半导体材料行业深度报告扩产高峰替代加速国产材料迎发展良机

半导体材料行业深度报告-扩产高峰替代加速国产材料迎发展良机1、国内晶圆厂扩产高峰+国产替代加速，半导体材料厂商迎黄金发展期1.1、半导体材料：产业链的重要支撑环节半导体材料为半导体产业链条中重要的支撑环节。半导体材料，顾名思义，指的是半导体制造加工过程中所用到的各种材料产品，其应用场景与半导体设备高度相似，两者都是晶圆制造和封测环节所不可缺少的产品，也均为半导体产业链的重要支撑环节。但同时两者又有着各自鲜明的特点和属性。一方面，半导体设备一般是在晶圆厂新建产线或产能扩充时会有较为集中的采购，其市场与下游客户的资本开支密切相关，是晶圆产能得以扩充新增的重要先决条件；而半导体材料作为制造环节的消耗品，其市场则主要跟随晶圆制造的产能及其利用率的变化而变化，因此随着晶圆厂资本开支的落地以及产能的增加，对于半导体材料的用量通常有着持续性的拉动。因此半导体材料市场相对来说有着更好的持续性和更弱的波动性。近两年下游汽车电子、5G等多领域需求高景气，因此随着全球主要晶圆厂存量产能利用率保持高位以及新增产能逐渐释出，全球半导体材料市场规模也实现较好增速。据SEMI数据，2021年全球半导体材料市场规模达到643亿美元，同比增长16%，创历史新高。具体来看，半导体材料主要分为前道晶圆制造材料和后道封装材料，其中晶圆制造材料市场近年增长更为迅速、规模占比也更大，2020年达到349亿美元，而封装材料也占有较大市场，2020年超过200亿美元。此外，半导体材料不同于半导体设备的另一点在于，半导体设备虽然根据工序不同也有较多种类，包括光刻机、刻蚀设备、各种沉积设备等，但整体上在机械、自动化、软件等方面都有较强协同性和共通性，其横向延展可能性更高，因此全球龙头厂商通常在多个细分设备产品线都有良好布局，AMAT、LamResearch、TEL等厂商均是多领域头部厂商，而从整个半导体设备市场来看也是主要集中于数家头部厂商。我们统计了全球头部设备厂商2021年的销售额情况，前五大厂商便合计达到了约871亿美元，结合SEMI统计的2021年全球半导体设备市场约1026亿美元的规模，即使考虑到厂商销售额中含有部分配件/服务收入以及非半导体领域收入，其整体集中度也是相当之高。而半导体材料作为晶圆制造过程中用到的各种消耗材料的统称，其品类极多，包含硅片、光刻胶、电子气体、湿电子化学品、溅射靶材等等，不同材料间的生产制造和技术原理差异较大，其共通性相对更弱，材料厂商的横向拓展性也相对没有那么强。同时，这也构成了半导体材料行业的重要壁垒，龙头厂商确立细分领域优势后相对比较稳固。因此，半导体材料市场更多呈现出细分领域市场相对集中、但不同细分领域龙头厂商不尽相同的格局情况。1.2、全球主要晶圆厂积极扩产，材料市场有望持续增长半导体行业结构性景气持续，全球市场规模有望再创新高。2021年，得益于汽车电子、5G、IoT等下游需求高景气，行业整体供给偏紧，全球半导体市场规模同比大增26%，达到创纪录的5560亿美元。展望2022年，汽车电子、云计算等细分领域持续高景气，有望带动市场规模继续成长，超过6000亿美元。全球主要IC制造厂展望乐观，积极进行产能扩充。虽然部分芯片供给紧缺情况逐渐缓解，但主要晶圆厂判断行业整体供需依然偏紧，因此纷纷宣布了积极的扩产规划和资本开支计划。如代工龙头看好5G、HPC、汽车电子的长期增长趋势，在全球范围内积极扩产，2022年的资本开支指引也在去年300亿美元的高基数上进一步显著提高，达到400-440亿美元。