2020半导体材料报告

半导体材料包括半导体制造材料与半导体封测材料。晶圆制造材料包括硅晶圆、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、湿化学品、电子气体、溅射靶材料、化学机械抛光(CMP)浆、 研磨垫、石英制品等。而封测材料包括引线框架和基板、陶瓷封装、封装树脂、键合线和粘合剂等。

我国半导体材料占全球市场比例约16%，且以封装材料为主，晶圆制造材料占比低于封装材料。2017年我国晶圆制造材料市场规模达24.8亿美元，同比增长 18.7%，预计2020年市场规模将达到40.9亿美元；国内封装材料市场规模达50.9 亿美元，同比增长8.8%， 预计2020年市场规模将达到66.5亿美元。我国半导体材料国产化占比较低，2017年国产半导体销售额约281.7亿元，其中国产封装材料销售额约116.4亿元，国产化率29.3%。

近年来我国半导体材料的整体国产化率仍然处于比较低水平，在进口替代领域仍具有较大市场空间。此外，随着我国本土先进制程推进以及存储基地扩产，对半导体材料需求将逐年提升，给本土材料厂商带来较大导入机会。

大硅片：半导体材料之最大宗产品，我国加快先进产品研发导入

半导体硅片是集成电路及其他半导体产品的关键性、基础性原材料，目前90%以上的半导体产品使用硅基材料制造。通常将95-99%纯度的硅称为工业硅。沙子、矿石中的二氧化硅经过纯化，可制成纯度98%以上的硅；高纯度硅经过进一步提纯变为纯度达9-11个9的超纯多晶硅；超纯多晶硅在石英坩埚中熔化，并掺入硼（P）、磷（B）等元素改变其导电能力，放入籽晶确定晶向，经过单晶生长，制成具有特定电性功能的单晶硅锭。

熔体的温度、提拉速度和籽晶/石英坩埚的旋转速度决定了单晶硅锭的尺寸和晶体质量，而熔体中的硼（P）、磷（B）等杂质元素的浓度决定了单晶硅锭的电特性。单晶硅锭经过切片、研磨、蚀刻、抛光、外延、键合、清洗等工艺步骤，制造成为半导体硅片。

由于半导体行业与全球宏观经济形势紧密相关，全球半导体硅片行业在2009年受经济危机影响较为低迷出货量与销售额均出现下滑；2010年由于智能手机放量增长，硅片行业大幅反弹。2011年至2016年，全球经济逐渐复苏但依旧较为低迷，硅片行业亦随之低速发展。2017年以来，受益于半导体终端市场需求强劲，下游传统应用领域计算机、移动 通信、固态硬盘、工业电子市场持续增长，新兴应用领域如人工智能、区块链、物联网、 汽车电子的快速发展，半导体硅片市场规模不断增长，并于2018年突破百亿美元大关。

由于半导体硅片行业具有技术难度高、研发周期长、资金投入大、客户认证周期长等特点，全球半导体硅片行业进入壁垒较高，行业集中度高。2018年，全球前五大半导体硅片企业信越化学、SUMCO、Siltronic、环球晶圆、SK Siltron 合计销售额 740.35 亿元，占全球半导体硅片行业销售额比重高达93%。

随着本土晶圆代工的推进，本土半导体硅片厂商陆续加大投资攻坚半导体大硅片市场。据不完全统计，目前中国有数十家公司官宣介入12寸大硅片产业，规划总产能达692万片/月。但由于12寸硅片多用于先进制程，对杂质、晶格缺陷等要求极高，本土厂商多处于研发阶段；此外，长晶过程对单晶炉要求严苛，成熟12寸长晶路多采用进口，本土厂商与海外成熟技术仍具有一定差距，给我国硅片行业发展带来一定阻力与挑战。而随着本土12寸晶圆厂数量增多以及产能扩张，将给本土硅片企业提供更多联合研发与测试机会，有望加速本土硅片企业导入晶圆厂。

