兴业证券:半导体材料规模超500亿 大基金二期或

 新闻资讯     |      2020-06-05 11:51

新材料系列深度报告之一:全球半导体材料规模超500亿美金,大基金二期或开启国产化黄金期

l全球半导体材料市场规模超 500亿美元。中国大陆 2019年半导体材料行业规模达 88.6亿美元,YoY+1.9%,是全球唯一实现正增长的市场。当前美国、日本、韩国等跨国企业仍主导全球半导体材料产业,国内半导体材料对外依存度高。大硅片、靶材、CMP抛光垫、高端光刻胶等半导体材料对外依存度高达 90%以上。

l国家扶持半导体产业的政策和基金密集出台,大基金二期或开启半导体材料国产化黄金期。大基金一期已投资、、等半导体材料公司。国家集成电路产业投资二期股份有限公司注册资本达2041.5 亿元,投资总规模和撬动社会融资有望较一期更上一个台阶。

l国内 12英寸晶圆厂未来几年进入密集建设期,叠加贸易事件催化,国内半导体材料企业成长有望提速。中芯国际、长江存储、华力微电子等国内晶圆厂陆续投产将加速国内半导体材料企业成长。同为半导体行业上游的

(1)大硅片:日本信越等五大巨头占据全球 95%的大硅片市场份额,目前国内有上海新昇等少数企业实现 12英寸大硅片量产。

(2)光刻胶:目前 PCB、LCD光刻胶国产化进度较快,国内企业在半导体光刻胶领域与世界先进水平仍有较大差距,、、等少数企业布局ArF、KrF 光刻胶,尚无企业涉及 EUV 光刻胶。

(3)电子气体:雅克科技、、等电子气体国产化程度领先,华特气体等少数企业实现了对国内 8英寸以上集成电路制造厂商覆盖,并进入英特尔(Intel)、美光科技(Micron)、德州仪器(TI)、海力士(Hynix)等全球领先的半导体企业供应链体系。

(4)湿电子化学品:国产化程度领先,、晶瑞股份等少数企业产品技术等级可达到 SEMI 标准G4、G5 级,客户覆盖中芯国际、电子、等企业。、、等企业也有布局。

(5)靶材:对外依存度仍然高于 90%,等个别企业突破了 7nm 技术节点,进入国际靶材技术领先行列,成为中芯国际、台积电、格罗方德、意法半导体等厂商的高纯溅射靶材供应商。

(6)CMP抛光材料:安集科技等个别企业 CMP抛光液 130-28nm技术节点实现规模化销售,14nm 技术节点产品已进入客户认证阶段,10-7nm技术节点产品正在研发中;CMP 抛光垫仍为陶氏一家独大,国内等企业布局CMP 抛光垫。

军的半导体材料公司。中短期主要关注国产化进程较快的电子气体、湿电子化学品、靶材、CMP 抛光液等,中长期值得关注品种包括高端光刻胶晶圆材料(主要为大硅片)、CMP抛光垫等。电子气体重点推荐雅克科技华特气体等;湿电子化学品重点推荐江化微、新宙邦等;CMP 抛光液、光刻胶、靶材关注产品实现量产、进入下游主流厂商的领先企业。

风险提示:宏观经济趋弱风险、项目进度不及预期风险、贸易战持续恶化风险下游需求不及预期风险、行业竞争格局恶化风险

半导体作为现代电子产品的“大脑”,促进了通信、电脑、医疗、交通、新能源 等各行业的发展;半导体产业是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基 础性和先导性产业。半导体行业产业链上游包括半导体材料、半导体设备等,半 导体主要用于制造光电子器件、分立器件、集成电路、传感器等,下游应用主要 在通信、医疗、电脑等。截至 2019 年,半导体产业下游应用市场规模已超 16800 亿美元。

半导体行业短期逢波动,2019 年规模较 2018 年出现下滑,但仍然站稳 4000 亿美 元上方。伴随半导体技术的革新、下游应用的推广,半导体行业规模大幅扩张,对经济、国家安全等领域的影响力日益增强。根据 IMF 测算,每 1 美元半导体芯 片的产值可带动相关电子信息产业 10 美元产值,带来 100 美元的 GDP。2019 年 全球半导体行业收入约为 4130 亿美金,较 2015 年、2010 年分别增长 22%、 40%, 较 2018 年同比下滑。伴随智能汽车、智能电网、人工智能、物联网、5G 等领域 兴起,全球半导体市场规模将进一步扩大。

国内半导体行业保持迅猛发展,中国为全球最大的半导体市场。截至 2019 年, 国内半导体行业销售额占到全球的 35%。2019 年,中国半导体行业销售额约 1437 亿美元,短期因行业周期原因同比下滑 9%(同期全球下滑 12%),但较 2016 年 提高 36%。伴随国内半导体行业的持续发展,中国半导体行业的规模和占全球比 重将进一步提高。

半导体设备和半导体材料是半导体的上游。半导体行业产品主要为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器,占全球市场的比重分别约为 84%、8%、5%和 3%。生产这些产品需要上游半导体设备和半导体材料的支撑:

(1)半导体设备主要有硅片加工设备、晶圆制造设备、晶圆过程控制设备、芯片 封装测试设备等,是生产晶体管、集成电路、光电子器件的关键设备。近年来半 导体设备行业市场规模保持快速发展,全球新一轮半导体资本开支启动,全球半 导体设备销售额在经历了 2019 年约 11%的下滑后,2020 年将恢复成长,预计 2021 年达到历史新高 670 亿美金。

(2)半导体材料是生产集成电路、光电子器件等的重要材料。半导体材料主要包 括前端晶圆制造材料和后端芯片封装材料。2019 年,全球半导体材料销售额约 521.4 亿美元(晶圆制造材料为 328 亿美元、封装材料为 192 亿美元)。中国台湾、 韩国、中国大陆、日本、美国是全球最大的半导体材料市场,合计占全球市场比 重超 80%。前端材料近几年需求增速高于后端材料。2016 至 2018 年,全球晶圆 制造材料销售金额增速分别为 3%、13%、14%,封装材料为- 4%、5%、3%。

半导体材料具有细分子行业多、资金密集、技术密集、产品技术更新快等特点, 是支撑半导体产业发展的关键:

(1)细分子行业多:半导体材料主要用于前端晶圆制造和后端芯片封装,晶圆制 造材料包括硅片、光刻胶、湿电子化学品、电子特气、靶材、CMP(抛光液和抛 光垫)等,封装材料包括引线框架、封装基板、陶瓷基板、键合丝、包封材料、 芯片粘结材料等。上述大类材料又可细分为几十种甚至上百种具体产品。企业需 要提供一系列产品满足客户需求。

(2)技术密集:半导体材料生产涉及切割、研磨、刻蚀、激光打码、化学机械抛 光、光刻、显影、溅射、沉积、纯化等诸多先进工艺,对先进工艺有很高要求。

(3)资金密集:行业强者恒强,企业需要充足的现金流及资产来实现持续的资本 开支保障成长和应对行业的周期波动。

(4)下游客户认证壁垒高:下游客户多为行业半导体巨头,客户对技术保密、品 质要求、供货稳定等各方面要求严格,不会轻易更换供应商。

(5)行业集中度高:各细分子行业均有巨头企业占有主要市场份额,新进入者很 难在短时间内具备规模生产、低成本等优势。

(6)技术变革快:半导体行业遵循摩尔定律,对半导体材料的需求变化快,企业 需要相应的技术来满足市场需求。

在半导体材料市场构成方面,晶圆材料(主要为硅片)、电子气体、光掩膜版、光 刻胶及其配套试剂占比前四,分别为 38%、13%、13%、12%;CMP 抛光材料、靶材市场份额分别为 7%、3%。

据 SEMI,中国大陆是全球半导体材料市场唯一实现同比增长的市场,2019 年半 导体材料行业规模同比增加 1.9%至 86.9 亿美元。全球其他地区的材料营收均持平 或呈个位数下跌。中国台湾因在晶圆代工、先进封装的优势,半导体材料消费规 模达 113.4 亿美元,连续第 10 年成为全球最大半导体材料市场。

前期全球半导体产业分工下,国内企业前期多承担半导体后端封装的步骤,属于 附加值较低的环节。目前半导体行业 IC 设计、大尺寸硅片的生产、半导体设备和 材料制造等附加值高的环节均为海外或中国台湾地区企业主导。由于半导体材料 多用于前端晶圆制造,国内相关产业发展较晚,限制了国内半导体材料(以及半 导体设备)的发展。

反观美国、日本等国家或地区,产业主要集中于半导体产业链高附加值的环节, 如 IC 设计、半导体前端制造等。美国半导体行业产值高达 2090 亿美金(2018年), 半导体产业也是美国第四大出口产业(排在飞机、石油产品、原油之后)。日本则 是全球最大的半导体设备出口国, 2014-2018 累计出口了约 930 亿美元的半导体设 备。

美国、日本、韩国等跨国企业仍主导全球半导体材料产业,国内半导体材料对外 依存度高。因中国大陆企业在高端半导体材料领域长期研发和投入不足,中国大 陆半导体材料主要集中在技术壁垒较低的封装材料,大部分高端晶圆制造材料需 要依靠进口。国内半导体产业从上游的设备、材料,再到集成电路等产品,对外 依存度整体保持较高水平。

过去 10 年,中国大陆与日本、韩国、美国等国家或地区的电子材料贸易均为逆差。中国大陆与韩国、日本电子材料的贸易逆差常年维持在 10 亿美元上方,与美国电 子材料的贸易逆差逐年下滑,也仍有近 4 亿美元的规模。且自 2016 年来集成电路 产品成为我国单一最大宗进口商品,2018、2019 年进口金额分别为 3120、3055 亿美元,贸易逆差均超过 2000 亿美元,存在巨大的进口替代空间。

国内企业目前在电子气体、硅片、湿电子化学品、CMP 抛光液等领域有所突破, 但在高端光刻胶、CMP 抛光垫等领域进展较慢。半导体材料行业细分产品门类 多,且不同的产品门类在技术上存在较大差异,因此半导体材料行业各个子行业 的竞争格局相差较大,国内企业所面临的市场环境、竞争对手、下游客户也不相 同。

历史上全球半导体行业历经重心从西到东的转移。半导体行业技术于上世纪发源 于美国,最初是为国防和宇航服务:1942 年在美国诞生的世界上第一台军用电子 计算机;1947 年在美国贝尔实验室制造出第一个晶体管;上世纪 60 年代末 Fairchild 制造出了 RAM(随机存储内存),Intel 和 IBM 公司随后提出用于商用和 优化的方案。

(1)第一次转移:日本半导体行业在引导半导体重点用于工业和消费领域的产业 政策帮助下,实现了飞速发展,一度在上世纪 80 年代中取代美国成为全球半导体 产值最大的国家,完成了全球半导体产业的第一次转移。

(2)第二次转移:在美日贸易纷争大背景下,政策、资金等大力扶持催化了全球 半导体产业的第二次转移,韩国和中国台湾于上世纪 80 年代末、90 年代初在全 球半导体行业逐步成为主要力量。

半导体行业是资金密集型行业,纵观日本、韩国等地半导体行业的发展,政策、 资金支持都起到了关键作用。

(1)美国:美国“VHSIC 计划” (1979~1989)总经费 10 亿美元,由军方分担;美国“MMIC 计划”(1987~1993),总经费 5 亿美元,由军方承担。

(2)日本:《电子工业振兴临时措施法》、《特定电子工业及特定机械工业振兴临 时措施法》、《特定机械情报产业振兴临时措施法》分别于 1957 年、1971 年、1978 年制定,三部法规极大的促进了日本企业积极发展本国的半导体产业。日本“超 大规模集成电路研究计划” (VLSI,1976~1980)总投资 737 亿日元,政府投入 291 亿日元。日本“超大型(400mm)硅技术研究开发计划” (1996~2001)经费 134 亿日元,政府投入 50.1%。

(3)韩国:自上世纪 70 年代,韩国《推动半导体产业发展的流年计划》、《半导 体信息技术开发方向的投资计划》、《韩国半导体设备国产化 5 年计划》、《促进原 材料产业计划》等扶持半导体产业的政策相继出台。“超大规模集成电路技术共同 开发计划”(1986~1991)总投入 1.2 亿美元,政府出资 50%;“韩国半导体设备 国产化 5 年计划”(1990~1995)总投资 643 亿韩元,政府支持 474 亿韩元。

