转债行业图谱之半导体制造材料篇

摘要 行业概览：全球半导体市场从长期来看仍能保持强烈的生长节奏，不过从2022年第二季度以来，全球半导体市场正式进入下行周期，预计2023年全球半导体市场规模将下降至5560亿美元，但2024年又将回升至6020亿美元。半导体材料是整个半导体产业链中极为重要的一部分，2022年中国半导体材料市场规模为914.4亿元，2023年预计该值将达到1024.34亿元，其中硅片、光刻胶、电子特气市场规模占比较高。半导体硅片为半导体制造材料市场规模中占比最高的部分，随着通信、汽车及人工智能等终端市场的快速发展，半导体硅片的需求量迅速增长，2022年国内市场规模达138亿元，同比增速超过15%； 由于技术壁垒的存在，国内市场高度集中，CR4超过70%。光刻胶及配套材料是半导体制造材料中第二大占比材料，全球光刻胶市场规模约120亿美元左右，而中国市场规模不到100亿元；光刻胶的壁垒主要也是来在于技术和衍生的认证层面，技术方面包括硬件和软件方面的壁垒；无论是从整体或细分市场来看，国际光刻胶市场集中度均处于非常高的水平，整体市场CR4超过70%，日本企业处于垄断地位。国内光刻胶行业起步晚，虽然目前国产光刻胶在研究上已取得一定进展，但中高端产品研发及生产能力依然不足。电子特气为半导体制造材料中第四大占比材料，2022年中国电子特气市场规模估算为220.8亿元，而2023年预计为249亿元，国内企业所占份额不足20%；电子特气行业有着极高的技术壁垒和客户认证壁垒；国内电子特气行业起步晚、技术力量有较大待完善空间，目前国产电子特气在研究上已取得一定进展，但在产品性能及生产规模方面仍然有较大不足。 半导体制造材料转债标的情况：半导体制造材料类转债主要包含9只，受2022年二季度以来下游半导体行业景气度下行影响，发行主体2023年上半年收入能力大部分表现较弱；代表性的8只转债信用评级以AA和AA-为主，数量分别有3只和4只，仅晶瑞转2评级为A+。基本面方面，半导体制造材料转债标的主体盈利能力均较好，主体收入结构以及资本开支绝大部分以主营产品为主。持有人方面，距离发行时间越久，机构持有比例增加，股东持有比例减少。 条款方面，3只转债触发下修条款，2只转债触发赎回条款，1只转债触发回售条款。估值方面，半导体材料转债估值整体处于较高水平，半导体材料转债加权隐含波动率水平与半导体材料行业指数历史真实波动率水平仍有一定差距。 代表性转债情况及建议：1）南电转债，公司业务布局多元化，从MO源切入到产品相仿的高纯电子特气，再到高端光刻胶产品，放眼未来，在MO源业务及电子特气业务收入的支撑下，随着潜在光刻胶项目逐步落地并推向市场，将带来公司整体定位及价值的提升。转债估值方面，2023年8月31日，南电转债绝对价格为131.713元，纯债价格约为90.78元，有一定债底保护，转换价值为86.03元，转股溢价率为42.51%，纯债溢价率为45.10%，隐含波动率为50.48%，整体来看南电转债估值相对平衡。转债行情方面，南电转债的价格自上市以来总体跟随正股及行业曲线波动，上市以来至2023年7月，转股溢价率保持适中、整体波动较小，具备一定的市场主动性，进入2023年8月后，权益市场整体波动较大，而无风险利率快速下行，出现一定的被动拉估值现象，转股溢价率被动走扩。整体而言，南电转债绝对价格水平较为适中，风格相对平衡，仍然有一定的债底保护，市场风险相对可控，可作为博弈品种进行适度配置。2）彤程转债，公司是特种橡胶助剂和光刻胶龙头，且光刻胶产品收入已处于高速增长期并有望保持，未来盈利能力或有望维持在较高增速。转债估值方面，2023年8月31日，彤程转债绝对价格为133.619元，纯债价格约为102.50元，有一定债底保护，转换价值为93.78元，转股溢价率为42.49%，纯债溢价率为30.36%，隐含波动率为46.41%，整体来看彤程转债估值相对平衡。