半导体金属行业点评：半导体复苏预期渐浓，Low-α球硅/球铝、氧化锆、纳米银有望受益

事件：近日，6家市场调研机构分别更新了对2024年半导体市场增速的预测，增速在13%~20%不等。 2024年将是半导体的复苏之年，其中存储芯片的增速最快。根据WSTS于 2023.11月发布的统计与预测，2023年全年半导体市场规模整体下降9.4%，而2024年半导体市场整体规模将增长13.1%，其中存储芯片行业规模有望飙升至1300亿美元左右，相比前一年大幅增长超过40%。 存储芯片的快速增长，将带来Low-α球硅/球铝的需求增量。HBM属于存储芯片中的一种，由于高带宽、高容量、低功耗等优势，突破了内存容量与带宽瓶颈，受到了存储巨头的高度重视。根据我们2023-11-24外发的研报《Low-α球铝/球硅材料有望显著受益于先进封装大发展——HBM概念股异动点评》，HBM的快速增长将带来Low-α球硅/球铝的需求增长，预计到2025年，Low-α球硅/球铝的市场空间将分别是2022年的1.66/2.91倍。 2023年半导体前道晶圆制造材料的国产化率较低的三个品种为：光刻胶、掩膜版和前驱体。2023年中国半导体晶圆制造材料的整体国产化率为20%-30%，其中电子特气、靶材国产化率约为30-40%；硅片、湿电子化学品、CMP耗材总体国产化率约在20-30%。而光刻胶的国产化率仍然较低，其中EUV光刻胶的国产化率为0，ArF光刻胶国产化率仅1%；此外，掩膜版、前驱体材料的国产化率也相对而言较低。 EUV光刻胶为目前最前沿的技术难题，以氧化锆为主要成分的金属基光刻胶为目前研究进展较快的技术路线。目前已报道的EUV光刻胶类型主要包括聚合物基光刻胶、有机分子玻璃光刻胶、金属基光刻胶等。由于金属基光刻胶的尺寸小、EUV吸收率高以及抗刻蚀性强，金属基光刻胶得到了更为广泛的研究。2023年10月，清华大学的何向明研究员、徐宏副教授研发出了一种极其灵敏的氧化锆杂化光刻胶系统，其灵敏度几乎比聚合物基光刻胶高出两个数量级。 2020至2025年，EUV光刻胶的市场占有率将由不到1%增长到10%，氧化锆需求也有望受到拉动。根据TECHCET数据，2020年全球半导体光刻胶市场中占比最大的为ArFi，达40%，其次为KrF占比33%，EUV仅占不到1%。而据集邦咨询预测，随着业界对提高计算能力和能效的芯片的追求，EUV光刻胶将迎来大幅增长，预计到2025年，EUV光刻胶将占据10%的市场份额。 功率半导体的后道封装环节中，纳米银是值得关注的材料。纳米银烧结工艺是一种采用纳米银浆料作为导电粘结材料的芯片封装方法。简单说就是用纳米银取代传统封装工艺中的金、锡等金属焊料。纳米银的低温连接、高服役温度、高连接强度、高导热率，使得其特别适合作为大功率模块的封装材料。目前，半导体封装用纳米银的应用仍然处于起步阶段，市场空间广阔。 投资建议：2024年将是半导体复苏的一年，其中存储芯片、EUV光刻胶以及纳米银的增长值得关注。存储芯片方向，建议关注Low-α球硅/球铝上市企业联瑞新材、壹石通；EUV光刻胶方向，根据清华大学最新研究进展，可能采用氧化锆基光刻胶的技术路线，建议关注锆金属上市企业东方锆业；纳米银方向，建议关注西部材料（目前公司研发的纳米银线主要应用于柔性屏，是否能实际应用于功率半导体封装尚未明晰）。 风险提示：半导体技术路线更替风险，政策变动风险，理论研究未落地风险等。 图1：6家市场调研机构对于2023年全球半导体市场增长率预期 图2：6家市场调研机构对于2024年全球半导体市场增长率预期 表1：存储芯片2024年增长速度最快 表2：半导体前道各材料市场规模、增长幅度及国产化率 以氧化锆（ZrO）作为主要成分的光刻胶现在被视为EUV光刻胶的重要技术路线。