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半导体材料，主要分为基体材料、晶圆制造材料、封装材料和关键元器件材料。本文聚焦在晶圆制造材料，梳理全球相关市场供需状况，以及本土相关市场、产品、企业区域分布和关键领域龙头企业的状况，希望籍此分析国内的晶圆制造材料产业现状和发展趋势。
全球市场供需两旺
全球半导体材料市场持续增长，自2018年以来每年超过500亿美元。芯片发货量的增加以及芯片制造和封装厂对先进工艺不断增长的需求成为主要推手。2020年，全球半导体材料市场增长了5%，销售收入达到553亿美元，创下了新的行业记录。尽管疫情的影响还在持续，但这一增长势头在整个2021年一直持续。据TECHET统计数据，今年全球半导体材料市场将超过570亿美元，预计到2025年，所有半导体材料的年复合增长率不低于5.3%，其中增长最快的包括硅晶圆、清洗材料、抛光液材料和光刻胶这些晶圆制造材料。
图：全球材料市场规模
来源：SEMI
从2020年的情况看，晶圆制造材料的收入增长了6.5%，达到349亿美元，其中，光刻胶和配套试剂、湿化学制品和化学机械抛光CMP(浆料和垫子)的增长最为强劲。
就晶圆制造材料市场结构而言，硅片占比最大，占比为32.9%。其次为气体，占比为14.1%，光掩膜排名第三，占比为12.6%，其后分别为抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、溅射靶材，比分别为7.2%、6.9%、6.1%、4%和3%。
图：晶圆制造材料市场结构
来源：与非研究院
在光刻胶类别中，先进制程的光刻胶在2020年出现了22%的增长，这主要是因为先进光刻技术工艺对缩放的持续追求，扩大了EUV的使用和关键层的多图案化，以刺激193 nm和13.5nm光刻胶的更高消耗，推动了需求。特别是，EUV正在快速应用于高吞吐量生产的前沿逻辑器件，使用了超过85个沉积和蚀刻工具，并在2020年年底前投入量产。
相较而言，硅片市场过去一直是周期性的，通常对供求动态很敏感。2020年，全球硅片出货量比2019年增长了5%，但由于2020年上半年的软定价，硅市场收入与2019年持平。SEMI预计，随着市场对300 mm外延晶圆的强劲需求，以及200 mm和300 mm抛光晶圆的增长，硅片市场在今年得到强劲反弹，预计硅片出货面积同比增长13.9%，达到近140亿平方英寸(MSI)的创纪录高点。而在2024年，全球硅片出货量将实现强劲增长。
图：全球硅片产量预测
*全电子级硅片-不包括非抛光及再生硅片
*出货只限于半导体用途，不包括太阳能应用。
来源：SIA 整理：与非研究院
国内材料产业增势迅猛
由于和制造产业高度相关，半导体材料市场的集中度也非常高。从区域角度来看，十多年来，中国台湾地区一直是全球最大的半导体材料消费市场。而随着半导体制造业的扩张，中国大陆也在2020年成为全球第二大原材料市场，韩国排名第三。
图：全球区域材料市场规模
来源：SEMI 整理：与非研究院
2015-2019年，国内半导体材料市场规模逐年增长，从2015年的61亿美元增长至2019年的87亿美元，年复合增长率为9.3%。2019年在全球半导体材料下行趋势下，中国大陆是唯一半导体材料市场规模增长的地区。预测2021年中国半导体材料市场规模将达99亿美元。
图：中国半导体材料市场规模
来源：与非研究院
随着半导体材料市场规模的扩大，国产化已是大势所趋，目前，国内的上游晶圆制造材料厂商包括硅晶圆、光刻胶及配套试剂、超净高纯化学试剂、光掩膜版、抛光液、光刻胶和特种气体。并且在这些领域形成了一批龙头企业，如光刻胶领域中目前唯一具备ArF光刻胶生产能力的南大光电，该公司也是特种气体的头部企业；布局半导体光刻胶全产业链的晶瑞股份，以及KrF光刻胶企业彤程新材、上海新阳等；特种气体领域除南大光电外，还有雅克科技，华特气体、金宏气体等；湿电子化学品龙头企业江化微。
图：中国晶圆制造材料龙头厂商
