中国半导体材料行业总览：高端材料国产化持续推进

ChinaSemiconductor Material Overview中国半導体材料 主笔人：张俊雅 目录CONTENTS ◆半导体材料行业综述 •半导体材料：半导体制造工艺的核心基础，可分为晶圆制造材料和封装材料•半导体材料细分市场：晶圆制造材料占比62.8%，封装材料占比37.2%•半导体材料市场规模：2024年市场在AI产业驱动、存储芯片补货、晶圆厂扩建的驱动下回暖 ◆晶圆制造材料 •硅片：通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可制成集成电路和各种半导体器件•硅片：硅片尺寸朝向12英寸演进为主流趋势，但8英寸硅片依然具有应用优势•硅片：受终端需求疲软及高库存影响，2023年全球半导体硅片市场规模及出货量出现下滑•硅片：全球市场集中度较高，CR7达94.5%，沪硅产业为中国大陆规模最大半导体硅片厂商•电子特气：工业气体中附加值较高的品种，用于集成电路、显示面板、太阳能电池等领域•电子特气：全球主要市场被欧美、日本企业占据，呈现寡头垄断格局•掩膜版：基板或晶圆制造过程中图形“底片”转移用的高精密工具•掩膜版：海外头部厂商掌握主流技术，中国大陆厂商技术存在明显差距•光刻胶：光刻工艺中的核心耗材，其性能决定着光刻质量•光刻胶：中国厂商在g/i线光刻胶实现了一定程度的国产替代，KrF/ArF和EUV主要依赖进口•湿电子化学品：是微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种液体化工材料•湿电子化学品：国产化率已达35%，中国大陆厂商目前部分产品已达到了G4和G5等级•CMP抛光材料：化学机械抛光所使用的材料，包括抛光垫、抛光液、钻石碟、清洗液等•CMP抛光材料：陶氏杜邦在抛光垫市场一家独大，卡博特在抛光液市场份额占比超30% ◆业务合作 ◆方法论与法律声明 报告摘要 ◼半导体材料是半导体制造工艺的核心基础，可分为晶圆制造材料和封装材料 半导体材料是指电导率介于金属与绝缘体之间的材料，半导体材料的电导率在欧/厘米之间，一般情况下电导率随温度的升高而增大。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要材料，因此也是半导体制造工艺的核心基础。半导体材料按照工艺的不同，可分为晶圆制造材料和封装材料。其中，晶圆制造材料主要包括硅片、特种气体、掩膜版、光刻胶、光刻胶配套材料、湿电子化学品、靶材、CMP抛光材料等；封装材料主要有封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷基板、芯片粘接材料等。 ◼半导体材料市场中，晶圆制造材料占比62.8%，封装材料占比37.2% 从半导体材料的市场结构来看，可分为晶圆制造材料和封装材料。根据国际半导体产业协会（SEMI）数据，2021年全球半导体材料市场中，晶圆制造材料市场规模占比为62.8%，封装材料占比为37.2%。在晶圆制造材料中，硅片占据半导体材料总体市场的22.9%，而封装材料中的封装基板占据总体市场的14.9%。 ◼2024年半导体材料市场规模预计在AI产业驱动、存储芯片补货、晶圆厂扩建的驱动下回暖 根据SEMI数据，全球半导体材料市场由2015年的433亿美元增长至2022年的727亿美元，呈现波动上涨态势。其中，晶圆制造材料和封装材料2022年市场规模分别为447亿美元和280亿美元。自2017年起，全球半导体材料市场的增长主要受益于消费电子、5G、汽车电子等下游市场的需求拉动。2023年全球半导体材料市场规模有所下滑，主要由于半导体行业增长整体放缓且晶圆厂产能利用率下降。预计2024年全球半导体材料市场在AI产业快速发展和存储芯片补货需求上涨，以及晶圆厂大规模扩建的驱动下，将呈现逐步回暖的态势。 Chapter 1半导体材料行业综述 半导体材料：半导体制造工艺的核心基础，可分为晶圆制造材料和封装材料 半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要材料，是半导体制造工艺的核心基础。