(4)中国台湾:“超大型积体电路技术发展计划”(1983~1988 年)投资 29.84 亿 新台币;“微电子技术发展四年计划”(1988~1992)投资 19.95 亿新台币;“亚微 米工艺技术发展计划”(1990~1995)总投入 70 亿台币,当局出资 66 亿台币。

除了政策、资金扶持外,地区经济繁荣、人才储备充分等软硬件水平也是实现半 导体行业跨越发展的关键因素:

(1)专业人才储备:以韩国为例,韩国政府于 1976 年成立了韩国电子技术学院 (KIET),其主要职责是计划与协调半导体 RD、进口、吸收和传播国外技术等, 为行业输送了大量人才。

(2)地区经济繁荣:地区经济的繁荣是提供资金支持的前提。韩国、中国台湾经 济正是在 80 年代末和 90 年代初实现高速发展,为大力发展半导体产业提供了雄 厚的资金和经济环境。

国家为推动半导体产业发展,相关政策密集出台。为实现集成电路产业跨越式发 展,国务院于 2014 年 6 月印发《国家集成电路产业发展推进纲要》(以下简称“《纲 要》”)。纲要提出到 2020 年,集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全 行业销售收入年均增速超过 20%,企业可持续发展能力大幅增强。16/14nm 制造 工艺实现规模量产,封装测试技术达到国际领先水平,关键装备和材料进入国际 采购体系,基本建成技术先进、安全可靠的集成电路产业体系。到 2030 年,集成 电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队,实现跨越 发展。

各地方政府相继成立基金,引导半导体产业发展。2014 年 7 月北京率先成立了集 成电路产业发展股权投资基金,基金规模达 300 亿元。之后天津、江苏、重庆等 地方各级政府相继通过成立产业投资基金等方式扶持半导体产业,累计金额超过 5000 亿元。

“国家集成电路产业投资基金”(简称“大基金”)是由中央财政、国开金融等共 同发起,为促进我国集成电路产业发展而设立的产业投资基金。大基金通过股权 投资、联合设立基金等方式,加强对集成电路制造和装备、材料等短板薄弱领域 的投资。大基金对于芯片制造业的投资比例,不低于总额度的 60%(其中芯片制 造业的资金约为 65%、设计业约为 17%、封测业约为 10%、装备材料业约为 8%)。

大基金一期已经在制造、设计、封测、材料等多领域布局。设计领域布局中芯国 际、华力微电子、长江存储等企业;半导体材料领域已布局安集微电子科技、雅克科技、鑫华半导体材料、上海硅产业集团等。

国家集成电路产业投资二期股份有限公司于 2019 年 10 月 22 日注册成立,注册 资本达 2041.5 亿元。(国家集成电路产业投资基金一期注册资本约 987 亿元,投 资总规模约 1387 亿元,撬动社会融资约 5145 亿元。)大基金二期的注册资本高于 一期,投资总规模和撬动社会融资有望较一期更上一个台阶。

伴随半导体设备的国产化率逐步提高,国内半导体材料企业也将一同成长。半导 体设备和半导体材料均处半导体产业链上游,是大力发展半导体的重要支撑。目 前全球半导体设备行业为欧美日韩等企业主导,世界半导体设备销售规模前三的 企业分别为美国的应用材料、荷兰的 ASML、日本的东京电子。相应的,半导体 设备所配套使用的半导体材料也多来自欧美日韩等企业。

中国大陆正在成长为全球最大的半导体设备市场,预计今年将接近 150 亿美金。但国内半导体设备厂商目前整体体量尚小,国产替代的空间非常大。伴随半导体 设备的不断国产化,作为国内的半导体材料企业,有望和国内半导体设备企业深 化合作,加速成长。

12 英寸晶圆从 2008 年开始逐渐成为主要晶圆尺寸,国内 12 英寸晶圆厂进入密集 建设周期。根据 IC Insights 预计,到 2023 年,全球 12 英寸晶圆厂总数有望达到 138 座。8 英寸及以下的晶圆厂数量则在减少。截至 2018 年年底,全球总共有 150 座 8 英寸晶圆厂,较峰值的 210 座减少近三成。

国内 12 英寸晶圆厂未来几年有望保持 1000 亿每年的投资体量,大幅提高 12 英 寸晶圆的体量。国内半导体材料企业在供货时间、成本等多方面有天然的优势, 伴随国内晶圆厂建成投入使用,可预见国内对半导体材料的需求将大幅提高,国 内半导体材料企业有望加速成长。

3.1、晶圆材料全球市场规模超 120 亿美元,国内 12 英寸晶圆将进入产 能释放期,推动大硅片需求

硅晶圆(或“硅片”、“硅材料的晶圆”)是应用最广的晶圆。目前晶圆材料可分为 三代:第一代为硅、锗,第二代为 GaAs、InP 等,第三代为 GaN、SiC 等。硅晶 圆原材料相对易得,硅提纯与结晶工艺成熟,且氧化形成的二氧化硅(SiO2)薄 膜绝缘性能好,使得器件的稳定性与可靠性大为提高。2017 年全球 95%以上的半导体器件和 99%以上的集成电路采用单晶硅作为衬底材料。

作为半导体材料中成本占比最高的材料,晶圆全球销售额超120亿美元。据SEMI, 2019 年硅片的销售额在全球半导体制造材料行业当中的占比高达 37%。晶圆下游 应用主要为电子、计算机、工业等领域,占比分别为 42%、19%、11%。受半导 体市场规模不断扩大拉动,全球晶圆材料市场规模从 2008 年的约 79 亿美元增长 超40%到2018年近120亿美元。后续半导体在汽车、工业等领域的需求不断增长, 晶圆材料的需求还将保持增长。

主流的硅片尺寸不断提高。硅片按照尺寸(以直径计算)分类,历史上主要有 50mm (2 英寸)、75mm(3 英寸)、100mm(4 英寸)、150mm(6 英寸)、200mm(8 英寸)、300mm(12 英寸)等规格,现已发展到 18 英寸(450mm)。

