(報告出品方/作者:興業(yè)證券,李雙亮、王佩麟)
但同時兩者又有著各自鮮明的特點和屬性。一方面,半導體設備一般是在晶圓廠 新建產線或產能擴充時會有較為集中的采購,其市場與下游客戶的資本開支密切 相關,是晶圓產能得以擴充新增的重要先決條件;而半導體材料作為制造環(huán)節(jié)的 消耗品,其市場則主要跟隨晶圓制造的產能及其利用率的變化而變化,因此隨著 晶圓廠資本開支的落地以及產能的增加,對于半導體材料的用量通常有著持續(xù)性 的拉動。因此半導體材料市場相對來說有著更好的持續(xù)性和更弱的波動性。 近兩年下游汽車電子、5G 等多領域需求高景氣,因此隨著全球主要晶圓廠存量產 能利用率保持高位以及新增產能逐漸釋出,全球半導體材料市場規(guī)模也實現(xiàn)較好 增速。據 SEMI 數(shù)據,2021 年全球半導體材料市場規(guī)模達到 643 億美元,同比增 長 16%,創(chuàng)歷史新高。具體來看,半導體材料主要分為前道晶圓制造材料和后道封裝材料,其中晶圓制 造材料市場近年增長更為迅速、規(guī)模占比也更大,2020 年達到 349 億美元,而封 裝材料也占有較大市場,2020 年超過 200 億美元。
此外,半導體材料不同于半導體設備的另一點在于,半導體設備雖然根據工序不 同也有較多種類,包括光刻機、刻蝕設備、各種沉積設備等,但整體上在機械、 自動化、軟件等方面都有較強協(xié)同性和共通性,其橫向延展可能性更高,因此全 球龍頭廠商通常在多個細分設備產品線都有良好布局,AMAT、Lam Research、TEL 等廠商均是多領域頭部廠商,而從整個半導體設備市場來看也是主要集中于數(shù)家 頭部廠商。 我們統(tǒng)計了全球頭部設備廠商 2021 年的銷售額情況,前五大廠商便合計達到了約 871 億美元,結合 SEMI 統(tǒng)計的 2021 年全球半導體設備市場約 1026 億美元的規(guī) 模,即使考慮到廠商銷售額中含有部分配件/服務收入以及非半導體領域收入,其 整體集中度也是相當之高。而半導體材料作為晶圓制造過程中用到的各種消耗材料的統(tǒng)稱,其品類極多,包 含硅片、光刻膠、電子氣體、濕電子化學品、濺射靶材等等,不同材料間的生產 制造和技術原理差異較大,其共通性相對更弱,材料廠商的橫向拓展性也相對沒 有那么強。同時,這也構成了半導體材料行業(yè)的重要壁壘,龍頭廠商確立細分領 域優(yōu)勢后相對比較穩(wěn)固。因此,半導體材料市場更多呈現(xiàn)出細分領域市場相對集 中、但不同細分領域龍頭廠商不盡相同的格局情況。1.2、全球主要晶圓廠積極擴產,材料市場有望持續(xù)增長半導體行業(yè)結構性景氣持續(xù),全球市場規(guī)模有望再創(chuàng)新高。2021 年,得益于汽車 電子、5G、IoT 等下游需求高景氣,行業(yè)整體供給偏緊,全球半導體市場規(guī)模同 比大增 26%,達到創(chuàng)紀錄的 5560 億美元。展望 2022 年,汽車電子、云計算等細 分領域持續(xù)高景氣,有望帶動市場規(guī)模繼續(xù)成長,超過 6000 億美元。
全球主要 IC 制造廠展望樂觀,積極進行產能擴充。雖然部分芯片供給緊缺情況 逐漸緩解,但主要晶圓廠判斷行業(yè)整體供需依然偏緊,因此紛紛宣布了積極的擴 產規(guī)劃和資本開支計劃。如代工龍頭臺積電看好 5G、HPC、汽車電子的長期增長 趨勢,在全球范圍內積極擴產,2022 年的資本開支指引也在去年 300 億美元的高 基數(shù)上進一步顯著提高,達到 400-440 億美元。因此,未來隨著全球主要晶圓廠資本開支逐漸落地、新增產能逐步釋放,晶圓制 造過程中所耗用的各種半導體材料用量也將受到持續(xù)性的拉動,市場規(guī)模有望持 續(xù)較快增長。1.3、國內擴產高峰疊加替代加速,國產供應商迎黃金發(fā)展期中國大陸的晶圓廠/存儲廠隨著技術逐漸突破,近年更是積極進行產線建設。分地 區(qū)來看,中國大陸是近年半導體材料市場增長最快的地區(qū),2016-2021 年復合增速 高達 11.9%。其中 2021 年大陸市場強勁增長 22%,達到 119 億美元,市場規(guī)模僅 次于中國臺灣地區(qū)。尤其是 2020 年以來,隨著國內領先晶圓廠/存儲廠實現(xiàn)關鍵技術突破,其擴產更 是處于高峰期。我們統(tǒng)計了國資背景主要晶圓廠/存儲廠的擴產規(guī)劃,12 寸邏輯代 工及 IDM 產能將從 2021 年底的 40 多萬片/月提升至 2024 年底的超過 130 萬片/ 月;國資 3D NAND 和 DRAM 存儲廠的總產能也將從 2021 年底的 16 萬片/月提 升至 2024 年底的約 50 萬片/月,均有顯著提升。
隨著國資背景晶圓廠/存儲廠擴充產能的落地,國內半導體材料市場需求也將得到 顯著拉動,繼續(xù)保持明顯高于全球的增速,進而為國內的半導體材料廠商帶來豐 厚的成長土壤。 除國內市場本身的較快增速外,自主可控進程的加速更是進一步為國產供應商帶 來了前所未有的發(fā)展良機。近年中美貿易關系存在不確定性,美國先后對華為、 中芯國際等國產廠商逐步加大制裁,使得國內半導體行業(yè)意識到了產業(yè)鏈自主可 控的必要性,紛紛加速國產替代進程。從材料供應角度,晶圓制造從硅片制造到前道的光刻、刻蝕、沉積、拋光、清洗 再到后道封測等各個環(huán)節(jié)都會用到各式各樣的半導體材料。而目前多數(shù)細分領域, 如硅片、光刻膠等產品,越是先進的制程節(jié)點,其供應便越是依賴于海外進口, 國內廠商份額相對還較小。 隨著國內晶圓廠/存儲廠加速推進供應鏈的國產化進程,為國產供應商提供了導入 和試錯的機會,優(yōu)質廠商面臨著客戶突破和份額提升的黃金發(fā)展期,疊加國內市 場本身的較快增速,半導體材料細分領域龍頭廠商有望迎來訂單和業(yè)績的加速釋 放期,迎來快速成長。
而從硅片本身的制造工藝來講,首先是要將多晶硅原材料以一定的工藝制備為符 合要求的單晶硅錠。單晶硅錠的制備也是影響硅片質量的重要工序,目前主要有 直拉法和區(qū)熔法兩種長晶方式,兩種方式各有優(yōu)劣。區(qū)熔法雖然制備的硅片具有 更高的純度,但由于效率較低、成本較高,因此目前僅應用于部分功率器件,因 此直拉法占據了硅片制備的絕大多數(shù)比例。而通過直拉法或區(qū)熔法生長出符合要求的單晶硅錠后,還需要過再經切割、倒角、 激光打碼、研磨、清洗、刻蝕、拋光、外延等加工步驟后,形成單晶硅片,這些 加工過程對于硅片的平整度、厚度及其均勻性都有著重要影響。硅片可劃分為正片和控擋片/測試片,其中正片指的是用于正式生產的、最終形成 晶圓成品的硅片,具體又包括拋光片和在拋光片基礎上進一步處理形成的外延片、 退火片等,各自具有不同的特性和應用;而控擋片/測試片則指的是用于測試、暖 機、工藝調整、監(jiān)測穩(wěn)定性等用途的硅片,通常其品質要求和價值量相較正片都 會更低一些。因此,一般單晶硅棒中間較好的部分會用來制作正片,而兩側品質 相對較差的頭尾部分則可用來制作控擋片/測試片。
另外,硅片在制造過程中需要摻雜元素(通常為硼族或磷族元素)以實現(xiàn)特定的 電學特性,而根據摻雜濃度不同則可以分為輕摻硅片和重摻硅片,通常摻雜濃度 越高,則硅拋光片電阻率越低。目前輕摻硅片廣泛應用于存儲、邏輯 IC 等各個領域芯片制造,輕摻拋光片可以直 接用于芯片生產,因此通常對晶體原生缺陷要求極高,同時也可以進一步生成外 延層后再用于 IC 制造;而重摻硅片主要用于功率、電源管理芯片等領域,且通常 需制成外延片后用于芯片制造,由于有外延層存在因此對晶體缺陷要求相對較低。 從結構上來說,重摻的應用僅局限于特定領域,占比有限;輕摻則占到了硅片市 場的絕大多數(shù)比例,尤其在邏輯、存儲等領域都是絕對主流。而按照尺寸劃分,硅片又包括 4-12 英寸等不同尺寸的硅片,總體上隨著歷史演進 朝著大尺寸化趨勢發(fā)展,主要是由于更大尺寸硅片擁有更高的切割效率,且在沉 積-光刻-刻蝕-清洗等工藝流程基本不變的情況下,單個芯片平均的生產時間縮短, 因此大尺寸硅片擁有更佳的經濟效益。 目前 8 英寸和 12 英寸是較為主流的硅片尺寸。從制程節(jié)點角度,目前 90nm 及以 下制程主要使用12英寸硅片,90nm以上的制程主要使用8英寸及以下尺寸硅片。 隨著芯片制程整體不斷微縮化,12 英寸占比持續(xù)提升;而由于 PMIC、功率等部 分成熟制程產品仍有較大比例在使用 8 英寸硅片,因此其也占有一定的比例;此 外 6 英寸及以下尺寸硅片占比已相對較小,主要用于功率等細分領域。2.2、晶圓制造最大單一材料市場,高景氣有望持續(xù)硅片作為芯片制造的基礎性材料,是晶圓制造材料中成本占比最大的原材料,近 年半導體硅片市場規(guī)模都在百億美元以上,2021 年則是同比增長 10%以上,達到 126 億美元。而從硅晶圓出貨面積來看,SEMI 預計在經過 2021 年的顯著增長后, 在下游需求帶動下未來幾年仍會保持穩(wěn)定增長。
按硅片尺寸來看,據硅片龍頭廠商 SUMCO 數(shù)據,2021Q4 全球 8 英寸硅片出貨量 約在 600 萬片/月,12 英寸硅片出貨量則在 750 萬片/月左右,并預計在 5G、HPC、 汽車電子等下游領域帶動下,以先進制程節(jié)點為代表的 12 英寸硅片需求將保持快 速增長,預計到 2025 年將超過 1000 萬片/月。而在汽車電動化智能化快速推進的背景下,功率、模擬等半導體產品需求預計也 將保持高景氣,其硅片需求增長很大程度上集中在 8 英寸硅片上,因此 8 英寸硅 片需求也有望保持穩(wěn)定增長。在硅片需求持續(xù)較快增長的情況下,硅片行業(yè)在 2021 年整體處于供應緊張的狀 態(tài),各尺寸硅片價格均有明顯漲幅,其中尤以 12 英寸硅片為甚。展望未來,由于 主要硅片廠前期并無新建產線規(guī)劃,而龍頭廠商 Siltronic、SUMCO 和環(huán)球晶圓在 2021 年以來宣布的新建產線最快也需要 2023 年下半年左右才能投產,在此之前 產能增幅有限。因此硅片供需偏緊的情況至少今明年仍將持續(xù),環(huán)球晶圓也稱, 包括擴產、去瓶頸產能在內,至 2024 年的產能均已賣光。因此我們判斷硅片產品 價格有望保持高位。2.3、海外廠商主導市場,國內廠商逐漸突破硅片作為半導體產品制造的關鍵材料和基礎性材料,有著極為嚴苛的性能和參數(shù) 要求。首先從純度上來講,半導體硅片要提純達到至少 9N-11N(即 99.9999999% 至 99.999999999%)的級別;同時,在生產環(huán)節(jié)中還要盡可能地減少晶體缺陷,并 有效控制晶體中的雜質含量,尤其是氧、碳含量(如氧含量是決定半導體硅片質 量的關鍵因素之一);然后,在切割、研磨、拋光等加工環(huán)節(jié)需要保證表面厚度和 平整度的均勻性、一致性,并獲得平坦度高、顆粒少與表面形貌優(yōu)良的產品。 而從規(guī)模量產的角度,廠商還需要滿足更多要求,以單晶生長環(huán)節(jié)為例,廠商要 最大程度降低對操作工人的依賴,保證拉制晶體質量的重復性、穩(wěn)定性和一致性, 并盡可能提高產出良率,降低單晶生長成本。
目前半導體硅片行業(yè)格局集中,主要由信越化學(日本)、SUMCO(日本)、環(huán)球 晶圓(中國臺灣)、Siltronic(德國)、SK Siltron(韓國)五大家主導,合計占據約 九成市場份額。此外,Soitec 占據 5.7%份額,并在 SOI 硅片市場處于全球領先地 位,而中國大陸的滬硅產業(yè)份額也持續(xù)提升,位居全球第七。國內市場目前整體上仍十分依賴于海外進口,尤其是在壁壘更高的大尺寸硅片領 域,具體來看,國產廠商在 6 英寸及以下硅片已實現(xiàn)較好的技術覆蓋和國產化率, 而在 8 英寸硅片尚有巨大的替代空間,在 12 英寸硅片真正實現(xiàn)正片規(guī)模量產的更 是只有滬硅產業(yè)等個別廠商。 因此,國內大尺寸硅片領域國產替代空間巨大,而隨著下游快速擴產以及積極推 進國產化,國內硅片廠商面臨發(fā)展良機。我們看到國產優(yōu)質硅片廠商正持續(xù)取得 技術和客戶突破,如滬硅產業(yè)成功實現(xiàn) 12 英寸正片規(guī)模量產,切入多家國內頭部 晶圓廠/存儲廠客戶并取得高份額,神工股份、立昂微等優(yōu)質廠商也在持續(xù)推進新 產品的驗證和量產,有望實現(xiàn)份額快速提升、帶動業(yè)績快速成長。2.4、國產優(yōu)質硅片廠商梳理2.4.1、滬硅產業(yè):國產硅片龍頭,12 英寸產能快速釋放滬硅產業(yè)由國盛集團、大基金、新微集團(實控人為中科院微系統(tǒng)所)等設立, 通過控股新傲科技(最早也由微系統(tǒng)所發(fā)起設立)、上海新昇、芬蘭 Okmetic(原 全球第七大硅片廠商),實現(xiàn)了 12 英寸拋光片及外延片、8 英寸及以下拋光片/外 延片和 8 英寸及以下 SOI 硅片等產品的覆蓋,成為國內半導體硅片領域龍頭廠商。
滬硅產業(yè)在國內 8 英寸及以下硅片處于技術和規(guī)模領先地位,尤其在 SOI 硅片是 國內少有具備生產能力的,此外更是國內極為少有 12 英寸正片規(guī)模量產的廠商, 客戶包括臺積電、聯(lián)電、格羅方德、意法半導體、Towerjazz 等國際芯片廠商以及 中芯國際、華虹宏力、華力微電子、長江存儲、武漢新芯、長鑫存儲、華潤微等 國內主要芯片制造企業(yè)。公司8英寸及以下產品主要由新傲科技和Okmetic兩家子公司生產,目前拋光片、 外延片合計產能超過 40 萬片/月,SOI 硅片產能超過 5 萬片/月,產能利用率均處 于較高狀態(tài),其中新傲科技 SOI 硅片仍在產能提升中,此外公司 5 月公告 Okmetic 擬投資 3.88 億歐元擴建 8 英寸拋光片 26.1 萬片/月產能(一期 13.1 萬片/月),將 進一步擴大公司在 8 英寸硅片的收入和份額。2.4.2、立昂微:國產重摻硅片優(yōu)質廠商,不斷拓展能力范圍立昂微是國內較早從事硅片生產業(yè)務的廠商之一,經過多年發(fā)展,硅片產品類型 已實現(xiàn)從 6 英寸到 12 英寸、輕摻到重摻、N 型到 P 型等領域全覆蓋,公司在技術 積累、產能規(guī)模、客戶覆蓋等均處于國內領先地位,尤其在重摻硅片領域是國內 龍頭廠商,客戶已覆蓋 ONSEMI、AOS、東芝公司、臺灣半導體、臺灣漢磊等國 際知名跨國公司以及中芯國際、華虹宏力、華潤微電子、士蘭微等國內知名公司。 而在 12 英寸硅片方面,公司也是國內少有實現(xiàn)產品出貨的廠商,技術能力覆蓋 14nm 以上邏輯電路,面向 CIS 和功率器件產品已大規(guī)模出貨,目前主要銷售產品 包括拋光片測試片及外延片正片,同時正在持續(xù)開展客戶送樣驗證工作。此外, 公司公告擬并購國晶半導體,進一步增強公司在輕摻硅片領域的競爭力。在硅片業(yè)務以外,公司還是國內較早從事功率器件業(yè)務的廠商,產品包括肖特基 芯片、MOSFET 芯片、TVS 芯片等,在光伏領域地位領先,并深耕車規(guī)芯片業(yè)務, 拓展通用電源終端領域;公司還成立子公司立昂東芯,布局化合物射頻芯片業(yè)務, 6 英寸砷化鎵微波射頻芯片的產能規(guī)模和工藝技術水平位居國內第一梯隊。

