半导体材料供需紧张，国产替代加速突破

半导体材料具有短期的紧缺与长期的成长逻辑。2022年3月16日日本福岛外海7.4级地震，引发日本多地方停电，部分半导体产业链需要检查后复产。日本作为全球重要的电子元器件生产地，在汽车芯片、半导体材料、元器件等领域供应，有较大的产业链影响。在全球缺芯和扩产的大背景下，上游半导体材料成为制约产业链的一个重要因素。光刻胶、硅片、气体等半导体材料不仅受短期地缘政治和自然灾害影响波动，而且扩产规划相对保守，出现供需缺口。大陆半导体晶圆厂大量建设，国内上游材料国产化率仍非常低，存在较大发展空间。 材料厂商突破，业绩佐证国产替代加速。随着内资晶圆厂产能扩充，技术/工艺逐步完善，上游已涌现出各类进入批量生产及供应的国产材料厂商。在晶圆制造各环节国产材料厂商已逐步实现突破并迎来营收高速增长。材料重点推荐：彤程新材、鼎龙股份，兴森科技、沪硅产业、安集科技。 光刻胶：行业壁垒高，每一次海外供应链波动都更有利于加速国内厂商的验证及导入。光刻胶是半导体光刻环节的核心材料，研发难度大，且细分品类型号多、认证流程复杂。日本在光刻胶领域具有技术和生产规模优势。在全球缺芯背景下，以及海外核心光刻胶供应不稳定，近两三年国内光刻胶公司凭借多年技术积累、产业链整合，逐步打开国产替代窗口。彤程新材作为中国第一家全光刻胶品类布局龙头厂商、国内KrF领跑者，正加速导入晶圆厂，积极扩产，后续将迅速放量，实现国产替代。 硅片：新一轮硅片剪刀差至少持续至2023年底。全球正处于第四次硅含量快速提升周期，2022年全球及国内晶圆厂资本开支继续增加，前五大硅片供应商自2021年下半年起陆续宣布扩产，但扩产周期接近2年。2021年下游晶圆厂硅片库存及周转率已连续12个月下行，硅片价格上涨，长协比例增加。国内硅片企业产能逐步起量，并导入核心客户，沪硅产业、立昂微、中环股份、神工股份等逐步在硅片领域实现国产替代。 气体：电子特种气体是泛半导体产业制造加工多个环节均需要使用到的关键材料，短期受供应链产生较大价格波动。我国集成电路产业规模不断扩大，且技术快速更迭，从而带来更大的气体需求量。海外局部地区气体供应不稳定，使得气体供需和价格出现短期波动，在国内气体持续的需求下将有望加速国产替代趋势。华特气体、金宏气体、凯美特气等国内主要特气厂商在下游客户正在逐步起量。 高度重视国内半导体及汽车产业格局将迎来空前重构、变化，以及消费电子细分赛道龙头： 1）半导体核心设计：光学芯片、存储、模拟、射频、功率、FPGA、处理器及IP等产业机会； 2）半导体代工、封测及配套服务产业链； 3）智能汽车核心标的； 4）VR、Miniled、面板、光学、电池等细分赛道； 5）苹果产业链核心龙头公司。 相关核心标的见尾页投资建议 风险提示：下游需求不及预期；中美贸易摩擦。 一、半导体材料供不应求， 半导体材料具有短期的紧缺与长期的成长逻辑。2022年乌克兰特种气体供应受限。3月16日日本福岛外海7.4级地震，引发日本多地方停电，部分半导体产业链需要检查后复产。日本作为全球重要的电子元器件生产地，在汽车芯片、半导体材料、元器件等领域供应，有较大的产业链影响。在全球缺芯和扩产的大背景下，上游半导体材料成为制约产业链的一个重要因素。光刻胶、硅片、气体等半导体材料不仅受短期地缘政治和自然灾害影响波动，更在长期扩产规划没有满足下游需求，出现供需缺口。大陆半导体晶圆厂大量建设，国内上游材料国产化率仍非常低，存在较大发展空间。 随着下游电子设备硅含量增长，半导体需求快速增长，直接推动了各个晶圆厂商的扩产规划。而芯片的制造更是离不开最上游的材料环节，因此我们有望看到全球以及中国半导体材料市场规模的飞速增长。 图表1：全球半导体材料市场销售额 在全球半导体材料的需求格局之中，中国大陆从2011年的10%的需求占比，至2019年已经达到占据全球需求总量的16.7%，仅次于中国台湾（21.7%）及韩国（16.9%），位列全球第二。