大尺寸晶圆是发展趋势,12 英寸硅片成为主流。因在晶圆上制造方形或长方形的 芯片导致在晶圆的边缘处剩余一些不可使用的区域,更大尺寸的晶圆利用率越高;晶圆尺寸越大,同一晶圆能生产的芯片数量也将越多,生产的效率也将提高。2008 年开始,12 英寸硅片逐步替代 8 英寸硅片成为主流。较 8 英寸硅片,12 英寸硅片 下游用于手机、电脑、SSD 等领域的占比更高。

国内在建 12 英寸晶圆厂较多,对硅晶圆需求将大幅提高。根据 SUMCO 和 SEMI 的统计,2017 年全球 8 英寸和 12 英寸硅片的需求分别为 558 万片/月和 557 万片/月。2018 年 12 英寸硅片市场份额约 63%,成为硅片市场最主流的产品。待 国内 12 英寸晶圆企业完全建成后,仅国内每月所需硅片数量将超过 100 万片,大 幅拉动硅片需求。

晶圆具有技术密集、资金密集等特点,大硅片门槛极高。(1)技术密集:从砂石 半导体材料生产涉及切割、研磨、刻蚀、激光打码、化学机械抛光等诸多先进工 艺。(2)资金密集:生产硅晶圆的设备投资较大,且需不断地更新设备。( 3)下 游客户认证壁垒:下游客户多为行业半导体巨头,客户对技术保密、品质要求、 供货稳定等各方面要求严格,不会轻易更换供应商。(4)行业竞争激烈:5 大海 外企业占据全球 95%以上的市场份额,新进入者很难在短时间内具备规模生产、 低成本等优势。(5)技术变革快:硅晶圆尺寸有不断增长的趋势,客户对 4 英寸 到 12 英寸的产品都有需求,要求生产企业不断提高技术。

全球硅晶圆产业呈现寡头垄断的格局,市场集中度极高。日本信越(Shin-Etsu)、 日本胜高(Sumco)、台湾环球晶圆(Global Wafers)、德国 Siltronic、韩国 LG Siltron 五大巨头占据全球 95%的市场份额。硅晶圆产能目前也主要分布在中国台湾、韩 国、日本、北美等行业巨头所在国家或地区。目前中国大陆硅晶圆产能占全球约 13%,但主要为海外企业来中国投资所建,本土企业和海外巨头差距非常巨大。

目前主要有上海新昇、、金瑞泓(衢州)、重庆超硅等国内厂商布局 12 英寸硅晶圆。国内 12/8 英寸硅片企业已超过 16 家,上海新昇(沪硅产业、上海 新阳分别持股 98.5%、1.5%)已实现 12 英寸大硅片量产,28nm 逻辑、3D-NAND 存储正片也通过了长江存储的认证;中环股份半导体 8-12 英寸集成电路用大硅片 项目已部分投产;德州市政府与有研科技集团、日本 RS Technologies 等签约,投 资 62 亿元建设年产 360 万片的 12 英寸硅片产业化项目;金瑞泓(衢州)投资 34.6 亿元建设 180 万片 12 英寸硅片。

光刻胶又称为光致抗蚀剂,是光刻工艺的关键材料。光刻胶利用光化学反应,经 光刻工艺将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上,在集成电路和半导 体分立器件的微细加工中有广泛应用。根据反应方式不同,光刻胶可分为正性光 刻胶和负性光刻胶,主要区别在于光刻过程中理化性质变化不同。正胶因其相对 较高的分辨率而应用比例更高,因此光刻胶是半导体集成电路制造的核心材料。光刻胶配套材料包括光刻工艺中所涉及到的电子化学品,包括稀释剂、显影液、 漂洗液、蚀刻液、剥离液等,光刻胶配套试剂与光刻胶配套使用。

光刻胶全球市场体量从 2010 年的 55.5 亿美元增长至 2017 年的 80 亿美元,年复 合增长率达 5.4%,预计到 2022 年全球光刻胶(包括 LCD、PCB、半导体光刻胶 等)市场规模有望达到 100 亿美元左右。从应用上看,光刻胶可以大致分为 LCD 光刻胶、PCB 光刻胶(感光油墨)与半导体光刻胶等。光刻胶配套材料体量也将 随着光刻胶市场规模扩大而增加。

在大规模集成电路的制造过程中,光刻和刻蚀技术占芯片制造时间的 40-50%, 占制造成本的 30%。在图形转移过程中,一般要对硅片进行十多次光刻。SEMI(国际半导体行业协会)数据显示,2018 年全球半导体光刻胶和配套材料市场分 别较 2016 年同比增长 20%、23%至 17.3 亿美元、22.3 亿美元。

随着 12 英寸先进技术节点生产线的兴建和多次曝光工艺的大量应用,193nm 及 其它先进光刻胶的需求量将快速增加。Techet 数据预计 2023 年半导体光刻胶及 配套材料市场规模将超过 40 亿美元,其中 EUV 光刻胶规模 2020-2023 年复合增 长有望达 50%(2019 年规模约 1 千万美元)

半导体光刻胶是技术壁垒最高的光刻胶,属于资本、技术双密集型产业。半导体 光刻工艺过程需涂胶、曝光、显影、烘烤、刻蚀、沉积、离子注入等诸多工艺, 对光刻设备和光刻胶及配套材料要求极高。光刻胶的质量和性能是影响集成电路 性能、成品率及可靠性的关键因素。目前全球光刻机市场为 ASML 引领,高端光 刻胶也为仅有海外企业能够达到 ArF 及以上的技术水平。

半导体光刻胶及配套材料具备产品技术更迭快、纯度高等特点。生产光刻胶需要 将感光材料、成膜树脂、光敏剂、添加剂、溶剂等组分有效地结合在一起。通常 在恒温恒湿 1000 级的黄光区洁净房、在氮气气体保护下将原料充分混合成均相液 体。随后经过多次过滤,并通过中间过程控制和检验,使其达到工艺技术和质量 要求,最后做产品检验,合格后在氮气气体保护下包装、打标、入库。