转债行情方面，上市以来彤程转债经历多轮主题行情，价格一度超过200元，2023年4月以后，权益市场整体波动较大，半导体相关行业呈逐步回落态势，而无风险利率快速下行，估值存在一定抬升。整体而言，目前彤程转债绝对价格水平较为适中，风格相对平衡，有一定的债底保护，市场风险相对可控，可作为博弈品种进行适度配置。 风险提示：经济运行状况低于预期、行业政策收紧超预期、行业需求释放不及预期、企业经营不及预期。 本文首先从市场容量、市场格局、技术发展等角度介绍了半导体材料中市场规模占比较高的硅片、光刻胶、电子特气三个细分板块；其次从基本面、持有人、条款、估值等维度梳理了目前存续的9只主要的半导体制造材料类转债；最后从业务基本面、转债估值、转债行情等方面分析了具有代表性的南电转债和彤程转债，并提出相应的投资建议。 1行业概览 按照国际通行的半导体产品标准方式进行分类，半导体元件可以分成四种类型，即集成电路、分立器件、光电器和传感器。从半导体产品的销售情况来看，以市场份额占比来衡量，半导体产业中的产业核心为集成电路，根据前瞻研究院数据，作为半导体产业中最大的消费领域，其长期占据全球半导体总销售额80%以上。集成电路再往下分，又可以分为模拟芯片和数字芯片，其中数字芯片包括微处理器、逻辑芯片、存储芯片三个细分领域。处理模拟信号的芯片为模拟芯片，如声音等正弦波连续信号即为模拟信号，模拟信号在模拟芯片构成的系统里进行进一步的放大、滤波等处理。与之相对应，数字芯片是对离散的数字信号进行算术和逻辑运算的集成电路，其基本组成单位为逻辑门电路。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）数据显示，集成电路市场规模中约85%为数字芯片，剩余为模拟芯片。 图1：半导体产品分类 分立器件是相对集成电路而言的，分立器件以单一器件形式呈现，其具有特定的单一功能，集成电路是将成千上万个PN结集成到一块晶片上，而分立器件则只形成一个或少量的PN结，实现一些简单功能。芯片集成能够带来更强的性能，但对于一些特定功能如开关、整流、稳压等方面有要求的半导体产品，出于对集成难度、实际需求及成本方面的考虑，对制程的追求并不强烈，于是以最初的形式保留。 图2：PN结的形成 图3：半导体分立器实物图 光器件是指利用光与电子相互作用的原理来实现光电转换的电子器件，其广泛应用于光通信、光传感、光储存等领域，类型上可以大致分为发光器件、受光器件和复合器件。传感器是指利用半导体物理、化学和生物学特性制成的器件，其原理为感知被检测的信息，将检测到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他形式输出，是实现自动检测和自动控制等功能的首要环节。 根据美国半导体工业协会发布的数据，全球半导体市场从长期来看仍能保持强烈的生长节奏，2021年全球半导体市场规模为5559亿美元，同比增长26.2%，其中汽车级芯片需求增幅最大，同比增长34%；2022年全球半导体市场规模为5740亿美元，同比增长3.26%。 不过从2022年第二季度以来，全球半导体市场正式进入下行周期，美国半导体工业协会发布的《2023 SIA Factbook》中预测2023年全球半导体市场规模将下降至5560亿美元，但2024年又将回升至6020亿美元。中长期来看，随着手机、汽车及人工智能技术的不断深入，半导体有望进入新的增长期。根据Gartner数据显示，用于执行人工智能工作负载的芯片（即AI芯片）市场正以每年20%以上的速度增长，2023年AI芯片市场规模预计将达到534亿美元，比2022年增长20.9%，而2024年将增长至671亿美元，有望成为半导体行业新的增长点。 图4：全球半导体材料市场规模情况 图5：中国半导体材料市场规模情况 图6：2022年全球半导体材料市场结构 图7：2022年中国半导体材料市场结构 半导体材料是整个半导体产业链中极为重要的一部分。半导体产业链主要包括设计、制造、封测三个环节，半导体材料在制造和封测过程中是不可或缺的。