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1、晶圆制造行业产业集中趋势明显分析一、 晶圆制造行业产业集中趋势明显由于集成电路制造业务投入金额巨大产能爬坡周期较长、技术门槛要求较高等特征，整个集成电路制造行业的产业集中度逐渐提高。从集成电路制造产能厂商分布来看，近年来集成电路制造厂商所拥有的产能份额也呈现出较为明显的集中趋势，其中，排名前五的集成电路厂商产能份额由2009年中的36%升至2020年末的54%，排名前十的集成电路厂商产能份额由2009年中的54%升至2020年末的70%。从晶圆制造产能地域分布来看，根据ICInsight统计，截至2020年12月，中国台湾和韩国集成电路制造产能占比最高，分别为约450万片/月和410万片/月（
2、等效8英寸），占比分别约为2163%和1971%，中国大陆集成电路制造产能约为330万片/月，占比约为1587%。二、 半导体行业工艺制程持续升级，CMP市场稳定增长半导体行业高景气带动CMP市场稳定增长。伴随半导体材料行业景气度向上，CMP材料市场有望受下游市场驱动，保持稳健增速。2020年全球抛光液和抛光垫全球市场规模分别为134和82亿美元。中国CMP材料市场涨幅趋势与国际一致，2021年抛光液和抛光垫市场规模分别为22和13亿元。中国正全面发展半导体材料产业，CMP抛光产业未来增长空间广阔。先进制程为CMP材料市场扩容提供动力。随着芯片制程不断微型化，IC芯片互联结构变得更加复杂，所需
3、抛光次数和抛光材料的种类也逐渐变多。在芯片制造过程中，需要将电路以堆叠的方式组合起来，制程越精细，所堆叠的层数就越多。在堆叠的过程中，需要使用到氧化层、介质层、阻挡层、互连层等多个薄膜层交错排列，且每个薄膜层所用到的抛光材料也不相同。此外，随着D存储芯片结构逐渐由2D转向3D，CMP抛光层数和所用到的抛光材料种类也在不断增加。根据美国陶氏杜邦公司公开数据，5nm制程中抛光次数将达25-34次，64层3DD芯片中的抛光次数将达到17-32次，抛光次数均较前一代制程大幅增加。伴随制程工艺的发展，CMP材料市场有望不断扩容，成长空间较大。专用化、定制化抛光材料为未来发展趋势。定制化发展有望给国产企业
4、带来更多机遇，国内CMP抛光材料企业可以凭借本土化优势与国内晶圆制造商展开深度合作，专注于具有专用性产品的研发。专用化、定制化有望成为CMP材料制造商产业升级趋势。为匹配晶圆加工制程，CMP技术平整度要求高。CMP抛光材料的技术更新动力源自下游晶圆的技术更新。晶圆制程工艺不断提升，从10nm到现在5nm、3nm，工艺制程迭代速度极快。为了满足精细化程度更高的工艺制程，对CMP材料的要求也随之变高。当前IC芯片要求全局平整落差100A-1000A（约等于原子级10-100nm）的超高平整度。配方的调配为一大技术难点。由于CMP抛光液应用众多，不同的客户有不同的需求，专用性较强，且需要加入氧化剂、
5、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂等多种添加试剂，如何调配出合适的抛光液配方需要企业长时间的技术积累和不断的研发尝试。目前许多配方受到专利保护，行业研发壁垒高。试错成本高、认证时间长。企业需要不断找到合适配方、稳定制作工艺及设计图案，从而获得较好的、稳定的抛光速率和抛光效果，因此CMP材料的研究消耗时间成本较高，需要较长时间来试错摸索工艺指标、产品配方等对物理参数及性能的影响，形成较高的行业know-how壁垒。三、 半导体硅片要求高，多重因素构筑行业壁垒半导体硅片壁垒较高，主要体现在技术、资金、人才、客户认证等方面。1）技术壁垒：半导体硅片行业是一个技术高度密集型行业，主要体现在：硅片尺寸越大，拉单
