半導(dǎo)體材料的中國機(jī)遇

日前，《2019年中國第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)演進(jìn)及投資價(jià)值研究》白皮書在2019世界半導(dǎo)體大會(huì)期間發(fā)布。報(bào)告指出，2018年在5G、新能源汽車、綠色照明等新興領(lǐng)域蓬勃發(fā)展以及國家政策大力扶持的雙重驅(qū)動(dòng)力下，我國第三代半導(dǎo)體材料市場(chǎng)繼續(xù)保持高速增長，總體市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到5.97億元，同比增長47.3%。

預(yù)計(jì)未來三年中國第三代半導(dǎo)體材料市場(chǎng)規(guī)模仍將保持20%以上的平均增長速度，到2021年將達(dá)到11.9億元。第三代半導(dǎo)體材料具有優(yōu)越的性能和能帶結(jié)構(gòu)，廣泛于射頻器件、光電器件、功率器件等制造，目前已逐漸滲透5G通信和新能源汽車等新興領(lǐng)域市場(chǎng)，被認(rèn)為是半導(dǎo)體行業(yè)的重要發(fā)展方向。

目前，全球70-80%的第三代半導(dǎo)體材料碳化硅產(chǎn)量來自美國。中美貿(mào)易摩擦持續(xù)發(fā)酵背景下，第三代半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化替代進(jìn)程望加速。

半導(dǎo)體材料：技術(shù)壁壘高，高端依賴進(jìn)口

半導(dǎo)體材料是指電導(dǎo)率介于金屬與絕緣體之間的材料，半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率在歐/厘米之間，一般情況下電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。半導(dǎo)體材料是制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要材料。

半導(dǎo)體材料市場(chǎng)可以分為晶圓材料和封裝材料市場(chǎng)。其中，晶圓材料主要有硅片、光掩膜、光刻膠、光刻膠輔助設(shè)備、濕制程、濺射靶、拋光液、其他材料。封裝材料主要有層壓基板、引線框架、焊線、模壓化合物、底部填充料、液體密封劑、粘晶材料、錫球、晶圓級(jí)封裝介質(zhì)、熱接口材料。

半導(dǎo)體材料自給率低

在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，由于高端產(chǎn)品技術(shù)壁壘高，國內(nèi)企業(yè)長期研發(fā)投入和積累不足，我國半導(dǎo)體材料在國際分工中多處于中低端領(lǐng)域，高端產(chǎn)品市場(chǎng)主要被歐美日韓臺(tái)等少數(shù)國際大公司壟斷，比如:硅片全球市場(chǎng)前六大公司的市場(chǎng)份額達(dá)90%以上，光刻膠全球市場(chǎng)前五大公司的市場(chǎng)份額達(dá)80%以上，高純?cè)噭┤蚴袌?chǎng)前六大公司的市場(chǎng)份額達(dá)80%以上，CMP材料全球市場(chǎng)前七大公司市場(chǎng)份額達(dá)90%。

國內(nèi)大部分產(chǎn)品自給率較低，基本不足30%，并且大部分是技術(shù)壁壘較低的封裝材料，在晶圓制造材料方面國產(chǎn)化比例更低，主要依賴于進(jìn)口。另外，國內(nèi)半導(dǎo)體材料企業(yè)集中于6英寸以下生產(chǎn)線，目前有少數(shù)廠商開始打入國內(nèi)8英寸、12英寸生產(chǎn)線。

大硅片：硅片也稱硅晶圓，是最主要的半導(dǎo)體材料，主要包括拋光片、退火片、外延片、節(jié)隔離片和絕緣體上硅片，其中拋光片是用量最大的產(chǎn)品，其他的硅片產(chǎn)品也都是在拋光片的基礎(chǔ)上二次加工產(chǎn)生的。硅晶圓片的市場(chǎng)銷售額占整個(gè)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)總銷售額的32%~40%。

硅片直徑主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸(300mm)，目前已發(fā)展到18英寸(450mm)等規(guī)格。直徑越大，在一個(gè)硅片上經(jīng)一次工藝循環(huán)可制作的集成電路芯片數(shù)就越多，每個(gè)芯片的成本也就越低。因此，更大直徑硅片是硅片制各技術(shù)的發(fā)展方向。但硅片尺寸越大，對(duì)微電子工藝設(shè)各、材料和技術(shù)的要求也就越高。