按照工艺的不同，半导体材料可分为晶圆制造材料和封装材料 ❑半导体材料是指电导率介于金属与绝缘体之间的材料，半导体材料的电导率在欧/厘米之间，一般情况下电导率随温度的升高而增大。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要材料，因此也是半导体制造工艺的核心基础。 ❑半导体材料按照工艺的不同，可分为晶圆制造材料和封装材料。其中，晶圆制造材料主要包括硅片、特种气体、掩膜版、光刻胶、光刻胶配套材料、湿电子化学品、靶材、CMP抛光材料等；封装材料主要有封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷基板、芯片粘接材料等。 半导体材料细分市场：晶圆制造材料占比62.8%，封装材料占比37.2% 根据SEMI，2021年全球半导体材料市场中，晶圆制造材料和封装材料市场规模占比分别为62.8%和37.2%。从细分材料来看，前道硅片和后道封装基板分别占据半导体材料市场的22.9%和14.9% ❑从半导体材料的市场结构来看，可分为晶圆制造材料和封装材料。根据国际半导体产业协会（SEMI）数据，2021年全球半导体材料市场中，晶圆制造材料市场规模占比为62.8%，封装材料占比为37.2%。在晶圆制造材料中，硅片占据半导体材料总体市场的22.9%，而封装材料中的封装基板占据总体市场的14.9%。 半导体材料市场规模：2024年市场在AI产业驱动、存储芯片补货、晶圆厂扩建的驱动下回暖 根据SEMI，2022年全球半导体材料市场规模达727亿美元，同比增长13.1%。2023年市场规模有所下滑是由于全球半导体行业增长放缓且晶圆厂产能利用率下降。预计2024年受益于AI驱动和晶圆厂扩建等因素，市场将有所回暖 ❑根据SEMI数据，全球半导体材料市场由2015年的433亿美元增长至2022年的727亿美元，呈现波动上涨态势。其中，晶圆制造材料和封装材料2022年市场规模分别为447亿美元和280亿美元。自2017年起，全球半导体材料市场的增长主要受益于消费电子、5G、汽车电子等下游市场的需求拉动。2023年全球半导体材料市场规模有所下滑，主要由于半导体行业增长整体放缓且晶圆厂产能利用率下降。预计2024年全球半导体材料市场在AI产业快速发展和存储芯片补货需求上涨，以及晶圆厂大规模扩建的驱动下，将呈现逐步回暖的态势。 ❑根据SEMI数据，凭借大规模晶圆代工能力和先进封装优势，中国台湾以201亿美元的销售额连续第13年成为世界上最大的半导体材料消费地区，2022年全球占比为27.2%。中国大陆继续保持强劲的增长态势，2022年全球半导体材料销售额占比排名第二，达17.8%。 Chapter 2 晶圆制造材料 硅片：通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可制成集成电路和各种半导体器件 硅片又称硅晶圆片，是制作半导体的重要材料。按照纯度分类可分为半导体硅片和光伏硅片；按照工序分类分为抛光片、退火片、外延片和SOI片；按照尺寸分类有12英寸/300mm、8英寸/200mm、6英寸/150mm ❑硅片又称硅晶圆片，是制作集成电路的重要材料。通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成集成电路和各种半导体器件。 ❑硅片按照纯度分类的主要应用领域分为半导体硅片和光伏硅片。在光伏领域同时使用单晶硅及多晶硅，纯度要求为99.9999%左右（4-6N），主要用于制作电池片，被广泛应用于光伏电站、屋顶分布式光伏发电等领域。在半导体领域只使用单晶硅，随着其制程的不断缩小，要求其纯度达到99.999999999%（11N）以上，主要用于制作芯片，被广泛应用于通讯、消费电子、汽车、工业等领域。硅片按照工序分类分为抛光片、退火片、外延片、SOI片，单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后可得到抛光片。