半導(dǎo)體材料框架：詳解七大芯片材料

半導(dǎo)體材料框架：詳解七大芯片材料材料和設(shè)備是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基石，一代技術(shù)依賴于一代工藝，一代工藝依賴一代材料和設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。半導(dǎo)體材料處于整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)，對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展起著重要支撐作用，具有產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、細(xì)分行業(yè)多、技術(shù)門(mén)檻高、研發(fā)投入大、研發(fā)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。半導(dǎo)體材料行業(yè)又因其具有極大的附加值和特有的產(chǎn)業(yè)生態(tài)支撐作用而往往成為國(guó)家之間博弈的籌碼。全球晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)背景下，中國(guó)大陸作為晶圓制造產(chǎn)能的新興領(lǐng)域，將進(jìn)一步拉動(dòng)上游半導(dǎo)體材料需求。半導(dǎo)體材料在晶圓制造過(guò)程中的應(yīng)用：種類繁多的芯片生產(chǎn)所需材料構(gòu)成了半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)。在半導(dǎo)體整個(gè)生產(chǎn)周期中，半導(dǎo)體材料雖處于產(chǎn)業(yè)鏈上游，但從晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)角度看，半導(dǎo)體材料采購(gòu)是在晶圓廠建設(shè)完工并下達(dá)訂單后開(kāi)始進(jìn)行，因此半導(dǎo)體材料屬于半導(dǎo)體周期偏后的環(huán)節(jié)。按應(yīng)用環(huán)節(jié)劃分，半導(dǎo)體材料主要分為制造材料和封裝材料。晶圓制造主要材料包括硅片、光掩模、光刻膠、光刻膠輔助材料、濕電子化學(xué)品、拋光材料、電子特氣、拋光材料、靶材及其他材料。封裝材料包括：引線框架、封裝基板、陶瓷基板、鍵合絲、包裝材料及芯片粘接材料等。其中，硅片和光掩模版占半導(dǎo)體材料總成本接近50%：01

硅片半導(dǎo)體硅片在產(chǎn)業(yè)鏈中位于晶圓上游，按加工程度可分為研磨片、拋光片和外延片。硅研磨片是指對(duì)硅單晶錠進(jìn)行切割、研磨等加工得到的厚度小于1mm的圓形晶片，是制作硅拋光片及硅外延片的中間產(chǎn)品，也可以用于制作分立器件芯片。硅拋光片由硅研磨片經(jīng)過(guò)后續(xù)拋光、清洗等精密加工而成，主要應(yīng)用于集成電路和分立器件制造。硅外延片是指在硅單晶襯底上外延生長(zhǎng)一層或多層硅單晶薄膜的材料，用于制造半導(dǎo)體分立器件和集成電路。當(dāng)前全球市場(chǎng)主流的產(chǎn)品是200mm（8寸）、300mm（12寸）直徑的半導(dǎo)體硅片，下游芯片制造行業(yè)的設(shè)備投資也與200mm和300mm規(guī)格相匹配。200mm及以下半導(dǎo)體硅片的需求主要來(lái)源于功率器件、電源管理器、非易失性存儲(chǔ)器、MEMS、顯示驅(qū)動(dòng)芯片與指紋識(shí)別芯片等。300mm（12寸）半導(dǎo)體硅片的需求主要來(lái)源于存儲(chǔ)芯片、圖像處理芯片、通用處理器芯片、高性能FPGA與ASIC，終端應(yīng)用主要為智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)、云計(jì)算、人工智能、SSD等較為高端領(lǐng)域。從2008年起，12寸半導(dǎo)體硅片逐漸成為核心產(chǎn)品，產(chǎn)量呈明顯增長(zhǎng)之勢(shì)。半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)高度集中，海外廠商占據(jù)主導(dǎo)地位。全球Top5半導(dǎo)體硅片企業(yè)（信越化學(xué)、SUMCO、環(huán)球晶圓、Siltronic、SKSiltron）市場(chǎng)份額合計(jì)高達(dá)94%。8寸片國(guó)內(nèi)供應(yīng)商有滬硅產(chǎn)業(yè)、中環(huán)股份、立昂微、中欣晶圓等；12寸片的供應(yīng)商有滬硅產(chǎn)業(yè)、立昂微、中環(huán)股份等。滬硅產(chǎn)業(yè)硅片全系列布局，12寸片已進(jìn)入中芯國(guó)際供應(yīng)鏈；立昂微重點(diǎn)布局功率領(lǐng)域重?fù)剑簧窆す煞葑鳛閲?guó)內(nèi)硅料龍頭，重點(diǎn)布局8寸輕摻。國(guó)內(nèi)硅片布局企業(yè)還包括眾合科技、中晶科技、揚(yáng)杰科技、有研半導(dǎo)體、上海合晶、金瑞泓和南京國(guó)盛等。SUMCO公告顯示，2022-2026年半導(dǎo)體硅片長(zhǎng)期協(xié)議價(jià)將調(diào)漲，全球硅片緊缺或?qū)⒅辽俪掷m(xù)到2023年末。12寸硅片后市展望：缺貨漲價(jià)延續(xù)資料來(lái)源：SUMCO公告，信越化學(xué)公告02