硅片具有極高的技術(shù)壁壘，全球市場(chǎng)呈現(xiàn)出寡頭壟斷的格局，日本信越和SUMCO(由三菱硅材料和住友材料Sitix分部合并而來)一直占據(jù)主要市場(chǎng)份額，雙方約各占30%左右，其他主要公司有德國Siltroni(c德國化工企業(yè)Wacker的子公司)、韓國LGSiltron、美國MEMC和***中美硅晶制品SAS四家公司。上述6家供應(yīng)商合計(jì)占據(jù)全球90%以上的市場(chǎng)份額。

目前，國內(nèi)8寸的硅片生產(chǎn)廠商僅有有研新材、金瑞泓等少數(shù)廠商，遠(yuǎn)沒有滿足國內(nèi)市場(chǎng)，12寸硅片目前基本上采用進(jìn)口，過去可以說是國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上缺失的一環(huán)。

上海新陽參股(持股27.56%)的上海新昇實(shí)現(xiàn)300毫米半導(dǎo)體硅片的國產(chǎn)化。公司自2017年第二季度開始有擋片、空片、陪片等測(cè)試片的銷售，并向中芯國際、上海華力微、武漢新芯等晶圓制造企業(yè)提供正片進(jìn)行認(rèn)證。

2018年一季度末，上海新昇300mm硅片正片通過上海華力微電子有限公司的認(rèn)證并開始銷售。2018年12月20日，上海新陽在互動(dòng)平臺(tái)上透露，上海新昇公司大硅片已通過中芯國際認(rèn)證。上海新昇2018年底月產(chǎn)能達(dá)到10萬片，2020年底前將實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)30萬片產(chǎn)能目標(biāo)，最終將達(dá)到100萬片的產(chǎn)能規(guī)模。

目前，硅片主流產(chǎn)品是12英寸，根據(jù)SUMCO的預(yù)測(cè)，300mm總需求將會(huì)從2018年的600萬片/月增加到到2021年的720萬片/月，復(fù)合增速約為6%。從2013-2018年，全球硅片出貨量(應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn))穩(wěn)步增長，2018年全球硅片出貨量為12733百萬平方英尺，同比增長7.82%。

超凈高純?cè)噭河址Q濕化學(xué)品，是指主體成分純度大于99.99%，雜質(zhì)離子和微粒數(shù)符合嚴(yán)格要求的化學(xué)試劑。主要以上游硫酸、鹽酸、氫氟酸、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、丙酮、乙醇、異丙醇等為原料，經(jīng)過預(yù)處理、過濾、提純等工藝生產(chǎn)的得到純度高產(chǎn)品。在半導(dǎo)體領(lǐng)域主要用于芯片的清洗和腐蝕，同時(shí)在硅晶圓的清洗中也起到重要作用。其純度和潔凈度對(duì)集成電路成品率、電性能及可靠性有十分重要的影響。

SEMI(國際半導(dǎo)體設(shè)備和材料協(xié)會(huì))專門制定、規(guī)范超凈高純?cè)噭┑膰H統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)-SEMI標(biāo)準(zhǔn)。按照SEMI等級(jí)的分類，G1等級(jí)屬于低檔產(chǎn)品，G2等級(jí)屬于中低檔產(chǎn)品，G3等級(jí)屬于中高檔產(chǎn)品，G4和G5等級(jí)則屬于高檔產(chǎn)品。隨著集成電路制作要求的提高，對(duì)工藝中所需的濕電子化學(xué)品純度的要求也不斷提高。對(duì)于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，12寸制程中濕電子化學(xué)品技術(shù)等級(jí)需求一般在G3級(jí)以上。

應(yīng)用于半導(dǎo)體的超凈高純?cè)噭?，全球主要企業(yè)有德國巴斯夫，美國亞什蘭化學(xué)、Arch化學(xué)，日本關(guān)東化學(xué)、三菱化學(xué)、京都化工、住友化學(xué)、和光純藥工業(yè)，***鑫林科技，韓國東友精細(xì)化工等，上述公司占全球市場(chǎng)份額的85%以上。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)超凈高純?cè)噭┑钠髽I(yè)中產(chǎn)品達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)且具有一定生產(chǎn)量的企業(yè)有30多家，國內(nèi)超凈高純?cè)噭┊a(chǎn)品技術(shù)等級(jí)主要集中在G2級(jí)以下，國內(nèi)江化微、晶瑞股份等企業(yè)部分產(chǎn)品已達(dá)到G3、G4級(jí)別，晶瑞股份超純雙氧水已達(dá)G5級(jí)別，部分產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。