清华大学研究员何向明、副教授徐宏的研究文献 《Ultrahigh-printing-speed photoresists for additive manufacturing》中使用ZrO来制备光刻胶，将该锆基光刻胶旋涂到玻璃基板上，形成极其光滑的薄膜，其表面的均方根粗糙度为0.34 nm，这是一个极小的尺寸，甚至小于苯环的直径(约0.60 nm)。 在基于多边形激光扫描仪的TPL机的曝光下，该锆基光刻胶实现了接近10 ms水平的高印刷速度。在12.5mW的恒定激光功率下，当打印速度从1.49增加到7.77 ms时，打印图案的长宽从431 nm减小到172 nm，通常报道的TPL线性打印速度为微米或毫米每秒级别，该锆基光刻胶的适用线性印刷速度比报道的光刻胶至少高两个数量级。 –1 –1 该研究还使用该锆基光刻胶以每秒米级的打印速度制造了多种二维和三维结构。清华大学标志和建筑物的浮雕和凹雕图案分别在37秒和31秒内印刷。 面积为 1cm2 和1mm的方形光栅分别在约33分钟和35秒内制作完成，并且光栅在照明下不同角度下显示出不同的衍射颜色。 图3：基于多边形激光扫描仪的TPL机器使用锆基光刻胶在 图4：2020年全球半导体光刻胶市场结构中EUV仅占不到1% 传统IGBT功率模块中，芯片通过软钎焊接到基板上，连接界面一般为两相或三相合金系统，在温度变化过程中，连接界面通过形成金属化合物层使芯片、软钎焊料合金及基板之间形成互联。目前电子封装中常用的软钎焊料为含铅钎料或无铅钎料，其熔点基本在300℃以下，采用软钎焊工艺的功率模块结温一般低于150℃，应用于温度为175-200℃甚至200℃以上的情况时，其连接层性能会急剧退化，影响模块工作的可靠性。 图5：钎焊与银烧结工艺对比 图6：烧结纳米银在功率半导体中的结构示意图 银烧结技术也被成为低温连接技术（Low temperature joining technique,LTJT），作为一种新型无铅化芯片互连技术，可在低温（＜250℃）条件下获得耐高温（＞700℃）和高导热率（~240 W/m·K）的烧结银芯片连接界面，具有以下几方面优势： 1、烧结连接层成分为银，具有优异的导电和导热性能；2、由于银的熔点高达（961℃），将不会产生熔点小于300℃的软钎焊连接层中出现的典型疲劳效应，具有极高的可靠性；3、所用烧结材料具有和传统软钎焊料相近的烧结温度；4、烧结材料不含铅，属于环境友好型材料。 相对于焊料合金，银烧结技术可以更有效的提高大功率硅基IGBT模块的工作环境温度及使用寿命。目前，银烧结技术已受到高温功率电子领域的广泛关注，它特别适合作为高温SiC器件等宽禁带半导体功率模块的芯片互连界面材料。 表3：功率半导体互连材料性能对比 2024年将是半导体复苏的一年，其中存储芯片、EUV光刻胶以及功率半导体封装焊料三种材料的成长值得关注。 存储芯片方面，建议关注HBM用先进封装材料的上游原材料，Low-α球形氧化硅/球形氧化铝，相关上市企业为联瑞新材、壹石通。 EUV光刻胶方面，建议关注目前EUV光刻胶前沿技术，氧化锆基光刻胶的上游原材料锆金属，相关上市企业为东方锆业。 功率半导体封装焊料方面，建议关注在功率半导体封装焊料新工艺，烧结纳米银，相关上市企业为在纳米银方向有一定技术储备的西部材料（西部材料于2021年开发出微颗粒表面嵌入超细纳米银量子点的原位合成技术，公司研发的纳米银线主要应用于柔性屏，是否能实际使用于功率半导体封装尚未明晰）。 风险提示：未来技术路线变动导致Low-α球铝/球硅、EUV光刻胶、烧结纳米银使用量下降风险；论文理论研究进度未能按时落地风险；上游原材料价格波动风险；半导体市场增量未达预期风险；上市公司材料研发进度不及预期风险； 政策变动风险等。