晶圆代工服务行业投资潜力及发展前景

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1、晶圆代工服务行业投资潜力及发展前景一、 半导体材料景气持续，市场空间广阔半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。无论从科技或经济发展的角度来看，半导体都至关重要。2010年以来，全球半导体行业从PC时代进入智能手机时代，成为全球创新最为活跃的领域，广泛应用于计算机、消费类电子、网络通信和汽车电子等核心领域。半导体产业主要由集成电路、光电子、分立器件和传感器组成，据WSTS世界半导体贸易统计组织预测，到2022年全球集成电路占比8422%，光电子器件、分立器件、传感器占比分别为741%、510%和326%。半导体工艺复杂，技术壁垒极高。芯片生产大体可分为硅片制造、芯片制造和封装测试三

2、个流程。其中硅片制造包括提纯、拉单晶、磨外圆、切片、倒角、磨削、CMP、外延生长等工艺，芯片制造包括清洗、沉积、氧化、光刻、刻蚀、掺杂、CMP、金属化等工艺，封装测试包括减薄、切割、贴片、引线键合、模塑、电镀、切筋成型、终测等工艺。整体而言，硅片制造和芯片制造两个环节技术壁垒极高。目前多晶硅厂商多采用三氯氢硅改良西门子法进行多晶硅生产。具体工艺是将氯化氢和工业硅粉在沸腾炉内合成三氯氢硅，通过精馏进一步提纯高纯三氯氢硅，后在1100左右用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上，进而得到电子级多晶硅。目前8寸和12寸硅片大多通过直拉法制备，部分6寸和8寸硅片则通过区熔法制得。直拉法是将高纯

3、多晶硅放入石英坩埚内，通过外围的石墨加热器加热至1400，随后坩埚带着多晶硅融化物旋转，将一颗籽晶浸入其中后，由控制棒带着籽晶作反方向旋转，同时慢慢地、垂直地由硅融化物中向上拉出，并在拉出后和冷却后生长成了与籽晶内部晶格方向相同的单晶硅棒。区熔法利用高频线圈在多晶硅棒靠近籽晶一端形成熔化区，移动硅棒或线圈使熔化区超晶体生长方向不断移动，向下拉出得到单晶硅棒。单晶硅棒研磨成相同直径，然后根据客户要求的电阻率，多采用线切割将晶棒切成约1mm厚的晶圆薄片。二、 半导体材料市场较为分散，硅片为单一最大品类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S

4、EMI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%。三、 湿电子化学品：半导体制造材料关键一环湿电子化学品贯穿整个芯片制造流程，是重要的晶圆制造材料。湿电子化学品又称工艺化学品，是指主体成分纯度大于9999%，杂质离子和微粒数符合严格标准的化学试剂。在IC芯片制造中，湿电子化学品常用于清洗、光刻和蚀刻等工艺，可有效清除晶圆表面残留污染物、减少金属杂质含量，为下游产品质量提供保障。在半导体

5、制造工艺中主要用于集成电路前端的晶圆制造及后端的封装测试，用量较少，但产品纯度要求高、价值量大。（一）湿电子化学品种类众多，硫酸和双氧水占比较高根据应用领域的不同，湿电子化学品可分为通用化学品和功能性化学品。其中通用化学品指主体成分纯度大于9999%、杂质离子含量低于PPM级和尘埃颗粒粒径在05m以下的单一高纯试剂。功能湿电子化学品指可通过复配满足制造中特殊工艺需求、达到某些特定功能的配方类和复配类液体化学品。其中通用化学品广泛应用于IC芯片、液晶显示面板和LED制造领域，包括氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸、乙酸等。功能性湿电子以光刻胶配套试剂为代表，包括显影液、漂洗液、剥离液等。（二）全球市

6、场空间超50亿美元，国内增速更快受益于三大下游市场扩容，湿电子化学品需求量有望实现稳定增速。近年来，半导体、显示面板、光伏三大板块下游市场规模不断扩大，产业迎来高速发展，带动湿电子化学品市场规模平稳增长。据智研咨询数据，2020年全球湿电子化学品市场规模为5084亿美元，受疫情影响略有下滑。国内湿电子化学品市场规模于2020年达到1006亿元，同比增长92%。中低端领域国产转化率较高，产业升级主要面向G4-G5级产品。国际半导体设备和材料组织（SEMI）于1975年制定了国际统一的湿电子化学品杂质含量标准。该标准下，产品级别越高，所对应的集成电路加工工艺精细度程度越高，制程越先进。半导体领域对