另外,隨著半導體產品持續(xù)小型化,光刻工藝也需不斷通過縮短曝光波長提高極 限分辨率從而實現(xiàn)制程微縮,由紫外寬譜向gline(436nm)→iline(365nm)→ KrF(248nm)→ArF(193nm)的方向演進,而到了 7nm 及以下制程則是需要 EUV (13.5nm 波長,極紫外光刻)技術來實現(xiàn)。而光刻膠也與之對應,分為 g line、i line、KrF、ArF、EUV 光刻膠等種類。隨著制程節(jié)點演進,目前 ArF(含 ArFi)和 KrF 光刻膠占據較大比例市場,據 TECHCET 數(shù)據,2020 年半導體光刻膠中 ArF 占比接近一半,KrF 在 30%-40%之 間,而 g line & i line 合計占比不到 20%。(報告來源:未來智庫)3.2、生產認證壁壘極高,日美廠商主導光刻膠作為光刻環(huán)節(jié)的核心材料,是晶圓制造材料中占比較大的單一種類產品, 據 SEMI 數(shù)據,2021 年全球光刻膠及其配套材料市場規(guī)模約在 50 億美元,具體 來看,全球光刻膠市場同比增長 19.49%,達到 24.71 億美元;而全球光刻膠配套 試劑市場同比增長 11.41%,達到 25.67 億美元。 分地區(qū)來看,2021 年中國大陸增長尤為迅猛,其光刻膠市場保持著最快的增速, 同比增長 43.69%,達到 4.93 億美元;光刻膠配套試劑市場則同比增長 39%,達到 3.92 億美元。產品結構方面,中國大陸半導體光刻膠中 ArF 和 KrF 占比最大,均 在四成左右,而 g line 和 i line 則合計占比約 18%,整體上與全球市場類似。光刻膠作為對芯片線寬起到關鍵作用的光刻材料,擁有著極高的研發(fā)難度以及更 高的規(guī)模量產壁壘。從產品要求上來說,光刻膠產品需滿足特定的參數(shù)指標,其 中最為重要的有分辨率、對比度、敏感度等,以實現(xiàn)圖案轉移的精細化,同時, 光刻膠產品在粘附性、抗蝕性等方面均有對應的要求。
光刻膠本身是一種擁有多種成分的配方型產品,由成膜樹脂、光引發(fā)劑、溶劑、 添加劑等組成,成分略有差異便會引起產品的明顯變化,因此不同成分之間的比 例控制以及研發(fā)生產時對于環(huán)境溫度、濕度等的工藝控制均造就了此類配方型產 品的極高研發(fā)生產壁壘。而對于光刻膠廠商來說,事實上壁壘更高的在于如何通過客戶認證并在客戶處規(guī) 模上量。光刻膠細分型號極多,同一生產商根據客戶區(qū)別、客戶不同產線區(qū)別以 及產線工序區(qū)別,所提供的光刻膠產品便有很多型號。而不同生產商的產品更是 差異極大,即使在部分工序可實現(xiàn)類似的效果,其成分配方也往往不同,這意味 著客戶在更換原有供應商產品時很難直接替換,通常需要進行一定的工藝調整, 甚至連刻蝕等其他工序也要做對應的調整,因此光刻膠產品的研發(fā)和認證很多時 候都需要和客戶產線的緊密配合才可實現(xiàn)。 此外,原有供應商同一款光刻膠產品有時會同時應用于幾道不同的光刻工序,而 新進入者進行替換時其一款產品可能僅能在某一道工序起到相似的效果,而在別 的工序需要另外型號的產品替換,導致客戶替換掉某一款光刻膠可能需要數(shù)款新 供應商的產品來實現(xiàn),加上需要對產線工藝調整,這導致客戶通常情況下更換供 應商的意愿極低。因此,全球半導體光刻膠市場整體上由龍頭廠商牢牢掌握,東京應化、JSR、信越 化學、住友化學、杜邦和富士膠片等前六大廠商份額合計達到 80%以上,其中除 了美國杜邦外均為日本公司。 細分市場來看,最高端的 EUV 光刻膠市場基本由日本廠商壟斷,目前僅有 TOK 等兩三家廠商具備量產能力;而 ArF 和 KrF 光刻膠則分別由 JSR 和 TOK 占據龍 頭地位,同時信越化學、杜邦、住友化學等廠商也各有擅長的產品領域并占據一 定市場份額。3.3、國產廠商逐漸突破,高端光刻膠亟待攻克整體上來說,國內光刻膠供應目前也主要依賴于海外廠商,尤其是高端光刻膠領 域,如 EUV 光刻膠國內都仍處于早期論證和研發(fā)階段;ArF 光刻膠在客戶端真正 實現(xiàn)規(guī)模量產的也近乎沒有,僅部分廠商產品在客戶端取得認證突破;KrF 光刻 膠也僅有北京科華等極少數(shù)公司在客戶端實現(xiàn)量產銷售,總體上國產化率極低、 替代空間巨大。
國內也有一批廠商在光刻膠業(yè)務上有所布局和突破,優(yōu)質龍頭如北京科華和晶瑞 電材均在光刻膠產品上有十數(shù)年以上的技術積累,也有產品在客戶端規(guī)模量產, 并不斷推進新產品研發(fā)認證,而南大光電、上海新陽等也都在細分光刻膠領域有 所布局、有序推動。而如前文所述,國內半導體客戶均在積極推進供應鏈的國產化,光刻膠作為半導 體材料中至關重要的一種,其自主可控也同樣受到了極大推動。尤其是 2021 年以 來,由于半導體晶圓制造高景氣、需求上漲,光刻膠產品也出現(xiàn)了供需偏緊現(xiàn)象, 信越化學等廠商在產能有限的情況下更多會優(yōu)先保障臺積電等大客戶的供應,而 中國大陸晶圓廠的光刻膠供應,尤其是 KrF 光刻膠供應相對受限,因此給了國產 供應商加速導入的發(fā)展良機。3.4、國產優(yōu)質光刻膠廠商梳理3.4.1、北京科華:國內光刻膠領先廠商,實現(xiàn) KrF 光刻膠銷售北京科華是國內光刻膠領先廠商,由董事長李昕自美國光刻膠公司從業(yè)歸來后在 2004 年設立,并在 2009 年和 2012 年先后建成 g/i line 光刻膠產線和 KrF 光刻膠 產線,也是國內率先實現(xiàn) KrF 光刻膠量產銷售的廠商,在技術水平和銷售規(guī)模方 面均處于國內領先地位。據收購并表北京科華的彤程新材公告,公司 g line 產品在國內擁有 60%以上市占 率,i line 產品也已穩(wěn)定供貨、接近國際先進水平,KrF 光刻膠方面則是國內極為 稀缺的切入客戶供應鏈的廠商,i line 和 KrF 光刻膠已批量供應中芯國際、華虹集 團、長江存儲、武漢新芯等 13 家 12 寸客戶和 17 家 8 寸客戶。3.4.2、晶瑞電材:國內光刻膠優(yōu)質廠商,且超凈高純試劑業(yè)務國內領先晶瑞電材是國內優(yōu)質光刻膠公司,其子公司蘇州瑞紅在 1993 年由蘇電公司、日本 瑞翁(當時全球知名的光刻膠廠商)和日本丸紅(日本知名商社)共同出資設立, 同年開始光刻膠的生產,是國內最早規(guī)模化生產光刻膠的企業(yè)之一,并承擔了 i 線 光刻膠的國家“02 專項”。
公司 i 線光刻膠已向國內頭部的知名大尺寸半導體廠商供貨,是國內少數(shù)實現(xiàn)半 導體光刻膠規(guī)模銷售的廠商之一,同時技術難度更高的 KrF 光刻膠完成中試,產 品分辨率達到了 0.25~0.13μm 的技術要求,建成了中試示范線。 此外,晶瑞電材還是國內頂尖的濕電子化學品廠商,雙氧水、氨水、硫酸均已達 到 SEMI G5 等級,處于國際領先水平,尤其是雙氧水產品極具競爭優(yōu)勢;除了主 導產品以外,其他高純化學品也普遍達到 G3/G4 等級,處于國內領先地位。
據智研咨詢數(shù)據,2020 年全球半導體掩模版市場規(guī)模約 40 多億美元,并處于穩(wěn) 步增長中,至 2025 年有望達到近 60 億美元。而國內市場規(guī)模約 8 億美元,且未 來幾年復合增速預計高于全球,至 2025 年達到約 14 億美元。格局方面,一些頂尖的晶圓制造廠商通常會使用自制的掩模版,如臺積電、英特 爾、三星等龍頭廠商,以及國內的中芯國際等企業(yè);而晶圓廠自供以外,也有專 門為客戶提供掩模版服務的廠商,這部分市場主要為美國 Photronics、日本 DNP 以及日本 Toppan 三家公司所壟斷。 而國內半導體掩模版行業(yè)發(fā)展較為落后,除了中芯國際等代工廠會自制掩模版外, 尚無商業(yè)掩模版公司可在 IC 領域掩模版實現(xiàn)較好的突破,僅部分公司在面板領域 實現(xiàn)較好的技術和客戶突破,而半導體領域極度依賴海外進口。
電子特氣種類豐富,客戶在生產過程中對氣體產品也存在多樣化需求,不同工藝 環(huán)節(jié)會用到不同氣體種類,而同一工藝根據具體要求不同也會用到多種氣體,因 此 IC 制造中硅片制造、氧化、光刻、氣相沉積、蝕刻、離子注入等工藝環(huán)節(jié)需要 的特種氣體種類就超過 50 種。電子氣體種類繁多,而下游客戶通常希望多種氣體能由同一供應商來提供,以保 證其供應鏈的穩(wěn)定。而不同氣體需要不同的生產工藝,涉及到氣體分離與提純、 氣體合成、氣體混配等技術,從整個生產運輸環(huán)節(jié)來看還涉及到容器處理、氣體 充裝、氣體檢測和氣體配送等技術。其中,僅氣體分離與提純技術就包括吸附法、 精餾法、催化轉化等多種工藝路線,不同技術路線的生產效率、產品純度、生產 成本、設備投資等方面均存在顯著差異。 更進一步地,IC 制造對于各項技術也都有較為嚴苛的要求。舉例來講,純度是電 子特氣的核心指標之一,IC 制造對不同氣體的純度要求不一,通常需要 5N (99.999%)及以上純度等級的電子特氣,而隨著氣體純度要求的提升,對氣體 中雜質含量的檢測分析技術也更為嚴格,已發(fā)展到目前的 ppm(10 -6)、ppb(10 -9) 甚至 ppt(10 -12)級別。由于特氣具有多品種、小批量、高頻次的特點,且涉及容器處理、檢測、運輸?shù)?多環(huán)節(jié),因此客戶對氣體種類、響應速度、服務質量都有高要求,企業(yè)需要不斷 投入人力物力建設擴大營銷網絡、促進市場開拓,同時還需要具備一站式氣體應 用解決方案和高效的物流配送能力。這些都需要深厚的行業(yè)積淀和深刻的行業(yè)理 解,后來者很難一蹴而就。 此外,特氣作為 IC 制造的關鍵材料,客戶對供應商的選擇極為審慎、嚴格,需經 過審廠、產品認證兩輪審核,IC 領域認證周期長達 2-3 年,且建立合作關系后不 會輕易更換,客戶粘性較強。這些都加大了后進入者參與競爭的難度,需要持續(xù) 投入來實現(xiàn)特氣品種的全面覆蓋、營銷及物流網絡的構建以及客戶的認證拓展。5.2、海外廠商主導,國內廠商逐漸突破據 TECHCET 數(shù)據,2021 年全球電子氣體市場規(guī)模約在 60 億美元,其中電子特 氣市場規(guī)模約為 40 億美元。而在邏輯芯片產能擴張帶動下,2022 年電子氣體市 場規(guī)模有望達到 70 億美元,其中電子特氣規(guī)模約 50 億美元;并預計未來幾年整 體保持較快增長,至 2026 年全球電子氣體市場達到接近 90 億美元,特氣市場超 過 60 億美元。
電子特氣廣泛應用于 IC 制造中各個工藝環(huán)節(jié),據 Linx 數(shù)據,沉積氣體(含硅材 料沉積和非硅材料沉積)和清洗氣體在特氣應用中規(guī)模占比最大,分別約為四成 和三成比例,而刻蝕和摻雜氣體也有較大占比,這四大類工藝占據了特氣的絕大 多數(shù)應用。經過多年的發(fā)展和兼并收購,目前全球電子特氣市場集中度較高,美國空氣化工、 德國林德集團、法國液化空氣和日本大陽日酸等少數(shù)龍頭便占據了絕大多數(shù)市場 份額。而國內市場也不例外,海外幾大氣體巨頭控制了 80%以上的市場份額,國 產替代空間巨大。更進一步地,電子氣體按業(yè)務模式劃分,主要包括現(xiàn)場供氣和零售供氣(含瓶裝 氣和儲槽氣)模式,其中現(xiàn)場制氣廣泛應用于化工、冶金等用氣規(guī)模較大的行業(yè), 且國內外市場均主要是海外龍頭主導;而零售供氣則主要用于對單一氣體用量相 對較小、但對氣體品種需求較多的產業(yè),如半導體、面板等領域,格局集中度相 比現(xiàn)場供氣要較低一些。國內也有一批廠商在多個電子氣體領域實現(xiàn)突破。和海外廠商相比,國內公司技 術積淀和行業(yè)經驗相對薄弱,覆蓋氣體品類相對單一,而優(yōu)勢則在于更好的就近 配套服務能力和明顯的成本改善。目前 IC 制造中用量較大的三氟化氮、一氧化二 氮、氟碳類氣體、摻雜氣體等都實現(xiàn)了一定的國產化,優(yōu)質公司如華特氣體、派 瑞氣體、金宏氣體、南大光電等在不同細分產品領域各有所長。5.3、國產優(yōu)質電子特氣廠商梳理5.3.1、華特氣體:國內電子特氣優(yōu)質廠商,光刻氣深受認可華特氣體是國內電子氣體領先廠商,主營業(yè)務以電子特氣為核心,輔以普通工業(yè) 氣體、氣體設備與工程業(yè)務,打造一站式服務能力,能夠面向全球市場提供氣體 應用綜合解決方案。
公司的電子特氣產品逐步實現(xiàn)了高純六氟乙烷、高純三氟甲烷、光刻氣、高純四 氟化碳、高純二氧化碳、高純一氧化碳、高純八氟丙烷、高純一氧化氮等近 20 多 個產品的進口替代,拳頭產品光刻氣(Ar/Ne/Xe、Kr/Ne、F2/Kr/Ne、F2/Ar/Ne) 通過了 ASML 和 GIGAPHOTON 的認證,是國內唯一通過兩家認證的氣體公司。 公司成功實現(xiàn)了對國內 8 寸以上集成電路制造廠商超過 80%的客戶覆蓋率,解決 了中芯國際、華虹宏力、長江存儲、華潤微電子等客戶多種氣體材料的進口制約, 此外還進入了 Intel、Micron、TI、Hynix 等全球領先的半導體企業(yè)供應鏈體系。5.3.2、金宏氣體:國內優(yōu)質綜合氣體供應商金宏氣體為國內優(yōu)質綜合氣體供應商,目前已初步建立品類完備、布局合理、配 送可靠的氣體供應和服務網絡,能夠為客戶提供特種氣體、大宗氣體和天然氣三 大類 100 多個氣體品種。根據中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計,2019-2021 年公司 銷售額連續(xù)三年在協(xié)會的民營氣體行業(yè)企業(yè)統(tǒng)計中名列第一。 公司自主研發(fā)的超純氨、高純氫、高純氧化亞氮、高純二氧化碳、硅烷混合氣、 八氟環(huán)丁烷、高純氬、高純氮等多種超高純氣體,擁有多項自主知識產權,品質 和技術已達到進口替代水平,其中超純氨、高純氧化亞氮等產品供應中芯國際、 海力士等客戶。此外,自 2021 年起,公司布局的電子大宗氣體項目也逐漸取得突破,先后與北方 集成電路技術創(chuàng)新中心、芯粵能簽訂供應合同,合同金額分別約 12 億和 10 億元, 為客戶供應氮氣、氫氣、氧氣等電子大宗氣體,這證明了公司通過電子特氣業(yè)務 進入電子大宗氣業(yè)務戰(zhàn)略獲得成功,開啟了公司電子大宗氣體這一寬廣的新業(yè)務 領域,形成了公司的獨特競爭力。
CMP 工藝在集成電路中的應用主要包括單晶硅片拋光和芯片制造拋光,此外先進 封裝領域也逐漸對 CMP 技術有越來越多的應用。在單晶硅片制造環(huán)節(jié),單晶硅片 首先通過化學腐蝕減薄。減薄后粗糙度在 10-20μm。此后進行粗拋光、細拋光、 精拋光等步驟,將粗糙度控制在 nm 級別以內。隨著 IC 制程節(jié)點不斷推進,一方面更精細的節(jié)點使得對 CMP 拋光的要求更高, 另一方面工藝步驟數(shù)也有明顯提升,14nm 制程的 CMP 工藝步驟約為 20 步,而 到了 7nm 以下制程后其 CMP 工藝步驟已經達到約 30 步; 而存儲芯片中 NAND 產品制程隨著技術升級和演進,CMP 拋光步驟也同樣增加 明顯,首先,NAND 產品從 2D 切換到 3D,對應 CMP 工藝步驟數(shù)翻倍,鎢 CMP 制程和其他 CMP 制程均有大幅提升;同時,3D NAND 產品隨著層數(shù)提升,CMP 步驟也有快速增加。在 CMP 的具體工作過程中,拋光頭將晶圓待拋光面壓抵在粗糙的拋光墊上,借助 拋光液腐蝕、微粒摩擦、拋光墊摩擦等耦合實現(xiàn)全局平坦化,對應地除 CMP 機臺 外,還需要用到拋光液、拋光墊、鉆石碟等材料,其中拋光液和拋光墊是最為重 要、占比也最大的兩個產品。 據 TECHCET 數(shù)據估測,2021 年全球拋光液市場規(guī)模為 18.9 億美元,拋光墊市場 規(guī)模 11.5 億美元,兩大市場同比增長均在 13%左右。TECHCET 還預計,在下游 半導體行業(yè)的快速發(fā)展之下,兩大拋光材料市場規(guī)模在 2020-2025 年的復合增速 分別為 8.8%和 6.2%。(報告來源:未來智庫)6.2、CMP 拋光液:配方和專利是核心壁壘,海外廠商主導CMP 拋光主要是結合了機械研磨和化學腐蝕的優(yōu)點,具體來講,拋光液中的化學 成分與材料表面進行化學反應,形成易拋光的軟化層,拋光墊和拋光液中的研磨 粒子對材料表面進行物理機械拋光將軟化層除去。在這個過程中,拋光液主要起 到與材料表面發(fā)生化學反應以生成易去除的軟化層的作用,同時拋光液中的研磨 粒子在摩擦過程中也起著關鍵的作用。
CMP 拋光液的主要原料包括研磨粒子、pH 值調節(jié)劑、各種添加劑和水,其中添 加劑的種類根據產品應用也有所不同,如金屬拋光液中有金屬絡合劑、腐蝕抑制 劑等,非金屬拋光液中有各種調節(jié)去除速率和選擇比的添加劑。 CMP 拋光液的生產壁壘主要在于配方及對應專利。在加料、混合和過濾等關鍵生 產流程中,各種組分的比例、順序、速度和時間等都會影響到最終的產品性能, 需要公司不斷優(yōu)化研究來找出最合適的方案,因此產品配方和專利是每家公司的 技術秘密,也是其核心能力所在。根據拋光薄膜的不同,拋光液也可以對應分為鎢拋光液、銅拋光液、硅拋光液等 種類,且側重的應用領域有所不同。以邏輯芯片領域為例,從 130/90nm 技術節(jié)點 開始,銅憑借更好導電性能大幅取代鋁和鎢作為互連金屬材料,銅拋光液得到了 廣泛應用;存儲芯片領域則較多使用鎢拋光液,而銅拋光液的應用較少。 而對應不同的拋光薄膜,所需要的研磨粒子和添加劑也有所不同,尤其是研磨粒 子,作為拋光液中成本占比最大、作用也至關重要的關鍵原材料,在拋光不同的 薄膜時也有著不同的選擇。最常見的研磨粒子有二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰,此 外氧化鋯等磨料也有一定應用。拋光液種類較多,不同廠商產品根據配方不同也存在著一定差異,而海外廠商整 體上起步較早、品類較全,主導了整個市場。CMP 拋光液全球市場規(guī)模在 2021 年 為接近 20 億美元,主要生產廠商包括 Cabot Microelectronics、Hitachi、Versum、 Fujimi 等海外廠商,市場格局集中,四大廠商便占據 70%以上市場份額。 而國內安集科技成功打破海外壟斷,已實現(xiàn)較全面的拋光液品類覆蓋,廣泛切入 海內外下游晶圓廠,客戶包括臺積電、中芯國際、長江存儲、長鑫存儲等,并占 據可觀份額,據安集科技公告測算,其全球市占率近年快速提升,2021 年已達到 約 5%。此外,國內的鼎龍股份在 2022 年也實現(xiàn)了細分品類拋光液產品的驗證通過及銷售,有望在國內市場占據一定市場。
6.3、CMP 拋光墊:格局高度集中,杜邦一家獨大在 CMP 拋光過程中,拋光墊同樣是影響拋光效率和結果的重要材料,其主要起著 通過摩擦以機械方式去除拋光層、承載拋光液并使其有效均勻分布在加工區(qū)域以 促進化學反應發(fā)生以及將拋光產物排除等作用。拋光墊同樣是一種消耗材料,在 使用過程中會逐漸產生磨損,因此使用一段時間后便需要進行更換。 拋光墊根據材質可分為不同種類,總體上則可概括為硬墊和軟墊兩大類,其中聚 氨酯材料的拋光墊硬度較高、拋光效率高,但容納拋光液能力較差、易劃傷芯片 表面、均勻性相對較差,常用于粗拋;而無紡布材料的軟墊容納拋光液能力好、 均勻性好,但去除率較低,常用于精拋。因此,拋光墊的力學性能,如材質硬度、彈性模量等都起到重要作用,同時,其 表面特征,如微孔形狀、孔隙率、溝槽形狀等,可通過影響拋光液流動和分布, 來影響拋光效率和平坦性指標。而由于在 CMP 拋光中發(fā)揮的作用和原理不同,拋 光墊更多是機械摩擦作用,同時承載拋光液以便化學反應發(fā)生,因此相對起化學 反應作用的拋光液品類要較少,產品的通用性相對更強。 整體上來說拋光墊的制備具有較高的技術壁壘,涉及力學、界面化學、摩擦學、 高分子材料學、固體物理和機械工程學等諸多學科領域,如材料開發(fā)階段便需要 有機高分子領域的知識經驗,而后端加工則又與精密加工等領域相關,跨領域的 技術和人才積累需求提升了廠商的研發(fā)難度。同時,海外領先廠商嚴密的專利布 局更進一步提高了行業(yè)的進入壁壘。
此外,拋光墊行業(yè)還有著較高的客戶壁壘。由于拋光墊產品對拋光效果影響明顯, IC 客戶本身的高要求使得認證導入新供應商需要長達 1-2 年的周期,但拋光墊本 身成本占比有限,而各家廠商產品差異化并不十分顯著,因此通常情況下 IC 客戶 并無動力輕易更換供應商。 目前全球拋光墊產品主要由海外廠商壟斷,尤其是杜邦公司,其拋光墊產品可追 溯到 Rodel 公司,該公司是全球最早生產 IC 拋光墊的廠商,其早在 1990s 推出的 IC1000 產品仍是當今 CMP 拋光墊的行業(yè)標準,幾經并購后現(xiàn)歸于杜邦公司。杜 邦公司在行業(yè)具有壟斷地位,占據 79%的市場份額,同時 Cabot Microelectronics、 Thomas West、Fujibo 等公司也有一定的市占率。此外,國內廠商以鼎龍股份為代 表,也已在該領域實現(xiàn)突破,逐漸形成規(guī)模銷售。6.4、國產優(yōu)質 CMP 拋光材料廠商梳理6.4.1、安集科技:拋光液龍頭,功能性濕化學品成第二增長極安集科技是國內拋光液龍頭廠商,已實現(xiàn)較好的工藝和客戶覆蓋度,基本可滿足 國產替代需求。公司積極完成化學機械拋光液全品類產品布局,為客戶提供一站 式解決方案,銅及銅阻擋層拋光液和介電材料拋光液市場份額持續(xù)提高,鎢拋光 液快速放量,基于氧化鈰磨料的拋光液也實現(xiàn)突破、增長較快,HKMG 鋁拋光液 和襯底拋光液也逐漸取得突破??蛻舴矫鎰t廣泛覆蓋國內主流晶圓廠存儲廠,且 部分產品在部分客戶處取得主流份額。 同時,公司積極推進上游核心原材料自主可控,與國內具備優(yōu)質研發(fā)及生產能力 的合作伙伴合資成立子公司山東安特納米材料有限公司,建立關鍵原材料硅溶膠 的自主可控生產供應能力,其開發(fā)的多款硅溶膠已在公司多款拋光液產品中通過 內部測試,并在積極與客戶合作進行測試驗證中;同時,公司通過自研自建的方 式加強了氧化鈰顆粒的制備和拋光性能的自主可控能力,進展順利。同時,公司功能性濕電子化學品平臺持續(xù)突破,有望成為公司第二增長極。公司 刻蝕后清洗液實現(xiàn)突破性進展,28nm 技術節(jié)點后段硬掩模銅大馬士革工藝已在 重要客戶上線穩(wěn)定使用,14-7nm 也在有序推進中;拋光后清洗液方面,目前已經 量產,應用于 12 英寸芯片制造,并積極開發(fā)新產品、推進客戶認證;刻蝕液方 面,針對 12 英寸先進制程獨特要求,成功建立功能性刻蝕液技術平臺,并開始 客戶端驗證。
6.4.2、鼎龍股份:國內拋光墊龍頭,拋光材料實現(xiàn)全布局鼎龍股份早在 2012 年便啟動了 CMP 拋光墊項目的研發(fā),一期項目于 2016 年 8 月 建成并試生產,于 2017 年順利取得首張訂單。公司還于 2018 年收購時代立夫, 該企業(yè)是國內領先的 CMP 拋光墊企業(yè),承接了國家“02 專項”,有著良好的客戶 基礎與應用經驗。近年鼎龍股份產品品類和覆蓋客戶持續(xù)拓展,目前已全面進入國內所有主流晶圓廠的供應鏈體系,產品型號覆蓋率接近 100%,是國內極為稀缺 的實現(xiàn)了 CMP 拋光墊批量供應的龍頭廠商。 技術方面,公司早在 2006 年便為了解決碳粉原材料問題而成立了高分子技術合作 平臺,以生產碳粉用樹脂,而高分子材料合成技術同時也是 CMP 拋光墊制造的核 心技術之一,基于相通的技術原理以及專門的研發(fā)投入,公司掌握了拋光墊的所 有核心高分子材料合成技術,掌握了品質高度穩(wěn)定的高厚度圓柱形聚氨酯微球發(fā) 泡的國際領先技術,使公司能夠成功打破海外壟斷。從具體產品來看,公司基本已實現(xiàn) 8 英寸和 12 英寸晶圓廠的多節(jié)點、全制程應用 覆蓋,28nm 節(jié)點產品已獲得客戶訂單,涵蓋 Oxide/STI/W/Cu/Al 等全制程,基本 可實現(xiàn)國產替代。同時針對 14nm 以下節(jié)點的產品在客戶端驗證進展順利,公司 產品覆蓋度將得到進一步提升。 客戶方面,公司作為國內少有的進入下游晶圓廠提供 CMP 拋光墊的廠商,目前已 廣泛供應長江存儲、武漢新芯、中芯國際、合肥長鑫等國內主流晶圓廠,并在多 個晶圓廠已取得一供地位,是 CMP 拋光墊國產替代當之無愧的領頭羊。此外,公 司也在積極推進海外客戶拓展,公司于 2021 年 12 月宣布取得首張海外訂單,其 用于 W 制程的 12 寸產品一次性通過驗證,打消了國際半導體巨頭技術專家的疑 慮,開啟了合作之路,提升了公司拋光墊業(yè)務進一步成長的可能性。
同時,鼎龍股份拋光液產品也逐漸取得突破。據公司年報,公司進行 Oxide,SiN, Poly,Cu,Al 等 CMP 制程拋光液產品多線布局,目前在客戶端的驗證反饋情況 良好,部分產品已通過各項技術指標測試,其中 Oxide 制程某拋光液產品已取得 小量訂單,Al制程某拋光液產品在28nm技術節(jié)點HKMG工藝中通過客戶驗證, 進入噸級采購階段。 除了占比最大的拋光液和拋光墊兩大產品外,公司對 CMP 過程中用到的其他材 料,包括 CMP 后清洗液和鉆石碟(Disk)等產品也都有所突破,是少有的對 CMP 材料實現(xiàn)較為全面布局的國產廠商。
濕化學品作為對產品性能、可靠性、成品率有直接影響的關鍵性材料,通常要求 超凈、高純,對于金屬雜質、顆粒數(shù)等都有嚴苛的要求。按照 SEMI 標準,濕化 學品通??捎傻偷礁叻譃?G1-G5 五個等級,對于金屬雜質、顆粒數(shù)等的要求也依 次更高,而不同應用領域對于濕化學品的要求也不同,要求最高的 IC 制造領域通 常會要求達到 G4、G5 等級。7.2、半導體領域要求最高,國內需求快速增長據華經情報網數(shù)據,全球濕電子化學品市場規(guī)模 2019 年約為 53 億美元。而從應 用領域來看,濕化學品下游主要集中于半導體、顯示面板、太陽能電池等領域, 三大市場需求量合計達到 327 萬噸,依次為 134 萬噸、116 萬噸、77 萬噸。結合 SEMI 統(tǒng)計的全球半導體材料銷售額及市場結構情況,我們測算 2020 年全球半導 體領域濕電子化學品市場規(guī)模約在 25 億美元。國內濕電子化學品市場規(guī)模約百億元,而從下游應用結構來看,我國顯示面板領 域濕電子化學品需求量最高,其后依次為半導體、太陽能電池領域,與全球市場 結構略有不同,主要是由于我國顯示面板產業(yè)技術和規(guī)模較為成熟,同時已有較 多濕化學品生產廠商可滿足面板客戶要求,而半導體領域要求更高、仍有待進一 步突破。半導體領域,濕電子化學品的使用幾乎貫穿整個芯片制造過程,硅片加工、晶圓 制造、封裝測試等主要環(huán)節(jié)都有所應用。就用量最多的晶圓制造環(huán)節(jié)而言,以工 藝步驟最多之一的清洗工序為例,根據清洗雜質及污染物的區(qū)別需要用到過氧化 氫、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等不同的清洗劑;而蝕刻工序根據蝕刻對 象的差異也要用到鋁蝕刻液、銅蝕刻液、硅蝕刻液等成分比例不同的化學品;再 如尤為關鍵的光刻工藝,除了備受的光刻膠材料外,還需要用到顯影液、剝離液 等濕化學品作為光刻膠配套試劑,根據光刻精度以及所用光刻膠的區(qū)別,同樣規(guī) 格和種類眾多。此外,硅片加工的清洗和后道封測的清洗、濺射、黃光、蝕刻等 工藝環(huán)節(jié)也都需要用到濕化學品。
晶圓制造工序眾多,空氣、水、化學試劑、設備、器具、工作環(huán)境、操作人員等 各種因素都可能會帶來污染物,污染物超過限度便可能使 IC 產品發(fā)生表面擦傷、 圖形斷線、短路、針孔等現(xiàn)象,影響產品性能和使用壽命甚至使產品報廢。IC 產 品本身極高的精細程度決定了其對于污染物的容忍度極低,因此對濕電子化學品 的要求最為嚴苛,且隨著制程的微縮,其要求越來越高。據新材料在線數(shù)據,我國晶圓制造用濕電子化學品中用量較大的有硫酸、雙氧水、 顯影液、氨水,用量占比約在 31%、29%、10%、8%,其中硫酸、雙氧水、氨水 較多用于清洗工藝,此外氫氟酸、蝕刻液、硝酸、異丙醇、剝離液等在晶圓制造 中也有較大用量。7.3、海外龍頭壟斷,國產替代空間巨大前文已述,濕電子化學品通常要求是超凈、高純,對顆粒數(shù)、雜質等都有極為嚴 苛的參數(shù)標準,因此企業(yè)需要對分離技術、純化技術、混配技術以及與生產配套 的分析檢驗技術、環(huán)境處理和監(jiān)測技術等有良好的掌握。同時,由于濕化學品具 有較高專用性、品種極多,不同濕化學品在材料屬性、生產工藝、功能原理方面 不盡相同,因此更進一步加大了企業(yè)實現(xiàn)全面布局的難度。除本身的生產難度外,濕電子化學品還存在著較高的客戶認證壁壘,等級要求越 高的領域越是如此。由于濕化學品對于產品性能、良率有著直接重大影響,一旦 在純度、功能性等方面不達要求很容易影響產線生產情況,同時濕化學品本身在 制造成本中占比很小,客戶缺乏動力更換供應商,因此認證及進入壁壘很高。目前濕電子化學品市場主要是以歐美和日本等海外廠商占比較高,巴斯夫、霍尼 韋爾、三菱化學、住友化學等龍頭廠商本身都是體量龐大、業(yè)務繁雜的老牌化工 大廠,擁有深厚的技術底蘊,與下游半導體制造業(yè)發(fā)展幾乎保持同一步調,占據 了較高的市場份額,高端市場更是基本由這些廠商占據。
國內廠商起步相對較晚,技術水平與世界領先水平仍有一定差距,處于持續(xù)追趕 階段,但一批優(yōu)質廠商如江化微、晶瑞電材、格林達等不斷實現(xiàn)突破,在個別細 分領域已接近國際領先水平。目前國內低端應用領域已基本可實現(xiàn)國產替代,如 太陽能電池領域濕化學品基本由內資企業(yè)供應,而面板產線尤其是低世代產線中 內資企業(yè)的市占率也已相當之高,但在部分高端領域如高世代線面板產線和 IC 制 造產線中,國產廠商則仍有較大的替代空間。自主可控重要性凸顯,國產替代加速推進。在當前外部環(huán)境不確定的背景下,各 領域自主可控的重要性顯著提升,尤其是 IC 領域極具代表性,終端廠商紛紛開始 加速推進國產替代,對國產供應商的采用意愿明顯增強,為之提供寶貴的驗證與 試錯機會,而面板領域同樣有國產替代以及降成本和本土化供應訴求,國產廠商 正面臨著良好的發(fā)展機遇,優(yōu)質廠商有望實現(xiàn)份額快速提升。 具體來看,江化微等國內廠商逐漸在硫酸、雙氧水、氨水等濕化學品領域具備 G4、 G5 等級產品的量產能力,隨著在下游面板客戶高世代線以及 IC 客戶產線逐漸驗 證通過并量產,未來份額提升空間及業(yè)績彈性巨大。7.4、國產優(yōu)質濕電子化學品廠商梳理7.4.1、江化微:G5 等級產品投產,新基地產能持續(xù)釋放江化微為國內濕電子化學品行業(yè)領先廠商,業(yè)務規(guī)模居于國內最前列,同時也是 國內產品品種最齊全、配套能力最強的濕電子化學品企業(yè)之一。公司作為多年專注于濕電子化學品產業(yè)的廠商,江陰基地已量產產品等級涵蓋 SEMI 標準 G1-G4 級別,在國內處于較領先水平,能滿足多領域客戶替代需求,而鎮(zhèn)江基地也已投 產,部分產品等級將進一步提升至 G5 等級,進一步追趕全球領先水平。 公司超凈高純試劑類產品在半導體、面板、太陽能電池領域客戶得到高度認可, 是京東方、熊貓等多家知名面板廠商部分產線的主要供應商,在半導體領域除硅 片加工和后道封裝外,在晶圓制造環(huán)節(jié)也成功打進了部分 8 英寸及以下產線和 12 英寸功率器件產線并占據重要份額;而光刻膠配套試劑類產品則逐步有更多產品 在面板客戶得到更多采用,在長電科技等半導體客戶部分產線也有大量應用。相 比國內同行來說,江化微已有極為優(yōu)質的廣泛客戶基礎和較為領先的市場份額, 在國產替代加速推進背景下受益程度較深。技術能力逐步突破,新基地投產釋放增長新動能。公司原有基地位于江陰本部, 經過一期及技改、IPO 募投二期項目依次建設投產后,江陰基地現(xiàn)有產能約為 9 萬噸/年,產品最高等級為 G4。而公司四川、鎮(zhèn)江(一期)兩大基地也已相繼投 產,公司部分可生產產品最高等級提升為 G5,進一步打開公司成長瓶頸。 四川基地規(guī)劃為年產 6 萬噸電子化學品及 3.2 萬噸電子化學品再生項目,產品主 要為 G2/G3 等級,面向西南地區(qū)的高世代液晶面板及 OLED 面板客戶,可更好就 近配套客戶,進一步增強客戶體驗及粘性,且再生項目的建設有助于公司改善成 本,提升產品競爭力。鎮(zhèn)江基地規(guī)劃產能為 22.8 萬噸/年,其中一期 5.8 萬噸/年已經投產。該基地專門為 半導體客戶布局,產品等級達到 G4/G5 級別,可滿足 8 到 12 英寸、16/14/10nm 制程晶圓制造需求。鎮(zhèn)江基地的建設投產,意味著公司在高端領域進一步突破, 能夠覆蓋的領域和客戶進一步擴大,打開了公司長期成長空間。
7.4.2、晶瑞電材:多產品實現(xiàn) G5 等級供應的國內領先濕電子化學品廠商前文已述,晶瑞電材是國內頂尖的光刻膠及其配套試劑廠商,同時還是國內技術 領先的濕電子化學品廠商。雙氧水、氨水、硫酸三大產品均已達到 G5 等級并批量 供應半導體客戶,尤其是拳頭產品雙氧水極具競爭力,而三大產品以外的其他產 品也普遍達到 G3/G4 水平。具體來看,公司是全球范圍內同時掌握半導體級高純雙氧水、高純硫酸、高純氨 水三項技術的少數(shù)領導者之一,同時建成了高純硫酸、高純雙氧水兩大高純電子 化學品國內最大產能。公司優(yōu)勢產品高純雙氧水打破國外技術壟斷全面實現(xiàn)國產 替代,成為幾個頭部芯片制造企業(yè)的主供應商;高純硫酸一期 3 萬噸年產能已順 利通車,正在主流客戶中密集跨線測試,已銷售合肥晶合等客戶,同時半導體級 高純硫酸二期 6 萬噸項目正在積極建設中,預計 2023 年上半年建成。
不同應用領域對于濺射靶材的材料和性能要求存在一定差異。如半導體芯片對于 靶材的純度和精度要求最高,技術難度也最高,通常為圓靶;而面板則要求材料 面積大、均勻性好,技術難度不如芯片但要求也很高,形狀常為長靶。據華經產業(yè)研究院數(shù)據,2020 年全球濺射靶材市場規(guī)模約 196 億美元,其中以平 板顯示領域市場規(guī)模最大,2020 年在 70 億美元左右。此外記錄媒體和光伏電池 領域占比也較大,2018 年分別在 28.6%和 18.5%左右。而半導體領域市場規(guī)模約 在 10 多億美元。8.2、半導體性能要求最高,面板市場規(guī)模最大半導體芯片是對濺射靶材的成分、組織和性能要求的最高的領域。具體來講,半 導體芯片的制作過程可分為硅片制造、晶圓制造和芯片封裝等三大環(huán)節(jié),其中, 在晶圓制造和芯片封裝這兩個環(huán)節(jié)中都需要用到金屬濺射靶材。 具體來看,半導體領域用量較多的濺射靶材主要有鉭靶、銅靶、鋁靶、鈦靶等, 其中銅靶和鉭靶多配合起來使用,分別用于生成銅導電層和鉭阻擋層,在 110nm 以下技術節(jié)點中大量使用;鋁靶和鈦靶則主要用于 8 英寸晶圓 110nm 以上技術節(jié) 點中導電層和阻擋層的制備。隨著芯片制程持續(xù)微縮,銅靶和鉭靶需求有望持續(xù) 增長,而汽車芯片等仍廣泛使用成熟制程,鋁靶和鈦靶仍有大量應用。目前薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)是最為主流的顯示面板技術,據隆華科技 公告,用于制作 TFT-LCD 面板的金屬靶材,以鋁靶、銅靶、鉬靶和鉬鈮合金靶為 主,部分平板顯示企業(yè)也會用到鈦靶、鉭靶、鈮靶、鉻靶以及銀靶等。但由于各 家企業(yè)所采用的濺射工藝不同,其所選的濺射靶材也有區(qū)別,例如,京東方用銅 靶、鋁靶、鉬靶和鉬鈮靶;韓國三星用鉬靶、鉭靶、鈦靶,但不用鉬鈮靶;中電 熊貓用銅靶、鈦靶,但不用鉬靶、鉭靶等。(報告來源:未來智庫)
8.3、海外龍頭主導,國產廠商突破情況良好高純?yōu)R射靶材作為 PVD 沉積的關鍵原材料,其純度、密度、品質等對最終的電子 器件或光學元器件的質量和性能起著重要作用。目前高端鍍膜材料產品純度一般 在 99.99%-99.9999%(即 4-6N),如純度要求最高的 IC 領域通常要達到 5N5 (99.9995%)以上,平板顯示和太陽能電池也分別要求達到 5N、4N5 以上。濺射 靶材質量對膜層性能有很大的影響,同時會影響到鍍膜的生產效率和成本,具有 較高的進入壁壘。 從產業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看,濺射靶材上游原材料為高純金屬,若金屬雜質含量過高,則 形成的薄膜無法達到使用所要求的電性能,且在濺射過程中易在晶圓上形成微粒, 導致電路短路或損壞,嚴重影響薄膜的性能。而這對金屬提純的要求極高,且提 純后往往還需配比其他金屬元素才能投入使用,這個過程中需經過熔煉、合金化 和鑄造等步驟,對配比和工藝控制都有極高要求,因此目前高純銅、高純鉭等原 材料都很大程度上由海外廠商把控,國內靶材廠商的采購容易受到限制。繼上游高純金屬原材料環(huán)節(jié)后,在濺射靶材制造環(huán)節(jié),需要進行反復的塑性變形、 熱處理,需要精確地控制晶粒、晶向等關鍵指標,再經過焊接、機械加工、清洗 干燥、真空包裝等工序,工序繁多且精細,工序流程管理及制造工藝水平將直接 影響到濺射靶材的質量和良品率。 目前全球濺射靶材具有規(guī)?;a能力的企業(yè)較少,主要是日礦金屬、霍尼韋爾、 東曹、普萊克斯等日美廠商主導,這些龍頭廠商較早涉足該領域,技術積累深厚、 專利布局完善,且不斷進行垂直整合和橫向擴張,同時掌握金屬提純和濺射靶材 制造能力。而韓國、新加坡、中國臺灣地區(qū)等在磁記錄和光學薄膜領域有所特長, 但大多缺少核心技術及裝備,核心材料靶坯依賴美日進口。我國濺射靶材產業(yè)起 步較晚,整體技術和規(guī)模與全球龍頭相比仍有較大差距,尤其是在半導體、平板 顯示等中高端領域有著巨大的替代空間。
國內已有部分優(yōu)質供應商在細分領域取得突破,如江豐電子在半導體領域打進臺 積電產線,隆華科技等在平板顯示領域有所建樹,雖然一定程度上同樣存在著核 心材料和裝備依賴海外廠商、產業(yè)化容易受人限制的情況,但隨著技術提升和產 能擴充,整體上面臨著巨大的份額提升機會。 下游客戶紛紛加速推進自主可控,國產供應商迎發(fā)展良機。在當前外部環(huán)境不確 定的背景下,各領域自主可控的重要性顯著提升,尤其是 IC 領域極具代表性,終 端廠商紛紛開始加速推進國產替代,對國產供應商的采用意愿明顯增強,為之提 供寶貴的驗證與試錯機會。而面板領域京東方和華星光電等國產廠商行業(yè)地位快 速崛起,同樣有國產替代以及降成本和本土化供應訴求,國產廠商正面臨著良好 的發(fā)展機遇,細分龍頭有望實現(xiàn)份額快速提升。8.4、國產優(yōu)質濺射靶材廠商梳理8.4.1、江豐電子:半導體靶材全球領先,持續(xù)完善上游原材料布局江豐電子作為技術積累深厚的國內濺射靶材龍頭,技術水平處于全球領先地位。 從技術壁壘最高的半導體領域來看,公司 300mm 晶圓用鋁、鈦、鉭、銅等靶材產 品已批量應用于 90-7nm 技術節(jié)點,其中鉭靶材及環(huán)件在臺積電 7nm 量產,且應用于 5nm 節(jié)點的部分產品也已獲客戶評價通過并量產,整體上與下游 IC 制造最 先進節(jié)點的演進保持同步,在全球范圍內能實現(xiàn)這點的廠商也是屈指可數(shù)。 而在面板領域,公司 LCD 用平面鋁靶、銅靶、鉬靶及管狀銅靶在 G4.5-G11 世代 線通過客戶驗證并實現(xiàn)量產,實現(xiàn)了對最高世代 LCD 面板產線的覆蓋。因此公司 在半導體和面板等領域都具備了基本可以實現(xiàn)國產替代的能力,有望充分受益、 實現(xiàn)份額快速提升。同時,由于上游高純金屬材料對于濺射靶材產品至關重要,倘若依賴于海外進口, 對應濺射靶材的產業(yè)化及產能規(guī)模都會受人掣肘。公司很早便對高純金屬進行布 局,通過子公司/聯(lián)營公司等方式持續(xù)推進自主可控,目前高純鋁、高純鈦的進口 依賴程度已經很低,鉭材料的自主化也已實現(xiàn)明顯突破,盈利能力預計會逐步改 善,銅材料自研也在有序攻克中,將有效解決此前銅靶受制于原材料而規(guī)模較小 的問題,未來三年有望迎來快速放量。原材料的自主化是公司的重要競爭力所在, 有效解決了被海外廠商卡脖子的問題,同時能保持良好的成本優(yōu)勢。公司此前收入結構中半導體領域占比高達 80%以上,這與公司策略有關,在早期 資金和研發(fā)資源有限的情況下,先行選擇技術壁壘最高的半導體領域進行突破, 填補國內空白,然后再向市場規(guī)模更大、技術難度相對更低的面板領域拓展,目 前已實現(xiàn)鋁靶、銅靶、鉬靶等產品量產,客戶也已實現(xiàn)對京東方、華星光電等國 內龍頭的覆蓋,但整體份額還相對較小。 公司 2020 年平板顯示用靶材產量約 1134.7 噸,2021 年擬募資 5.2 億元實行惠州 基地和武漢基地項目建設進行擴產。兩大基地可就近配套臨近面板產線,達產后 預計將分別新增 1847.1 噸和 2102.8 噸,按公司公告的工時產能算則是在原有 6.48 萬工時基礎上增加 24.3 萬工時,同比增長 375%。達產后預計公司此前產能瓶頸 的問題將得到有效解決,未來在面板領域的份額有望快速提升。
同時,作為國產替代先鋒,公司在半導體用濺射靶材產能上也將大幅擴充,實現(xiàn) 份額提升。當前半導體領域自主可控重要性凸顯,IC 制造客戶紛紛加速采用國產 供應商的產品,而公司作為產品打進臺積電先進節(jié)點產線的國內廠商,毫無疑問 是半導體用濺射靶材國產替代的首選。公司擬定增募資不超過 16.52 億元,用于 IC 用濺射靶材擴產,建成后將實現(xiàn)年產鋁、鈦、鉭等靶材 5.2 萬個以及銅靶 1.8 萬 個,打破原有產能瓶頸、實現(xiàn)份額快速提升。此外,公司較早便開啟了零部件業(yè)務的戰(zhàn)略布局,并逐漸迎來收獲期。公司布局 半導體零部件品類眾多,產品包括 PVD 機臺用 Clamp Ring、Collimator,CVD 及 etching 機臺用 face plate、shower head 等,CMP 用金剛石研磨片、Retaining Ring 等,此外 CVD 腔室等產品也已量產??蛻舴矫?,公司產品主要面向半導體設備制 造廠商和 IC 制造企業(yè)兩大類客戶,憑借強大的產品性能和與原有業(yè)務相通的客戶 圈積累,公司已實現(xiàn)產品在諸多優(yōu)質客戶的量產,業(yè)務迎來快速增長。(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)精選報告來源:【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站
1、國內晶圓廠擴產高峰+國產替代加速,半導體材料廠商迎黃金發(fā)展期
1.1、半導體材料:產業(yè)鏈的重要支撐環(huán)節(jié)半導體材料為半導體產業(yè)鏈條中重要的支撐環(huán)節(jié)。半導體材料,顧名思義,指的 是半導體制造加工過程中所用到的各種材料產品,其應用場景與半導體設備高度 相似,兩者都是晶圓制造和封測環(huán)節(jié)所不可缺少的產品,也均為半導體產業(yè)鏈的 重要支撐環(huán)節(jié)。
但同時兩者又有著各自鮮明的特點和屬性。一方面,半導體設備一般是在晶圓廠 新建產線或產能擴充時會有較為集中的采購,其市場與下游客戶的資本開支密切 相關,是晶圓產能得以擴充新增的重要先決條件;而半導體材料作為制造環(huán)節(jié)的 消耗品,其市場則主要跟隨晶圓制造的產能及其利用率的變化而變化,因此隨著 晶圓廠資本開支的落地以及產能的增加,對于半導體材料的用量通常有著持續(xù)性 的拉動。因此半導體材料市場相對來說有著更好的持續(xù)性和更弱的波動性。 近兩年下游汽車電子、5G 等多領域需求高景氣,因此隨著全球主要晶圓廠存量產 能利用率保持高位以及新增產能逐漸釋出,全球半導體材料市場規(guī)模也實現(xiàn)較好 增速。據 SEMI 數(shù)據,2021 年全球半導體材料市場規(guī)模達到 643 億美元,同比增 長 16%,創(chuàng)歷史新高。具體來看,半導體材料主要分為前道晶圓制造材料和后道封裝材料,其中晶圓制 造材料市場近年增長更為迅速、規(guī)模占比也更大,2020 年達到 349 億美元,而封 裝材料也占有較大市場,2020 年超過 200 億美元。

