半导体材料深度报告:借力国产替代东风 国内半导体材料加速进阶

类别:行业 机构:国信证券股份有限公司 研究员:胡剑/胡慧/周靖翔/李梓澎/叶子 日期:2022-11-27

材料是半导体制造的基石,21 年全球市场643 亿美元,国内增速最快。半导体材料贯穿了半导体生产的整个流程,按照应用主要包括:硅片、掩膜版、特种气体、湿电子化学品、光刻胶、CMP 材料和靶材。据SEMI 数据,2021年全球半导体材料市场规模为643 亿美元,同比增长15.86%。细分产品中,晶圆制造材料和封装材料市场规模分别为404 亿美元和239 亿美元,占比分别为63%和37%。2021 年中国半导体材料市场规模约119 亿美元,占全球市场18%,相较2020 年97.63 亿元增长21.9%,是全球增速最快的地区。

    半导体材料需求持续走高,晶圆厂扩产及制程发展推动材料市场发展。根据SEMI 数据,2015-2021 年全球半导体材料市场年均增速6.8%,2016-2021 年国内半导体材料市场年均增速8.9%。主要驱动:一方面是受益于下游5G、物联网、新能源需求拉动,国内外晶圆厂进行了不同程度扩产,SEMI 预计2020-2024 年将新增25 座8 寸晶圆厂和60 座12 寸晶圆厂,对半导体材料的需求同步提升;另一方面是先进制程不断发展,制程提升会增加工艺难度和加工步骤数,28nm 刻蚀步骤仅40 步,5nm 刻蚀步骤提升至160 步,工序的增多也扩大了对上游材料的需求。

    国产化率低,贸易摩擦有望加速国产化进程,成熟制程迎来替代机遇。我国半导体材料国产化率2021 年仅约10%,主要系产业起步较晚,在品类丰富度和竞争力处于劣势。2022 年10 月7 日美国出台管制新规制裁我国半导体先进制程产业,短期对集成电路制造业各环节造成一定冲击,但长期来看我国集成电路产业必将走上独立自主创新之路,管制新规将进一步催化设备及材料端国产化趋势,特别是在成熟制程,预计国产材料及设备能够得到更多的验证资源和机会,国产替代周期有望缩短。

    半导体市场推动硅片市场增长,硅片需求向大尺寸迁移。2021 年全球硅片市场126 亿美元,中国市场16.6 亿美元,2015-2021 年CAGR 值为27%,保持高速增长。根据Omdia 数据,2021 年12 寸硅片出货面积70.9%,8 寸硅片出货面积22.6%,随着制程缩小及先进制程占比提升,半导体硅片市场将进一步向大尺寸迁移。目前硅片国内市场主要被日本厂商信越、SUMCO 及中国台湾厂商环球晶圆等垄断,中国市占率不足5%。我国硅片企业目前在6 寸硅片已具备较强实力,8 寸与12 寸产线也在积极建设和验证中。本土产业链公司包括沪硅产业、TCL 中环、立昂微、神工股份、中晶科技、奕斯伟(未上市)、麦斯克(未上市)、中欣晶圆(未上市)、有研硅(未上市)等。

    掩膜版趋向大尺寸和高精度,半导体用光掩膜增长迅猛,美日韩处领先地位。

    2021 年全球掩膜版市场49 亿美元,国内掩膜版1.95 亿美元,近三年CAGR值16.32%。面板尺寸的增大及半导体制程的提升带动掩膜版向大尺寸和高精度发展,石英掩膜版开始占据市场主导地位;2020 年半导体光掩膜版需求首次超越FPD 光掩膜版需求量,先进制程占比逐渐提升;掩膜版市场集中度高,除晶圆厂自行配套外,半导体芯片掩膜版技术主要由美国和日本企业掌握,本土产业链企业包括路维光电、清溢光电等。