光掩模版掩膜版是微電子制造中光刻工藝所使用的圖形母版。通過(guò)光刻制版工藝，將微米級(jí)和納米級(jí)的精細(xì)圖案刻制于掩膜基板上制作成光掩膜版。光掩膜版的功能類似于傳統(tǒng)照相機(jī)的底片，用光刻機(jī)在原材料上刻蝕出相應(yīng)的圖形，把不需要的金屬層和膠層洗去，即得到成品。光掩膜基板的生產(chǎn)完成后，進(jìn)入光掩模版制造商，在玻璃基板基礎(chǔ)上進(jìn)行研磨、拋光、鍍鉻、涂膠等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要較高的技術(shù)門(mén)檻，而后才能成為合格的電子元器件。光掩膜產(chǎn)業(yè)鏈：半導(dǎo)體光掩模競(jìng)爭(zhēng)格局整體為美日龍頭企業(yè)主導(dǎo)，行業(yè)集中度較高。全球前三大半導(dǎo)體光掩模廠商分別為美國(guó)?？四崴?、大日本印刷和日本凸版印刷，合計(jì)占據(jù)半導(dǎo)體掩膜版80%以上的市場(chǎng)份額。由于各大廠對(duì)于光掩模的生產(chǎn)技術(shù)實(shí)行較為嚴(yán)格的封鎖，半導(dǎo)體光掩模市場(chǎng)尤其是精密加工領(lǐng)域壟斷嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)如無(wú)錫華潤(rùn)、無(wú)錫中微能生產(chǎn)0.13μm以上的光掩模，而對(duì)于HTM、GTM、PSM等光掩模幾乎都依賴進(jìn)口。清溢光電是國(guó)內(nèi)成立最早、規(guī)模最大的光掩膜生產(chǎn)企業(yè)之一。其深圳工廠當(dāng)前的半導(dǎo)體芯片用掩膜版量產(chǎn)能力在0.25um工藝水平，并預(yù)計(jì)未來(lái)量產(chǎn)能力由0.25um提升至0.13um工藝的量產(chǎn)能力。菲利華是國(guó)內(nèi)首家具備生產(chǎn)G8代大尺寸光掩膜版基材能力的企業(yè)，目前已推出從G4到G8代的系列產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)唯一可以生產(chǎn)大規(guī)格光掩膜基板的企業(yè)。但是目前國(guó)內(nèi)光掩?；瀹a(chǎn)業(yè)鏈沒(méi)有打通，菲利華產(chǎn)品需在日韓經(jīng)過(guò)精磨、鍍膜等精加工流程后，才能返回國(guó)內(nèi)光掩膜版廠商進(jìn)行光刻。

03

光刻膠光刻膠可分為半導(dǎo)體光刻膠、平板顯示光刻膠和PCB光刻膠，其技術(shù)壁壘依次降低。目前半導(dǎo)體光刻膠國(guó)產(chǎn)技術(shù)較國(guó)外先進(jìn)技術(shù)差距最大。全球光刻膠市場(chǎng)主要被JSR、東京應(yīng)化、杜邦、信越化學(xué)、住友及富士膠片等制造商所壟斷，尤其是在半導(dǎo)體光刻膠的高端的KrF和ArF領(lǐng)域，市場(chǎng)集中度更高。半導(dǎo)體光刻膠國(guó)產(chǎn)化率較低，g/i線光刻膠國(guó)產(chǎn)化率約為20%，KrF光刻膠低于5%，ArF光刻膠幾乎依靠進(jìn)口。當(dāng)前國(guó)內(nèi)光刻膠企業(yè)多分布在技術(shù)難度較低的PCB光刻膠領(lǐng)域，占比超9成，而技術(shù)難度最大的半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)僅有彤程新材（北京科華）、華懋科技（徐州博康）、南大光電、晶瑞電材和上海新陽(yáng)等少數(shù)幾家。資料來(lái)源：南大光電，Techcet，方正證券國(guó)內(nèi)光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈上下游布局相關(guān)廠商還包括雅克科技、永太科技、江化微、芯源微、七彩化學(xué)、萬(wàn)潤(rùn)股份、世名科技、華特氣體、新萊應(yīng)材、盛劍環(huán)境、廣信材料、八億時(shí)空、晶瑞電材、飛凱材料等。04