6、晶难度越高，对温度控制和旋转速度要求越高；减少半导体硅片晶体缺陷、表面颗粒和杂质；提高半导体硅片表面平整度、应力和机械强度等方面。2）资金壁垒：半导体硅片行业是一个资金密集型行业，要形成规模化、商业化生产，所需投资规模巨大，如一台关键设备价值达数千万元。3）人才壁垒：半导体硅片的研发和生产过程较为复杂，涉及固体物理、量子力学、热力学、化学等多学科领域交叉。4）认证壁垒：鉴于半导体芯片的高精密性和高技术性，芯片生产企业对应半导体硅片的质量要求极高，因此对于半导体硅片供应商的选择相当谨慎，并设有严格的认证标准和程序。前五大制造商格局稳定，外资垄断现象持续。据SEMI数据，2020年全球前五大硅片制
7、造商分别为日本信越化学、环球晶圆、德国世创、SUMCO和韩国SKSiltron，共占据866%的市场份额。国内市场在大尺寸硅片上对外资企业依然具有依赖性，主要进口地区为日本、中国台湾和韩国。国产厂商加大研发投入，加速实现。由于硅片供应紧缺，海外大厂会优先保障海外晶圆厂硅片供给，给国内硅片厂带来了加速替代的机遇。国内供应商产品技术水平快速提升，国内晶圆厂对国产半导体材料的验证及导入正在加快，如沪硅产业、立昂微、中环股份等企业已顺利通过验证。中国大陆硅片整体产能加大投入，加速追赶国际龙头厂商。四、 半导体制程升级，铜钽靶材有望成为主流根据靶材制造工艺的不同，可分为粉末冶金法和熔融铸造法。粉末冶金法
8、主要有热等静压法、热压法、冷压-烧结法三种方法，通过将各种原料粉混合再烧结成形的方式得到靶材，该方法优点是靶材成分较为均匀、机械性能好、生产效率高、节约原材料成本，缺点是含氧量量高、密度低。熔融铸造法主要有真空感应熔炼、真空电弧熔炼、真空电子束熔炼等方法，通过机械加工将熔炼后的铸锭制备成靶材，该制造方法的优点是靶材杂质含量低、密度高、可大型化，缺点是对两种合金密度相似度要求高、较难做到成分均匀化。根据化学成分的不同，靶材可分为单质金属靶材、合金靶材和陶瓷化合物靶材三种。单质金属靶材包括纯金属铝、钛、铜等；合金靶材包括镍铬合金和镍钴合金等；陶瓷化合物靶材包括氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等。在半
9、导体晶圆制造中，8英寸及以下晶圆通常以铝制程为主，多数使用的靶材为铝、钛靶材。12英寸晶圆制造，多使用先进的铜互连技术，以铜、钽靶材为主。全球半导体靶材市场涨幅稳定，中国市场增速更为显著。根据华经情报网数据，2020年全球半导体靶材市场规模突破10亿美元，同比上涨4%，2021年预计达104亿美元。近年来国内半导体行业高速发展，半导体靶材市场规模不断扩大。自2019年起，受新冠疫情影响，国内市场芯片紧缺，上游半导体靶材行业迎来高速成长期，2020年中国半导体靶材行业市场规模增长至17亿元，同比上升1288%，涨势明显。2022年市场缺芯现象仍将持续，有望进一步促进半导体靶材市场需求量的上升。超
10、高纯金属提纯技术是核心壁垒。先进半导体等高端制造行业所需金属纯度在6N及以上，一般的金属提纯技术无法满足此要求。目前超高纯铜、超高纯铝等多项核心专利技术掌握在如美国霍尼韦尔、日本日矿等外资巨头手中。我国企业已在纯化研究上取得一定突破，如有研亿金的超纯铜靶材已达到7N水平，并实现100吨/年的量产，有望在未来逐渐完成。美国企业为全球靶材市场主要厂商。亦如大多数半导体材料行业的细分市场，全球靶材市场主要由日本和美国企业占据。日本日矿金属、美国霍尼韦尔、日本东曹和美国普莱克斯四家占据全球80%的市场份额。其中，日本日矿金属所占市场份额最多，达30%。中国靶材市场呈外资垄断格局。海外靶材公司凭借先发优