我國內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)超凈高純?cè)噭┰?英寸及6英寸以下晶圓市場(chǎng)上的國產(chǎn)化率已提高到80%，而8英寸及8英寸以上晶圓加工的市場(chǎng)上，其國產(chǎn)化率由2012年約8%左右緩慢增長到2014年的10%左右。超凈高純?cè)噭┊a(chǎn)能方面，晶瑞股份產(chǎn)能3.87萬噸，江化微產(chǎn)能3.24萬噸。

電子氣體:電子氣體在電子產(chǎn)品制程工藝中廣泛應(yīng)用于薄膜、蝕刻、摻雜等工藝，被稱為半導(dǎo)體、平面顯示等材料的“糧食”和“源”。電子特種氣體又可劃分為摻雜氣、外延氣、離子注入用氣、LED用氣、蝕刻用氣、化學(xué)汽相沉淀用氣、載運(yùn)和稀釋氣體等幾大類，種類繁多，在半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用的有110余種電子氣體，常用的有20-30種。

電子特種氣體行業(yè)集中度高，主要企業(yè)有美國空氣化工、美國普萊克斯、德國林德集團(tuán)、法國液化空氣和日本大陽日酸株式會(huì)社，五大氣體公司占有全球90%以上的市場(chǎng)份額，上述企業(yè)也占據(jù)了我國電子特種氣體的主要市場(chǎng)份額。

國產(chǎn)電子氣體已開始占據(jù)一定的市場(chǎng)份額，經(jīng)過多年發(fā)展，國內(nèi)已有部分企業(yè)在部分產(chǎn)品方面攻克技術(shù)難關(guān)。

四川科美特生產(chǎn)的四氟化碳進(jìn)入臺(tái)積電12寸臺(tái)南28nm晶圓加工生產(chǎn)線，目前公司已經(jīng)被上市公司雅克科技收購;金宏氣體自主研發(fā)7N電子級(jí)超純氨打破國外壟斷，主要上市公司有雅克科技、南大光電、巨化股份。

靶材:半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，靶材是濺射工藝中必不可少的重要原材料。濺射工藝是制備電子薄膜材料的主要技術(shù)之一，它利用離子源產(chǎn)生的離子轟擊固體表面，使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面，被轟擊的固體稱為濺射靶材。

靶極按照成分不同可分為金屬靶極(純金屬鋁、鈦、銅、鉭等)、合金靶極(鎳鉻合金、鎳鈷合金等)和陶瓷化合物靶極(氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等)。半導(dǎo)體晶圓制造中200nm(8寸)及以下晶圓制造通常以鋁制程為主，使用的靶材以鋁、鈦元素為主。300nm(12寸)晶圓制造，多使用先進(jìn)的銅互連技術(shù)，主要使用銅、鉭靶材。

半導(dǎo)體芯片對(duì)濺射靶材的金屬材料純度、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等方面都設(shè)定了極其苛刻的標(biāo)準(zhǔn)，長期以來一直被美、日的跨國公司所壟斷，我國的超高純金屬材料及濺射靶材嚴(yán)重依賴進(jìn)口。目前，江豐電子產(chǎn)品進(jìn)入臺(tái)積電、中芯國際和日本三菱等國際一流晶圓加工企業(yè)供應(yīng)鏈，在16納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)批量供貨，成功打破了美、日跨國公司的壟斷格局，填補(bǔ)了我國電子材料行業(yè)的空白。

光刻膠:指通過紫外光、準(zhǔn)分子激光、電子束、離子束、X射線等光源的照射或輻射,其溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻薄膜材料。

其溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻薄膜材料。根據(jù)在顯影過程中曝光區(qū)域的去除或保留，分為正像光刻膠和負(fù)像光刻膠。隨著分辨率越來越高，光刻膠曝光波長不斷縮短，由紫外寬譜向G線(436nm)→I線(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→F2(157nm)→極紫外光EUV的方向轉(zhuǎn)移。

我國光刻膠生產(chǎn)基本上被外資把控，并且集中在低端市場(chǎng)。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息數(shù)據(jù)，2015年我國光刻膠產(chǎn)量為9.75萬噸，其中中低端產(chǎn)品PCB光刻膠產(chǎn)值占比為94.4%，而LCD和半導(dǎo)體用光刻膠產(chǎn)值占比分別僅為2.7%和1.6%，半導(dǎo)體光刻膠嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