光掩模：衔接光刻关键工艺环节，半导体制程受海外垄断

掩膜版（Photomask），又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版、掩模版等，是下游行业产品制造过程中的图形“底片”转移用的高精密工具，是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体。掩膜版用于下游电子元器件制造业批量生产，是下游行业生产流程衔接的关键部分，是下游产品精度和质量的决定因素之一。掩膜版的功能类似于传统照相机的 “底片”。

掩膜版厂商根据客户所需要的图形，用光刻机在原材料上光刻出相应的图形，将不需要的金属层和胶层洗去，即得到掩膜版产成品。掩膜版的原材料掩膜版基板是制作微细光掩膜图形的感光空白板。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版基板上制作成掩膜版。掩膜版对下游行业生产线的作用主要体现为利用掩膜版上已设计好的图案，通过透光与非透光的方式进行图像（电路图形）复制，从而实现批量生产。发行人生产的掩膜版产品根据基板材质的不同主要可分为石英掩膜版、苏打掩膜版和其他（包含凸版、菲林）。

掩膜版行业进入门槛较高，市场主要参与者主要为境内外知名企业，市场集中度较高。据HIS统计，2018年SKE、HOYA、LG-IT、PKL、DNP的市场份额分别为26.40%、19.06%、18.43%、15.09%与 11.19%，行业前五市占率合计约 90.17%。此外，本土企业清溢光电以 4.46%市占率排名第六，未来随着半导体与面板向国内转移以及国产化率提升，清溢光电有望持续提升市场份额。

光刻胶及配套材料：半导体材料之冠， 国产化持续加大研发投入

光刻胶是由成膜树脂、感光化合物和溶剂三种主要成分组成的具有光化学敏感性的混合液体。通过经曝光和显影后留下的光刻胶对底层起保护作用，后经蚀刻将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工的衬底上。光刻胶是电子产品微细加工技术中的关键性电子化学品，主要应用于集成电路（IC）、液晶显示（LCD）、触摸屏（TP）、发光二极管 （LED）等产品微细加工，同时在先进封装，磁头及微机电系统（MEMS）等领域也有着广泛的应用。

光刻胶的技术复杂、品种繁多，根据曝光波长划分为：紫外宽谱（g+h+i 线）光刻胶、 KrF（248nm）光刻胶、ArF（193nm）光刻胶、辐射线光刻胶等。根据化学反应机理，光刻胶可分负性光刻胶、正性光刻胶两类。由于负性光刻胶显影时易变形和膨胀，分辨率通常只能达到2微米，因此正性光刻胶的应用更为普及。

我国光刻胶及配套化学品的研究始于20世纪70年代，但目前我国在该行业与国际先进水平相比有较大差距，造成差距主要原因系：一方面，高端光刻胶树脂合成及光敏剂合成技术与国际水平相比还有一定距离；另一方面，高端光刻胶的研究需要匹配昂贵的曝光机和检测设备，远远超出一般科研单位所能承受的范围。目前，国内高端光刻胶产品尚需依赖进口。

电子特气：普通气体国产化具有较高份额，特殊气体国产化率仍较低

在半导体晶圆制造工艺中，气体的使用非常广泛，通常统称为高纯特种气体或高纯电子级气体，具有高纯度与高危险性。由于在化学气相沉积、刻蚀、离子注入、外延等最前端制造工艺中，气体中的有害杂质浓度对芯片的成品率有着直接的影响。目前，大部分的高纯特种气体的纯度达 99.99%（4N）以上。随着集成电路制造技术的不断提升，对气 体纯度的要求越来越高，部分气体需要经过进一步纯化处理，使其纯度达 99.999%（5N）以上。同时，大部分的特种气体还具有高压、易燃、高腐蚀性、剧毒等特点，因此对装载特种高纯气体的钢瓶、阀门、管道等有着极高的安全要求。

特种气体的主要生产工序包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气体分析检测。气体合成是将原料在特定压力、温度、催化剂等条件下，通过化学反应得到气体粗产品。气体纯化是通过精馏、吸附等方式将粗产品精制成更高纯度的产品。气体混配是将两种或两种以上有效组分气体按照特定比例混合，得到多组分均匀分布的混合气体。气瓶处理是根据载气性质及需求的不同，对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理的过程，以保证气体存储、运输过程中产品的稳定。气体充装是指通过压力差将气体充入气瓶等压力容器；气体分析检测即为对气体的成分进行分析、检测的过程。

