半导体材料

证券研究报告 半导体材料 分析师：陈耀波S0010523060001 日期：2024年7月26日 华安证券研究所 主要观点 •半导体制造材料国产化率较低，具有广阔成长空间 半导体材料位于半导体产业链上游，是半导体产业链中细分领域最多的环节。根据SEMI，全球半导体制造材料2023年市场规模约166亿美元。虽然下游市场在2023年略显疲软，但已于2024年开始逐渐回暖，代工厂稼动率也逐步提升，有望带动全球半导体制造材料市场扩大。并且，半导体产能向国内迁徙，也利好本土半导体材料厂商进行国产替代。 半导体制造材料可细分为硅片、电子特气、掩膜版、CMP材料、光刻胶、湿电子化学品、靶材等多种材料，这些材料根据制程的不同，又可分为多种品类。由于细分子行业众多，所以企业进行平台化布局有助于扩大自身成长空间。但同时，细分领域众多也导致了单一市场规模空间有限，且产品从认证到批量供货需要一定时间，所以我们预计稳定成长将成为国内企业半导体材料业务业绩增长模式。 •代工厂扩产窗口期利于本土企业进行国产替代，期间决定本土半导体材料企业竞争格局 半导体材料多属于耗材类产品，国内晶圆厂扩产促进中国半导体材料市场扩大，同时也为本土企业进行国产化替代带来机遇。根据SEMI，全球约60%的20~45nm制程节点制造产能位于中国大陆与中国台湾。且若算上计划投产的新晶圆厂，预计未来3~5年，中国大陆与中国台湾地区的20~45nm代工产能合计将接近80%，且中国大陆的产能将超过中国台湾。我们认为，这段期间将是企业进行半导体材料国产替代的黄金窗口期。 •建议关注： 硅片：沪硅产业、立昂微 电子特气：华特气体、南大光电、金宏气体 CMP抛光液/垫：安集科技、鼎龙股份光刻胶：彤程新材、上海新阳 湿电子化学品：晶瑞电材、新宙邦、江化微靶材：江丰电子、有研新材 •风险提示：1）产品验证/替代进度不及预期；2）竞争加剧致厂商利润率下滑 目录1半导体材料：贯穿半导体生产全流程，细分种类繁多 2半导体硅片：半导体器件的主要载体，集成电路大厦之地基 3电子特气：半导体材料的“粮食”和“源” 4掩膜版：图形转移传送带，光刻复制的蓝本 5CMP材料：抛光液&抛光垫，平坦化技术核心材料 6光刻胶：集成电路制造之纽带，光刻刻蚀衔接链 7湿电子化学品:保证工艺精度的重要材料，国产替代任重道远 8靶材：PVD沉积核心材料，薄膜沉积重要组成部分 华安证券研究所 •材料是半导体行业的基础，细分种类众多。半导体材料贯穿了半导体生产的全流程，半导体制造可以分为前道晶圆制造和后道封装测试，因此按照应用环节可以分为晶圆制造材料和封测材料，分别用于晶圆制造和芯片封装测试 •在晶圆制造工艺中，主要用料为硅片、靶材、抛光材料、光刻胶、高纯化学试剂、电子特气和化合物半导体，其中，硅片、电子特气、光掩膜版、抛光材料等用量较大；在封装测试中，主要材料为封装基板、引线框架、陶瓷封装体和键合金属线，其中，封装基板等是较为主要的材料 半导体材料：贯穿半导体生产全流程，细分种类繁多 半导体材料用途 名称 主要材料 主要用途 制造材料 硅片 晶圆制造的基地材料 溅射靶材 芯片中纸杯薄膜的元素级材料通过磁控进行精准放置 CMP抛光液和抛光垫 通过化学反应与物理研磨实现大面积平坦化 光刻胶 将掩膜版上的图形转移到硅片上的关键材料 高纯化学试剂 晶圆制造过程进行湿法工艺 电子气体 氧化、还原、除杂 化合物半导体 新一代半导体材料 封装材料 封装基板 保护芯片、物理支撑、连接芯片与电路板、散热 引线框架 保护芯片、物理支撑、连接芯片与电路板 半导体材料细分 硅 片 反应气体光刻胶 掩膜版 显影液 晶 圆 制 造 封 装 靶材 CMP材料 MO源 掺杂气 去胶剂 封 测 厂封装剂缝合性封装基板 资料来源：华经产业研究院，华安证券研究所 1Q222Q223Q224Q221Q232Q233Q234Q231Q242Q24F3Q24F4Q24F •由于下游工厂稼动率从23年下半年开始慢慢复苏，由此带动了材料需求。