7、湿电子化学品的纯度要求较高，集中在G3、G4级水平，且晶圆尺寸越大对纯度的要求越高，12英寸晶圆制造一般要求G4级以上水平。目前国外主流湿电子化学品企业已实现G5级标准化产品的量产。国内市场半导体领域的湿电子化学品，G2、G3级中低端产品进口转化率高，因为此技术范围内国产产品本土化生产、性价比高、供应稳定等优势较为突出。G4、G5级高端产品仍有较大进口替代空间，为未来主要升级方向。（三）纯化和复配为湿电子化学品核心，半导体要求最高集成电路对超净高纯试剂纯度的要求非常高。按照SEMI等级的分类，G1级属于低档产品，G2级属于中低档产品，G3级属于中高档产品，G4和G5级则属于高档产品。集成电路用

8、超高纯试剂的纯度要求基本集中在G3、G4级水平，中国的研发水平与国际仍存在较大差距。湿电子化学品技术制造复杂，且品类众多，每种产品的制备要求各不相同，无法设计加工通用设备。企业必须根据不同品种的特性来确定适合的工艺路径，设计加工所需的设备，因此显著提升了制造成本和供应难度。研发能力及技术积累。湿电子化学品的生产技术包括混配技术、分离技术、纯化技术以及与其生产相配套的分析检验技术、环境处理与监测技术等。以上技术都需要企业具备研发能力和一定的技术积累。同时，下游产品的生产工艺和专用性需求不尽相同，这需要企业有较强的配套能力和一定的时间去掌握核心的配方工艺以满足不同产品的需求。（四）外企垄断高端湿电

9、子化学品市场，国内厂商有所突破日韩企业长期垄断G4及以上级别高端市场。国际市场上G4及其以上级别的高端产品多数被欧美、日本、韩国等海外公司垄断。2019年海外市场份额合计达到98%。根据新材料在线数据，德国巴斯夫；美国亚什兰化学、Arch化学；日本关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学、和光纯药工业；中国台湾鑫林科技；韩国东友精细化工等十家公司共占全球市场份额的80%以上。国内湿电子化学品市场百舸争流。由于进入壁垒相对较低，我国湿电子化学品制造企业众多，约有40余家。其中，以江化微和格林达为首的湿电子化学品专业制造商，主要产品集中在湿电子化学品，产品种类丰富且毛利率高；以晶瑞电材和飞凯材料为代

10、表的综合型微电子材料制造商，涉及领域更广，客户体量相对较大。此外还有例如巨化股份等大型化工企业，湿电子化学品类产品营收占比较少，具有原材料方面的优势。目前国内制造商产能主要集中在G3、G4级领域，多数已开始布局G5级产品产线，预计在2022年实现逐步放量。但目前相较于国际主流公司，国内企业产量较小。四、 功率器件行业发展概况功率器件是一种半导体分立器件，主要包括二极管、晶闸管、IGBT、MOSFET等产品，具体用途是变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等。从应用范围来看，MOSFET和IGBT适用范围最广，二者市场规模之和占整体功率器件的一半以上。目前我国已经通过大力研发与外延并购，在芯片

11、设计与工艺上不断积累，一方面实现了二极管、晶闸管等传统的功率器件的突破，具备与国际品牌竞争的水平实力；另一方面在技术壁垒较高的IGBT、MOSFET等产品领域的技术研发和生产制造亦有所成就。在国家政策支持，产业生态逐渐完善，人才水平逐渐提高的背景下，中国本土企业有望进一步向高端功率器件领域迈进。目前国内功率器件产业链日趋完善，相应技术不断取得突破。同时，中国拥有全球最大的功率器件消费市场，伴随国内功率器件行业进口替代的发展趋势，未来中国功率器件行业将继续保持增长。（一）IGBT行业发展概况IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是由双极型三极管和MOSFET组成的复合全控型电压驱动式功率器件。IGBT具

12、有电导调制能力，相对于MOSFET和双极晶体管具有较强的正向电流传导密度和低通态压降。IGBT的开关特性可以实现直流电和交流电之间的转化或者改变电流的频率，有逆变和变频的作用，可以应用于逆变器、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。因此，从小家电、数码产品，到航空航天、高铁领域，再到新能源汽车、智能电网等新兴应用都会大量使用IGBT。根据Yole统计，2020年全球IGBT市场规模为54亿美元，预计2026年市场规模将达到84亿美元，2020-2026年均复合增长率为76%。中国目前拥有全球最大的IGBT消费市场，根据Yole统计，2020年我国IGBT市场规模为21亿美元，约占全球IG