来源：与非研究院
根据与非研究院统计，目前，国内晶圆制造材料企业约128家，从分布区域看，十分广泛。按集中度排名前五的省份依次是江苏省26家，上海12家，北京10家，山东、浙江和广东各9家，河南7家。具体分布详见下图（详细统计名录见附录）。
图：中国大陆上游晶圆制造材料厂商区域分布
来源：与非研究院
在晶圆制造材料中，光刻胶、靶材和特种气体因为在半导体器件制造过程中发挥关键作用，因此尤为重要。作为芯片制造的核心流程，光刻工艺通过将具有细微几何图形结构的光刻胶留在衬底上，再通过刻蚀等工艺将该结构转移到衬底上。光刻胶作为影响光刻效果的核心材料，成为国内企业重点布局的电子产业关键材料之一，目前国产替代趋势正劲。
从光刻胶市场看，中国大陆领跑全球。根据Cision数据，2019年，全球整体光刻胶市场规模为91亿美元，而到 2022年则有望达到105亿美元，年均复合增速5%，其中中国占据光刻胶最大的市场份额。SEMI预计，2015-2020 年中国光刻胶市场规模将由100亿元增长至176亿元，年均复合增速12.0%。
虽然市场需求强劲，但目前我国半导体光刻胶制造能力仍较弱，中国光刻胶企业主要生产技术水平较低的PCB用光刻胶，占整体生产结构中的94%，半导体光刻胶则主要依赖进口。目前，在全球半导体光刻胶领域，主要由日本合成橡胶（JSR）、东京应化（TOK）、罗门哈斯、日本信越和富士材料等头部厂商所垄断。其中，在高端半导体光刻胶市场上，全球的EUV和ArF光刻胶主要是JSR、陶氏和信越化学等供应商，占有份额最大的是JSR、信越化学，TOK也有研发。
从国内的光刻胶市场来看，低端的中g线/i线光刻胶自给率约为20%，KrF光刻胶自给率不足5%，而高端的ArF光刻胶完全依赖进口，是国内半导体的卡脖子领域。
不过，这一情况正在改变，除了国家对半导体产业的政策支持，下游厂商也从供应链安全角度考虑开始扶持国产光刻胶，而全球晶圆厂的扩产潮也带来了爆发的需求和新一轮的认证窗口期。
另外，今年2月，日本福岛东部海域发生7.3级地震导致信越化学福岛工厂生产暂停，其KrF光刻胶产线受到严重破坏。重建一条KrF光刻胶产线（特别是树脂产线）需要大约2-3年，因此进一步加剧了半导体光刻胶产能的短缺，有部分中小晶圆厂已经断供，国内光刻胶企业正在抓住这个宝贵的替代窗口期加快产品进度。
目前，晶瑞电材高端KrF(248)光刻胶已完成中试并已进入客户测试阶段，其ArF(193)高端光刻胶研发工作已正式启动。此外，广信材料拟定增募资5.7亿元用于年产5万吨电子感光材料及配套材料项目，加速布局光刻胶领域。
相较于光刻胶，国内在特种气体领域有着更好的基础。特种气体是指在半导体芯片制备过程中需要使用到的各种气体，可划分为掺杂气、外延气、离子注入用气、LED用气、蚀刻用气、化学汽相沉淀用气、载运和稀释气体等几大类，种类繁多，在半导体工业中应用的有110余种电子气体，常用的有20-30种。目前，国内企业产品已基本可以覆盖电子气体品类。
图：国内企业电子气体品类
来源：与非研究院
国内另一个产业基础较好的关键材料是溅射靶材。溅射靶材主要应用于超大规模集成电路芯片、液晶面板、薄膜太阳能电池制造的物理气相沉积（PVD）工艺，用于制备电子薄膜材料靶材市场最大的下游应用包括半导体、液晶面板等在内的电子行业。其中，半导体芯片是金属溅射靶材的主要应用领域之一，对靶材成分、组织和性能要求最高。在纯度上，通常要求达到99.9995%（5N5）以上，价格最为昂贵。
全球半导体靶材供应基本上集中在美、日龙头企业，如日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯等，这些企业掌握了完整的制备技术，包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用各环节，2018年全球半导体用靶材市场规模为67.6亿元，中国大陆和中国台湾地区分别为10.9亿元和15亿元。中国整体对靶材的销售额为25.9亿元，需求量占全球比例高达38%。预计2022年全球及中国半导体对靶材的需求分别上升至86.3和21亿元，中国占比达到24%。