濕電子化學(xué)品根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，在晶圓制造材料價(jià)值組成中，濕電子化學(xué)品約占10%（包括化學(xué)試劑和光刻膠配套試劑）。濕電子化學(xué)品是微電子、光電子濕法工藝（主要包括濕法刻蝕、濕法清洗）制程中使用的各種液體化工材料。濕電子化學(xué)品按用途可分為通用化學(xué)品(超凈高純?cè)噭?和功能性化學(xué)品(以光刻膠配套試劑為代表)。濕電子化學(xué)品在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括集成電路和分立器件制造用晶圓的加工，包括前端加工與后端封測(cè)環(huán)節(jié)，其中濕電子化學(xué)品主要用于清洗、光刻和蝕刻工藝。在晶圓加工中，硫酸、雙氧水、氨水、顯影液、氫氟酸是主要的濕電子化學(xué)品，分別占32.8%、28.1%、8.3%、6%和5.9%。濕電子化學(xué)品產(chǎn)業(yè)鏈：市場(chǎng)格局方面來(lái)看，全球范圍內(nèi)從事濕電子化學(xué)品研究開(kāi)發(fā)及大規(guī)模生產(chǎn)的廠商主要集中在美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)以及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)。目前，8英寸晶圓制造多使用G3、G4等級(jí)濕電子化學(xué)品，由于加工方式發(fā)生改變，12英寸晶圓對(duì)濕電子化學(xué)品的等級(jí)提出了更高的要求，普遍需要G4-G5等級(jí)。國(guó)內(nèi)濕電子化學(xué)品達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)且具有一定規(guī)模生產(chǎn)能力的企業(yè)中，技術(shù)水平多集中在G3以下（國(guó)產(chǎn)化率為80%），G3及以上的濕電子化學(xué)品國(guó)產(chǎn)化率僅為10%左右，極少數(shù)企業(yè)個(gè)別產(chǎn)品達(dá)到G4級(jí)別，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊。國(guó)內(nèi)廠商中，江化微的濕電子化學(xué)品已成功導(dǎo)入多家12英寸半導(dǎo)體晶圓廠，穩(wěn)步提升國(guó)產(chǎn)化水平。晶瑞電材的雙氧水、硫酸、氨水產(chǎn)品符合SEMIG5標(biāo)磚，半導(dǎo)體用量最大的高純濕化學(xué)品將整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，主導(dǎo)產(chǎn)品已獲中芯國(guó)際、華虹宏力、長(zhǎng)江存儲(chǔ)、士蘭微等國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體客戶的采購(gòu)。濕化學(xué)品主要廠商還包括格林達(dá)、巨化股份、光華科技、新宙邦、興發(fā)集團(tuán)、多氟多、安集科技、雅克科技、飛凱材料、中巨芯等。主要半導(dǎo)體材料廠商產(chǎn)品及在研發(fā)情況：資料來(lái)源：SEMI、廣發(fā)證券、行行查05

電子特氣

電子特氣屬于工業(yè)氣體的重要分支，是電子工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)和支撐性材料之一，其使用穿透半導(dǎo)體制造的整個(gè)過(guò)程。電子特氣市場(chǎng)進(jìn)入壁壘較高，行業(yè)具有高度集中的特點(diǎn)，海內(nèi)外市場(chǎng)皆被國(guó)際巨頭瓜分。全球電子特氣市場(chǎng)目前主要被四大巨頭占據(jù)，分別為美國(guó)空氣化工、德國(guó)林德、法國(guó)液化空氣和日本太陽(yáng)日酸，合計(jì)占據(jù)總市場(chǎng)份額的94%，各龍頭企業(yè)勢(shì)均力敵。海外龍頭企業(yè)電子特氣生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)均高于國(guó)際規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格封鎖，具有較高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)企業(yè)起步較晚，受限于技術(shù)壁壘和客戶認(rèn)證壁壘，所占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額僅為12%，進(jìn)口制約較為嚴(yán)重。近年來(lái)國(guó)內(nèi)電子特氣國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程加快，以華特氣體、金宏氣體、雅克科技、中船重工和南大光電為首的企業(yè)在不同種類氣體領(lǐng)域皆有突破。華特氣體是國(guó)內(nèi)唯一通過(guò)ASML光刻氣認(rèn)證的企業(yè)，主要包括一些含氖特氣；中船重工以三氟化氮和六氟化鎢見(jiàn)長(zhǎng)；金宏氣體提供液態(tài)二氧化碳、超純氨等。06

CMP拋光材料

CMP拋光材料包括拋光液（占整個(gè)拋光材料比例約50%）、拋光墊和鉆石碟。對(duì)于邏輯芯片，制程的縮小意味著光刻次數(shù)和刻蝕次數(shù)增加，也帶動(dòng)CMP工藝步驟數(shù)增加。7nm制程需要30次CMP工藝步驟，較14nm制程大幅提升。對(duì)于存儲(chǔ)芯片，隨著2DNAND向3DNAND轉(zhuǎn)變，CMP的工藝步驟幾乎翻倍，帶動(dòng)了鎢拋光液及其他拋光液需求的持續(xù)快速增長(zhǎng)CMP國(guó)產(chǎn)化率較低，安集科技掌握拋光液核心技術(shù)；鼎龍股份主攻拋光墊。07

靶材靶材是沉積薄膜的重要原料，主要應(yīng)用于面板顯示、半導(dǎo)體、磁記錄薄膜、太陽(yáng)能領(lǐng)域，其中應(yīng)用于半導(dǎo)體的靶材純度要求最高。半導(dǎo)體用金屬靶材主要包括超高純鋁靶、鈦靶、鉭靶等。全球半導(dǎo)體靶材