此外,半導體材料不同于半導體設備的另一點在于,半導體設備雖然根據工序不 同也有較多種類,包括光刻機、刻蝕設備、各種沉積設備等,但整體上在機械、 自動化、軟件等方面都有較強協(xié)同性和共通性,其橫向延展可能性更高,因此全 球龍頭廠商通常在多個細分設備產品線都有良好布局,AMAT、Lam Research、TEL 等廠商均是多領域頭部廠商,而從整個半導體設備市場來看也是主要集中于數(shù)家 頭部廠商。 我們統(tǒng)計了全球頭部設備廠商 2021 年的銷售額情況,前五大廠商便合計達到了約 871 億美元,結合 SEMI 統(tǒng)計的 2021 年全球半導體設備市場約 1026 億美元的規(guī) 模,即使考慮到廠商銷售額中含有部分配件/服務收入以及非半導體領域收入,其 整體集中度也是相當之高。而半導體材料作為晶圓制造過程中用到的各種消耗材料的統(tǒng)稱,其品類極多,包 含硅片、光刻膠、電子氣體、濕電子化學品、濺射靶材等等,不同材料間的生產 制造和技術原理差異較大,其共通性相對更弱,材料廠商的橫向拓展性也相對沒 有那么強。同時,這也構成了半導體材料行業(yè)的重要壁壘,龍頭廠商確立細分領 域優(yōu)勢后相對比較穩(wěn)固。因此,半導體材料市場更多呈現(xiàn)出細分領域市場相對集 中、但不同細分領域龍頭廠商不盡相同的格局情況。1.2、全球主要晶圓廠積極擴產,材料市場有望持續(xù)增長半導體行業(yè)結構性景氣持續(xù),全球市場規(guī)模有望再創(chuàng)新高。2021 年,得益于汽車 電子、5G、IoT 等下游需求高景氣,行業(yè)整體供給偏緊,全球半導體市場規(guī)模同 比大增 26%,達到創(chuàng)紀錄的 5560 億美元。展望 2022 年,汽車電子、云計算等細 分領域持續(xù)高景氣,有望帶動市場規(guī)模繼續(xù)成長,超過 6000 億美元。

