导读
伴随着半导体产业下游AI、5G、IOT应用等的不断增加，以及国内政策和资金的大力支持，国内8寸及12寸产能将逐步释放，可预期的下游产能将支持国内半导体材料市场规模进一步扩大，进口替代的进展也将加快。在整个半导体材料进口替代的进程中，国内有望诞生一批领先的半导体材料公司。
01 半导体市场产业链
半导体主要由四成部分组成：集成电路(约84%)， 光电器件(约8%)，分立器件(约5%)，传感器(约3%)，因此通常将半导体和集成电路等价。集成电路按照产品种类又主要分为四类：存储器(约35%)、逻辑器件(约23%)，微处理器(约14%)，模拟器件(约12%)。根据WSTS数据，2018年全球半导体市场为4688亿美元，集成电路、光电子器件、分立器件和传感器的全球市场规模分别为3933亿美元、380亿美元、241亿美元和134亿美元。
在整个半导体产业链中，产业链包括设计、制造、封测等环节。IC设计类企业以贴近市场用户需求为起点，辅助以上游设备、材料等基础性环节支撑，经历制造与封装，为市场提供多样化产品。整个产业附加值呈现微笑曲线走势，其中封测附加值相对较低，而IC设计制造、材料设备呈现较高附加值，整个产业链利润分配格局呈现两端高、中间低的微笑曲线分布。
02 行业现状
从半导体产业链下游需求端的历史发展进程来看，先后经历了PC及大型机周期、笔记本家电周期、智能手机周期。进入2016年开始，随着汽车电子、IOT需求端的崛起，半导体产业已迎第四波繁荣周期。在此背景下，对于国内的半导体产业而言，面临如下发展趋势与机遇：包括行业景气周期、摩尔定律接近失效、产业链转移趋势形成、进口依赖倒逼国产化等特点。
同时自2000年以来，政府对于集成电路产业的政府扶持力度不断加码，其中尤以2014年6月公信部公布的《国家集成电路产业发展推进纲要》足具历史代表性。国家半导体发展政策的密集出台，叠加国家大基金等国家资金与社会资本的支持，国内半导体领域的发展提速明显。据工业和信息化部统计 ，2018年中国集成电路产业销售额6531.4亿元，同比增长20.7%。
基于国家宏观的战略支持，截止 2020年8月底，本文综合统计了国内A股资本市场半导体领域106家企业，包含了设备（11）、材料（36）、设计（34）、封测（6）、分立器件（12）、制造（2）、IDM（2）、分销（2）等。
根据A股半导体产业各上市公司2019年年报显示，半导体各环节领域上市企业的营收及净利润增速明显。从上市公司数量看，设计公司与材料公司数量最多，这与产业链所处位置有强关系，同时面临分散化的市场。同时受益于国内加大IC固定资产投资，2019年设备板块增幅远高于其他产业环节，凸显出了强劲的市场需求。除封测外的各产业环节公司平均毛利率超过30%，ROE也同样达到9%。从企业成立到登陆资本市场，企业平均上市周期超过10年，说明半导体企业需要足够长的时间积累和发展，这对于资金投入方提出了更为苛刻的要求，同时科创板的推出必然缩短相关产业公司的时间。（数据来源：wind，样本数量106）
03 半导体材料市场
由于半导体材料公司的耗材属性和公司数量众多，本文接下来将聚焦材料领域。半导体材料主要包括前端制造材料和后端芯片封装材料。2018年全球半导体制造材料市场规模为330.18亿美元，同比增长17.14%；全球半导体封装测试材料市场规模预计为197.01亿美元，同比增长3.02%。我国半导体材料占全球市场比例约16%，且以封装材料为主，2017年国产半导体材料销售额约281.7亿元，其中国产封装材料销售额约116.4亿元，国产化率29.3%。预计到2020年国内晶圆制造材料市场规模将达到40.9亿美元（280亿）；封装材料市场规模将达到66.5亿美元（460亿）。
IC材料以应用环节划分，包括制造材料和封装材料。主要制造材料包括：硅片（硅基材料）、光刻胶及配套试剂、高纯试剂、电子气体、抛光材料、靶材、掩膜板等；主要的封装材料包括：引线框架、封装基板、陶瓷基板、键合丝、包装材料及芯片粘接材料等。其中电子特种气体、湿电化学品等耗材国产化率超过20%。而在硅片、光掩膜板、IC光刻胶、CMP抛光材料等耗材领域国产化率不足5%。