因此，未来随着全球主要晶圆厂资本开支逐渐落地、新增产能逐步释放，晶圆制造过程中所耗用的各种半导体材料用量也将受到持续性的拉动，市场规模有望持续较快增长。1.3、国内扩产高峰叠加替代加速，国产供应商迎黄金发展期中国大陆的晶圆厂/存储厂随着技术逐渐突破，近年更是积极进行产线建设。分地区来看，中国大陆是近年半导体材料市场增长最快的地区，2016-2021年复合增速高达11.9%。其中2021年大陆市场强劲增长22%，达到119亿美元，市场规模仅次于中国台湾地区。尤其是2020年以来，随着国内领先晶圆厂/存储厂实现关键技术突破，其扩产更是处于高峰期。我们统计了国资背景主要晶圆厂/存储厂的扩产规划，12寸逻辑代工及IDM产能将从2021年底的40多万片/月提升至2024年底的超过130万片/月；国资3DNAND和DRAM存储厂的总产能也将从2021年底的16万片/月提升至2024年底的约50万片/月，均有显著提升。随着国资背景晶圆厂/存储厂扩充产能的落地，国内半导体材料市场需求也将得到显著拉动，继续保持明显高于全球的增速，进而为国内的半导体材料厂商带来丰厚的成长土壤。除国内市场本身的较快增速外，自主可控进程的加速更是进一步为国产供应商带来了前所未有的发展良机。近年中美贸易关系存在不确定性，美国先后对华为、等国产厂商逐步加大制裁，使得国内半导体行业意识到了产业链自主可控的必要性，纷纷加速国产替代进程。从材料供应角度，晶圆制造从硅片制造到前道的光刻、刻蚀、沉积、抛光、清洗再到后道封测等各个环节都会用到各式各样的半导体材料。而目前多数细分领域，如硅片、光刻胶等产品，越是先进的制程节点，其供应便越是依赖于海外进口，国内厂商份额相对还较小。随着国内晶圆厂/存储厂加速推进供应链的国产化进程，为国产供应商提供了导入和试错的机会，优质厂商面临着客户突破和份额提升的黄金发展期，叠加国内市场本身的较快增速，半导体材料细分领域龙头厂商有望迎来订单和业绩的加速释放期，迎来快速成长。2、硅片：芯片制造基础材料，半导体材料最大单一市场2.1、硅片：晶圆制造关键/基础原材料，大尺寸化趋势持续半导体硅片是生产集成电路、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料，是半导体产业链基础性的一环。目前绝大多数半导体产品仍使用硅基材料制造，在硅片基础上经过光刻、刻蚀、沉积、抛光及清洗等工序的多次反复进行，并经切割、封测等环节后便形成了具有特定结构和功能的芯片。而从硅片本身的制造工艺来讲，首先是要将多晶硅原材料以一定的工艺制备为符合要求的单晶硅锭。单晶硅锭的制备也是影响硅片质量的重要工序，目前主要有直拉法和区熔法两种长晶方式，两种方式各有优劣。区熔法虽然制备的硅片具有更高的纯度，但由于效率较低、成本较高，因此目前仅应用于部分功率器件，因此直拉法占据了硅片制备的绝大多数比例。而通过直拉法或区熔法生长出符合要求的单晶硅锭后，还需要过再经切割、倒角、激光打码、研磨、清洗、刻蚀、抛光、外延等加工步骤后，形成单晶硅片，这些加工过程对于硅片的平整度、厚度及其均匀性都有着重要影响。硅片可划分为正片和控挡片/测试片，其中正片指的是用于正式生产的、最终形成晶圆成品的硅片，具体又包括抛光片和在抛光片基础上进一步处理形成的外延片、退火片等，各自具有不同的特性和应用；而控挡片/测试片则指的是用于测试、暖机、工艺调整、监测稳定性等用途的硅片，通常其品质要求和价值量相较正片都会更低一些。