总结
总的来看，现阶段中国的晶圆制造材料市场的总体规模处于扩张期，增速明显。国内的晶圆制造材料产业已经具有一定基础，并在一些核心高端领域破局，打破垄断形成替代。与非研究院认为，未来驱动国内晶圆制造材料产业实力持续增长的因素有四个：产能扩张、先进制造、新技术和应用、国家政策和资本的扶持。
就产能扩张而言，无疑，当前随着中美贸易冲突的持续和全球半导体景气周期的上行——包括本轮缺货的影响刺激——全球正在进入半导体扩产周期。全球晶圆代工资本开支占收入比重达53%，连续三年提升，而整个半导体产能正在持续向国内转移，2020-2030年，中国大陆半导体资本开支复合增速有望高于全球。
未来两年，中国大陆和中国台湾地区将分别建立8座晶圆厂，美国新建6座。这29座晶圆厂建成后将新增260万片/月的晶圆产能，有望拉动全球晶圆制造材料市场规模继续高速成长。
具体看，中国大陆晶圆代工厂未来的扩产规划十分巨大，8寸的产能将从当前的74万片/月增长至135万片/月；12寸产能将从当前38.9万片/月增长至145.4万片/月，分别实现82%及274%的增长，这将直接带动晶圆制造材料的需求。而从产能扩张结构看，12寸晶圆的增速将远超8寸晶圆，这一制程结构的升级也将带动更大的晶圆制造材料用量的增长。
在先进制造方面，极紫外（EUV）和高数值孔径（高NA）EUV、异构集成、材料和工艺创新以及FinFET是突破后摩尔定律发展半导体制造的动力。这一过程中，旧材料将被新材料取代，预计到2025年，30%的先进逻辑生产将依赖于新材料和新工艺。
在新技术和应用上，全球经济数字化程度的提高，5G技术的部署，数据中心和云服务带来的系统升级，以及对AI的强劲投资，这些新应用都需要更先进的芯片来支持，这也将依赖于先进制造，包括3D存储和异构集成，这些都需要更多的处理步骤，从而推动更高的晶圆制造材料的消耗。
另一个来自于新应用的机遇是随着全球碳中和目标的确定，围绕绿色能源的应用推动了第三代半导体的发展，继而增加了相关产能和材料的供应。截至2020年底，国内约有8条SiC制造产线，10条正在建设。7条GaN-on-Si产线，4条正在建设。目前，国内SiC导电型衬底产能（折合6英寸）约18万片，外延22万片，Si基GaN外延约28万片。到2025年，我国新能源汽车板块需75万片等效SiC 6寸晶圆,快充部分需要67万片GaN相关晶圆，现有产能与需求差距较大，需要在2025年前加速扩产，才能解决供给缺口。
另根据Yole数据，2025年全球功率器件市场规模将达25.62亿美元，需求的释放将带动衬底产业蓬勃发展。2020年我国生产半绝缘型衬底9万片/年，导电型衬底18万片/年。预计2030年半绝缘型衬底产量将达20万片/年，导电型衬底产量将达40万片/年，大尺寸衬底将成为主流趋势。国内相关龙头企业的业绩也反映出一些趋势，例如天岳先进在2020年实现营收4.25亿元，同比增长58.2%，其中碳化硅衬底产能4.81万片/年，同比增长达140.5%。
在国家政策和资本扶持方面，前者结合当前全球政经环境毋庸赘言。在资金投入上，国家集成电路大基金已经开始介入。在与非网梳理的《国家集成电路大基金二期投资概览》中，可以看到截至2021年10月22日，在大基金二期对外投资的15家企业（战略配售除外）中，有两家材料企业在列——派瑞特种气体和南大光电，前者获投7355万元，后者大基金二期以1.833亿元的价格认购其新增注册资本6733.19万元，认缴出资比例18.33%。
综此，随着半导体技术和应用的发展，产能的周期性扩张，以及国内产业成熟度的提高，作为半导体生产制造核心基础的晶圆制造材料产业，正在给国内企业带来一个充满挑战的发展机遇。
附录：中国大陆晶圆制造材料企业名录
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