半导体材料行业深度报告：CMP抛光材料国产替代势不可挡，行业龙头长线价值凸显

行业研究 2023年06月26日 行业深度 标配CMP抛光材料国产替代势不可挡，行业龙头长线价值凸显 证券分析师 周啸宇S0630519030001 zhouxiaoy@longone.com.cn 投资要点： ——半导体材料行业深度报告 电子 联系人陈宜权 chenyq@longone.com.cn 18% 10% 2% -5% -13% -21% -29% 22-0622-0922-1223-03 申万行业指数:电子(0727)沪深300 相关研究 CMP材料是半导体芯片制造不可缺失的关键材料。在半导体芯片制造过程中，晶圆片需要 进行多道加工工序，由此会导致晶圆片表面凹凸不平，每一道加工工序对晶圆片表面平坦度都有对应标准。因此，CMP技术作为实现晶圆表面平坦化的关键工艺技术，贯穿晶圆加工的整个工艺流程，通过使用CMP材料在多道工序中间对晶圆片进行抛光加工，使其满足各工序标准要求，显得尤为重要，可以说，CMP材料是半导体芯片制造的关键所在。 打破外资垄断局面，国产替代空间巨大。（1）长期以来，全球CMP材料由外企垄断，但在美日等发达国家进行高科技技术封锁的背景下，高度依赖进口的CMP材料供应不确定性加剧，扰动了国内晶圆大厂CMP材料的供应链安全稳定，倒逼本土晶圆厂加速国产CMP材料的产品认证，提升了供需双方CMP产品国产替代的共研意愿。随着国内CMP材料厂商部分实现了从0到1的技术突破，打破了长期的外资垄断局面，开创了CMP材料国产替代新局面。（2）一方面由于CMP抛光材料对产品性能、可靠性以及稳定性的要求严格，替换成本高，从而导致上游客户更换供应商意愿不强。另一方面，CMP抛光材料国产化进程仍处初期，但国内晶圆产能扩产的增量市场，将为本土CMP材料的国产替代带来巨大的市场空间。 内资晶圆厂逆势加速扩产，CMP材料与半导体材料同步受益。（1）我国是半导体芯片需求大国，但国产化率不足17%，存在巨大的供需缺口，只能通过进口来满足，仍是全球最大的半导体芯片进口国。（2）从全球半导体芯片的产业发展史来看，晶圆厂建设是半导体芯片产业的核心环节，是满足巨大半导体芯片市场需求缺口的重要一步。因此，自2022年以来，尽管全球半导体行业周期向下，但我国晶圆厂产能却不断逆势扩产，半导体芯片国产化替代需求逆势增加。（3）国内晶圆厂的大规模逆势扩建，一方面提高了国产芯片的自给率，减少芯片绝对进口数量，缓解我国半导体芯片供给不确定性的矛盾，打造自主可控的国产半导体产业链；另一方面，因内资晶圆产能增加而新增的半导体材料需求，也为国产半导体材料供给商提供很大的市场开拓空间，而CMP材料作为半导体材料的核心，亦同步受益。 投资建议：看好CMP材料国产替代带来的成长空间。国内龙头企业，在国内市场的存量及增量中持续受益。CMP材料作为半导体芯片加工环节的核心材料之一，近年来，随着我国内资晶圆厂不断扩产，以及晶圆制程工艺不断的提高，对国产CMP材料的需求不断加大。 （1）我国已是全球半导体需求最大的市场，CMP材料为半导体材料的重要组成部分，自给率仅17%，国产替代仍有较大的提升和发展空间；（2）本土CMP材料供应商已部分实现技术突破，产品性能可对标海外CMP材料大厂产品，随着本土CMP抛光材料企业逐步切入高端市场，将加速CMP材料国产化进场，争夺海外企业已占据国内存量市场规模的同时又享受内资晶圆厂扩建带来的增量红利，快速提升国内市场渗透率。（3）随着内资晶圆厂 扩产以及国内晶圆制程工艺的突破，国内CMP材料需求量增速将远超全球行业水平，优先实现国产替代的龙头CMP材料企业将从存量及增量市场中双重受益，建议关注安集科技和鼎龙股份。 风险提示：国际半导体技术路径的重大变化、晶圆厂扩产不及预期、客户认证进度不及预期、研发进度不及预期。 