(1)技术更迭快:光刻光源波长的缩小,使得光刻机的分辨率不断提升。光刻 胶的功能参数要求和质量要求一直随着集成电路制造工艺的变化和发展而提高, 以适应发展的要求。IC 集成度历经微米级、亚微米级、深亚微米级,目前已进入 纳米级阶段,光刻胶根据所适配的刻蚀用光的波长不同而分为普通宽谱光刻胶、g 线(436nm)、 i 线(365nm)、 KrF(248nm)、 ArF(193nm)、 F2(157nm),以 及最先进的 EUV(13.5nm)线水平,其相关技术壁垒随刻蚀用紫外光波长缩短而 相应提高。半导体行业目前主要使用光刻胶包括 g 线、i 线、KrF、ArF 四类

(2)纯度要求苛刻:为实现在大规模生产时感光度和膜厚等性能在逐批使用时不 需调整、各大型设备的工艺参数保证精细线路的稳定性、各生产批次间的性能稳 定等目的,光刻胶及配套材料需要达到超纯和超净的标准,光刻胶金属离子等杂 质的含量的要求达到 ppb 级,部分配套材料要求更是需要达到 ppt 级。因此光刻 胶在生产过程中需要选择超净生产反应釜和管线,对混合、过滤、包装等各步骤 进行精确控制。

(3)日本企业占据高端半导体光刻胶主要市场。ArF-i 光刻胶在 DP 技术加持下 制程可达 14nm,也正是目前目前使用最为广泛的技术。从市场上看,国外企业仍 旧强势,垄断国内半导体市场绝大多数份额。尤其是以特种橡胶、信越、东京应 化等为首的日本企业占据高端光刻胶的主要市场。

(4)极紫外 EUV(13.5nm)光刻胶将成为主流:随着半导体制程的不断升级,面 向7nm以下制程的极紫外EUV(13.5nm)光刻技术及其配套的光刻胶或将成为未来 各国际大厂的必争之地。根据调研机构 IC Insights 统计,制程 10nm 以下的半导 体圆晶产量将从 2019 年的每月 105 万片增长到 2023 年的每月 627 万片,而这一 尺寸对应的正为 EUV 光刻技术。

实现国产化的光刻胶主要集中在低端 PCB 光刻胶和 LCD 光刻胶。从技术及产品 线角度看,国内企业在半导体光刻胶领域与世界先进水平仍有 2-3 代的差距,鲜 有能生产销售 KrF、ArF 等产品的企业。

目前主要有晶瑞股份、北京科华、上海新阳、南大光电、北京北旭等国内厂商布 局半导体光刻胶,江化微等进军半导体光刻胶配套材料。目前晶瑞股份(旗下苏 州瑞红)、北京科华(南大光电于 2020Q1 转让持有北京科华股份)等起步较早的 企业有稳定 GI 光刻胶,南大光电已安装并调试第一条 ArF 光刻胶生产线,其他 企业大多还处于规划、研发以及产业化过程中。南大光电成立了全资子公司“宁波 南大光电材料有限公司”,重点推进 ArF 光刻胶开发和产业化项目。上海新阳 KrF 光刻胶配套的光刻机预计 2020H1 中试,ArF 光刻胶配套的光刻机也已到货。江化 微 2019 年在长电先进的显影液产品销售得到提高,巩固了公司显影液在封测领域 的优势地位。

在下一代技术所配套的 EUV 光刻胶领域,我国企业目前尚为空白,仅北京科华有 与科研院所合作项目。相比之下, Intel、台积电、三星等大厂均已开始试产。而 传统光刻胶强势企业如信越化学、东京应化、住友化学等厂商较早进行了专利布 局,相关专利保护壁垒逐渐形成,此领域也或将国内厂商在追赶传统大厂过程中 的下一个需要发力的节点。

电子气体是纯度、杂质含量等技术指标符合特定要求,可应用于集成电路、液晶 面板、LED、光纤通信、光伏等半导体及电子产品生产领域的气体,分为电子特 种气体和电子大宗气体。电子气体在电子产品制程工艺中广泛应用于硅片的沉积、 蚀刻、光刻、掺杂、退火或者腔室清洗等工艺。电子气体一般需外购初级气体原 材料后经合成、纯化、混配、气瓶处理、充装、检测等生产过程后再销售。

半导体行业是电子气体最大的消费市场,也是对电子气体要求最多的市场(包括 产品种类、包装尺寸、纯度等等):气体纯净度的差异会降低芯片性能,电子气体 纯度通常要求 5N 以上级别,金属元素也需净化到 10-9 至 10-12 级;半导体市场 几乎用到了所有常见的电子气体;包装则从小的气瓶到大的槽罐都有需求。薄膜 沉积(包括化学沉积、chamber cleaning)和刻蚀工艺是消耗电子气体最多的工艺。

2018 年全球半导体行业电子气体销售金额约 43 亿美元;预计 2017 至 2022 年期间 年均增长 5.7%,2022 年将达到 51. 4 亿美元。据中国半导体行业协会,2018 年我 国电子特种气体的市场规模超过 120 亿元,半导体电子气体规模超过 80 亿元。

电子气体生产的瓶颈很多,从原材料纯度开始,到合成工艺、对温度和压力的控 制,再到提纯方法和分析方法,以及产品充装过程中对杂质的控制,每个环节都 会影响整个产品的质量。

(1)技术壁垒:电子气体生产涉及气体纯化、检测、充装、合成、容器处理、配 送等多种技术瓶颈。

(2)电子气体认证壁垒高:电子气体供应商需通过客户审厂、产品认证两轮严格 的审核认证(每个产品需要试样、再中试,然后才会大量使用),集成电路领域的 审核认证周期长达 2-3 年。

(3)产品种类繁多:半导体工业中涉及电子气体超过 100 种,常见的电子气体也 超 20 种。且不同的客户对产品杂质参数、颗粒物含量等方面有特殊的要求。

(4)行业资质:国家对电子气体行业企业的管理和控制严格,企业必须遵守《危 险化学品经营许可证管理办法》等法律法规获得安全生产、经营及运输等资质。

全球工业气体市场已经形成了少数几家气体生产企业占据全球市场大多数份额的 市场格局。2018 年 10 月 23 日,林德集团(Linde)官方宣布与美国普莱克斯集团 (PRAXAIR)完成对等合并,合并后三大气体巨头(美国林-普莱克斯、法国液 化空气、美国空气化工)占据全球半导体电子气体市场近 80%的份额。在国内市 场,海外五大龙头企业在 2018 年前也长期控制近 85%的份额。