13、BT市场规模的39%。IGBT是我国重大科技突破专项中的重点扶持项目，被称为电力电子行业里的CPU。我国IGBT产业起步较晚，目前市场主要被国外产品垄断，未来进口替代空间巨大，目前IGBT在轨道交通领域已经实现了技术突破。此外，在新能源汽车领域，IGBT是电控系统和直流充电桩的核心器件，随着未来新能源汽车等新兴市场的快速发展，IGBT产业将迎来黄金发展期。（二）MOSFET行业发展概况MOSFET全称金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种可以广泛使用在模拟与数字电路的场效应晶体管。MOSFET的优点在于稳定性好，具有高频、驱动简单、抗击穿性好等特点，适用于AC/DC开关电源、DC/DC转换器。M

14、OSFET下游的应用领域中，消费电子、汽车电子、工业控制、医疗、国防和航空航天、通信占据了主要的市场份额，其中消费电子与汽车电子占比最高。在消费电子领域，主板、显卡的升级换代、快充、Type-C接口的持续渗透持续带动MOSFET的市场需求，在汽车电子领域，MOSFET在电动马达辅助驱动、电动助力转向及电制动等动力控制系统，以及电池管理系统等功率变换模块领域均发挥重要作用，拥有广泛的应用市场及发展前景。MOSFET是功率器件的最大市场，根据Yole统计，2020年全球MOSFET市场规模为76亿美元，预计2026年市场规模将达到95亿美元，2020-2026年均复合增长率为38%。中国目前拥有全

15、球最大的MOSFET消费市场，根据Yole统计，2020年我国MOSFET市场规模为29亿美元，约占全球MOSFET市场规模的38%。过去国内MOSFET的主流产品以平面栅MOSFET为主，在专利保护众多、市场竞争激烈、市场份额最大的低压沟槽栅MOSFET领域，国内虽有涉足，但多以消费品应用为主，缺乏具有自主知识产权和市场竞争力的高端产品。近年来，国内涌现出一大批以中高端MOSFET为主营业务的专业企业，已开始逐渐取代国外产品，国内MOSFET产业将迎来飞速发展。五、 硅片：供需持续紧张，加速硅片是半导体上游产业链中最重要的基底材料之一。硅片是以高纯结晶硅为材料所制成的圆片，一般可作为集成电路

16、和半导体器件的载体。与其他材料相比，结晶硅的分子结构较为稳定，导电性极低。此外，硅大量存在于沙子、岩石、矿物中，更容易获取。因此，硅具有稳定性高、易获取、产量大等特点，广泛应用于IC和光伏领域。（一）半导体硅片纯度极高，大尺寸为大势所趋硅片可以根据晶胞排列是否有序、尺寸、加工工序和掺杂程度的不同等方式进行分类。根据晶胞排列方式的不同，硅片可分为单晶硅和多晶硅。硅片是硅单质材料的片状结构，有单晶和多晶之分。单晶是具有固定晶向的结晶体材料，一般用作集成电路的衬底材料和制作太阳能电池片。多晶是没有固定晶向的晶体材料，一般用于光伏发电，或者用于拉制单晶硅的原材料。单晶硅用作半导体材料有极高的纯度要求，

17、IC级别的纯度要求达9N以上（999999999%），区熔单晶硅片纯度要求在11N（99999999999%）以上。根据尺寸大小的不同，硅片可分为50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）、200mm（8英寸）及300mm（12英寸）。英寸为硅片的直径，目前8英寸和12英寸硅片为市场最主流的产品。8英寸硅片主要应用在90nm-025m制程中，多用于传感、安防领域和电动汽车的功率器件、模拟IC、指纹识别和显示驱动等。12英寸硅片主要应用在90nm以下的制程中，主要用于逻辑芯片、储存器和自动驾驶领域。大尺寸为硅片主流趋势。硅片越大，单个产出的芯片数量越多，制

18、造成本越低，因此硅片厂商不断向大尺寸硅片进发。1980年4英寸占主流，1990年发展为6英寸，2000年开始8英寸被广泛应用。根据SEMI数据，2008年以前，全球大尺寸硅片以8英寸为主，2008年后，12英寸硅片市场份额逐步提升，赶超8英寸硅片。2020年，12英寸硅片市场份额已提升至681%，为目前半导体硅片市场最主流的产品。后续18英寸硅片将成为市场下一阶段的目标，但设备研发难度大，生产成本较高，且下游需求量不足，18英寸硅片尚未成熟。根据加工工序的不同，硅片可分为抛光片、外延片、SOI硅片等高端硅片。其中抛光片应用范围最为广泛，是抛光环节的终产物。抛光片是从单晶硅柱上直接切出厚度约1m