随着整个半导体产业的持续增长，以及中国大陆不断新建的代工产能，我们有望看到中国大陆半导体材料市场规模增速将会持续超越全球，荣登第一。 图表2：全球各区域半导体材料需求占比 图表3：2021年SEMI预期半导体材料市场按地域分布 在2019年期间，整个半导体材料521亿美元的市场规模之中，半导体晶圆制造材料占据了约63%，达到了328亿元。晶圆制造材料的持续增长也是源自于当前制造工艺不断升级带来的对于材料的更大的消耗所致。 图表4：封装及晶圆制造材料市场规模及增速（单位：亿美元） 半导体晶圆制造过程繁琐且复杂，对于的材料大类的设计也超过了9种。其中光刻胶占比约6%，光刻胶配套剂约8%，合计占整体晶圆制造环节材料成本的14%。 图表5：半导体原材料分布情况 二、光刻胶：半导体加工关键材料，国产替代空间巨大 光刻胶是半导体，面板，PCB等领域加工制造中的关键材料。光刻胶是由树脂，感光剂，溶剂，光引发剂等组成的混合液态感光材料。光刻胶应用的原理是利用光化学反应，经光刻工艺将所需要的微细图形转移到加工衬底上，来达到在晶圆上刻蚀出所需的图形或抗离子注入的目的。 图表6：光刻胶分类 从光刻胶全球市场来看，根据Cision的统计，2019年约有91亿美元的市场规模，且至2022年预计将达到105亿美元，实现复合增长5%。而其中半导体、LCD、PCB这三类主要的应用场景分别占据了市场空间的24.10%、26.6%、及24.5%，分别对应2019年的市场规模22亿美元、24亿美元、及22亿美元。 图表7：2019-2022全球光刻胶产业市场规模（亿美元） 图表8：全球光刻胶应用份额占比 Cision同时也统计了中国光刻胶市场的规模，在2019年约为88亿元人民币，至2022年预计将达到117亿元人民币，实现复合增长15%。如若我们根据全球光刻胶的应用场景分布来看，在中国大陆所需要的半导体、LCD、及PCB的市场需求分别将达到21、23、22亿元人民币。 图表9：2019-2022中国光刻胶产业市场规模（亿元） 2.1、晶圆产能扩产推动光刻胶用量激增 根据IC Insight的统计及预估，在不包含三星、英特尔等IDM类型晶圆代工市场而言，2020年纯晶圆代工市场或实现了约19%的增长，达到了677亿美元的市场规模，是过去多年以来最高的增速幅度。而随着5G带来的硅含量渗透的景气及需求的爆发，未来市场预计将持续增长，至2024年IDM+Pure-PlayFoundry将会有合计约1075亿美元的市场规模。 此外不仅市场规模在不断的提升，看到全球12寸晶圆的产能的增长情况，根据SEMI在2020年10月的《300mmFabOutlookto2024》报告所述，在2019年全球12寸晶圆的产能超过540万片/月，至2024年之时，全球12寸晶圆产能将会超过720万片/月。 图表10：全球半导体制造产能统计 图表11：全球12寸晶圆产能情况 全球半导体制造商在2020年至2024年将持续提高8寸晶圆厂产能，预计增加 95万片/月，复合增速将达到17%，至2024年将会达到660万片/月的最高历史记录。 而这其中，中国占据大多数产能，在2021年已经达到了18%，在未来的产能不断扩张的情况下，有望占比持续提高。 图表12：全球各地区200mm晶圆厂数量 图表13：全球各地区200mm晶圆厂产能 图表14：全球200mm晶圆厂综合产能增长情况 从全球角度我们看到了晶圆产能无论是8寸或者12寸均处于高速增长的趋势之中，再聚焦至中国大陆的晶圆产能增长情况来看，更是呈现了较全球产能增长更高的增速，这也将给国产半导体材料带来更大替代契机以及可渗透空间。 