5.3、国内企业占据运输等先天优势,电子气体目前是国内企业进口替 代程度最高的半导体材料

国内电子气体企业生产销售额占晶圆制造电子气市场需求由 3.8%增加至 25.0%, 进口替代程度不断提高。我国电子气体企业实现进口替代具备诸多优势:

(1)运输成本具有明显的优势。国家对电子气体(危险化学品)的产品包装、运 输有严格的规定,进出口受到管制,且进口周期长、容器周转困难。

(2)产品价格具有明显的优势。比如国内高纯气体产品平均价格只有国际市场价 格的 60%,采用国产高纯气体产品可大幅度降低下游行业的制造成本。

(3)突破部分核心技术。国内企业在部分电子气体的容器处理技术、气体提纯技 术、气体充装技术和检测技术已经达到国际通行标准。

目前国内主要有华特气体、雅克科技(科美特)、、昊华科技、南大光 电、巨化股份、启源装备、中船重工 718 所、南京特种气体等企业布局电子气体。华特气体实现了对国内 8 寸以上集成电路制造厂商超过 80%的客户覆盖率,解决 了中芯国际、华虹宏力、长江存储等客户多种气体材料制约,并进入了英特尔 (Intel)、美光科技(Micron)、德州仪器(TI)、海力士(Hynix)等全球领先的 半导体企业供应链体系。雅克科技子公司科美特电子气体主要客户包括西电集团、、山东泰开等主要电气设备生产公司。昊华科技是国内具备高纯度三氟 化氮研制能力的领先企业、国内最早从事六氟化硫研发的企业、国内仅有的高纯 度六氟化硫研制企业。金宏气体与联芯集成、华润微电子、华力微电等企业形成 合作, 2019年半导体行业电子气体销售额约3.27亿元,占公司营收比重为31.18%;

湿电子化学品指微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种电子化工材料,主要 用于芯片、显示器面板、电池板等的清洗、蚀刻、显影、去膜、掺杂等。湿电子 化学品主要包括超净高纯试剂(超净高纯试剂在国际上也称工艺化学品(Process Chemicals),美国、欧洲和我国台湾地区称为湿化学品(Wet Chemicals))、光刻 胶配套试剂(光刻胶配套试剂内容在“光刻胶及配套材料”部分讨论)等。湿电 子化学品是对使用于湿法工艺的“电子级试剂”、“超净高纯化学试剂”的更为合 理准确的表达。

超净高纯试剂的尘埃颗粒粒径需控制在 0.5m 以下,杂质含量需控制在 ppm 级 (10-6为 ppm),是化学试剂中对颗粒粒径控制、杂质含量要求最高的试剂。常见 产品有超净高纯酸及碱类、超净高纯有机溶剂和超净高纯蚀刻剂。光刻胶配套试 剂指光刻工艺中所涉及到的电子化学品,包括稀释剂、显影液、漂洗液、剥离液 等,光刻胶配套试剂与光刻胶配套使用。

为了满足半导体集成电路的发展水平,湿电子化学品的技术实现了 G1 到 G4 级 不同等级的商业化生产,并向更高技术等级的产品进步。2019 年全球湿电子化学 品规模约 22 亿美元。据 Techcet 预计,全球湿电子化学品市场规模在 2024 年有 望达到 29 亿美元,2019-2024 年的年复合增速有望达 5.7%。

(1)技术门槛高:湿电子化学品属于化工、材料科学、电子工程等多学科交叉的 领域,且属于试剂纯度要求最高的应用,对生产的工艺流程、生产设备、生产的 环境控制、包装技术都有非常高的要求。

(2)品种丰富:按应用可分为光刻胶配套试剂、封装材料、高纯试剂、工艺化学 品、液晶材料等;按工艺可分为清洗液、显影液、漂洗液、蚀刻液、剥离液等。

(3)产品更新换代快:元器件乃至整机产品的升级换代,有赖于电子化学品的技 术创新和进步,行业升级换代加速电子化学品更新。

(4)客户黏性高:湿电子化学品在下游客户常采用认证采购的模式。下游客户需 较长时间进行认证,行业后进入市场者面临较高的市场门槛。

全球湿电子化学品市份额为欧美、日韩等海外企业主导,欧美、日本、韩国企业 市场份额分别约为 35%、 28%、 16%。海外主要生产企业有德国的 BASF、E.Merck, 美国的 Ashland 、Arch、Mallinckradt Baker,日本关东化学、三菱化学、京都化 工、住友化学、和光纯药工业(Wako)、 stella-chemifa 等,我国台湾地区主要有 台湾东应化等,韩国主要有 Dongwoo、东进等公司。半导体湿电子化学品领域整 体国产化率约 23%。

目前国内主要有江化微、晶瑞股份、安集科技、巨化股份等企业布局湿电子化学 品领域。江化微 2019 年在半导体行业销售额达 1.71 亿元,占营收比重为 41.47%,公司产品技术等级普遍达到国际半导体设备与材料组织 SEMI 标准 G2、G3 级, IPO 募投项目部分产品达到 G4 等级,客户包括中芯国际、华润微电子、长电科技、 无锡力特半导体等企业。晶瑞股份的高纯双氧水、高纯氨水及在建的高纯硫酸等 产品品质已达到或者可达到 SEMI 最高等级 G5 水准,主要客户包括华虹宏力、 长江存储等。新宙邦已成功投产高纯半导体双氧水、氨水等产品。兴发集团控股 子公司湖北兴福电子级磷酸开拓了中芯国际等客户。电子级氢氟酸装置 达到了高负荷连续稳定运行状态,产品质量达到了 UPSSS 级别。电子级氢 氟酸达 G4、G5 级别,进入韩国两大半导体公司的供应链。

高纯溅射靶材(以下简称“靶材”或“溅射靶材”)主要应用于超大规模集成电路 芯片、液晶面板、薄膜电池制造的物理气相沉积(PVD)工艺,用于制备 电子薄膜材料,包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等。芯片制造对靶材金属纯度的 要求最高,通常要达到 99.9995%以上。靶材市场最大的下游应用是包括半导体、 液晶面板等在内的电子行业。

