材行业市场规模增长至 17 亿元，同比上升 12.88%，涨势明显。2022 年市场“缺芯”现象仍将持续，有望进一步促进半导体靶材市场需求量的上升。
3、靶材技术壁垒较高，高纯+大尺寸为核心难点
超高纯金属提纯技术是核心壁垒。先进半导体等高端制造行业所需金属纯度在 6N 及以上，一般的金属提纯技术无法满足此要求。目前超高纯铜、超高纯铝等多项核心专利技术掌握在如美国霍尼韦尔、日本日矿等外资巨头手中。我国企业已在纯化研究上取得一定突破，如有研亿金的超纯铜靶材已达到 7N 水平，并实现 100 吨/年的量产，有望在未来逐渐完成国产化替代。
4、CR4 高达 80%，国内厂商加速追赶
日本、美国企业为全球靶材市场主要厂商。亦如大多数半导体材料行业的细分市场，全球靶材市场主要由日本和美国企业占据。日本日矿金属、美国霍尼韦尔、日本东曹和美国普莱克斯四家占据全球 80%的市场份额。其中，日本日矿金属所占市场份额最多，达 30%。
中国靶材市场呈外资垄断格局。海外靶材公司凭借先发优势和数十年技术研发的沉淀，在国内靶材市场中占据绝对优势，市场份额达 70%。国内靶材企业包括江丰电子、阿石创、隆华科技等，市场份额在 1%-3%左右。目前我国靶材行业相关联企业数量较少，江丰电子、阿石创、隆华科技靶材业务占比较高。美国、日本等高纯金属制造商主要集中在技术壁垒较高的高端靶材产品领域，国内厂商竞争集中在中低端产品领域。
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