全球主要 IC 制造廠展望樂觀,積極進行產能擴充。雖然部分芯片供給緊缺情況 逐漸緩解,但主要晶圓廠判斷行業(yè)整體供需依然偏緊,因此紛紛宣布了積極的擴 產規(guī)劃和資本開支計劃。如代工龍頭臺積電看好 5G、HPC、汽車電子的長期增長 趨勢,在全球范圍內積極擴產,2022 年的資本開支指引也在去年 300 億美元的高 基數(shù)上進一步顯著提高,達到 400-440 億美元。因此,未來隨著全球主要晶圓廠資本開支逐漸落地、新增產能逐步釋放,晶圓制 造過程中所耗用的各種半導體材料用量也將受到持續(xù)性的拉動,市場規(guī)模有望持 續(xù)較快增長。1.3、國內擴產高峰疊加替代加速,國產供應商迎黃金發(fā)展期中國大陸的晶圓廠/存儲廠隨著技術逐漸突破,近年更是積極進行產線建設。分地 區(qū)來看,中國大陸是近年半導體材料市場增長最快的地區(qū),2016-2021 年復合增速 高達 11.9%。其中 2021 年大陸市場強勁增長 22%,達到 119 億美元,市場規(guī)模僅 次于中國臺灣地區(qū)。尤其是 2020 年以來,隨著國內領先晶圓廠/存儲廠實現(xiàn)關鍵技術突破,其擴產更 是處于高峰期。我們統(tǒng)計了國資背景主要晶圓廠/存儲廠的擴產規(guī)劃,12 寸邏輯代 工及 IDM 產能將從 2021 年底的 40 多萬片/月提升至 2024 年底的超過 130 萬片/ 月;國資 3D NAND 和 DRAM 存儲廠的總產能也將從 2021 年底的 16 萬片/月提 升至 2024 年底的約 50 萬片/月,均有顯著提升。