抛光片本身可直接用于制作半导体器件，此外也可作为外延片、SOI硅片的衬底材料；按照尺寸分类为12英寸/300mm、8英寸/200mm、6英寸/150mm，其中200mm和300mm规格的硅片应用范围较为广阔。 硅片：硅片尺寸朝向12英寸演进为主流趋势，但8英寸硅片依然具有应用优势 根据摩尔定律，半导体硅片尺寸越大，可制造芯片数量就越多，使得单位芯片成本下降。12英寸硅片应用于逻辑芯片（CPU、GPU）、存储芯片、FPGA和ASIC等高端领域，8英寸硅片用于功率器件、电源管理器、MEMS等领域 ❑根据摩尔定律，集成电路上的晶体管数量每隔18个月就提升一倍，对应集成电路性能增强一倍，成本下降一半。半导体硅片的直径越大，在单片硅片上可以制造的芯片数量就越多，单位成本亦随之降低。由于大尺寸硅片的利用率更高，硅片尺寸持续向大尺寸发展，由1970年的50mm（2英寸）发展到1980年的100mm（4英寸），到2000年以后主流尺寸向300mm（12英寸）发展。2021年，全球12英寸硅片出货面积占比已达68.47%。 ❑从应用层面来看，12英寸硅片多用于90nm以下半导体制程，主要应用于逻辑芯片（CPU、GPU）、存储芯片、FPGA和ASIC等高端领域；8英寸硅片通常用于90nm以上半导体制程，主要应用于功率器件、电源管理器、MEMS、显示驱动与指纹识别芯片领域。目前，硅片尺寸朝向12英寸演进为主流趋势，但8英寸硅片依然具有应用优势。 硅片：受终端需求疲软及高库存影响，2023年全球半导体硅片市场规模及出货量出现下滑 根据SEMI，2023年全球半导体硅片市场规模为123亿美元，同比下降10.9%；半导体硅片出货面积同比下降14.3%至126.02亿平方英寸，下降主要受终端市场需求疲软及大量库存处置影响 ❑根据SEMI，2023年全球半导体硅片市场规模为123亿美元，同比下降10.9%；半导体硅片出货面积同比下降14.3%至126.02亿平方英寸。全球半导体硅片市场规模及出货量同比下降主要受终端市场需求疲软及大量库存处置影响，同时存储与逻辑芯片产业需求疲软使得12英寸晶圆订单减少，而代工和模拟领域需求不足使得8英寸晶圆出货量下滑。 ❑半导体硅片的市场价格也随着全球半导体行业景气度波动，单位面积价格在近十年来先降后升，由2011年的1.09美元/平方英寸降至2016年的0.67美元/平方英寸，之后回升至2022年的0.94美元/平方英寸。2023年由于需求疲软使得硅片出货面积出现明显下滑，随着下游芯片制造企业的产能扩充和投产，预计2024年硅片市场将逐步恢复供需紧张局面，半导体硅片价格有望迎来上涨。 硅片：全球市场集中度较高，CR7达94.5%，沪硅产业为中国大陆规模最大半导体硅片厂商 全球半导体硅片市场集中度较高，2020年CR7达94.5%。其中，前三名为日本的信越化学、日本盛高和中国台湾的环球晶圆。沪硅产业是中国大陆率先实现300mm半导体硅片规模化生产和销售的企业 ❑全球半导体硅片市场集中度较高，2020年CR7达94.5%。其中，前三名为日本的信越化学、日本盛高和中国台湾的环球晶圆，市占率分别为27.5%、21.5%和26.3%（2021年2月，环球晶圆收购世创电子材料50.8%股份）。中国大陆厂商沪硅产业市占率为2.2%，也是唯一进入全球前七的中国大陆厂商。 ❑沪硅产业是中国大陆规模最大的半导体硅片制造企业之一，也是中国大陆率先实现300mm半导体硅片规模化生产和销售的企业，涵盖300mm抛光片及外延片、200mm及以下抛光片、外延片以及200mm及以下的SOI硅片，率先打破了中国300mm半导体硅片国产化率为0的局面。TCL中环生产4-12英寸化腐片、抛光片、外延片，立昂微生产6-12英寸半导体硅抛光片和外延片，中国台湾厂商合晶科技则生产200mm及以下半导体硅片。 电子特气：工业气体中附加值较高的品种，用于集成电路、显示面板、太阳能电池等领域 电子气体可分为电子特种气体和电子大宗气体，电子特气是工业气体中附加值较高的品种，主要用于集成电路、显示面板、LED照明、太阳能电池等领域，涉及的工艺有硅片制作、氧化、刻蚀、CVD、离子注入、掺杂等 ❑广义的“电子气体”指电子工业生产中使用的气体，为重要的工业生产原材料之一。狭义的“电子气体”特指半导体