在8英寸晶圆产能利用率上，2023Q4季度迎来低谷，2024年会有逐步回升的趋势。同时，在高度同质化的8英寸市场，价格竞争也更为激烈。在12英寸晶圆产能利用率上，位于头部的晶圆代工企业的产能利用率大致也能达到80%左右 晶圆代工厂稼动率有望于24年回升，带动半导体需求回暖 8英寸晶圆产能利用率12英寸晶圆产能利用率 资料来源：Trendforce，华安证券研究所 •半导体产能向国内迁徙，利好本土半导体材料厂商进行国产替代。根据已公布的晶圆厂投资数据显示，全球约60%的20~45nm制程节点制造产能位于中国大陆与中国台湾。且若算上计划投产的新晶圆厂，预计未来3~5年，中国大陆与中国台湾地区的20~45nm代工产能合计将接近80%，且中国大陆的产能将超过中国台湾。同时，在50~180nm制程节点，中国大陆目前控制全球约30%的产能且预计未来5年内该比例将攀升至35%。随着半导体产能逐渐向国内迁徙，本土半导体材料企业有望受益于国产替代而实现快速增长 半导体材料：国内晶圆厂产能占比将持续攀升，利好国内厂商进行国产替代 未来中国大陆20~45nm规划总产能将占全球30%中国大陆与中国台湾合计控制全球50~180nm产能的70% 资料来源：SEMI，华安证券研究所 •产能向12英寸迁徙有望带动半导体材料需求量提升。12英寸已成为市场主流，主流的半导体设备厂商很少推新的8英寸设备，所以市场上更多的是二手8英寸设备在流转。厂商扩产均以12英寸为主。根据Trendforce，预计从22年至27年，12英寸晶圆的年复合增长率将达7.4%，远高于8英寸晶圆的年复合增长率。随着nm制程的缩减，芯片生产的步骤不断提升，将带动半导体材料的需求增长 半导体材料-产能向12英寸迁徙有望带动半导体材料需求提升 未来数年的产能扩张仍以12寸晶圆为主半导体材料需求量有望随芯片生产步骤增长而提升（步骤数） 8%7%6%5%4%3%2%1%0% 8-inch 12-inch 2022-2027ECAGR 资料来源：Trendforce、KLATencor，华安证券研究所 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 0 芯片生产步骤累计产率 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 9065452820141075(nm) 目录1半导体材料：贯穿半导体生产全流程，细分种类繁多 2半导体硅片：半导体器件的主要载体，集成电路大厦之地基 3电子特气：半导体材料的“粮食”和“源” 4掩膜版：图形转移传送带，光刻复制的蓝本 5CMP材料：抛光液&抛光垫，平坦化技术核心材料 6光刻胶：集成电路制造之纽带，光刻刻蚀衔接链 7湿电子化学品:保证工艺精度的重要材料，国产替代任重道远 8靶材：PVD沉积核心材料，薄膜沉积重要组成部分 华安证券研究所 •硅片是半导体器件的主要载体，在半导体材料占比最高。硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料。硅片位于半导体制造产业链上游。在半导体制造产业链中，硅片是基础材料，位于制造产业链的上游，集成电路结构是以硅片为基础搭建而成的硅片是芯片制造的核心原材料 半导体硅片：半导体器件的主要载体，集成电路大厦之地基 名称 特点 主要用途 轻掺：主要用于微处理器、存储片、 抛光片 用抛光工艺去除硅片表面的加工损伤层，降低硅片表面粗度。提高平整度和颗粒度 数字芯片、电源管理芯片、指纹识别芯片等的制造。8英寸硅抛光片还应用于线宽0.13um/0.11um及更大线宽集成电路产品和器件的制造重掺：主要用作硅外延片的衬底，以及用于制造稳压（隧道击穿）二极管等器件 具有比抛光片更低的含氧量、含碳量、 外延片 更低的缺陷密度，提高了栅极氧化层的完整性，改善了沟道中的漏电现象，降低了器件能耗，提升了电路可靠性 CMOS电路中如通用处理器芯片、图形处理器芯片等；二极管、IGBT等功率器件 及器件可靠性可通过绝缘埋层实现全介质隔离，大 适用于要求耐高压、耐恶劣环境、低功耗、集成度高的芯片上，如射频前端芯片、功率器件、汽车电子、传感器以及星载芯片等 幅减少硅片的寄生电容，改善漏电现 SOI片 象，消除了闩锁效应。