    电子特气国内市场增长迅速,高端产品仍需突破。2021 年全球电子特气市场规模约45.4 亿美元,中国市场约196 亿元,预计2025 年达到316 亿元,近5 年CAGR 值14.2%。国内电子特气在运输和价格方面具备优势,劣势在于存 在品种丰富度不足,纯度欠佳等问题,导致在高端气体市场的竞争力偏弱。

    国内电子特气市场主要被德国林德、法国液化空气、美国空气化工和日本大阳日酸所垄断,国产化率仅约为15%。本土产业链公司有华特气体、雅克科技、昊华科技、金宏气体、凯美特气、正帆科技、南大光电、和远气体等。

    光刻胶需求趋向高端化,技术壁垒较高,国内半导体用光刻胶渗透率低。2021年全球光刻胶市场规模约为92 亿美元,中国光刻胶市场规模约为93.3 亿元,近5 年CAGR 值10.9%,保持稳定增长。细分市场高端光刻胶需求胶高,覆盖250nm-7nm 绝大部分制程的KrF 和ArFi 分别占比34.7%和38.2%。2021 年88%的光刻胶市场份额被美日韩企业占据,主要由于光刻胶技术壁垒较高,决定了光刻胶的质量化学组成不易突破。国内目前光刻胶94%集中在PCB 行业,半导体用高端光刻胶仍需突破和验证,本土产业链公司包括彤程新材、晶瑞电材、华懋科技、飞凯材料、容大感光、上海新阳、南大光电等。

    湿电子化学品2025 年国内总需求量超70%,超净高纯试剂是突破重心。2021年全球湿电子化学品需求量458.3 万吨,中国需求量213.5 万吨,预计2025年将达到396.6 万吨,总需求量超过70%。国内湿电子化学品市场主要问题在于品种单一,纯度不足,在半导体所需的G4、G5 的超净高纯试剂市场占比偏低,国内半导体用湿电子化学品市场中,欧美日韩企业占比近80%,国产化率仅约10%。本土产业链公司有江化微、晶瑞电材、石大胜华、盛剑环境、中巨芯(未上市)、润玛股份(未上市)等。

    CMP 材料整体市占率偏低,国产化技术相对成熟,有望率先完成替代。按2018材料占比计算,2021 年全球CMP 抛光垫市场规模约为9.33 亿美元,抛光液市场规模约为13.86 亿美元,制程缩小和封装工艺提升了CMP 材料的市场规模。抛光液和抛光垫是CMP 核心材料,目前陶氏垄断了中国近90%的CMP 抛光垫市场,80%以上的中国抛光液市场也被海外厂商占据。抛光垫国产厂商鼎龙股份已全面掌握抛光垫全流程核心研发和制造技术,抛光液国产厂商安集科技也突破技术壁垒,在国内市场已形成一定生产规模,随着贸易摩擦的加剧,CMP 材料在产业链国产化中有望率先完成替代。

    国内头部靶材企业打开市场空间,需求向高纯度发展。2021 年全球靶材市场为16.95 亿美元,国内规模约17 亿元。目前国内靶材市场80%被美日企业所垄断,国产化率不足20%,主要由于国外靶材公司相较于国内拥有更久的成长历史和技术积淀,在靶材种类和提纯方面具备技术优势。在国家政策的支持下,国内企业在高纯靶材市场已打开一定空间,江丰电子、有研新材等厂商在国内外多家头部厂商已经具备一定的高纯靶材供货规模,随着晶圆集成度提升,靶材需求将继续向多品类、高纯度发展。本土产业链公司有江丰电子、有研新材、映日科技(未上市)、隆华科技等。

    半导体材料产业链相关公司:沪硅产业(硅片)、鼎龙股份(抛光垫)、安集科技(抛光液)、江丰电子(靶材)、有研新材(靶材)、彤程新材(光刻胶)、江化微(湿电子化学品)、清溢光电(掩膜版)、立昂微(硅片)、中晶科技(硅片)、雅克科技(特气)、华特气体(特气)、昊华科技(特气)、南大光电(特气&光刻胶)等。

    风险提示:晶圆厂扩产不及预期;国产替代进度不及预期。