正文目录 1.CMP是半导体芯片制造过程中不可或缺的核心环节之一5 1.1.CMP定位：CMP是晶圆加工过程中的C位要素角色之一5 1.2.CMP发展启示：CMP工艺技术发展与芯片制程技术创新相互促进6 2.国产化半导体芯片供需缺口巨大，国产替代前景广阔8 2.1.内资晶圆厂逆势扩产，助力半导体材料国产化进程加速10 2.2.半导体材料国产替代需求加速，CMP抛光材料持续受益10 2.2.1.国内龙头打破外企垄断，CMP抛光液实现0到1的破局11 2.2.2.CMP抛光垫打破寡头垄断，破茧而出12 3.CMP抛光材料打破海外垄断，化劣为优14 3.1.技术壁垒14 3.2.客户壁垒15 4.A股CMP材料核心标的梳理16 4.1.安集科技：国内CMP抛光液绝对龙头，打破外资垄断的希望所在16 4.1.1.公司概况16 4.1.2.业务分析17 4.1.3.总结及推荐19 4.2.鼎龙股份：多元化发展，塑造半导体材料平台型公司20 4.2.1.公司概况20 4.2.2.业务分析21 4.2.3.总结及推荐22 5.风险提示23 图表目录 图1半导体芯片制造工艺流程5 图2CMP抛光模块示意图5 图3CMP抛光作业原理图5 图4CMP技术发展历程6 图5未经平坦化之前半导体芯片的表面形态6 图6平坦化后半导体芯片的表面形态6 图7逻辑芯片工艺增长带来的抛光步骤增加（次数）7 图8存储芯片工艺不同带来的抛光步骤增加（次数）7 图9CMP抛光液细分成分7 图10按照研磨颗粒划分的CMP抛光液类别7 图11CMP抛光垫的参数指标8 图12CMP抛光垫按照材质结构分类8 图132015-2021年中国半导体IC自给率（亿美元、%）9 图14中国集成电路进出口数量统计（亿个）9 图15美国BIS出口管制10 图16日本设备出口管制10 图172020到2025年全球晶圆代工产能预测(WPM)10 图18近年来全球分地区新建晶圆厂计划（座）10 图19中国半导体材料市场规模（亿元）11 图20晶圆制造材料占比（%）11 图21CMP细分抛光材料市场份额（%）11 图22全球CMP抛光液市场规模（亿美元）12 图23中国CMP抛光液市场规模（亿元）12 图242019年全球CMP抛光液市场竞争格局（%）12 图252021年中国CMP抛光液市场竞争格局（%）12 图26全球CMP抛光垫市场规模（亿美元）13 图27中国CMP抛光垫市场规模（亿元）13 图282020年全球CMP抛光垫市场竞争格局（%）13 图29全球以及中国抛光垫申请趋势（项）14 图30安集科技专利申请的地域分布（个）15 图31安集科技专利申请的一级技术分支情况（个）15 图32截至2023年全球CMP抛光液产业专利申请数量Top10申请人（单位：项）15 图33安集科技产品立项周期16 图34公司发展历程17 图35安集科技股权架构（截止到2023年Q1）17 图362017至2022年营业收入情况（亿元）18 图372017至2022年归母净利润情况（亿元）18 图38销售毛利率&销售净利率（%）19 图39各费用率变化（%）19 图40分业务收入(亿元)19 图41分产品毛利率（%）19 图42研发投入占比（亿元）19 图43研发人员情况（人数）19 图44公司发展历程20 图45公司股权架构（截止到2023年Q1公布）20 图46公司七大技术平台20 图472017至2022年营业收入变化（亿元）21 图48归母净利润变化（%）21 图49分业务占营收比（%）21 图50分产品毛利变化（%）21 图512018-2023年Q1销售毛利率&销售净利率（%）22 图52各项费用率变化情况（%）22 图53研发人员（人数）及占比、研发支出变化（%）22 图54专利情况（项）22 表1抛光材料考量标准8 表2公司项目进展18 表3推荐标的及盈利预测表23 1.CMP是半导体芯片制造过程中不可或缺的核心环节之一 1.1.CMP定位：CMP是晶圆加工过程中的C位要素角色之一 在半导体芯片（以下简称芯片或半导体芯片）制造过程中，半导体硅片（以下简称晶圆）经过刻蚀、离子注入等工艺过程中，其晶圆表面会变得凹凸不平，并产生多余的表面物等，为降低晶圆表面的粗糙度和起伏不平度，去除晶圆表面多余物，有效地进行下一道加工程序，则需使用抛光垫及抛光液，在专用设备（CMP设备）上对晶圆进行多次抛光处理，这一过程被称为CMP（ChemicalMechanicalPolishing），中文全称为化学机械抛光。