常用的高纯特种气体有30多种，主要可以分为烷类、卤化物气体以及其他气体，具有易燃、易爆、剧毒等特性，生产难度较高，具有较高价值量。根据SEMI数据，2018年全球半导体电子特气市场规模约45.1亿美元。2017年国产半导体电子特气销售额约47.7亿元，本土电子特气厂商具有一定市场份额，但高价值量的特种气体仍具有极高替代空间。

国内特种气体于20世纪80年代随着国内电子行业的兴起而逐步发展，并且随着医疗、 食品、环保等行业的发展应用领域和产品种类不断丰富，由于技术、工艺、设备等多方面差距明显，发展初期特种气体产品基本依赖进口。

随着技术的逐步突破，国内气体公司在电光源气体、激光气体、消毒气等领域发展迅速， 但与国外气体公司相比，大部分国内气体公司的供应产品仍较为单一，用气级别不高，尤其在集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆等高端领域。2017年空气化工集团、 液化空气集团、大阳日酸株式会社、普莱克斯集团、林德集团等国外气体公司的市场占比超过80%。以华特股份为代表的国内气体公司通过多年持续的研发和投入，已陆续实现IC用高纯二氧化碳、高纯六氟乙烷、光刻气等多个产品的进口替代。

CMP：存储国产化带动市场扩容，抛光液与抛光垫国产化协同推进

化学机械抛光（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。与传统的纯机械或纯化学的抛光方法不同，CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，从而达到晶圆表面的高度（纳米级）平坦化效应，使下一步的光刻工艺得以进行。CMP的主要工作原理是在一定压力下及抛光 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。

抛光液主要分为铜抛光液、钨抛光液、硅粗抛光液、钴抛光液等种类。铜抛光液广泛应用于130nm及以下技术节点逻辑芯片的制造工艺，在存储芯片制造过程中也有一定的使用；钨抛光液大量应用于存储芯片制造工艺，在逻辑芯片中仅用于部分工艺段；硅粗抛光液主要应用于硅晶圆的初步加工过程中，硅晶圆是集成电路的基底材料。因此，随着 集成电路技术的进步和对集成电路性能要求的增加，铜抛光液、钨抛光液和硅粗抛光液的市场需求会进一步增长。对于新型的钴抛光液，为了进一步提升芯片性能，在10nm及以下技术节点中，钴将部分代替铜作为导线，要求全新的钴抛光液对其进行抛光。

在半导体集成电路技术不断推进过程中，必然出现多种新技术和新衬底材料，这些新技术和新衬底材料对抛光工艺材料提出了许多新的要求。具体而言，更先进的逻辑芯片工艺会要求抛光新的材料，为CMP抛光材料带来了更多的增长机会，比如14纳米以下逻辑芯片工艺要求的关键 CMP工艺将达到20步以上，使用的抛光液将从90纳米的五、六种抛光液增加到二十种以上，种类和用量迅速增长；7纳米及以下逻辑芯片工艺中CMP抛光步骤甚至可能达到30步，使用的抛光液种类接近三十种。同样地，存储芯片由2D NAND向3D NAND技术变革，也会使 CMP抛光步骤数近乎翻倍。

此外，我国正在推进存储器领域的国产化进程。在NAND Flash领域，目前长江存储已经推出了32层和64层的闪存芯片，后续长江存储将直接开发128层的闪存产品。在产能方面，长江存储64层的闪存产品已经量产，并将尽快提升到10万片的月产能，在二期项目中提升到30万片的月产能。随着长江存储产能的逐步提升，预计到2021年长江存储在 NAND Flash市场的占有率将达5%。

在DRAM方面，长鑫存储已经开始采用10G1技术(19nm工艺)生产 4Gb和8GbDDR4，未来还将继续开发DDR4/LPDDR4X、DDR5/LPDDR5 的10G3(17nm 工艺)产品。目前长鑫存储月产能约为2万片，计划到2020年Q2实现4万片月产能，2020年底实现12万片的月产能。本土存储厂商扩产放量，CMP厂商将迎来导入机会。