19、m的原硅片，切出后对其进行抛光镜面加工，去除部分损伤层后得到的表面光洁平整的硅片。抛光片可单独使用于电动汽车功率器件和储存芯片中，也可用作其他硅片的衬底，成为其他硅片加工的基础。外延片是一种将抛光片在外延炉中加热后，通过气相沉淀的方式使其表面外延生长符合特定要求的多晶硅的硅片。该技术可有效减少硅片中的单晶缺陷，使硅片具有更低的缺陷密度和氧含量，从而提升终端产品的可靠性，常用于制造CMOS芯片。根据掺杂程度的不同，半导体硅片可分为轻掺和重掺。重掺硅片的元素掺杂浓度高，电阻率低，一般应用于功率器件。轻掺硅片掺杂浓度低，技术难度和产品质量要求更高，一般用于集成电路领域。由于集成电路在全球半导体市场中

20、占比超过80%，目前全球对轻掺硅片需求更大。（二）受益晶圆厂积极扩产，硅片市场快速增长含硅量提升驱动行业快速增长。伴随5G、物联网、新能源汽车、人工智能等新兴领域的高速成长，汽车电子行业成为半导体硅片领域新的需求增长点。据ICInsights数据，2021年全球汽车行业的芯片出货量同比增长了30%，达524亿颗。但全球汽车缺芯情况在2020年短暂缓解后，于2022年再度加剧，带动下游硅片市场需求量上升。据SEMI数据显示，2021年全球半导体硅片市场规模为126亿美元，同比增长125%。六、 功率器件行业发展情况（一）功率器件行业的新技术发展情况与趋势1、模块化功率器件行业集成化的技术发展趋势

21、随着功率器件应用场景不断拓展，下游产品对其电能转换效率、稳定性、高压大功率需求及复杂度提出了更高要求。功率器件的组装模块化和集成化能有效满足要求，有助于优化客户使用体验并保障产品配套性和稳定性，功率器件的组装模块化和集成化将成为行业技术发展的主流趋势。同时，随着工艺技术的不断升级，更高性能、更小体积的功率器件为模块化和集成化创造了技术条件。2、第三代半导体材料有望实现突破当前功率器件产业正在发生深刻的变革，其中新材料成为产业新的发展重心。以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等材料因其宽禁带、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等优异的性能成为新型的半导体材料，属于新兴领域，具有极强的应用战略性和前瞻

22、性。目前美欧、日韩及中国台湾等地区已经实现SiC、GaN等新材料功率器件的量产。部分境内企业通过多年的技术和资本积累，依托国家产业政策的重点扶持，也已开始布局新型半导体材料领域。由于新型半导体材料属于新兴领域，国内厂商与国际巨头企业的技术差距不断缩小，因此有望抓住机遇、实现突破并抢占未来市场。（二）功率器件行业的新产业发展情况1、功率器件行业新能源汽车与充电桩发展情况新能源汽车普遍采用高压电路，需要频繁进行电压变化，对电压转换电路需求大幅提升。IGBT、MOSFET等功率器件用于主驱动系统的逆变器、变压器、换流器等，其需求相应增大。除了动力系统，功率器件在新能源汽车上应用还涵盖了安全配置、电动

23、门窗及后视镜、人车交互系统、仪表盘、车灯、娱乐系统及底盘系统等。汽车电子随着新能源汽车的发展呈越来越热的趋势，汽车内部电子系统数量的需求不断攀升，越来越多汽车制造商都在逐步加大电动汽车技术的研发投入。新能源汽车充电桩为功率器件另一大增量，根据中国汽车充电基础设施促进联盟的统计，2016年至2021年，我国公共充电桩和专用充电桩的保有量由588万个增长至11470万个，呈爆发式增长，带动了核心零部件IGBT、MOSFET等功率器件的市场需求。2、功率器件行业工业和智能电网发展情况工业领域是功率器件另一大需求市场。工业领域中，数控机床、牵引机等电机对功率器件需求较大，主要使用的功率器件是IGBT。随着工业40不断推进，工业的生产制造、仓储、物流等流程改造对电机需求不断扩大，工业功率器件需求增加。太阳能、风能等新能源发电过程中产生的电能，需要经过IGBT、MOSFET等功率器件的变换，之后才能入网传输。功率器件作为智能电网的核心部件，可以增强电网的灵活性与可靠性，使得智能电网实现电力高效节能的传输。未来新能源市场的快速发展和智能电网建设的推进将催生出对功率器件需求的稳步增长。