隨著國資背景晶圓廠/存儲廠擴充產能的落地,國內半導體材料市場需求也將得到 顯著拉動,繼續(xù)保持明顯高于全球的增速,進而為國內的半導體材料廠商帶來豐 厚的成長土壤。 除國內市場本身的較快增速外,自主可控進程的加速更是進一步為國產供應商帶 來了前所未有的發(fā)展良機。近年中美貿易關系存在不確定性,美國先后對華為、 中芯國際等國產廠商逐步加大制裁,使得國內半導體行業(yè)意識到了產業(yè)鏈自主可 控的必要性,紛紛加速國產替代進程。從材料供應角度,晶圓制造從硅片制造到前道的光刻、刻蝕、沉積、拋光、清洗 再到后道封測等各個環(huán)節(jié)都會用到各式各樣的半導體材料。而目前多數(shù)細分領域, 如硅片、光刻膠等產品,越是先進的制程節(jié)點,其供應便越是依賴于海外進口, 國內廠商份額相對還較小。 隨著國內晶圓廠/存儲廠加速推進供應鏈的國產化進程,為國產供應商提供了導入 和試錯的機會,優(yōu)質廠商面臨著客戶突破和份額提升的黃金發(fā)展期,疊加國內市 場本身的較快增速,半導體材料細分領域龍頭廠商有望迎來訂單和業(yè)績的加速釋 放期,迎來快速成長。
2、硅片:芯片制造基礎材料,半導體材料最大單一市場
2.1、硅片:晶圓制造關鍵/基礎原材料,大尺寸化趨勢持續(xù)半導體硅片是生產集成電路、分立器件、傳感器等半導體產品的關鍵材料,是半 導體產業(yè)鏈基礎性的一環(huán)。目前絕大多數(shù)半導體產品仍使用硅基材料制造,在硅 片基礎上經過光刻、刻蝕、沉積、拋光及清洗等工序的多次反復進行,并經切割、 封測等環(huán)節(jié)后便形成了具有特定結構和功能的芯片。
而從硅片本身的制造工藝來講,首先是要將多晶硅原材料以一定的工藝制備為符 合要求的單晶硅錠。單晶硅錠的制備也是影響硅片質量的重要工序,目前主要有 直拉法和區(qū)熔法兩種長晶方式,兩種方式各有優(yōu)劣。區(qū)熔法雖然制備的硅片具有 更高的純度,但由于效率較低、成本較高,因此目前僅應用于部分功率器件,因 此直拉法占據了硅片制備的絕大多數(shù)比例。而通過直拉法或區(qū)熔法生長出符合要求的單晶硅錠后,還需要過再經切割、倒角、 激光打碼、研磨、清洗、刻蝕、拋光、外延等加工步驟后,形成單晶硅片,這些 加工過程對于硅片的平整度、厚度及其均勻性都有著重要影響。硅片可劃分為正片和控擋片/測試片,其中正片指的是用于正式生產的、最終形成 晶圓成品的硅片,具體又包括拋光片和在拋光片基礎上進一步處理形成的外延片、 退火片等,各自具有不同的特性和應用;而控擋片/測試片則指的是用于測試、暖 機、工藝調整、監(jiān)測穩(wěn)定性等用途的硅片,通常其品質要求和價值量相較正片都 會更低一些。因此,一般單晶硅棒中間較好的部分會用來制作正片,而兩側品質 相對較差的頭尾部分則可用來制作控擋片/測試片。

另外,硅片在制造過程中需要摻雜元素(通常為硼族或磷族元素)以實現(xiàn)特定的 電學特性,而根據摻雜濃度不同則可以分為輕摻硅片和重摻硅片,通常摻雜濃度 越高,則硅拋光片電阻率越低。目前輕摻硅片廣泛應用于存儲、邏輯 IC 等各個領域芯片制造,輕摻拋光片可以直 接用于芯片生產,因此通常對晶體原生缺陷要求極高,同時也可以進一步生成外 延層后再用于 IC 制造;而重摻硅片主要用于功率、電源管理芯片等領域,且通常 需制成外延片后用于芯片制造,由于有外延層存在因此對晶體缺陷要求相對較低。 從結構上來說,重摻的應用僅局限于特定領域,占比有限;輕摻則占到了硅片市 場的絕大多數(shù)比例,尤其在邏輯、存儲等領域都是絕對主流。而按照尺寸劃分,硅片又包括 4-12 英寸等不同尺寸的硅片,總體上隨著歷史演進 朝著大尺寸化趨勢發(fā)展,主要是由于更大尺寸硅片擁有更高的切割效率,且在沉 積-光刻-刻蝕-清洗等工藝流程基本不變的情況下,單個芯片平均的生產時間縮短, 因此大尺寸硅片擁有更佳的經濟效益。 目前 8 英寸和 12 英寸是較為主流的硅片尺寸。從制程節(jié)點角度,目前 90nm 及以 下制程主要使用12英寸硅片,90nm以上的制程主要使用8英寸及以下尺寸硅片。 隨著芯片制程整體不斷微縮化,12 英寸占比持續(xù)提升;而由于 PMIC、功率等部 分成熟制程產品仍有較大比例在使用 8 英寸硅片,因此其也占有一定的比例;此 外 6 英寸及以下尺寸硅片占比已相對較小,主要用于功率等細分領域。2.2、晶圓制造最大單一材料市場,高景氣有望持續(xù)硅片作為芯片制造的基礎性材料,是晶圓制造材料中成本占比最大的原材料,近 年半導體硅片市場規(guī)模都在百億美元以上,2021 年則是同比增長 10%以上,達到 126 億美元。而從硅晶圓出貨面積來看,SEMI 預計在經過 2021 年的顯著增長后, 在下游需求帶動下未來幾年仍會保持穩(wěn)定增長。

按硅片尺寸來看,據硅片龍頭廠商 SUMCO 數(shù)據,2021Q4 全球 8 英寸硅片出貨量 約在 600 萬片/月,12 英寸硅片出貨量則在 750 萬片/月左右,并預計在 5G、HPC、 汽車電子等下游領域帶動下,以先進制程節(jié)點為代表的 12 英寸硅片需求將保持快 速增長,預計到 2025 年將超過 1000 萬片/月。而在汽車電動化智能化快速推進的背景下,功率、模擬等半導體產品需求預計也 將保持高景氣,其硅片需求增長很大程度上集中在 8 英寸硅片上,因此 8 英寸硅 片需求也有望保持穩(wěn)定增長。在硅片需求持續(xù)較快增長的情況下,硅片行業(yè)在 2021 年整體處于供應緊張的狀 態(tài),各尺寸硅片價格均有明顯漲幅,其中尤以 12 英寸硅片為甚。展望未來,由于 主要硅片廠前期并無新建產線規(guī)劃,而龍頭廠商 Siltronic、SUMCO 和環(huán)球晶圓在 2021 年以來宣布的新建產線最快也需要 2023 年下半年左右才能投產,在此之前 產能增幅有限。因此硅片供需偏緊的情況至少今明年仍將持續(xù),環(huán)球晶圓也稱, 包括擴產、去瓶頸產能在內,至 2024 年的產能均已賣光。因此我們判斷硅片產品 價格有望保持高位。2.3、海外廠商主導市場,國內廠商逐漸突破硅片作為半導體產品制造的關鍵材料和基礎性材料,有著極為嚴苛的性能和參數(shù) 要求。首先從純度上來講,半導體硅片要提純達到至少 9N-11N(即 99.9999999% 至 99.999999999%)的級別;同時,在生產環(huán)節(jié)中還要盡可能地減少晶體缺陷,并 有效控制晶體中的雜質含量,尤其是氧、碳含量(如氧含量是決定半導體硅片質 量的關鍵因素之一);然后,在切割、研磨、拋光等加工環(huán)節(jié)需要保證表面厚度和 平整度的均勻性、一致性,并獲得平坦度高、顆粒少與表面形貌優(yōu)良的產品。 而從規(guī)模量產的角度,廠商還需要滿足更多要求,以單晶生長環(huán)節(jié)為例,廠商要 最大程度降低對操作工人的依賴,保證拉制晶體質量的重復性、穩(wěn)定性和一致性, 并盡可能提高產出良率,降低單晶生長成本。

目前半導體硅片行業(yè)格局集中,主要由信越化學(日本)、SUMCO(日本)、環(huán)球 晶圓(中國臺灣)、Siltronic(德國)、SK Siltron(韓國)五大家主導,合計占據約 九成市場份額。此外,Soitec 占據 5.7%份額,并在 SOI 硅片市場處于全球領先地 位,而中國大陸的滬硅產業(yè)份額也持續(xù)提升,位居全球第七。國內市場目前整體上仍十分依賴于海外進口,尤其是在壁壘更高的大尺寸硅片領 域,具體來看,國產廠商在 6 英寸及以下硅片已實現(xiàn)較好的技術覆蓋和國產化率, 而在 8 英寸硅片尚有巨大的替代空間,在 12 英寸硅片真正實現(xiàn)正片規(guī)模量產的更 是只有滬硅產業(yè)等個別廠商。 因此,國內大尺寸硅片領域國產替代空間巨大,而隨著下游快速擴產以及積極推 進國產化,國內硅片廠商面臨發(fā)展良機。我們看到國產優(yōu)質硅片廠商正持續(xù)取得 技術和客戶突破,如滬硅產業(yè)成功實現(xiàn) 12 英寸正片規(guī)模量產,切入多家國內頭部 晶圓廠/存儲廠客戶并取得高份額,神工股份、立昂微等優(yōu)質廠商也在持續(xù)推進新 產品的驗證和量產,有望實現(xiàn)份額快速提升、帶動業(yè)績快速成長。2.4、國產優(yōu)質硅片廠商梳理2.4.1、滬硅產業(yè):國產硅片龍頭,12 英寸產能快速釋放滬硅產業(yè)由國盛集團、大基金、新微集團(實控人為中科院微系統(tǒng)所)等設立, 通過控股新傲科技(最早也由微系統(tǒng)所發(fā)起設立)、上海新昇、芬蘭 Okmetic(原 全球第七大硅片廠商),實現(xiàn)了 12 英寸拋光片及外延片、8 英寸及以下拋光片/外 延片和 8 英寸及以下 SOI 硅片等產品的覆蓋,成為國內半導體硅片領域龍頭廠商。

滬硅產業(yè)在國內 8 英寸及以下硅片處于技術和規(guī)模領先地位,尤其在 SOI 硅片是 國內少有具備生產能力的,此外更是國內極為少有 12 英寸正片規(guī)模量產的廠商, 客戶包括臺積電、聯(lián)電、格羅方德、意法半導體、Towerjazz 等國際芯片廠商以及 中芯國際、華虹宏力、華力微電子、長江存儲、武漢新芯、長鑫存儲、華潤微等 國內主要芯片制造企業(yè)。公司8英寸及以下產品主要由新傲科技和Okmetic兩家子公司生產,目前拋光片、 外延片合計產能超過 40 萬片/月,SOI 硅片產能超過 5 萬片/月,產能利用率均處 于較高狀態(tài),其中新傲科技 SOI 硅片仍在產能提升中,此外公司 5 月公告 Okmetic 擬投資 3.88 億歐元擴建 8 英寸拋光片 26.1 萬片/月產能(一期 13.1 萬片/月),將 進一步擴大公司在 8 英寸硅片的收入和份額。2.4.2、立昂微:國產重摻硅片優(yōu)質廠商,不斷拓展能力范圍立昂微是國內較早從事硅片生產業(yè)務的廠商之一,經過多年發(fā)展,硅片產品類型 已實現(xiàn)從 6 英寸到 12 英寸、輕摻到重摻、N 型到 P 型等領域全覆蓋,公司在技術 積累、產能規(guī)模、客戶覆蓋等均處于國內領先地位,尤其在重摻硅片領域是國內 龍頭廠商,客戶已覆蓋 ONSEMI、AOS、東芝公司、臺灣半導體、臺灣漢磊等國 際知名跨國公司以及中芯國際、華虹宏力、華潤微電子、士蘭微等國內知名公司。 而在 12 英寸硅片方面,公司也是國內少有實現(xiàn)產品出貨的廠商,技術能力覆蓋 14nm 以上邏輯電路,面向 CIS 和功率器件產品已大規(guī)模出貨,目前主要銷售產品 包括拋光片測試片及外延片正片,同時正在持續(xù)開展客戶送樣驗證工作。此外, 公司公告擬并購國晶半導體,進一步增強公司在輕摻硅片領域的競爭力。在硅片業(yè)務以外,公司還是國內較早從事功率器件業(yè)務的廠商,產品包括肖特基 芯片、MOSFET 芯片、TVS 芯片等,在光伏領域地位領先,并深耕車規(guī)芯片業(yè)務, 拓展通用電源終端領域;公司還成立子公司立昂東芯,布局化合物射頻芯片業(yè)務, 6 英寸砷化鎵微波射頻芯片的產能規(guī)模和工藝技術水平位居國內第一梯隊。

3、光刻膠:半導體材料皇冠上的明珠,行業(yè)壁壘高筑
3.1、光刻膠:半導體材料皇冠上的明珠,曝光波長持續(xù)縮短光刻工藝是將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上的核心工藝,直接 決定了圖形轉移的精細化程度,是決定芯片最小特征尺寸的關鍵工藝,也是在整 個芯片制造過程中所占時間和成本最高的工藝之一。而光刻膠是利用光化學反應來實現(xiàn)圖案轉移精細加工的介質,是光刻工藝中的關 鍵材料,被譽為“半導體材料皇冠上的明珠”。根據其光敏特性具體又可以分為正 性光刻膠和負性光刻膠:顯影時未曝光部分溶解于顯影液,形成的圖形與掩膜版 相反,稱為負性光刻膠;顯影時曝光部分溶解于顯影液,形成的圖形與掩膜版相 同,稱為正性光刻膠。負性光刻膠和正性光刻膠在黏附性、對比度、分辨率等方面特性有所差別。但總 的來說,由于負膠在顯影后會有膨脹現(xiàn)象影響精度,分辨率受限,而正膠無此影 響,可實現(xiàn)更高的分辨率,是更為主流的光刻膠產品。
另外,隨著半導體產品持續(xù)小型化,光刻工藝也需不斷通過縮短曝光波長提高極 限分辨率從而實現(xiàn)制程微縮,由紫外寬譜向gline(436nm)→iline(365nm)→ KrF(248nm)→ArF(193nm)的方向演進,而到了 7nm 及以下制程則是需要 EUV (13.5nm 波長,極紫外光刻)技術來實現(xiàn)。而光刻膠也與之對應,分為 g line、i line、KrF、ArF、EUV 光刻膠等種類。隨著制程節(jié)點演進,目前 ArF(含 ArFi)和 KrF 光刻膠占據較大比例市場,據 TECHCET 數(shù)據,2020 年半導體光刻膠中 ArF 占比接近一半,KrF 在 30%-40%之 間,而 g line & i line 合計占比不到 20%。(報告來源:未來智庫)3.2、生產認證壁壘極高,日美廠商主導光刻膠作為光刻環(huán)節(jié)的核心材料,是晶圓制造材料中占比較大的單一種類產品, 據 SEMI 數(shù)據,2021 年全球光刻膠及其配套材料市場規(guī)模約在 50 億美元,具體 來看,全球光刻膠市場同比增長 19.49%,達到 24.71 億美元;而全球光刻膠配套 試劑市場同比增長 11.41%,達到 25.67 億美元。 分地區(qū)來看,2021 年中國大陸增長尤為迅猛,其光刻膠市場保持著最快的增速, 同比增長 43.69%,達到 4.93 億美元;光刻膠配套試劑市場則同比增長 39%,達到 3.92 億美元。產品結構方面,中國大陸半導體光刻膠中 ArF 和 KrF 占比最大,均 在四成左右,而 g line 和 i line 則合計占比約 18%,整體上與全球市場類似。光刻膠作為對芯片線寬起到關鍵作用的光刻材料,擁有著極高的研發(fā)難度以及更 高的規(guī)模量產壁壘。從產品要求上來說,光刻膠產品需滿足特定的參數(shù)指標,其 中最為重要的有分辨率、對比度、敏感度等,以實現(xiàn)圖案轉移的精細化,同時, 光刻膠產品在粘附性、抗蝕性等方面均有對應的要求。