整个半导体材料领域，行业周期性极强，硅片由于是重资产投入，使得其大宗商品属性明显；其次，细分子行业散而多，湿电化学、特种气体、光刻胶等品类繁多，每种材料有近百种具体产品演化；此外该领域技术密集且资金密集、下游客户粘性强，开拓新客户时试错成本高昂；从全球半导体材料巨头看，综合性化工巨头更易在工艺及产业链上获得成功。
具体深入到IC材料产业链，首先硅是生产半导体所用的载体，是半导体最重要的上游原材料，制造路径上由高纯度硅经过进一步提纯变为纯度达到9-11个9的超纯多晶硅硅片。按照演进过程可分为三代：以硅、锗等元素半导体材料为代表的第一代；以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）等化合物材料为代表的第二代；以及以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带半导体材料为代表的第三代。
按照尺寸分类，半导体硅主流的产品是200mm、300mm直径的半导体硅片，现已发展到18英寸（450mm），但成本较高。6-8英寸硅片用于功率半导体、微控制器，12英寸（300mm）硅片用于生产逻辑芯片和存储芯片（NAND、DRAM）。
由于尺寸越大的硅片制造的芯片数目越多，且利用率更高，大尺寸硅片成为未来发展趋势，2018年12英寸硅片全球市场份额预计为68.9%，到2021年占比预计提升至71.2%。全球半导体硅片主流供应厂商毛利率维持在25%-37%之间，历史平均在30%左右。近年来毛利率最高点在2018年，主要因为2018年由全球硅片供应紧缺，下游需求提升所致。
硅片生产线的建设周期一般为2-3年，投资回收期约为6-7年。根据电子行业协会统计，国内8英寸-12英寸的大硅片自供率仍然比较低，国内具有8英寸硅片和外延片生产能力已有多家，但12英寸硅片一直依赖于进口，2018年沪硅产业12寸晶圆实现规模化销售，国内在制作大硅片的超纯硅原料、单晶炉、切磨抛设备、检测设备等领域均依赖于进口。
面对国内巨大需求，国内积极布局大硅片生产。截至目前，公布的大硅片项目已超过20个，其中8寸晶圆在建产能合计投资1000亿；12寸晶圆在建产能合计投资1.45万亿；到2023年12英寸硅片总规划产能合计超过650万片/月。
国内半导体大硅片月需求/产能（单位:万片）
来源：2018年中国集成电路产业发展研讨会
国内硅片建设热潮不断涌现，仅从产能数据来看，8寸晶圆总产能已超下游需求，2020年后12寸晶圆总产能同样超过需求端，若全部顺利达成存在产能过剩风险。但目前国内12英寸硅片仍几乎百分之百依赖进口，8英寸硅片本土化率仅为20%。国内企业产能实质投产进度取决于设备调试及工艺良率的提升速度。
特种气体，是在特定领域中在纯度、品种、性能等方面有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气，在半导体晶圆制造工艺中，通常统称为高纯特种气体或高纯电子级气体。根据中国工业气体工业协会统计，目前集成电路生产用的特种气体，我国能生产约20%的品种，其余均依赖进口。目前我国国内企业所能批量生产的特种气体仍主要集中在集成电路的清洗、蚀刻、光刻等工艺环节，对掺杂、沉积等工艺的特种气体仅有少部分品种取得突破。
特种气体的主要生产工序包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气体分析检测。集成电路制造技术的不断提升，对气体纯度的要求越来越高，部分气体需要经过进一步纯化处理，在先进制程的集成电路制造过程中，气体纯度要求通常在 6N （99.9999%）以上。
特种气体提纯是制备工艺的核心技术壁垒，特种气体纯度的提高，能够有效提高电子器件生产的良率和性能，其中核心技术包括气体分离和提纯、气体杂质检测和监控、气体运输和储存等。IC制造中电路线宽已经从最初的毫米级，到微米级甚至纳米级，对应用于半导体生产的电子特气纯度亦提出了更高的要求。
电子特气方面，我国半导体用电子特气国产化率提升明显，其中中船重工718所、绿菱电子、华特气体等均在12英寸晶圆用产品上取得了突破，并且实现了稳定的批量供应。
掩膜板是IC制造过程中的图形“底片”转移用的高精密工具，是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体，功能类似于传统照相机的“底片”。