11、势和数十年技术研发的沉淀，在国内靶材市场中占据绝对优势，市场份额达70%。国内靶材企业包括江丰电子、阿石创、隆华科技等，市场份额在1%-3%左右。目前我国靶材行业相关联企业数量较少，江丰电子、阿石创、隆华科技靶材业务占比较高。美国、日本等高纯金属制造商主要集中在技术壁垒较高的高端靶材产品领域，国内厂商竞争集中在中低端产品领域。五、 半导体材料为芯片之基，覆盖工艺全流程半导体材料包括晶圆制造材料和封装材料。其中晶圆制造材料包括硅片、掩模版、电子气体、光刻胶、CMP抛光材料、湿电子化学品、靶材等，封装材料包括封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷基板、芯片粘结材料和其他封装材料。具体来说，在芯
12、片制造过程中，硅晶圆环节会用到硅片；清洗环节会用到高纯特气和高纯试剂；沉积环节会用到靶材；涂胶环节会用到光刻胶；曝光环节会用到掩模板；显影、刻蚀、去胶环节均会用到高纯试剂，刻蚀环节还会用到高纯特气；薄膜生长环节会用到前驱体和靶材；研磨抛光环节会用到抛光液和抛光垫。在芯片封装过程中，贴片环节会用到封装基板和引线框架；引线键合环节会用到键合丝；模塑环节会用到硅微粉和塑封料；电镀环节会用到锡球。六、 半导体行业市场规模快速增长，本土厂商进展顺利进入21世纪以来，5G、人工智能、自动驾驶等新应用的兴起，对芯片性能提出了更高的要求，同时也推动了半导体制造工艺和新材料不断创新，国内外晶圆厂加紧对于半导体新
13、制程的研发，台积电已于2020年开启了5nm工艺的量产，并于2021年年底实现3nm制程的试产，预计2022年开启量产。此外台积电表示已于2021年攻克2nm制程的技术节点的工艺技术难题，并预计于2023年开始风险试产，2024年逐步实现量产。随着芯片工艺升级，晶圆厂商对半导体材料要求越来越高。目前部分终端需求仍然强劲，晶圆代工厂产能利用率维持历史高位，预计全年来看结构性缺货状态依旧严峻。据SEMI于2022年3月23日发布的最新一季全球晶圆厂预测报告，全球用于前道设施的晶圆厂设备支出预计将同比增长18%，并在2022年达到1070亿美元的历史新高。由于半导体材料与下游晶圆厂具有伴生性特点，本
14、土材料厂商将直接受益于中国大陆晶圆制造产能的大幅扩张。成熟制程供需持续紧张，国内晶圆厂扩产规模维持高位。受益于成熟制程旺盛需求及大陆地区稳定的供应链，大陆晶圆厂快速扩产。根据SEMI报告，2022年全球有75个正在进行的晶圆厂建设项目，计划在2023年建设62个。2022年有28个新的量产晶圆厂开始建设，其中包括23个12英寸晶圆厂和5个8英寸及以下晶圆厂。分区域来看，中国晶圆产能增速全球最快，预计22年8寸及以下晶圆产能增加9%，12寸晶圆产能增加17%。随着下游电子设备硅含量增长，半导体需求快速增长。在半导体工艺升级+积极扩产催化下，半导体材料市场快速增长。据SEMI报告数据，2021年全
15、球半导体材料市场收入达到643亿美元，超过了此前2020年555亿美元的市场规模最高点，同比增长159%。晶圆制造材料和封装材料收入总额分别为404亿美元和239亿美元，同比增长155%和165%。此外，受益于产业链转移趋势，2021年国内半导体材料销售额高达1193亿美元，同比增长22%，增速远高于其他国家和地区。半导体材料种类繁多，包括硅片、电子特气、掩模版、光刻胶、湿电子化学品、抛光液、抛光垫、靶材等。据SEMI数据显示，硅片为半导体材料领域规模最大的品类之一，市场份额占比达329%，排名第一，其次为气体，占比约141%，光掩模排名第三，占比为126%。此外，抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、溅射靶材的占比分别为72%、69%、61%、4%和3%。
晶圆制造行业产业集中趋势明显分析