溅射工艺是在制备超大规模集成电路的过程中一种需要反复应用的工艺,属于物 理气相沉积技术的一种,主要利用离子源产生的离子,在高真空中经过加速聚集 形成离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换,使固体表面 的原子离开固体并沉积在基底表面。被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料, 称为溅射靶材。一般来说,溅射靶材由靶胚、背板等部分构成。靶胚主要是各类 高纯金属或合金等,而背板主要在机台内部高电压、高真空环境中起固定及传导 作用。

据估计,全球 2019年全球靶材市场总体规模在163亿美元以上,主要应用于 LCD、 太阳能电池、半导体几大领域。全球半导体用靶材市场规模站稳 10 亿美元上方, 随着世界产能向中国倾斜以及中国本土企业大量投产,目前国内半导体用高纯金 属靶材市场已经在 10 亿元以上(不含贵金属)。

典型的溅射靶材工艺流程可以分为约 16 个步骤,其中包括 10 个技术要求较高主 要工序。首先,由于应用场合的特殊性,溅射靶材对原材料纯度、粒度、均匀度 等都有较高要求,需要专门采购或制备高纯金属粉末;其次,制造过程中针对不 同种类的原材料的烧结、晶化、机械加工过程,有大量的具体参数需要调试摸索;再者,加工环节对机械加工精度、焊接技术、高温高压操作、材料检验水平都有 较高要求。因此,溅射靶材的制造过程技术壁垒较高。

靶材行业在全球范围内呈现明显的区域集聚特征,美国和日本公司占据靶材全球 市场主要份额,行业集中度高。日矿金属、霍尼韦尔、东曹、林德-普莱克斯四家 企业占据了全球靶材市场近 80%的市场份额,其他的主要生产商还包括住友化学、 爱发科等行业巨头。全球靶材巨头产业链也较为完整,业务布局金属提纯、靶材 制造、溅射镀膜和终端应用的各环节。

目前国内布局溅射靶材的企业主要有江丰电子、有研亿金(子公司)、 福建、等。受到技术、资金和人才的限制,国内专业从事高纯溅 射靶材的生产厂商数量仍然偏少,但是依靠产业政策导向、产品价格等优势,少 数国内企业逐渐开始占据一些市场份额。江丰电子突破了 7nm 技术节点,进入国 际靶材技术领先行列,已经成为中芯国际、台积电、格罗方德、意法半导体等厂 商的高纯溅射靶材供应商。有研新材 30 余款 8-12 英寸靶材新产品完成送样,已 有多款靶材产品顺利通过考核认证,覆盖中芯国际、、GF、TSMC 等客 户。

CMP 的主要工作原理是在一定压力下及抛光液的存在下,由磨粒和化学氧化剂等 配成的抛光液在晶片与抛光垫之间流动,在工件表面产生化学反应,生成易于去 除的氧化表面;再通过机械作用将氧化表面去除;最后,去除的产物被流动的抛 光液带走,露出新的表面,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,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 材料用于化学机械抛光(又称化学机械平坦化,英文缩写 CMP),主要涉及 抛光垫和研磨浆料两种化学消耗品材料:

(1)抛光垫(CMP pad)主要有聚合物抛光垫、无纺布抛光垫以及复合型抛光垫, 相对而言复合型抛光垫更具优势。加工过程中,抛光垫表面微凸起直接与晶片接 触产生摩擦,以机械方式去除抛光层,在离心力的作用下,将抛光液均匀抛撒到 抛光垫表面,以化学方式取出抛光层,并将反应产物带出抛光垫。

(2)抛光液(CMP slurry,或者研磨浆料)一般由超细固体粒子研磨剂(如 Al2O3、 SiO2等)、表面活性剂、稳定剂、氧化剂构成。其将磨粒的机械研磨作用与氧化剂 的化学作用有机结合,可实现超精密无损表面加工,满足集成电路相关要求。

逻辑芯片的迭代升级带来 CMP 抛光材料增长机会:(1)14nm 以下逻辑芯片工艺 需 CMP 工艺次数超 20 步,使用的抛光液的种类也从 90nm 的 5、6 种增加至超 20 种,且用量也明显提高。(2)7nm 及以下逻辑芯片工艺需 CMP 抛光步骤或超 30 步,使用的抛光液种类或增加至 30 种。(3)存储芯片 3D NAND 较 2D NAND 需要的 CMP 抛光步骤数近乎翻倍。

2016-2018 年全球 CMP 抛光材料市场规模分别为 17.5 亿美元、 19.0 亿美元和 20.1 亿美元,预计 2017-2020 年全球 CMP 抛光材料市场规模年复合增长率为 6%。其 中 CMP 抛光液 2016-2018 年销售额约为 11.0、12.0、12.7 亿美元,CMP 抛光垫 2016-2018 年销售额约为 6.5、7.0、7.4 亿美元。

抛光材料行业门槛高,具有工艺壁垒高、技术革新快、种类复杂等特点。抛光垫 表面组织特征,如微孔形状、浸润性、孔隙率、沟槽形状等,可通过影响抛光液 流动和分布,来决定抛光效率和平坦性指标,抛光垫对力学性能、分子设计水平、 工艺优化有较高要求;制程从微米到纳米级别的过程中,对不同材料的去除速率、 选择比以及表面粗糙度和缺陷都要求精准至纳米乃至埃(分子级别),而这种精确 控制需要通过精制、定制抛光液在宏观的抛光台和抛光垫的作用下完成;不同客 户的集成技术不同,对抛光材料的需求也有所不同;新技术和新衬底的应用都要 求有相应的抛光浆料与之对应,比如制程从 90nm 到 7nm 的过程中,抛光液的种 类可能从几种增加到接近三十种。

CMP 抛光材料主要被美、日、韩企业所垄断。CMP 抛光液主要生产商有日本 Fujimi、 Hinomoto Kenmazai,美国卡博特、杜邦、Rodel,韩国的 ACE 等,这些企业占据 全球 90%以上的高端市场份额。CMP 抛光垫的企业主要是陶氏旗下的罗门哈斯, 垄断了集成电路所需抛光垫近 80%的市场份额,CMP 抛光垫市场的其他主要企业 还有美国卡博特、日本东丽、台湾智胜、日本 Fujibo、韩国 KPS 等公司。2017 年, 我国半导体集成电路用抛光垫实际产能约为 25 万片/a,但实际产量较低,估算对 外依赖率在 95%以上。