特点包括寄生电容小、短沟道效应小、低压低功耗、集成密度高、速度快、工艺简单等 应用最广的三类硅片的用途 硅片分类 分类标准 种类 尺寸 6英寸、8英寸、12英寸 制造工艺 抛光片、外延片与、SOI硅片 掺杂程度 轻掺、重掺 应用场景 正片、测试片 资料来源：中晶科技招股说明书、集成电路产业全书，华安证券研究所 •受益于市场需求复苏，全球硅片市场也逐渐恢复，2023年全球硅片市场规模139亿美元，预计2024年达到148亿美元，全球半导体硅片市场最主流的产品规格为12英寸硅片和8英寸硅片。12英寸主要用于90nm及以下的工艺制程，随着芯片制程的缩进，市场对于12英寸硅片的需求将持续提升 半导体市场推动硅片市场增长，大尺寸硅片需求提升 硅片市场规模（亿美元）硅片细分市场规模硅片竞争格局 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 市场规模YOY（右侧） 20202021202220232024E 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% -15% 12英寸 6英寸及以下 8英寸 其他 沪硅产业 中环股份 立昂微中晶科技 资料来源：清溢光电23年年报、思瀚产业研究院、中商情报网，华安证券研究所 •沪硅产业集团主要从事半导体硅片的研发、生产和销售，是中国大陆规模最大的半导体硅片制造企业之一，是中国大陆率先实现300mm半导体硅片规模化销售的企业。硅产业集团自设立以来，坚持面向国家半导体行业的重大战略需求，坚持全球化布局，坚持紧跟国际前沿技术，突破了多项半导体硅片制造领域的关键核心技术，推进了我国半导体关键材料生产技术“自主可控”的进程 沪硅产业-推进我国半导体关键材料生产技术“自主可控”的进程 产品分 类 硅片种类 图示 应用领域 终端应用 200mm及以下半导体硅片 （含SOI硅片） 抛光片、外延片、SOI硅片 射频前端芯片、传感器、模拟芯片、分立器件、功率器件等 智能手机、便携式设备、汽车、物联网产品、工业电子等 300mm半导体硅片 抛光片、外延片 存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片、功率器件等 智能手机、便携式设备、计算机、云基础设施等 沪硅产业主营业务及介绍 资料来源：沪硅产业公告，华安证券研究所 沪硅产业收入拆分（亿元） 200mm及以下的半导体硅片300mm半导体硅片受托加工其他 40 35 30 25 20 15 10 5 0 202120222023 •2021至2023年，公司收入从24.66亿元增长至31.90亿元，CAGR约8.9%；归母净利润从1.46亿元增长至1.87亿元，CAGR约8.5%；此外，公司毛利率也从15.96%提升至16.46%，净利率提升至5.04%。24Q1，公司实现营收7.24亿元，归母净利润约-1.98亿元，毛利率约-7.68%，净利率约-31.54% •子公司上海新昇持续推进300mm半导体硅片的产能建设工作，预计到2024年底，上海新昇二期30万片/月300mm半导体硅片产 能建设项目将全部建设完成，实现公司300mm硅片60万片/月的生产能力建设目标 沪硅产业-推进我国半导体关键材料生产技术“自主可控”的进程 沪硅产业营业收入（亿元） 沪硅产业归母净利润（亿元） 沪硅产业毛利率与净利率 40353025201510 50%40%30%20%10%0% 43210 -1 2021 2022 2023 2024Q1 150%100%50%0%-100%-150%-200% 30%20%10% 0% -10%-20% 2021 毛利率 2022 净利率 2023 2024Q