另外，2015年我國光刻膠前五大公司分別***長興化學(xué)、日立化成、日本旭化成、美國杜邦及***長春化工，均是外資或合資企業(yè)，上述五大企業(yè)市場(chǎng)份額達(dá)到89.7%，內(nèi)資企業(yè)市場(chǎng)份額不足10%。光刻膠主要上市公司有晶瑞股份、飛凱材料。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加速向國內(nèi)轉(zhuǎn)移

半導(dǎo)體材料主要應(yīng)用于集成電路，我國集成電路應(yīng)用領(lǐng)域主要為計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制等，前三者合計(jì)占比達(dá)83%。2015年，隨著《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》等一系列政策落地實(shí)施，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金開始運(yùn)作，中國集成電路產(chǎn)業(yè)保持了高速增長。

根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2015年中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到3609.8億，同比增長19.7%;2016年中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到4335.5億元，同比增長20.1%;2017年中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到5411.3億元，同比增長24.8%;2018年1-9月中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到4461.5億元，同比增長22.4%。預(yù)計(jì)到2020年中國半導(dǎo)體行業(yè)維持20%以上的增速。

2014年6月，國家發(fā)布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》;2014年9月，為了貫徹《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，正式國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金，由國開金融、中國煙草、中國移動(dòng)、紫光通信、華芯投資等企業(yè)發(fā)起，初期規(guī)模1200億元，截止2017年6月規(guī)模已達(dá)到1387億元。

國家大基金董事長王占甫表示，截至2017年11月30日，大基金累計(jì)有效決策62個(gè)項(xiàng)目，涉及46家企業(yè);累計(jì)有效承諾額1063億元，實(shí)際出資794億元。目前大基金在制造、設(shè)計(jì)、封測(cè)、裝備材料等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)投資布局全覆蓋，各環(huán)節(jié)承諾投資占總投資的比重分別為63%、20%、10%、7%。

前三位企業(yè)的投資占比達(dá)70%以上，有力推動(dòng)龍頭企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力提升。最新資料顯示，大基金一期已投67個(gè)項(xiàng)目，累計(jì)項(xiàng)目承諾投資額達(dá)1188億元，實(shí)際出資為818億元。

目前大基金第二期方案已上報(bào)國務(wù)院并獲批，正在募集階段。大基金二期籌資規(guī)模有望超過一期，預(yù)計(jì)在1500億-2000億元。按照1:3的撬動(dòng)社會(huì)資本比例，一期加二期總規(guī)模預(yù)計(jì)超過1萬億元，這將帶動(dòng)國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展。

另外，由于各地方政府對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)支持力度加大，英特爾、聯(lián)電、力晶、三星、海力士、中芯國際等大廠紛紛加碼晶圓廠建設(shè)，根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，在2017-2019年間，預(yù)計(jì)全球新建62條晶圓加工產(chǎn)線，其中在中國境內(nèi)新建數(shù)量達(dá)到26條，其中2018年，中國大陸計(jì)劃投產(chǎn)的12寸晶圓廠就達(dá)10座以上;各大IC制造業(yè)廠商都加碼中國市場(chǎng)，擴(kuò)張IC制造產(chǎn)能。半導(dǎo)體制造每一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開半導(dǎo)體材料，對(duì)半導(dǎo)體材料的需求將隨著增加，上游半導(dǎo)體材料將確定性受益。

芯片進(jìn)口替代空間巨大，半導(dǎo)體材料受益

由于我國半導(dǎo)體市場(chǎng)需求巨大，而國內(nèi)很大一部分不能供給，致使我國集成電路(俗稱芯片)進(jìn)口金額巨大，近幾年芯片進(jìn)口額穩(wěn)定在2000億美元以上，2017年我國芯片進(jìn)口額為2601.16億美元，同比增長14.6%;2018年我國芯片進(jìn)口額為3120.58億美元，同比增長19.8%。

根據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國近十年芯片進(jìn)口額每年都超過原油進(jìn)口額，2018年我國原油進(jìn)口額為2402.62億美元，芯片繼續(xù)是我國第一大進(jìn)口商品。

貿(mào)易逆差逐年擴(kuò)大，2010年集成電路貿(mào)易逆差1277.4億美元，而在2017年集成電路貿(mào)易逆差增長到1932.4億美元，2018年集成電路貿(mào)易逆差2274.22億美元。如此大的貿(mào)易逆差反映出我國集成電路市場(chǎng)長期嚴(yán)重供不應(yīng)求，進(jìn)口替代的市場(chǎng)空間巨大。