CMP是一种实现晶圆表面平坦化的关键工艺技术，是当今最主流的晶圆抛光技术。 图1半导体芯片制造工艺流程 资料来源：华海清科招股说明书，东海证券研究所 在整个半导体产业链中，晶圆加工是最重要的核心环节，CMP则贯穿晶圆加工的整个工艺流程，随着芯片制程越来越小，内部结构也越来越复杂，CMP工艺也变得越发重要，经过CMP处理的晶圆表面平坦度可小于1nm，可满足各种制程芯片的下一步加工流程需要。可以说，CMP是晶圆加工过程中的C位要素角色之一。 图2CMP抛光模块示意图图3CMP抛光作业原理图 资料来源：华海清科招股说明书，东海证券研究所资料来源：华海清科招股说明书，东海证券研究所 1.2.CMP发展启示：CMP工艺技术发展与芯片制程技术创新相互促进 CMP是半导体芯片制造工艺提升过程中不可或缺的环节。自1965年由Walsh等人提出CMP抛光应用概念以来，CMP工艺技术发展和半导体芯片制程发展高度相关。从0.35μm~0.25μm的半导体制程技术节点开始，CMP技术是唯一可实现全局平坦化的关键技术，奠定了CMP工艺技术发展的基础；而到了0.18～0.13μm技术节点阶段，随着半导体芯片制程工艺快速提升，CMP的作用和其不可替代性更加凸显。现阶段，CMP技术已成为半导体芯片制造工艺中不可或缺的核心技术环节。 图4CMP技术发展历程 CMP应用相关线宽技术 •1950年 •机械抛光为主 1um •1965年 •由Walsh等人剔除化学机械抛光 （CMP概念） 0.8um •1983年 •IBM开始开发CMP工艺 0.5um~0.25um •1986至1992年 •各式CMP开始适量上线，并于1992年正式进入国际半导路线图 0.18um~65nm •1994年 •台湾首次应用CMP于生产中 •1996年 •日本大量应用CMP技术 65nm~14nm •1997年至2007 年 •各类CMP技术及产品用于芯片制造 10nm~7nm •2007年至2014 年 •CMP成为实现新的工艺技术如鳍式场效应晶体管（FinFET）、硅通孔技术 （TSV）的关键技术 7nm以上 •2014年至今 •CMP工艺持续向5nm及3nm等先进制程推进 资料来源：《化学机械抛光技术发展及应用》李思、张雨，东海证券研究所整理 芯片制程的创新提高是CMP创新发展的重要驱动力。随着芯片制程减小趋势的加快，芯片的内部结构也越来越复杂，对晶圆的表面平坦度要求也越来越高，为保证每个制造步骤达到对应的平坦程度，则必须增加CMP的抛光次数和抛光液种类，提升CMP的工艺技术创新水平，以达到晶圆表面的纳米级平坦化要求，工艺技术难度大幅度提升，这就反向促进了CMP行业的工艺技术的繁荣发展。 图5未经平坦化之前半导体芯片的表面形态图6平坦化后半导体芯片的表面形态 资料来源：华海清科招股说明书，东海证券研究所资料来源：华海清科招股说明书，东海证券研究所 CMP抛光材料用量和晶圆芯片的制程变化高度相关。以逻辑芯片和存储芯片为例，在晶圆芯片制造加工过程中，晶圆制造工艺制程缩小或存储容量的变化等，都将带来CMP工 艺步骤的增加，同步带动CMP抛光材料的消耗量增加。根据安集科技年报及CabotMicroelectronics数据显示，14纳米的逻辑芯片要求的CMP工艺步骤由180纳米的10次增长到20次以上，而7纳米及以下则需要超30次及以上的抛光工艺步骤。同样地，存储芯片由2DNAND向3DNAND升级过程中，CMP工艺步骤由2DNAND的7次增长