因此，一般单晶硅棒中间较好的部分会用来制作正片，而两侧品质相对较差的头尾部分则可用来制作控挡片/测试片。另外，硅片在制造过程中需要掺杂元素（通常为硼族或磷族元素）以实现特定的电学特性，而根据掺杂浓度不同则可以分为轻掺硅片和重掺硅片，通常掺杂浓度越高，则硅抛光片电阻率越低。目前轻掺硅片广泛应用于存储、逻辑IC等各个领域芯片制造，轻掺抛光片可以直接用于芯片生产，因此通常对晶体原生缺陷要求极高，同时也可以进一步生成外延层后再用于IC制造；而重掺硅片主要用于功率、电源管理芯片等领域，且通常需制成外延片后用于芯片制造，由于有外延层存在因此对晶体缺陷要求相对较低。从结构上来说，重掺的应用仅局限于特定领域，占比有限；轻掺则占到了硅片市场的绝大多数比例，尤其在逻辑、存储等领域都是绝对主流。而按照尺寸划分，硅片又包括4-12英寸等不同尺寸的硅片，总体上随着历史演进朝着大尺寸化趋势发展，主要是由于更大尺寸硅片拥有更高的切割效率，且在沉积-光刻-刻蚀-清洗等工艺流程基本不变的情况下，单个芯片平均的生产时间缩短，因此大尺寸硅片拥有更佳的经济效益。目前8英寸和12英寸是较为主流的硅片尺寸。从制程节点角度，目前90nm及以下制程主要使用12英寸硅片，90nm以上的制程主要使用8英寸及以下尺寸硅片。随着芯片制程整体不断微缩化，12英寸占比持续提升；而由于PMIC、功率等部分成熟制程产品仍有较大比例在使用8英寸硅片，因此其也占有一定的比例；此外6英寸及以下尺寸硅片占比已相对较小，主要用于功率等细分领域。2.2、晶圆制造最大单一材料市场，高景气有望持续硅片作为芯片制造的基础性材料，是晶圆制造材料中成本占比最大的原材料，近年半导体硅片市场规模都在百亿美元以上，2021年则是同比增长10%以上，达到126亿美元。而从硅晶圆出货面积来看，SEMI预计在经过2021年的显著增长后，在下游需求带动下未来几年仍会保持稳定增长。按硅片尺寸来看，据硅片龙头厂商SUMCO数据，2021Q4全球8英寸硅片出货量约在600万片/月，12英寸硅片出货量则在750万片/月左右，并预计在5G、HPC、汽车电子等下游领域带动下，以先进制程节点为代表的12英寸硅片需求将保持快速增长，预计到2025年将超过1000万片/月。而在汽车电动化智能化快速推进的背景下，功率、模拟等半导体产品需求预计也将保持高景气，其硅片需求增长很大程度上集中在8英寸硅片上，因此8英寸硅片需求也有望保持稳定增长。在硅片需求持续较快增长的情况下，硅片行业在2021年整体处于供应紧张的状态，各尺寸硅片价格均有明显涨幅，其中尤以12英寸硅片为甚。展望未来，由于主要硅片厂前期并无新建产线规划，而龙头厂商Siltronic、SUMCO和环球晶圆在2021年以来宣布的新建产线最快也需要2023年下半年左右才能投产，在此之前产能增幅有限。因此硅片供需偏紧的情况至少今明年仍将持续，环球晶圆也称，包括扩产、去瓶颈产能在内，至2024年的产能均已卖光。因此我们判断硅片产品价格有望保持高位。2.3、海外厂商主导市场，国内厂商逐渐突破硅片作为半导体产品制造的关键材料和基础性材料，有着极为严苛的性能和参数要求。首先从纯度上来讲，半导体硅片要提纯达到至少9N-11N（即99.9999999%至99.999999999%）的级别；同时，在生产环节中还要尽可能地减少晶体缺陷，并有效控制晶体中的杂质含量，尤其是氧、碳含量（如氧含量是决定半导体硅片质量的关键因素之一）；然后，在切割、研磨、抛光等加工环节需要保证表面厚度和平整度的均匀性、一致性，并获得平坦度高、颗粒少与表面形貌优良的产品。