光刻膠本身是一種擁有多種成分的配方型產品,由成膜樹脂、光引發(fā)劑、溶劑、 添加劑等組成,成分略有差異便會引起產品的明顯變化,因此不同成分之間的比 例控制以及研發(fā)生產時對于環(huán)境溫度、濕度等的工藝控制均造就了此類配方型產 品的極高研發(fā)生產壁壘。而對于光刻膠廠商來說,事實上壁壘更高的在于如何通過客戶認證并在客戶處規(guī) 模上量。光刻膠細分型號極多,同一生產商根據客戶區(qū)別、客戶不同產線區(qū)別以 及產線工序區(qū)別,所提供的光刻膠產品便有很多型號。而不同生產商的產品更是 差異極大,即使在部分工序可實現(xiàn)類似的效果,其成分配方也往往不同,這意味 著客戶在更換原有供應商產品時很難直接替換,通常需要進行一定的工藝調整, 甚至連刻蝕等其他工序也要做對應的調整,因此光刻膠產品的研發(fā)和認證很多時 候都需要和客戶產線的緊密配合才可實現(xiàn)。 此外,原有供應商同一款光刻膠產品有時會同時應用于幾道不同的光刻工序,而 新進入者進行替換時其一款產品可能僅能在某一道工序起到相似的效果,而在別 的工序需要另外型號的產品替換,導致客戶替換掉某一款光刻膠可能需要數(shù)款新 供應商的產品來實現(xiàn),加上需要對產線工藝調整,這導致客戶通常情況下更換供 應商的意愿極低。因此,全球半導體光刻膠市場整體上由龍頭廠商牢牢掌握,東京應化、JSR、信越 化學、住友化學、杜邦和富士膠片等前六大廠商份額合計達到 80%以上,其中除 了美國杜邦外均為日本公司。 細分市場來看,最高端的 EUV 光刻膠市場基本由日本廠商壟斷,目前僅有 TOK 等兩三家廠商具備量產能力;而 ArF 和 KrF 光刻膠則分別由 JSR 和 TOK 占據龍 頭地位,同時信越化學、杜邦、住友化學等廠商也各有擅長的產品領域并占據一 定市場份額。3.3、國產廠商逐漸突破,高端光刻膠亟待攻克整體上來說,國內光刻膠供應目前也主要依賴于海外廠商,尤其是高端光刻膠領 域,如 EUV 光刻膠國內都仍處于早期論證和研發(fā)階段;ArF 光刻膠在客戶端真正 實現(xiàn)規(guī)模量產的也近乎沒有,僅部分廠商產品在客戶端取得認證突破;KrF 光刻 膠也僅有北京科華等極少數(shù)公司在客戶端實現(xiàn)量產銷售,總體上國產化率極低、 替代空間巨大。

國內也有一批廠商在光刻膠業(yè)務上有所布局和突破,優(yōu)質龍頭如北京科華和晶瑞 電材均在光刻膠產品上有十數(shù)年以上的技術積累,也有產品在客戶端規(guī)模量產, 并不斷推進新產品研發(fā)認證,而南大光電、上海新陽等也都在細分光刻膠領域有 所布局、有序推動。而如前文所述,國內半導體客戶均在積極推進供應鏈的國產化,光刻膠作為半導 體材料中至關重要的一種,其自主可控也同樣受到了極大推動。尤其是 2021 年以 來,由于半導體晶圓制造高景氣、需求上漲,光刻膠產品也出現(xiàn)了供需偏緊現(xiàn)象, 信越化學等廠商在產能有限的情況下更多會優(yōu)先保障臺積電等大客戶的供應,而 中國大陸晶圓廠的光刻膠供應,尤其是 KrF 光刻膠供應相對受限,因此給了國產 供應商加速導入的發(fā)展良機。3.4、國產優(yōu)質光刻膠廠商梳理3.4.1、北京科華:國內光刻膠領先廠商,實現(xiàn) KrF 光刻膠銷售北京科華是國內光刻膠領先廠商,由董事長李昕自美國光刻膠公司從業(yè)歸來后在 2004 年設立,并在 2009 年和 2012 年先后建成 g/i line 光刻膠產線和 KrF 光刻膠 產線,也是國內率先實現(xiàn) KrF 光刻膠量產銷售的廠商,在技術水平和銷售規(guī)模方 面均處于國內領先地位。據收購并表北京科華的彤程新材公告,公司 g line 產品在國內擁有 60%以上市占 率,i line 產品也已穩(wěn)定供貨、接近國際先進水平,KrF 光刻膠方面則是國內極為 稀缺的切入客戶供應鏈的廠商,i line 和 KrF 光刻膠已批量供應中芯國際、華虹集 團、長江存儲、武漢新芯等 13 家 12 寸客戶和 17 家 8 寸客戶。3.4.2、晶瑞電材:國內光刻膠優(yōu)質廠商,且超凈高純試劑業(yè)務國內領先晶瑞電材是國內優(yōu)質光刻膠公司,其子公司蘇州瑞紅在 1993 年由蘇電公司、日本 瑞翁(當時全球知名的光刻膠廠商)和日本丸紅(日本知名商社)共同出資設立, 同年開始光刻膠的生產,是國內最早規(guī)模化生產光刻膠的企業(yè)之一,并承擔了 i 線 光刻膠的國家“02 專項”。

公司 i 線光刻膠已向國內頭部的知名大尺寸半導體廠商供貨,是國內少數(shù)實現(xiàn)半 導體光刻膠規(guī)模銷售的廠商之一,同時技術難度更高的 KrF 光刻膠完成中試,產 品分辨率達到了 0.25~0.13μm 的技術要求,建成了中試示范線。 此外,晶瑞電材還是國內頂尖的濕電子化學品廠商,雙氧水、氨水、硫酸均已達 到 SEMI G5 等級,處于國際領先水平,尤其是雙氧水產品極具競爭優(yōu)勢;除了主 導產品以外,其他高純化學品也普遍達到 G3/G4 等級,處于國內領先地位。
4、掩模版:光刻工藝圖形母版,國內廠商亟待突破
掩模版(Photomask),又稱光罩、光掩膜等,是下游行業(yè)產品制造過程中的圖形 “底片” 轉移用的高精密工具,是承載圖形設計和工藝技術等知識產權信息的載 體。在光刻環(huán)節(jié),利用掩膜版上已設計好的圖案,通過透光與非透光的方式進行 圖像復制,從而實現(xiàn)批量生產,其功能類似相機“底片”。從掩模版的制造角度,其上游原材料掩膜版基板是制作微細光掩膜圖形的感光空 白板,而廠商根據客戶所需要的圖形,用光刻機在掩模版基板上光刻出相應的圖 形,將不需要的金屬層和膠層洗去,將微米級和納米級的精細圖案刻制于掩膜版 基板上,即得到掩膜版產成品。根據基板材質不同,光掩模版也有不同類型,其中石英玻璃由于有高光學透過率 和低熱膨脹率,以及更為平整、耐磨等優(yōu)點,成為應用最為主流的光掩模版基板, 在半導體和 TFT-LCD 等領域廣泛應用;同時還有蘇打玻璃基板掩模版,主要用于 中低精度掩模版,在 STN-LCD、TN-LCD 等領域有所應用;此外還有菲林掩模版 等,對應用于 PCB 等領域。 光掩模一般選用石英玻璃做基板,并用金屬鉻覆蓋基板作為遮光層,主要是由于 鉻不僅可以鍍出均一的厚度,且在蝕刻環(huán)節(jié)還能加工出精細的線路,實現(xiàn)高精細 度,此外無毒無污染,因此適合用作遮光層。
據智研咨詢數(shù)據,2020 年全球半導體掩模版市場規(guī)模約 40 多億美元,并處于穩(wěn) 步增長中,至 2025 年有望達到近 60 億美元。而國內市場規(guī)模約 8 億美元,且未 來幾年復合增速預計高于全球,至 2025 年達到約 14 億美元。格局方面,一些頂尖的晶圓制造廠商通常會使用自制的掩模版,如臺積電、英特 爾、三星等龍頭廠商,以及國內的中芯國際等企業(yè);而晶圓廠自供以外,也有專 門為客戶提供掩模版服務的廠商,這部分市場主要為美國 Photronics、日本 DNP 以及日本 Toppan 三家公司所壟斷。 而國內半導體掩模版行業(yè)發(fā)展較為落后,除了中芯國際等代工廠會自制掩模版外, 尚無商業(yè)掩模版公司可在 IC 領域掩模版實現(xiàn)較好的突破,僅部分公司在面板領域 實現(xiàn)較好的技術和客戶突破,而半導體領域極度依賴海外進口。
5、電子特氣:品種繁多的 IC 制造 “糧食”,技術與服務壁壘兼具
5.1、電子特氣:IC 制造的“糧食”,技術與服務并重電子特氣是集成電路、面板等電子工業(yè)生產不可或缺的原材料,廣泛應用于離子 注入、刻蝕、氣相沉積、摻雜等工藝,被稱為集成電路、面板等產品制造的“糧 食”和“源”。電子特氣決定了器件的最終良率和可靠性,具有較高的產品附加值。
電子特氣種類豐富,客戶在生產過程中對氣體產品也存在多樣化需求,不同工藝 環(huán)節(jié)會用到不同氣體種類,而同一工藝根據具體要求不同也會用到多種氣體,因 此 IC 制造中硅片制造、氧化、光刻、氣相沉積、蝕刻、離子注入等工藝環(huán)節(jié)需要 的特種氣體種類就超過 50 種。電子氣體種類繁多,而下游客戶通常希望多種氣體能由同一供應商來提供,以保 證其供應鏈的穩(wěn)定。而不同氣體需要不同的生產工藝,涉及到氣體分離與提純、 氣體合成、氣體混配等技術,從整個生產運輸環(huán)節(jié)來看還涉及到容器處理、氣體 充裝、氣體檢測和氣體配送等技術。其中,僅氣體分離與提純技術就包括吸附法、 精餾法、催化轉化等多種工藝路線,不同技術路線的生產效率、產品純度、生產 成本、設備投資等方面均存在顯著差異。 更進一步地,IC 制造對于各項技術也都有較為嚴苛的要求。舉例來講,純度是電 子特氣的核心指標之一,IC 制造對不同氣體的純度要求不一,通常需要 5N (99.999%)及以上純度等級的電子特氣,而隨著氣體純度要求的提升,對氣體 中雜質含量的檢測分析技術也更為嚴格,已發(fā)展到目前的 ppm(10 -6)、ppb(10 -9) 甚至 ppt(10 -12)級別。由于特氣具有多品種、小批量、高頻次的特點,且涉及容器處理、檢測、運輸?shù)?多環(huán)節(jié),因此客戶對氣體種類、響應速度、服務質量都有高要求,企業(yè)需要不斷 投入人力物力建設擴大營銷網絡、促進市場開拓,同時還需要具備一站式氣體應 用解決方案和高效的物流配送能力。這些都需要深厚的行業(yè)積淀和深刻的行業(yè)理 解,后來者很難一蹴而就。 此外,特氣作為 IC 制造的關鍵材料,客戶對供應商的選擇極為審慎、嚴格,需經 過審廠、產品認證兩輪審核,IC 領域認證周期長達 2-3 年,且建立合作關系后不 會輕易更換,客戶粘性較強。這些都加大了后進入者參與競爭的難度,需要持續(xù) 投入來實現(xiàn)特氣品種的全面覆蓋、營銷及物流網絡的構建以及客戶的認證拓展。5.2、海外廠商主導,國內廠商逐漸突破據 TECHCET 數(shù)據,2021 年全球電子氣體市場規(guī)模約在 60 億美元,其中電子特 氣市場規(guī)模約為 40 億美元。而在邏輯芯片產能擴張帶動下,2022 年電子氣體市 場規(guī)模有望達到 70 億美元,其中電子特氣規(guī)模約 50 億美元;并預計未來幾年整 體保持較快增長,至 2026 年全球電子氣體市場達到接近 90 億美元,特氣市場超 過 60 億美元。

電子特氣廣泛應用于 IC 制造中各個工藝環(huán)節(jié),據 Linx 數(shù)據,沉積氣體(含硅材 料沉積和非硅材料沉積)和清洗氣體在特氣應用中規(guī)模占比最大,分別約為四成 和三成比例,而刻蝕和摻雜氣體也有較大占比,這四大類工藝占據了特氣的絕大 多數(shù)應用。經過多年的發(fā)展和兼并收購,目前全球電子特氣市場集中度較高,美國空氣化工、 德國林德集團、法國液化空氣和日本大陽日酸等少數(shù)龍頭便占據了絕大多數(shù)市場 份額。而國內市場也不例外,海外幾大氣體巨頭控制了 80%以上的市場份額,國 產替代空間巨大。更進一步地,電子氣體按業(yè)務模式劃分,主要包括現(xiàn)場供氣和零售供氣(含瓶裝 氣和儲槽氣)模式,其中現(xiàn)場制氣廣泛應用于化工、冶金等用氣規(guī)模較大的行業(yè), 且國內外市場均主要是海外龍頭主導;而零售供氣則主要用于對單一氣體用量相 對較小、但對氣體品種需求較多的產業(yè),如半導體、面板等領域,格局集中度相 比現(xiàn)場供氣要較低一些。國內也有一批廠商在多個電子氣體領域實現(xiàn)突破。和海外廠商相比,國內公司技 術積淀和行業(yè)經驗相對薄弱,覆蓋氣體品類相對單一,而優(yōu)勢則在于更好的就近 配套服務能力和明顯的成本改善。目前 IC 制造中用量較大的三氟化氮、一氧化二 氮、氟碳類氣體、摻雜氣體等都實現(xiàn)了一定的國產化,優(yōu)質公司如華特氣體、派 瑞氣體、金宏氣體、南大光電等在不同細分產品領域各有所長。5.3、國產優(yōu)質電子特氣廠商梳理5.3.1、華特氣體:國內電子特氣優(yōu)質廠商,光刻氣深受認可華特氣體是國內電子氣體領先廠商,主營業(yè)務以電子特氣為核心,輔以普通工業(yè) 氣體、氣體設備與工程業(yè)務,打造一站式服務能力,能夠面向全球市場提供氣體 應用綜合解決方案。

公司的電子特氣產品逐步實現(xiàn)了高純六氟乙烷、高純三氟甲烷、光刻氣、高純四 氟化碳、高純二氧化碳、高純一氧化碳、高純八氟丙烷、高純一氧化氮等近 20 多 個產品的進口替代,拳頭產品光刻氣(Ar/Ne/Xe、Kr/Ne、F2/Kr/Ne、F2/Ar/Ne) 通過了 ASML 和 GIGAPHOTON 的認證,是國內唯一通過兩家認證的氣體公司。 公司成功實現(xiàn)了對國內 8 寸以上集成電路制造廠商超過 80%的客戶覆蓋率,解決 了中芯國際、華虹宏力、長江存儲、華潤微電子等客戶多種氣體材料的進口制約, 此外還進入了 Intel、Micron、TI、Hynix 等全球領先的半導體企業(yè)供應鏈體系。5.3.2、金宏氣體:國內優(yōu)質綜合氣體供應商金宏氣體為國內優(yōu)質綜合氣體供應商,目前已初步建立品類完備、布局合理、配 送可靠的氣體供應和服務網絡,能夠為客戶提供特種氣體、大宗氣體和天然氣三 大類 100 多個氣體品種。根據中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計,2019-2021 年公司 銷售額連續(xù)三年在協(xié)會的民營氣體行業(yè)企業(yè)統(tǒng)計中名列第一。 公司自主研發(fā)的超純氨、高純氫、高純氧化亞氮、高純二氧化碳、硅烷混合氣、 八氟環(huán)丁烷、高純氬、高純氮等多種超高純氣體,擁有多項自主知識產權,品質 和技術已達到進口替代水平,其中超純氨、高純氧化亞氮等產品供應中芯國際、 海力士等客戶。此外,自 2021 年起,公司布局的電子大宗氣體項目也逐漸取得突破,先后與北方 集成電路技術創(chuàng)新中心、芯粵能簽訂供應合同,合同金額分別約 12 億和 10 億元, 為客戶供應氮氣、氫氣、氧氣等電子大宗氣體,這證明了公司通過電子特氣業(yè)務 進入電子大宗氣業(yè)務戰(zhàn)略獲得成功,開啟了公司電子大宗氣體這一寬廣的新業(yè)務 領域,形成了公司的獨特競爭力。
6、CMP 拋光材料:晶圓表面平坦化利器,國產材料廠商已有較強替代能力
6.1、CMP:晶圓表面平坦化利器,隨制程演進步驟明顯增加在晶圓制造過程中,由于晶圓在沉積等工序后表面都會變得粗糙和不平整,因此 需要拋光來實現(xiàn)晶圓表面的平坦化,如機械拋光、化學拋光、化學機械拋光 (Chemical Mechanical Polish,CMP)等技術,其中 CMP 技術結合了機械研磨和 化學腐蝕的優(yōu)點,具有極高的平整度和全局化平坦效果,因此成為了最為主流的 拋光技術。
CMP 工藝在集成電路中的應用主要包括單晶硅片拋光和芯片制造拋光,此外先進 封裝領域也逐漸對 CMP 技術有越來越多的應用。在單晶硅片制造環(huán)節(jié),單晶硅片 首先通過化學腐蝕減薄。減薄后粗糙度在 10-20μm。此后進行粗拋光、細拋光、 精拋光等步驟,將粗糙度控制在 nm 級別以內。隨著 IC 制程節(jié)點不斷推進,一方面更精細的節(jié)點使得對 CMP 拋光的要求更高, 另一方面工藝步驟數(shù)也有明顯提升,14nm 制程的 CMP 工藝步驟約為 20 步,而 到了 7nm 以下制程后其 CMP 工藝步驟已經達到約 30 步; 而存儲芯片中 NAND 產品制程隨著技術升級和演進,CMP 拋光步驟也同樣增加 明顯,首先,NAND 產品從 2D 切換到 3D,對應 CMP 工藝步驟數(shù)翻倍,鎢 CMP 制程和其他 CMP 制程均有大幅提升;同時,3D NAND 產品隨著層數(shù)提升,CMP 步驟也有快速增加。在 CMP 的具體工作過程中,拋光頭將晶圓待拋光面壓抵在粗糙的拋光墊上,借助 拋光液腐蝕、微粒摩擦、拋光墊摩擦等耦合實現(xiàn)全局平坦化,對應地除 CMP 機臺 外,還需要用到拋光液、拋光墊、鉆石碟等材料,其中拋光液和拋光墊是最為重 要、占比也最大的兩個產品。 據 TECHCET 數(shù)據估測,2021 年全球拋光液市場規(guī)模為 18.9 億美元,拋光墊市場 規(guī)模 11.5 億美元,兩大市場同比增長均在 13%左右。TECHCET 還預計,在下游 半導體行業(yè)的快速發(fā)展之下,兩大拋光材料市場規(guī)模在 2020-2025 年的復合增速 分別為 8.8%和 6.2%。(報告來源:未來智庫)6.2、CMP 拋光液:配方和專利是核心壁壘,海外廠商主導CMP 拋光主要是結合了機械研磨和化學腐蝕的優(yōu)點,具體來講,拋光液中的化學 成分與材料表面進行化學反應,形成易拋光的軟化層,拋光墊和拋光液中的研磨 粒子對材料表面進行物理機械拋光將軟化層除去。在這個過程中,拋光液主要起 到與材料表面發(fā)生化學反應以生成易去除的軟化層的作用,同時拋光液中的研磨 粒子在摩擦過程中也起著關鍵的作用。