图表15：中国大陆内资晶圆厂扩建情况 2.2、制程提升带来光刻胶价值量提升 在前文第一章节我们看到中国晶圆代工厂商在未来的扩产规划将会十分巨大，8寸的产能将在未来实现从当前74万片/月增长至135万片/月，12寸产能将从当前38.9万片/月增长至145.4万片/月，分别将实现82%及274%的增长，将会直接带动半导体的材料需求之外，从产能的扩张的结构来看，12寸晶圆的增速将会远超过8寸晶圆，并且我们认为未来中国的产能制程结构将会逐步升级，带动更大的半导体材料用量的弹性增长。 从Logic芯片的角度来看，看到台积电从20Q1开始至21Q1的各制程占收入之比，可以看到在 28nm 及其以上的制程收入占比从45%降低至37%，其中 5nm 制程从0%提升至14%（20Q4达到20%）。 由此可见整体芯片制程不断的向更先进制程的方向发展，而其中将会带动各类集成电路晶圆制造材料的使用量不断地提升。 图表16：台积电从20Q1至21Q1各制程节点占收入比重 我们根据IC光刻胶所能使用到的制程节点来看，可以看到随着制程的逐步增长，所用的IC级光刻胶品种将会逐步发生变化，并且随之带来的IC光刻胶的价值量也将会发生巨大的变化（单位价值量：ArF>KrF>I>G）。 图表17：IC光刻胶分类 图表18：全球四大类光刻胶占比情况（不含其它类光刻胶） 图表19：中国四大类光刻胶占比情况（不含其它类光刻胶） 三、硅片：全球硅片产业进入新一轮上行期 3.1、全球正处于“第四次硅含量提升周期”供不应求，行业进入新一轮涨价周期 2021年半导体市场规模超预期增长，且未来随着晶圆厂逐步投产，行业产值有望在2030年超过万亿美元市场。从需求端来看，以汽车、工业、物联网、5G通讯等代表的需求驱动驱动全球半导体产业进入“第四次半导体硅含量提升周期”。根据SEMI，2021年全球半导体产值有望超过5500亿美元，达到历史新高，且在2022年根据SEMI对于行业资讯机构的统计，平均对于2022年的增长预期将达到9.5%，即2022年市场规模有望突破6000亿美元（此为平均值）。此外随着全球8寸及12寸晶圆新产能逐步的在2022年至2024年的投放，至2024年全球将会有25家8寸晶圆厂投产，60座12寸晶圆厂投放。随着该85座晶圆厂的投放，至2030年全球半导体晶圆市场将有望达到万亿美元市场，实现年复合增长率约7%。 2021年全球半导体材料市场规模创新高，中国大陆需求占比18.6%。根据SEMI，强劲的下游需求及晶圆产能的扩张驱动2021年全球半导体材料市场规模同比增长15.9%达到643亿美金新高。其中晶圆制造材料和封装材料市场规模分别为404亿美金和239亿美金，同比增长15.5%和16.5%。晶圆制造环节中的硅片、化学品、CMP和光掩膜环节是增速最快的几大领域，而硅片也是晶圆制造中成本占比最高的环节，市场规模超过130亿美金。 图表20：全球半导体销售市场规模 图表21：全球半导体材料市场规模 图表22：2020及2021年分地区半导体材料市场营收（亿美元） 图表23：半导体晶圆制造材料分布 12英寸主要用于 65nm 以下节点，也是台积电千亿资本开支主要投资领域。12英寸硅片主要用于制程节点较为先进的产品，根据SUMCO估计，目前12英寸硅片需求中接近80%都是用于 65nm 以下较为先进的制程。从硅片的直接下游晶圆厂来看，台积电2021年4月宣布的三年千亿美金资本开支，其中2021年的超300亿美金资本开支中，80%用于先进制程，包括 3/5/7nm ；2022年CaPex指引400-440亿美金，其中70-80%用于先进制程，包括 2/3/5/7nm 。中芯国际表示，公司2022年12英寸产能增长将远远超过2021年。联电2021年起的三年计划投资1500亿新台币（约合54.1亿美元）用于台湾省12A厂P5、P6的扩产。华虹三座8英寸厂2021年全年满产，无锡12英寸厂产能持续爬坡，2022年月产能预计由年初的6.5万片提升至年底9.5万片。 图表24：不同节点的12寸硅片需求 图表25：部分晶圆厂季度CAPEX对比（百万美元，右轴为台积电） 逻辑芯片和存储是12英寸需求增长主要驱动力。根