掩膜板厂商根据客户所需要的图形，用光刻机在原材料上光刻出相应的图形，将不需要的金属层和胶层洗去，即得到掩膜板产成品。掩膜板的原材料掩膜板基板是制作微细光掩膜图形的感光空白板。通过光刻制版工艺，将微米级和纳米级的精细图案刻制于掩膜板基板上制作成掩膜板。
掩膜板根据其材质根据需求不同，可选择不同的玻璃基板。目前随着工艺技术的精进，以具有低热膨胀系数、低钠含量、高化学稳定性及高光穿透性等特质的石英玻璃为主流，在其上镀有约100nm的不透光铬膜作为I作层及约20nm的氧化铬来减少光反射，增加工艺的稳定性。
国内从事光掩膜板研究生产的内资企业主要有路维光电、清溢光电等，产品主要应用于平板显示、触控行业和电路板行业，用于集成电路制造的高端光掩膜板则基本依赖进口，亟待国内企业在集成电路光掩膜板重点攻克。
光刻胶是由成膜树脂、感光化合物和溶剂三种主要成分组成的具有光化学敏感性的混合液体。光刻是整个集成电路制造过程中耗时最长、难度最大的工艺，耗时占IC 制造50% 左右，成本约占IC 生产成本的1/3。
在光刻过程中，需在硅片上涂一层光刻胶，经紫外线曝光后，光刻胶的化学性质发生变化，在通过显影后，被曝光的光刻胶将被去除，从而实现将电路图形由掩膜板转移到光刻胶上。再经过刻蚀过程，实现电路图形由光刻胶转移到硅片上。在刻蚀过程中，光刻胶起防腐蚀的保护作用，同时需要配套试剂；光刻胶配套化学品是在光刻过程中配套使用的专用化学品，主要包括增粘剂、稀释剂、显影液、剥离液、清洗剂等。
光刻胶一般由4种成分组成：树脂型聚合物、光活性物质、溶剂和添加剂，核心技术参数包括分辨率、对比度和敏感度等。随着集成电路的集成度不断提高，制备光刻胶的分辨率水平由紫外宽谱逐步至g线（436nm）、i线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先进的EUV(<13.5nm)线水平。目前g线和i线光刻胶是使用量最大的光刻胶，KrF和ArF光刻胶的核心技术基本被日本和美国企业所垄断。
我国光刻胶应用结构较为单一，主要集中于PCB光刻胶、TN/STN-LCD光刻胶中低端产品，TFT-LCD、半导体光刻胶等高端产品则需要从国外大量进口。根据中国产业信息网数据，从下游市场应用结构来看，我国PCB光刻胶产值占比为94.4%，而LCD和半导体用光刻胶产值占比分别仅为2.7%和1.6%。
目前国内光刻胶的几家企业在各自细分领域取得突破，国内光刻胶布局主要有北京科华微电子、晶瑞股份（瑞红）、南大光电、上海新阳、容大感光等。
化学机械抛光技术(CMP)是集成电路制造中获得全局平坦化的一种手段，CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术来实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，从而达到晶圆表面的高度（纳米级）平坦化效应，使下一步的光刻工艺得以进行。
CMP的主要工作原理是在一定压力下及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。根据不同工艺制程和技术节点的要求，每一片晶圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道的CMP抛光工艺步骤，从而为CMP抛光材料带来了更多的增长机会。
CMP的主要检测参数包括研磨速率、研磨均匀性和缺陷量。其中抛光液的核心技术是添加剂配方，这直接决定了最终的抛光效果。根据抛光的对象不同，可以调整抛光液的配方，从而达到更好的抛光效果。目前，抛光液的配方是各个公司的核心技术，也是抛光液的技术壁垒所在。抛光垫的技术壁垒主要是沟槽的设计及提高使用寿命。沟槽使得抛光过程中的碎屑更容易流走，从而得到更为平整的硅片表面。抛光垫由于是消耗品，所以提高使用寿命能降低工艺成本。
CMP抛光材料方面，安集微电子是国内唯一能提供12英寸IC抛光液的本土供应商，公司在铜制程上有一定优势，但在更高端的STI制程上，尚没有掌握核心原材料研磨粒的制备技术；湖北鼎龙聚焦研发抛光垫，尚在进行12英寸晶圆用产品的攻关。