CMP 拋光液的主要原料包括研磨粒子、pH 值調節(jié)劑、各種添加劑和水,其中添 加劑的種類根據產品應用也有所不同,如金屬拋光液中有金屬絡合劑、腐蝕抑制 劑等,非金屬拋光液中有各種調節(jié)去除速率和選擇比的添加劑。 CMP 拋光液的生產壁壘主要在于配方及對應專利。在加料、混合和過濾等關鍵生 產流程中,各種組分的比例、順序、速度和時間等都會影響到最終的產品性能, 需要公司不斷優(yōu)化研究來找出最合適的方案,因此產品配方和專利是每家公司的 技術秘密,也是其核心能力所在。根據拋光薄膜的不同,拋光液也可以對應分為鎢拋光液、銅拋光液、硅拋光液等 種類,且側重的應用領域有所不同。以邏輯芯片領域為例,從 130/90nm 技術節(jié)點 開始,銅憑借更好導電性能大幅取代鋁和鎢作為互連金屬材料,銅拋光液得到了 廣泛應用;存儲芯片領域則較多使用鎢拋光液,而銅拋光液的應用較少。 而對應不同的拋光薄膜,所需要的研磨粒子和添加劑也有所不同,尤其是研磨粒 子,作為拋光液中成本占比最大、作用也至關重要的關鍵原材料,在拋光不同的 薄膜時也有著不同的選擇。最常見的研磨粒子有二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰,此 外氧化鋯等磨料也有一定應用。拋光液種類較多,不同廠商產品根據配方不同也存在著一定差異,而海外廠商整 體上起步較早、品類較全,主導了整個市場。CMP 拋光液全球市場規(guī)模在 2021 年 為接近 20 億美元,主要生產廠商包括 Cabot Microelectronics、Hitachi、Versum、 Fujimi 等海外廠商,市場格局集中,四大廠商便占據 70%以上市場份額。 而國內安集科技成功打破海外壟斷,已實現(xiàn)較全面的拋光液品類覆蓋,廣泛切入 海內外下游晶圓廠,客戶包括臺積電、中芯國際、長江存儲、長鑫存儲等,并占 據可觀份額,據安集科技公告測算,其全球市占率近年快速提升,2021 年已達到 約 5%。此外,國內的鼎龍股份在 2022 年也實現(xiàn)了細分品類拋光液產品的驗證通過及銷售,有望在國內市場占據一定市場。

6.3、CMP 拋光墊:格局高度集中,杜邦一家獨大在 CMP 拋光過程中,拋光墊同樣是影響拋光效率和結果的重要材料,其主要起著 通過摩擦以機械方式去除拋光層、承載拋光液并使其有效均勻分布在加工區(qū)域以 促進化學反應發(fā)生以及將拋光產物排除等作用。拋光墊同樣是一種消耗材料,在 使用過程中會逐漸產生磨損,因此使用一段時間后便需要進行更換。 拋光墊根據材質可分為不同種類,總體上則可概括為硬墊和軟墊兩大類,其中聚 氨酯材料的拋光墊硬度較高、拋光效率高,但容納拋光液能力較差、易劃傷芯片 表面、均勻性相對較差,常用于粗拋;而無紡布材料的軟墊容納拋光液能力好、 均勻性好,但去除率較低,常用于精拋。因此,拋光墊的力學性能,如材質硬度、彈性模量等都起到重要作用,同時,其 表面特征,如微孔形狀、孔隙率、溝槽形狀等,可通過影響拋光液流動和分布, 來影響拋光效率和平坦性指標。而由于在 CMP 拋光中發(fā)揮的作用和原理不同,拋 光墊更多是機械摩擦作用,同時承載拋光液以便化學反應發(fā)生,因此相對起化學 反應作用的拋光液品類要較少,產品的通用性相對更強。 整體上來說拋光墊的制備具有較高的技術壁壘,涉及力學、界面化學、摩擦學、 高分子材料學、固體物理和機械工程學等諸多學科領域,如材料開發(fā)階段便需要 有機高分子領域的知識經驗,而后端加工則又與精密加工等領域相關,跨領域的 技術和人才積累需求提升了廠商的研發(fā)難度。同時,海外領先廠商嚴密的專利布 局更進一步提高了行業(yè)的進入壁壘。

此外,拋光墊行業(yè)還有著較高的客戶壁壘。由于拋光墊產品對拋光效果影響明顯, IC 客戶本身的高要求使得認證導入新供應商需要長達 1-2 年的周期,但拋光墊本 身成本占比有限,而各家廠商產品差異化并不十分顯著,因此通常情況下 IC 客戶 并無動力輕易更換供應商。 目前全球拋光墊產品主要由海外廠商壟斷,尤其是杜邦公司,其拋光墊產品可追 溯到 Rodel 公司,該公司是全球最早生產 IC 拋光墊的廠商,其早在 1990s 推出的 IC1000 產品仍是當今 CMP 拋光墊的行業(yè)標準,幾經并購后現(xiàn)歸于杜邦公司。杜 邦公司在行業(yè)具有壟斷地位,占據 79%的市場份額,同時 Cabot Microelectronics、 Thomas West、Fujibo 等公司也有一定的市占率。此外,國內廠商以鼎龍股份為代 表,也已在該領域實現(xiàn)突破,逐漸形成規(guī)模銷售。6.4、國產優(yōu)質 CMP 拋光材料廠商梳理6.4.1、安集科技:拋光液龍頭,功能性濕化學品成第二增長極安集科技是國內拋光液龍頭廠商,已實現(xiàn)較好的工藝和客戶覆蓋度,基本可滿足 國產替代需求。公司積極完成化學機械拋光液全品類產品布局,為客戶提供一站 式解決方案,銅及銅阻擋層拋光液和介電材料拋光液市場份額持續(xù)提高,鎢拋光 液快速放量,基于氧化鈰磨料的拋光液也實現(xiàn)突破、增長較快,HKMG 鋁拋光液 和襯底拋光液也逐漸取得突破??蛻舴矫鎰t廣泛覆蓋國內主流晶圓廠存儲廠,且 部分產品在部分客戶處取得主流份額。 同時,公司積極推進上游核心原材料自主可控,與國內具備優(yōu)質研發(fā)及生產能力 的合作伙伴合資成立子公司山東安特納米材料有限公司,建立關鍵原材料硅溶膠 的自主可控生產供應能力,其開發(fā)的多款硅溶膠已在公司多款拋光液產品中通過 內部測試,并在積極與客戶合作進行測試驗證中;同時,公司通過自研自建的方 式加強了氧化鈰顆粒的制備和拋光性能的自主可控能力,進展順利。同時,公司功能性濕電子化學品平臺持續(xù)突破,有望成為公司第二增長極。公司 刻蝕后清洗液實現(xiàn)突破性進展,28nm 技術節(jié)點后段硬掩模銅大馬士革工藝已在 重要客戶上線穩(wěn)定使用,14-7nm 也在有序推進中;拋光后清洗液方面,目前已經 量產,應用于 12 英寸芯片制造,并積極開發(fā)新產品、推進客戶認證;刻蝕液方 面,針對 12 英寸先進制程獨特要求,成功建立功能性刻蝕液技術平臺,并開始 客戶端驗證。

6.4.2、鼎龍股份:國內拋光墊龍頭,拋光材料實現(xiàn)全布局鼎龍股份早在 2012 年便啟動了 CMP 拋光墊項目的研發(fā),一期項目于 2016 年 8 月 建成并試生產,于 2017 年順利取得首張訂單。公司還于 2018 年收購時代立夫, 該企業(yè)是國內領先的 CMP 拋光墊企業(yè),承接了國家“02 專項”,有著良好的客戶 基礎與應用經驗。近年鼎龍股份產品品類和覆蓋客戶持續(xù)拓展,目前已全面進入國內所有主流晶圓廠的供應鏈體系,產品型號覆蓋率接近 100%,是國內極為稀缺 的實現(xiàn)了 CMP 拋光墊批量供應的龍頭廠商。 技術方面,公司早在 2006 年便為了解決碳粉原材料問題而成立了高分子技術合作 平臺,以生產碳粉用樹脂,而高分子材料合成技術同時也是 CMP 拋光墊制造的核 心技術之一,基于相通的技術原理以及專門的研發(fā)投入,公司掌握了拋光墊的所 有核心高分子材料合成技術,掌握了品質高度穩(wěn)定的高厚度圓柱形聚氨酯微球發(fā) 泡的國際領先技術,使公司能夠成功打破海外壟斷。從具體產品來看,公司基本已實現(xiàn) 8 英寸和 12 英寸晶圓廠的多節(jié)點、全制程應用 覆蓋,28nm 節(jié)點產品已獲得客戶訂單,涵蓋 Oxide/STI/W/Cu/Al 等全制程,基本 可實現(xiàn)國產替代。同時針對 14nm 以下節(jié)點的產品在客戶端驗證進展順利,公司 產品覆蓋度將得到進一步提升。 客戶方面,公司作為國內少有的進入下游晶圓廠提供 CMP 拋光墊的廠商,目前已 廣泛供應長江存儲、武漢新芯、中芯國際、合肥長鑫等國內主流晶圓廠,并在多 個晶圓廠已取得一供地位,是 CMP 拋光墊國產替代當之無愧的領頭羊。此外,公 司也在積極推進海外客戶拓展,公司于 2021 年 12 月宣布取得首張海外訂單,其 用于 W 制程的 12 寸產品一次性通過驗證,打消了國際半導體巨頭技術專家的疑 慮,開啟了合作之路,提升了公司拋光墊業(yè)務進一步成長的可能性。

同時,鼎龍股份拋光液產品也逐漸取得突破。據公司年報,公司進行 Oxide,SiN, Poly,Cu,Al 等 CMP 制程拋光液產品多線布局,目前在客戶端的驗證反饋情況 良好,部分產品已通過各項技術指標測試,其中 Oxide 制程某拋光液產品已取得 小量訂單,Al制程某拋光液產品在28nm技術節(jié)點HKMG工藝中通過客戶驗證, 進入噸級采購階段。 除了占比最大的拋光液和拋光墊兩大產品外,公司對 CMP 過程中用到的其他材 料,包括 CMP 后清洗液和鉆石碟(Disk)等產品也都有所突破,是少有的對 CMP 材料實現(xiàn)較為全面布局的國產廠商。
7、濕電子化學品:種類豐富應用廣泛,國產替代空間巨大
7.1、濕電子化學品:面板/IC 制造的關鍵性材料,種類豐富應用廣泛濕電子化學品是微電子、光電子濕法工藝制程中使用的各種液體化工材料,是半 導體、顯示面板、太陽能電池、LED 等制作過程中不可缺少的關鍵性材料之一, 用于制造過程中的清洗、刻蝕、涂膠、顯影、去膠等各個環(huán)節(jié),其質量優(yōu)劣會直 接影響電子產品的成品率、電性能和可靠性,也對微電子制造技術的產業(yè)化有重 大影響。 濕電子化學品一般可劃分為通用濕電子化學品和功能濕電子化學品,通用濕電子 化學品指在半導體、顯示面板、太陽能電池等制造工藝中被大量使用的液體化學 品,一般為單成份、單功能化學品,例如氫氟酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等。 功能濕電子化學品指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的復 配類化學品,例如顯影液、剝離液、蝕刻液、稀釋液、清洗液等。具體來看,通用濕電子化學品由于應用更為廣泛,用量明顯更高。據中國電子材 料行業(yè)協(xié)會數(shù)據,2019 年我國濕電子化學品需求量中,通用濕電子化學品用量占 比高達 88%,其中又以過氧化氫、氫氟酸、硫酸、硝酸等用量較多;而顯影液、 蝕刻液、剝離液等功能濕電子化學品則通常僅用于特定工序,因此用量相對較少, 但由于復配類化學品除純化工藝外,還涉及到不同成分的配比問題,其研發(fā)和生 產的難度及單價通常會相對更高。
濕化學品作為對產品性能、可靠性、成品率有直接影響的關鍵性材料,通常要求 超凈、高純,對于金屬雜質、顆粒數(shù)等都有嚴苛的要求。按照 SEMI 標準,濕化 學品通??捎傻偷礁叻譃?G1-G5 五個等級,對于金屬雜質、顆粒數(shù)等的要求也依 次更高,而不同應用領域對于濕化學品的要求也不同,要求最高的 IC 制造領域通 常會要求達到 G4、G5 等級。7.2、半導體領域要求最高,國內需求快速增長據華經情報網數(shù)據,全球濕電子化學品市場規(guī)模 2019 年約為 53 億美元。而從應 用領域來看,濕化學品下游主要集中于半導體、顯示面板、太陽能電池等領域, 三大市場需求量合計達到 327 萬噸,依次為 134 萬噸、116 萬噸、77 萬噸。結合 SEMI 統(tǒng)計的全球半導體材料銷售額及市場結構情況,我們測算 2020 年全球半導 體領域濕電子化學品市場規(guī)模約在 25 億美元。國內濕電子化學品市場規(guī)模約百億元,而從下游應用結構來看,我國顯示面板領 域濕電子化學品需求量最高,其后依次為半導體、太陽能電池領域,與全球市場 結構略有不同,主要是由于我國顯示面板產業(yè)技術和規(guī)模較為成熟,同時已有較 多濕化學品生產廠商可滿足面板客戶要求,而半導體領域要求更高、仍有待進一 步突破。半導體領域,濕電子化學品的使用幾乎貫穿整個芯片制造過程,硅片加工、晶圓 制造、封裝測試等主要環(huán)節(jié)都有所應用。就用量最多的晶圓制造環(huán)節(jié)而言,以工 藝步驟最多之一的清洗工序為例,根據清洗雜質及污染物的區(qū)別需要用到過氧化 氫、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等不同的清洗劑;而蝕刻工序根據蝕刻對 象的差異也要用到鋁蝕刻液、銅蝕刻液、硅蝕刻液等成分比例不同的化學品;再 如尤為關鍵的光刻工藝,除了備受的光刻膠材料外,還需要用到顯影液、剝離液 等濕化學品作為光刻膠配套試劑,根據光刻精度以及所用光刻膠的區(qū)別,同樣規(guī) 格和種類眾多。此外,硅片加工的清洗和后道封測的清洗、濺射、黃光、蝕刻等 工藝環(huán)節(jié)也都需要用到濕化學品。

晶圓制造工序眾多,空氣、水、化學試劑、設備、器具、工作環(huán)境、操作人員等 各種因素都可能會帶來污染物,污染物超過限度便可能使 IC 產品發(fā)生表面擦傷、 圖形斷線、短路、針孔等現(xiàn)象,影響產品性能和使用壽命甚至使產品報廢。IC 產 品本身極高的精細程度決定了其對于污染物的容忍度極低,因此對濕電子化學品 的要求最為嚴苛,且隨著制程的微縮,其要求越來越高。據新材料在線數(shù)據,我國晶圓制造用濕電子化學品中用量較大的有硫酸、雙氧水、 顯影液、氨水,用量占比約在 31%、29%、10%、8%,其中硫酸、雙氧水、氨水 較多用于清洗工藝,此外氫氟酸、蝕刻液、硝酸、異丙醇、剝離液等在晶圓制造 中也有較大用量。7.3、海外龍頭壟斷,國產替代空間巨大前文已述,濕電子化學品通常要求是超凈、高純,對顆粒數(shù)、雜質等都有極為嚴 苛的參數(shù)標準,因此企業(yè)需要對分離技術、純化技術、混配技術以及與生產配套 的分析檢驗技術、環(huán)境處理和監(jiān)測技術等有良好的掌握。同時,由于濕化學品具 有較高專用性、品種極多,不同濕化學品在材料屬性、生產工藝、功能原理方面 不盡相同,因此更進一步加大了企業(yè)實現(xiàn)全面布局的難度。除本身的生產難度外,濕電子化學品還存在著較高的客戶認證壁壘,等級要求越 高的領域越是如此。由于濕化學品對于產品性能、良率有著直接重大影響,一旦 在純度、功能性等方面不達要求很容易影響產線生產情況,同時濕化學品本身在 制造成本中占比很小,客戶缺乏動力更換供應商,因此認證及進入壁壘很高。目前濕電子化學品市場主要是以歐美和日本等海外廠商占比較高,巴斯夫、霍尼 韋爾、三菱化學、住友化學等龍頭廠商本身都是體量龐大、業(yè)務繁雜的老牌化工 大廠,擁有深厚的技術底蘊,與下游半導體制造業(yè)發(fā)展幾乎保持同一步調,占據 了較高的市場份額,高端市場更是基本由這些廠商占據。