从产业链环节来区分，半导体材料可分为制造材料和封测材料，根据SEMI数据显示，2022年全球半导体材料市场规模为727亿美元，2023年预计该值将达到752亿美元；2022年中国半导体材料市场规模为914.4亿元，2023年预计该值将达到1024.34亿元。从制造材料来看，可以分为硅片、光掩膜、电子特气、光刻胶及配套试剂、湿电子化学品及靶材等等，从市场规模占比来看，占比较高的为硅片、光掩膜、电子特气、光刻胶及配套试剂。 图8：芯片制造过程及各流程下所需半导体材料 1.1半导体硅片 半导体硅片为半导体制造材料市场规模中占比最高的部分，按直径进行分类主要包含2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）与12英寸（300mm）。大尺寸硅片已成为发展的主流趋势，回溯历史，1980年4英寸硅片占主流，1990年发展为6英寸，2000年8英寸硅片开始广泛应用，2005年以后，12英寸硅片逐步成为市场主流品种。半导体硅片的大尺寸化，可以有效地降低芯片单位成本，硅片尺寸越大，单片硅片的面积利用率越高。用途方面，目前8英寸硅片主要应用在 90nm -0.25μm制程中，如传感、模拟芯片和显示驱动等，12英寸硅片主要应用在 90nm 以下的制程中，主要用于逻辑芯片和存储芯片。 图9：半导体硅片实物图 图10：半导体硅片发展历程 半导体硅片生产流程涉及工艺较多，包含了拉晶、研磨、切片、倒角、刻蚀、抛光、外延、清洗、检测等环节，每一个工艺环节均会影响产成品的质量、性能与可靠性。其最关键技术壁垒主要来自于拉晶环节的单晶工艺，其决定了硅片尺寸、电阻率、纯度、氧含量、位错、晶体缺陷等关键技术指标。 图11：硅片制造工艺流程 图12：直拉法单晶工艺流程 图13：8英寸及12英寸硅片参数要求 生产所得抛光片可直接用于半导体制造，也可作为外延片及SOI硅片的衬底材料。外延片指的是抛光片经过外延生长所形成的硅片，外延生长技术包括液相沉积、气相沉积等，通过该类化学沉积的方式在抛光面上生长形成一层或多层具有特定掺杂类型、电阻率、厚度和晶格结构的新单晶层。外延技术可以减少硅片中因晶体生长产生的缺陷，能够提升半导体器件的可靠性，同时减少半导体器件能耗，目前已被广泛使用。SOI硅片又被称为绝缘体上硅片，核心特征是在顶层硅和基片之间引入了一层氧化物绝缘层，SOI硅片适合应用在要求耐高压、低功耗、集成度高的芯片上，如功率器件、传感器等芯片产品。 图14：国内电子特气企业所覆盖的部分环节 半导体硅片市场规模上，随着通信、汽车及人工智能等终端市场的快速发展，半导体硅片的需求量迅速增长。根据SEMI数据显示，2017~2022年，全球半导体硅片市场规模整体随半导体市场的发展而上升，从86.8亿美元增长至138亿美元。在人工智能、云计算等领域快速发展的当下，半导体硅片市场规模有望持续上升。国内市场方面，近年来国内半导体硅片行业发展同样迅速，根据SEMI数据显示，2022年国内市场规模达138亿元，同比增速超过15%。 图15：全球半导体硅片市场规模情况 图16：中国半导体硅片市场规模情况 由于技术壁垒的存在，全球半导体硅片市场高度集中，根据中商产业研究院数据显示，全球半导体硅片总市场份额主要被信越化学、日本胜高、环球晶圆、德国世创、鲜京矽特隆五家企业所垄断，市场份额合计超过90%。而国内市场集中度亦高，根据中商产业研究院数据显示，目前沪硅产业、中环股份、立昂微和中晶科技等四家企业在国内的市场份额占比超过70%。 图17：2022年全球半导体硅片市场结构 图18：2021年中国半导体硅片市场结构 如上文所述，目前全球市场主流产品为8英寸、12英寸半导体硅片，半导体硅片的大尺寸化是当下主流趋势，其可以有效地降低芯片单位成本，硅片尺寸越大，单片硅片的面积利用率越高。从下游晶圆厂数量来看，根据SEMI数据显示，2022年全球12英寸晶圆厂数量为167家，年均增长幅度约10家左右，并预计从2022年至2025年之间，将再新增45