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电子化工材料，在半导体领域主要应用于集成电路制造过程中的清洗和腐蚀步骤，其纯度和洁净度影响着集成电路的性能及可靠性。湿化学品的制备必须严格遵守国际半导体材料和设备组织（SEMI）的标准，其中包含了对金属杂志、颗粒大小、颗粒个数、适应IC线宽范围等指标做出了规定。G1等级属于低端产品，G2属于中低端，G3属于中高端产品，G4和G5则属于高端产品。半导体制造工艺用湿电子化学品的要求最高，一般在G3级以上。
集成电路溅射工艺属于物理气相沉积（PVD）技术的一种，是利用离子源产生的离子，在真空中被加速形成告诉离子流，利用高速粒子流轰击固体表面，使得固体表面的原子脱离靶材沉积在衬底表面，从而形成薄膜。这个薄膜的形成过程称为溅射，被轰击的固体被称为溅射靶材。靶材是溅射过程的核心材料。
按生产工艺的不同，溅射靶材的制备可分为熔融铸造法和粉末冶金法。
从国内情况来看，平板显示领域溅射靶材市场占比45.15%，随着国内半导体产业的迅速发展，国内晶圆厂迎来投建高峰，半导体材料领域市场规模将得到快速增长。国内溅射靶材企业主要有江丰电子、阿石创、有研新材等。其中，江丰电子的超高纯金属溅射靶材产品已应用于世界著名半导体厂商的先端制造工艺，在7纳米技术节点实现批量供货。
靶材方面，目前国内12英寸晶圆用溅射靶材本土化率超过10%。由贵研铂业承担的云南省国际合作计划专项——“半导体器件用镍铂靶材的制备关键技术及产业化”取得重大突破，建立了生产线并取得良好经济效益。在7nm先进技术节点用溅射靶材方面，江丰电子掌握了核心技术。
04 小结
综合上述国内各产业链企业发展情况，以整个产业链分析：
1、硅片：从国内硅片建设产能数据看，总规划及在建产能已超下游需求，若全部投产未来大概率出现产能过剩。同时当下国内12英寸硅片仍几乎百分之百依赖进口，国内企业实质投产进度取决于设备调试及工艺良率的提升速度，危机并存。由于该领域属于重资本+逆周期投资，且受制于设备端、材料端、技术工艺等多种因素，需要靠规模效应与良率提升实现盈利，毛利空间在30%左右。
2、特种气体&湿电化学：市场规模较大，仅此与硅片市场，但细分产品众多，技术核心在于提纯工艺。当前国产化提升明显，市场占有率超过20%，国内参与者较多，但同时市场具备明显优势的企业尚未出现。由于产业链产品种类分散，单一品类市场空间有限，以国外IC材料巨头来看综合性化工企业具有先发优势，目前国内企业更多作为国际综合性气体公司的一级或二级供应商，进入全球产业链，未来国内企业更多需要并购来扩充产品线，进而谋求更多市场份额。
3、掩膜板：市场规模恰为IC材料行业前三的市场，当前国内从事光掩膜板研究生产的内资企业产品主要应用于平板显示、触控行业和电路板行业，用于集成电路制造的高端光掩膜板则由国外公司垄断，国内企业在该领域尚未实现有效技术攻克。
4、光刻胶：国内光刻胶市场目前在15亿左右，市场规模较小，国产化进度缓慢。但光刻胶在整个IC制造的工序占比高，属于典型不可替代的核心材料，一直被美日企业高度垄断，目前国内企业难点在于量产规模化。
5、CMP抛光材料：该材料国产化进度缓慢，国内目前主要由安集微电子与湖北鼎龙着力攻克相关技术，其中安集微能提供12英寸IC抛光液，湖北鼎龙的抛光垫尚未进入12英寸晶圆规模采购序列；在非上市公司中，企业的研发进度受制因素较多。
6、靶材：国内相关企业有限，目前主要参与者包括江丰电子、阿石创、有研新材、欧莱新材，但在上游核心高纯金属材料仍然依赖于日德进口。
伴随着半导体产业下游AI、5G、IOT应用等的不断增加，以及国内政策和资金的大力支持，国内8寸及12寸产能将逐步释放，可预期的下游产能将支持国内半导体材料市场规模进一步扩大，进口替代的进展也将加快。其中硅片作为基础材料需要资本持续投入，尤其应该持续关注国内12寸晶圆厂的产能投放节奏及良率提高进度，同时关注产能过剩的风险；特种气体及湿电化学材料国产化率已提高到20%以上，由于该领域的化工属性及产品多元化，未来投资机会应更多关注该方向上的并购整合机会；在抛光材料、光刻胶、靶材等领域市场空间较小，市场高度集中于外资企业，但由于其在集成电路中的不可替代性，应更多关注目前已在特定领域形成先发优势的企业。在整个半导体材料进口替代的进程中，国内有望诞生一批领先的半导体材料公司。
材料环节相关公司
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