國內廠商起步相對較晚,技術水平與世界領先水平仍有一定差距,處于持續(xù)追趕 階段,但一批優(yōu)質廠商如江化微、晶瑞電材、格林達等不斷實現(xiàn)突破,在個別細 分領域已接近國際領先水平。目前國內低端應用領域已基本可實現(xiàn)國產替代,如 太陽能電池領域濕化學品基本由內資企業(yè)供應,而面板產線尤其是低世代產線中 內資企業(yè)的市占率也已相當之高,但在部分高端領域如高世代線面板產線和 IC 制 造產線中,國產廠商則仍有較大的替代空間。自主可控重要性凸顯,國產替代加速推進。在當前外部環(huán)境不確定的背景下,各 領域自主可控的重要性顯著提升,尤其是 IC 領域極具代表性,終端廠商紛紛開始 加速推進國產替代,對國產供應商的采用意愿明顯增強,為之提供寶貴的驗證與 試錯機會,而面板領域同樣有國產替代以及降成本和本土化供應訴求,國產廠商 正面臨著良好的發(fā)展機遇,優(yōu)質廠商有望實現(xiàn)份額快速提升。 具體來看,江化微等國內廠商逐漸在硫酸、雙氧水、氨水等濕化學品領域具備 G4、 G5 等級產品的量產能力,隨著在下游面板客戶高世代線以及 IC 客戶產線逐漸驗 證通過并量產,未來份額提升空間及業(yè)績彈性巨大。7.4、國產優(yōu)質濕電子化學品廠商梳理7.4.1、江化微:G5 等級產品投產,新基地產能持續(xù)釋放江化微為國內濕電子化學品行業(yè)領先廠商,業(yè)務規(guī)模居于國內最前列,同時也是 國內產品品種最齊全、配套能力最強的濕電子化學品企業(yè)之一。公司作為多年專注于濕電子化學品產業(yè)的廠商,江陰基地已量產產品等級涵蓋 SEMI 標準 G1-G4 級別,在國內處于較領先水平,能滿足多領域客戶替代需求,而鎮(zhèn)江基地也已投 產,部分產品等級將進一步提升至 G5 等級,進一步追趕全球領先水平。 公司超凈高純試劑類產品在半導體、面板、太陽能電池領域客戶得到高度認可, 是京東方、熊貓等多家知名面板廠商部分產線的主要供應商,在半導體領域除硅 片加工和后道封裝外,在晶圓制造環(huán)節(jié)也成功打進了部分 8 英寸及以下產線和 12 英寸功率器件產線并占據重要份額;而光刻膠配套試劑類產品則逐步有更多產品 在面板客戶得到更多采用,在長電科技等半導體客戶部分產線也有大量應用。相 比國內同行來說,江化微已有極為優(yōu)質的廣泛客戶基礎和較為領先的市場份額, 在國產替代加速推進背景下受益程度較深。技術能力逐步突破,新基地投產釋放增長新動能。公司原有基地位于江陰本部, 經過一期及技改、IPO 募投二期項目依次建設投產后,江陰基地現(xiàn)有產能約為 9 萬噸/年,產品最高等級為 G4。而公司四川、鎮(zhèn)江(一期)兩大基地也已相繼投 產,公司部分可生產產品最高等級提升為 G5,進一步打開公司成長瓶頸。 四川基地規(guī)劃為年產 6 萬噸電子化學品及 3.2 萬噸電子化學品再生項目,產品主 要為 G2/G3 等級,面向西南地區(qū)的高世代液晶面板及 OLED 面板客戶,可更好就 近配套客戶,進一步增強客戶體驗及粘性,且再生項目的建設有助于公司改善成 本,提升產品競爭力。鎮(zhèn)江基地規(guī)劃產能為 22.8 萬噸/年,其中一期 5.8 萬噸/年已經投產。該基地專門為 半導體客戶布局,產品等級達到 G4/G5 級別,可滿足 8 到 12 英寸、16/14/10nm 制程晶圓制造需求。鎮(zhèn)江基地的建設投產,意味著公司在高端領域進一步突破, 能夠覆蓋的領域和客戶進一步擴大,打開了公司長期成長空間。

7.4.2、晶瑞電材:多產品實現(xiàn) G5 等級供應的國內領先濕電子化學品廠商前文已述,晶瑞電材是國內頂尖的光刻膠及其配套試劑廠商,同時還是國內技術 領先的濕電子化學品廠商。雙氧水、氨水、硫酸三大產品均已達到 G5 等級并批量 供應半導體客戶,尤其是拳頭產品雙氧水極具競爭力,而三大產品以外的其他產 品也普遍達到 G3/G4 水平。具體來看,公司是全球范圍內同時掌握半導體級高純雙氧水、高純硫酸、高純氨 水三項技術的少數(shù)領導者之一,同時建成了高純硫酸、高純雙氧水兩大高純電子 化學品國內最大產能。公司優(yōu)勢產品高純雙氧水打破國外技術壟斷全面實現(xiàn)國產 替代,成為幾個頭部芯片制造企業(yè)的主供應商;高純硫酸一期 3 萬噸年產能已順 利通車,正在主流客戶中密集跨線測試,已銷售合肥晶合等客戶,同時半導體級 高純硫酸二期 6 萬噸項目正在積極建設中,預計 2023 年上半年建成。
8、濺射靶材:PVD 關鍵原材料,國產廠商具有國際競爭力
8.1、濺射靶材:PVD 沉積關鍵原材料,應用廣泛空間大濺射工藝是物理氣相沉積(PVD)技術的一種,是制備電子薄膜材料的主要技術 之一,而濺射靶材正是該工藝的關鍵原材料。以晶圓制造為例,需要反復重復薄 膜沉積工藝,用于導電層、阻擋層、接觸層、介電層等的制備,薄膜沉積工藝通 常分為物理氣相沉積(PVD)技術和化學氣相沉積(CVD)技術,其中 PVD 常用 來生長鋁、銅、鈦、鉭等金屬薄膜,CVD 常用來制備氧化硅等絕緣薄膜。除鎢接觸層和銅互連層外的絕大多數(shù)金屬薄膜都是用 PVD 技術生成,而濺射則是 目前最主流的 PVD 技術。濺射是利用離子源產生的離子,在真空中經過加速聚 集,而形成高速度能得離子束流,轟擊固體表面,離子和固體表面原子發(fā)生動能 交換,使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面,被轟擊的固體是制備濺射 法沉積薄膜的原材料,稱為濺射靶材。類似地,除晶圓制造外,顯示面板、薄膜 太陽能電池等的制造過程中也都會用到濺射工藝以制備薄膜材料。濺射靶材種類和規(guī)格眾多,按形狀可以分為長靶、方靶、圓靶等;按化學成分又 可以分為金屬靶材、合金靶材、化合物靶材等,用以沉積不同的薄膜材料;而按 照下游終端應用則又可以分為半導體用、平板顯示用、太陽能電池用、信息存儲 用、電子器件用等多種類。
不同應用領域對于濺射靶材的材料和性能要求存在一定差異。如半導體芯片對于 靶材的純度和精度要求最高,技術難度也最高,通常為圓靶;而面板則要求材料 面積大、均勻性好,技術難度不如芯片但要求也很高,形狀常為長靶。據華經產業(yè)研究院數(shù)據,2020 年全球濺射靶材市場規(guī)模約 196 億美元,其中以平 板顯示領域市場規(guī)模最大,2020 年在 70 億美元左右。此外記錄媒體和光伏電池 領域占比也較大,2018 年分別在 28.6%和 18.5%左右。而半導體領域市場規(guī)模約 在 10 多億美元。8.2、半導體性能要求最高,面板市場規(guī)模最大半導體芯片是對濺射靶材的成分、組織和性能要求的最高的領域。具體來講,半 導體芯片的制作過程可分為硅片制造、晶圓制造和芯片封裝等三大環(huán)節(jié),其中, 在晶圓制造和芯片封裝這兩個環(huán)節(jié)中都需要用到金屬濺射靶材。 具體來看,半導體領域用量較多的濺射靶材主要有鉭靶、銅靶、鋁靶、鈦靶等, 其中銅靶和鉭靶多配合起來使用,分別用于生成銅導電層和鉭阻擋層,在 110nm 以下技術節(jié)點中大量使用;鋁靶和鈦靶則主要用于 8 英寸晶圓 110nm 以上技術節(jié) 點中導電層和阻擋層的制備。隨著芯片制程持續(xù)微縮,銅靶和鉭靶需求有望持續(xù) 增長,而汽車芯片等仍廣泛使用成熟制程,鋁靶和鈦靶仍有大量應用。目前薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)是最為主流的顯示面板技術,據隆華科技 公告,用于制作 TFT-LCD 面板的金屬靶材,以鋁靶、銅靶、鉬靶和鉬鈮合金靶為 主,部分平板顯示企業(yè)也會用到鈦靶、鉭靶、鈮靶、鉻靶以及銀靶等。但由于各 家企業(yè)所采用的濺射工藝不同,其所選的濺射靶材也有區(qū)別,例如,京東方用銅 靶、鋁靶、鉬靶和鉬鈮靶;韓國三星用鉬靶、鉭靶、鈦靶,但不用鉬鈮靶;中電 熊貓用銅靶、鈦靶,但不用鉬靶、鉭靶等。(報告來源:未來智庫)

8.3、海外龍頭主導,國產廠商突破情況良好高純?yōu)R射靶材作為 PVD 沉積的關鍵原材料,其純度、密度、品質等對最終的電子 器件或光學元器件的質量和性能起著重要作用。目前高端鍍膜材料產品純度一般 在 99.99%-99.9999%(即 4-6N),如純度要求最高的 IC 領域通常要達到 5N5 (99.9995%)以上,平板顯示和太陽能電池也分別要求達到 5N、4N5 以上。濺射 靶材質量對膜層性能有很大的影響,同時會影響到鍍膜的生產效率和成本,具有 較高的進入壁壘。 從產業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看,濺射靶材上游原材料為高純金屬,若金屬雜質含量過高,則 形成的薄膜無法達到使用所要求的電性能,且在濺射過程中易在晶圓上形成微粒, 導致電路短路或損壞,嚴重影響薄膜的性能。而這對金屬提純的要求極高,且提 純后往往還需配比其他金屬元素才能投入使用,這個過程中需經過熔煉、合金化 和鑄造等步驟,對配比和工藝控制都有極高要求,因此目前高純銅、高純鉭等原 材料都很大程度上由海外廠商把控,國內靶材廠商的采購容易受到限制。繼上游高純金屬原材料環(huán)節(jié)后,在濺射靶材制造環(huán)節(jié),需要進行反復的塑性變形、 熱處理,需要精確地控制晶粒、晶向等關鍵指標,再經過焊接、機械加工、清洗 干燥、真空包裝等工序,工序繁多且精細,工序流程管理及制造工藝水平將直接 影響到濺射靶材的質量和良品率。 目前全球濺射靶材具有規(guī)?;a能力的企業(yè)較少,主要是日礦金屬、霍尼韋爾、 東曹、普萊克斯等日美廠商主導,這些龍頭廠商較早涉足該領域,技術積累深厚、 專利布局完善,且不斷進行垂直整合和橫向擴張,同時掌握金屬提純和濺射靶材 制造能力。而韓國、新加坡、中國臺灣地區(qū)等在磁記錄和光學薄膜領域有所特長, 但大多缺少核心技術及裝備,核心材料靶坯依賴美日進口。我國濺射靶材產業(yè)起 步較晚,整體技術和規(guī)模與全球龍頭相比仍有較大差距,尤其是在半導體、平板 顯示等中高端領域有著巨大的替代空間。

國內已有部分優(yōu)質供應商在細分領域取得突破,如江豐電子在半導體領域打進臺 積電產線,隆華科技等在平板顯示領域有所建樹,雖然一定程度上同樣存在著核 心材料和裝備依賴海外廠商、產業(yè)化容易受人限制的情況,但隨著技術提升和產 能擴充,整體上面臨著巨大的份額提升機會。 下游客戶紛紛加速推進自主可控,國產供應商迎發(fā)展良機。在當前外部環(huán)境不確 定的背景下,各領域自主可控的重要性顯著提升,尤其是 IC 領域極具代表性,終 端廠商紛紛開始加速推進國產替代,對國產供應商的采用意愿明顯增強,為之提 供寶貴的驗證與試錯機會。而面板領域京東方和華星光電等國產廠商行業(yè)地位快 速崛起,同樣有國產替代以及降成本和本土化供應訴求,國產廠商正面臨著良好 的發(fā)展機遇,細分龍頭有望實現(xiàn)份額快速提升。8.4、國產優(yōu)質濺射靶材廠商梳理8.4.1、江豐電子:半導體靶材全球領先,持續(xù)完善上游原材料布局江豐電子作為技術積累深厚的國內濺射靶材龍頭,技術水平處于全球領先地位。 從技術壁壘最高的半導體領域來看,公司 300mm 晶圓用鋁、鈦、鉭、銅等靶材產 品已批量應用于 90-7nm 技術節(jié)點,其中鉭靶材及環(huán)件在臺積電 7nm 量產,且應用于 5nm 節(jié)點的部分產品也已獲客戶評價通過并量產,整體上與下游 IC 制造最 先進節(jié)點的演進保持同步,在全球范圍內能實現(xiàn)這點的廠商也是屈指可數(shù)。 而在面板領域,公司 LCD 用平面鋁靶、銅靶、鉬靶及管狀銅靶在 G4.5-G11 世代 線通過客戶驗證并實現(xiàn)量產,實現(xiàn)了對最高世代 LCD 面板產線的覆蓋。因此公司 在半導體和面板等領域都具備了基本可以實現(xiàn)國產替代的能力,有望充分受益、 實現(xiàn)份額快速提升。同時,由于上游高純金屬材料對于濺射靶材產品至關重要,倘若依賴于海外進口, 對應濺射靶材的產業(yè)化及產能規(guī)模都會受人掣肘。公司很早便對高純金屬進行布 局,通過子公司/聯(lián)營公司等方式持續(xù)推進自主可控,目前高純鋁、高純鈦的進口 依賴程度已經很低,鉭材料的自主化也已實現(xiàn)明顯突破,盈利能力預計會逐步改 善,銅材料自研也在有序攻克中,將有效解決此前銅靶受制于原材料而規(guī)模較小 的問題,未來三年有望迎來快速放量。原材料的自主化是公司的重要競爭力所在, 有效解決了被海外廠商卡脖子的問題,同時能保持良好的成本優(yōu)勢。公司此前收入結構中半導體領域占比高達 80%以上,這與公司策略有關,在早期 資金和研發(fā)資源有限的情況下,先行選擇技術壁壘最高的半導體領域進行突破, 填補國內空白,然后再向市場規(guī)模更大、技術難度相對更低的面板領域拓展,目 前已實現(xiàn)鋁靶、銅靶、鉬靶等產品量產,客戶也已實現(xiàn)對京東方、華星光電等國 內龍頭的覆蓋,但整體份額還相對較小。 公司 2020 年平板顯示用靶材產量約 1134.7 噸,2021 年擬募資 5.2 億元實行惠州 基地和武漢基地項目建設進行擴產。兩大基地可就近配套臨近面板產線,達產后 預計將分別新增 1847.1 噸和 2102.8 噸,按公司公告的工時產能算則是在原有 6.48 萬工時基礎上增加 24.3 萬工時,同比增長 375%。達產后預計公司此前產能瓶頸 的問題將得到有效解決,未來在面板領域的份額有望快速提升。

同時,作為國產替代先鋒,公司在半導體用濺射靶材產能上也將大幅擴充,實現(xiàn) 份額提升。當前半導體領域自主可控重要性凸顯,IC 制造客戶紛紛加速采用國產 供應商的產品,而公司作為產品打進臺積電先進節(jié)點產線的國內廠商,毫無疑問 是半導體用濺射靶材國產替代的首選。公司擬定增募資不超過 16.52 億元,用于 IC 用濺射靶材擴產,建成后將實現(xiàn)年產鋁、鈦、鉭等靶材 5.2 萬個以及銅靶 1.8 萬 個,打破原有產能瓶頸、實現(xiàn)份額快速提升。此外,公司較早便開啟了零部件業(yè)務的戰(zhàn)略布局,并逐漸迎來收獲期。公司布局 半導體零部件品類眾多,產品包括 PVD 機臺用 Clamp Ring、Collimator,CVD 及 etching 機臺用 face plate、shower head 等,CMP 用金剛石研磨片、Retaining Ring 等,此外 CVD 腔室等產品也已量產??蛻舴矫?,公司產品主要面向半導體設備制 造廠商和 IC 制造企業(yè)兩大類客戶,憑借強大的產品性能和與原有業(yè)務相通的客戶 圈積累,公司已實現(xiàn)產品在諸多優(yōu)質客戶的量產,業(yè)務迎來快速增長。(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)精選報告來源:【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站


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