而从规模量产的角度，厂商还需要满足更多要求，以单晶生长环节为例，厂商要最大程度降低对操作工人的依赖，保证拉制晶体质量的重复性、稳定性和一致性，并尽可能提高产出良率，降低单晶生长成本。目前半导体硅片行业格局集中，主要由信越化学（日本）、SUMCO（日本）、环球晶圆（中国台湾）、Siltronic（德国）、SKSiltron（韩国）五大家主导，合计占据约九成市场份额。此外，Soitec占据5.7%份额，并在SOI硅片市场处于全球领先地位，而中国大陆的份额也持续提升，位居全球第七。国内市场目前整体上仍十分依赖于海外进口，尤其是在壁垒更高的大尺寸硅片领域，具体来看，国产厂商在6英寸及以下硅片已实现较好的技术覆盖和国产化率，而在8英寸硅片尚有巨大的替代空间，在12英寸硅片真正实现正片规模量产的更是只有等个别厂商。因此，国内大尺寸硅片领域国产替代空间巨大，而随着下游快速扩产以及积极推进国产化，国内硅片厂商面临发展良机。我们看到国产优质硅片厂商正持续取得技术和客户突破，如沪硅产业成功实现12英寸正片规模量产，切入多家国内头部晶圆厂/存储厂客户并取得高份额，、等优质厂商也在持续推进新产品的验证和量产，有望实现份额快速提升、带动业绩快速成长。2.4、国产优质硅片厂商梳理2.4.1、：国产硅片龙头，12英寸产能快速释放由国盛集团、大基金、新微集团（实控人为中科院微系统所）等设立，通过控股新傲科技（最早也由微系统所发起设立）、上海新昇、芬兰Okmetic（原全球第七大硅片厂商），实现了12英寸抛光片及外延片、8英寸及以下抛光片/外延片和8英寸及以下SOI硅片等产品的覆盖，成为国内半导体硅片领域龙头厂商。在国内8英寸及以下硅片处于技术和规模领先地位，尤其在SOI硅片是国内少有具备生产能力的，此外更是国内极为少有12英寸正片规模量产的厂商，客户包括、、格罗方德、、Towerjazz等国际芯片厂商以及

、华虹宏力、华力微电子、长江存储、武汉新芯、长鑫存储、等国内主要芯片制造企业。公司8英寸及以下产品主要由新傲科技和Okmetic两家子公司生产，目前抛光片、外延片合计产能超过40万片/月，SOI硅片产能超过5万片/月，产能利用率均处于较高状态，其中新傲科技SOI硅片仍在产能提升中，此外公司5月公告Okmetic拟投资3.88亿欧元扩建8英寸抛光片26.1万片/月产能（一期13.1万片/月），将进一步扩大公司在8英寸硅片的收入和份额。2.4.2、：国产重掺硅片优质厂商，不断拓展能力范围是国内较早从事硅片生产业务的厂商之一，经过多年发展，硅片产品类型已实现从6英寸到12英寸、轻掺到重掺、N型到P型等领域全覆盖，公司在技术积累、产能规模、客户覆盖等均处于国内领先地位，尤其在重掺硅片领域是国内龙头厂商，客户已覆盖ONSEMI、AOS、东芝公司、台湾半导体、台湾汉磊等国际知名跨国公司以及、华虹宏力、华润微电子、等国内知名公司。而在12英寸硅片方面，公司也是国内少有实现产品出货的厂商，技术能力覆盖14nm以上逻辑电路，面向CIS和功率器件产品已大规模出货，目前主要销售产品包括抛光片测试片及外延片正片，同时正在持续开展客户送样验证工作。此外，公司公告拟并购国晶半导体，进一步增强公司在轻掺硅片领域的竞争力。在硅片业务以外，公司还是国内较早从事功率器件业务的厂商，产品包括肖特基芯片、MOSFET芯片、TVS芯片等，在光伏领域地位领先，并深耕车规芯片业务，拓