目前在 CMP 抛光材料行业实现突破的国内企业主要为安集科技、鼎龙股份、江 丰电子等。我国目前中低端 CMP 浆料已实现国产化,但半导体集成电路领域所 用的高端商品仍基本依赖进口,国内企业在该领域没有话语权。安集科技化学机 械抛光液已在 130-28nm 技术节点实现规模化销售,主要应用于国内 8 英寸和 12 英寸主流晶圆产线,14nm 技术节点产品已进入客户认证阶段,10-7nm 技术节点 产品正在研发中,公司前五名客户为中芯国际、台积电、长江存储、华润微电子、 华虹宏力。鼎龙股份实现了 CMP 抛光垫型号从成熟制程到先进制程完成全覆盖, 而且进入了长江存储供应链,大部分产品均在晶圆厂进行验证和测试。

9.1、伴随半导体产业下游应用的不断增加,半导体材料市场规模必将进一步扩大我国半导体材料行业主要起步于 20 世纪 90 年代后,发展起步较晚,整体的产业水平、规模明显滞后于下游产业的需求,产品自给率很低。当前,国内加速布局半导体产业,各项政策、国际事件等多因素将加速半导体材料进口替代的进程, 这个过程中有望诞生一批领先的半导体材料公司。

目前总体来看,各大半导体材料品种尤其是 12 英寸晶圆用材料基本还是为外资企业所垄断,但国内企业已有一定进展。在壁垒很高的大硅片、高端光刻胶领域, 近年来国内企业陆续布局;在壁垒较高的掩膜版、CMP 抛光垫等领域,国内企业已有布局,且部分企业已通过大尺寸晶圆厂认证;而在电子气体、湿电子化学品、CMP抛光液、靶材等领域,国内已有部分企业在国际或内资大厂的部分产线上实现了批量供应。

半导体材料客户粘性高,我们认为在国内半导体快速发展的大潮中材料行业将维持强者恒强态势;当前国内半导体材料的国产化进程快速发展,部分研发实力及切入客户层级领先的企业有望分享半导体行业快速发展的红利。中短期主要关注国产化进程较快的电子气体、湿电子化学品、CMP抛光液、靶材及封装材料等,长期值得关注品种包括高壁垒的高端光刻胶、大硅片、CMP 抛光垫等。电子气体重点推荐雅克科技、华特气体等;湿电子化学品重点推荐江化微、新宙邦等;CMP 抛光液、光刻胶、靶材关注产品实现量产、进入下游主流厂商的领先企业。

雅克科技是国内阻燃剂领军企业,通过积极推动业务转型,围绕“电子材料+复合材料”两大领域持续布局。电子材料领域,公司并购华飞电子布局封装材料,并购江苏先科、成都科美特并设立雅克福瑞整合前驱体、电子特气等半导体材料行业

资源,并购 LG 化学彩胶事业部进军LCD 光刻胶,有望打造综合性电子材料平台。复合材料领域,公司自主研发的 LNG 保温板材料通过 GTT 认证,已全面具备承接 MARK(Ⅲ/Flex)型船舶需用绝缘板制造的能力,持续获得大客户订单,后续销售有望持续增长。我们维持公司 2020-2022 年EPS 为 0.86、1.00、1.25 元的预测, 维持“审慎增持”的投资评级。

华特气体深耕特气行业,是电子特气国产化先行者。公司以特种气体的研发、生产及销售为核心,辅以普通工业气体和相关气体设备与工程业务,能为下游客户提供气体一站式综合应用解决方案。公司特种气体生产技术领先,电子特气产品质量卓越,已基本覆盖了内资 12 寸芯片厂商,不少于 5 个产品已经批量供应 14 纳米先进工艺。世界半导体等新兴产业技术的快速迭代促使电子特气行业迅速发展,公司未来有望持续受益于我国特种气体产业的大发展而快速发展壮大。我们维持公司 2020-2022 年 EPS 为 0.80、1.04、1.39 元的预测,维持“审慎增持”的投资评级。

9.2.3、江化微:显示面板、半导体芯片、太阳能电池三大应用齐头并进, 新产能放量在即未来成长可期江化微是国内湿电子化学品领军企业。随着国内面板企业与半导体企业的密集投资,全球面板及半导体产能持续向大陆转移,国内相关产业维持高增长态势。近年来国家大力推动电子材料国产化,平板显示及半导体用湿电子化学品国产化进程正在加速。公司依托技术优势,产品已切入国内多家大型面板及半导体厂商供应链。公司产能放量在即,3.5万吨项目已建成待投产,成眉石化园区 6万吨及镇江新区一期 5.8万吨预计今年完工,有望打破产能瓶颈,进一步确立公司国内行业的领军地位,将充分受益产品国产化加速带来的机遇。我们维持公司 2020-2022年 EPS 分别为 0.55、0.74、0.91 元的预测,维持“审慎增持”的投资评级。

新宙邦是国内锂电池电解液及电容器化学品行业龙头,也是国内含氟精细化学品领先生产企业。公司凭借电解液配方、核心添加剂合成技术、新型锂盐合成技术的优势,锂电池电解液销量持续增长。公司有机氟化学品业务盈利能力强,新产品、新客户拓展顺利,产业链一体化布局持续推进。公司电容器化学品具备全球竞争优势,依托大客户间接实现市场份额提升。此外,公司半导体化学品产能建设及客户拓展顺利,产品持续放量,受益于产业转移,未来发展空间巨大。后续伴随公司海内外各个生产基地持续建设半导体材料业务稳步推进、公司拟非公开发行募集资金建设项目陆续投产, 后续持续增长动力较强。我们维持公司2020-2022 年 EPS 分别为 1.20、1.49、1.90 元的预测,维持“审慎增持”的投资评级。

风险提示:宏观经济趋弱风险、项目进度不及预期风险、贸易战持续恶化风险、下游需求不及预期风险、行业竞争格局恶化风险