半导体材料全球格局

   半导体材料是半导体产业链的重要支撑产业，按应用环节划分为晶圆制造材料和封装材料。整个半导体产业链主要包括IC的设计、晶圆制造以及封装测试等环节，半导体材料主要应用在集成电路的制造和封装测试等领域。集成电路的制造和封测对材料和装备需求巨大。从材料角度看，涉及到大硅片光刻胶、掩膜版、特种气体等原材料；从装备角度看，涉及到光刻机、刻蚀机、PVD、CVD等各种核心设备。而本文主要围绕晶圆制造材料角度展开。
集成电路产链

 半导体材料市场概览

  集成电路生产需要用到包括硅基材、CMP抛光材料、高纯试剂（用于显影、清洗、剥离、刻蚀）、特种气体、光刻胶、掩膜版、封装材料等多种电子化学品材料。根据Prismark数据，全球集成电路制造成本中，电子化学品占集成电路制造成本的比重约为20%。

集成电路生产用晶圆制造材料

  集成电路晶圆制造流程：6个独立的生产区构成完整晶圆制造流程
（1）扩散：进行高温工艺和薄膜淀积的区域，将硅片彻底清洗并进行自然氧化；（2）光刻：对硅片进行预处理、涂胶、曝光、显影，随后清洗硅片再次烘干；（3）蚀刻：用高纯试剂（氢氟酸、盐酸等）进行刻蚀，保留设计好的图案；（4）离子注入：注入离子（磷、硼），高温扩散，形成集成器件；（5）薄膜生长：进行各个步骤当中介质层和金属层的淀积；（6）抛光：抛光材料打磨，并再次清洗插入电极等后续处理，进行WAT测试。
晶圆制造材料在半导体制造流程中的应用环节
全球半导体材料市场跟随半导体市场呈周期波动。根据SEMI数据显示，2009-2011年，受半导体市场规模持续扩张影响，全球半导体材料迎来快速增长，市场规模由346.4亿美元提升至478.8亿美元。2012-2017年，半导体材料市场进入震荡调整阶段，市场规模维持在420-470亿美元。2018年市场再次迎来爆发，同比2017年提升50亿市场规模。2019年，半导体材料市场维持稳定，全球销售额约为521.1亿美元，其中晶圆制造材料约为328亿美元，封装材料约为192亿美元。2008-2019年全球半导体材料市场规模
而在过去几年，中国半导体材料市场稳步增长。
根据SEMI数据，2009-2019年，中国半导体材料市场从32.6亿美元提升至86.9亿美元，年均复合增长率（CAGR）达到10%。整体来看，我国半导体材料的国产化率仍处于较低水平，进口替代空间大。此外，随着国内晶圆厂的投资完成以及本土先进制程推进，国内半导体材料的市场有望持续增长，给本土材料厂商带来较大的导入机会。
2008-2019年中国半导体材料市场规模（亿美元）
从半导体材料市场的具体构成来看，根据SEMI数据，大硅片占比高达38%，电子特气与掩膜版均占比13%位居次席，其余市场份额由光刻胶、靶材、CMP抛光材料等产品占据。
2018年全球半导体材料市场构成

硅片：半导体材料市场的半壁江山

   如上图所示，硅片是半导体材料中最重要的组成。而晶圆材料的发展历程大致可分为三代：第一代为锗、硅为代表；第二代主要是砷化镓、磷化铟；第三代为氮化镓、碳化硅等。目前大部分晶圆仍以硅为主要原料。硅晶圆的加工可分为硅提纯、拉晶、晶棒测试、外径研磨、切片等流程。

    硅晶圆制造过程
  硅晶圆为IC的基底，朝大尺寸方向发展。硅片主要使用在半导体集成电路中，用来制作硅晶圆当成集成电路的基底。按照尺寸大小可分为6英寸、8英寸和12英寸，尺寸越大，加工难度也越大。由于集成电路的集成度越来越高，因此对大尺寸硅片的需求量越来越大。硅片总体需求和集成电路芯片需求高度一致。目前趋势是6英寸硅片市场份额已经较低，12英寸硅片市场需求强劲，全球范围内保持快速增长。
    全  球硅晶圆朝大尺寸方向发展
半导体硅片上游材料为电子级多晶硅，德国wacker、美国hemlock、日本丸红株式会社等境外企业占据主要市场。国内鑫华半导体、黄河水电已实现稳定量产电子级多晶硅，但产品多用于生产150-200mm（6英寸、8英寸）硅片，更大尺寸硅片的原材料仍主要依靠进口。
半导体硅片下游是各类电子元器件。其中200mm（8英寸）及以下硅片终端应用领域主要为移动通信、汽车电子、物联网、工业电子等。300mm（12英寸）硅片需求主要来源于智能手机、计算机、云计算、人工智能、SSD（固态存储硬盘）。
   全球硅片出货面积及单位价格走势
  半导体硅片市场景气与电子工业需求深度绑定。2009年经济危机后硅片量价齐跌，2010年由于智能手机放量硅片量价增长有所反弹。2011年至2016年，全球经济乏力，硅片价格持续下跌，出货量增长主要由硅片体积增加所致，市场规模略有下降。2017年后受益于下游计算机、移动通信、固态硬盘、工业电子的需求上涨，硅片市场实现量价齐升。
   全球硅片市场规模
   全球硅片市场巨头垄断，中国大陆地区厂商体量较小。
竞争格局方面，信越化学、住友胜高、世创、环球晶圆为全球四家主流供应商，市场合计占比80%以上。中国大陆地区厂商以沪硅产业、中环股份为首，2018年沪硅产业占全球硅片市场2.18%，相比全球硅片巨头体量尚小。
2018年全球半导体硅片竞争格局
国内硅片厂商加速追赶，沪硅产业12寸硅片一马当先。目前国内主要有沪硅产业、中环股份、超硅半导体、金瑞泓等企业进入大硅片领域。
国内硅片主要企业产品情况
它山之石：信越化学作为日本有机硅工业“国产技术”的典范，信越化学的成功离不开以下几个方面的原因。
强大的研发力度和研发能力，信越化学共设有7家研发中心，是研发内生增长的典范。信越化学通过自行生产金属硅，保障了主原料的稳定性，确立了从原料开始的一贯式生产体制。
国家的大力支持，日本政府在行业发展前期颇具战略眼光，给予多种优惠政策，通产省1989年制定了160亿日元的“硅类高分子材料研究开发基本计划”支持硅材料的研发，这一计划为以信越化学为首的有机硅生产企业提供了资金和技术的大力支持。

光刻胶：高壁垒，机会大

   光刻胶是利用化学反应进行图像转移的媒体，将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上的图形转移介质。光刻胶被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作，是微细加工技术的关键性材料。在光刻工艺中，光刻胶被均匀涂布在硅片、玻璃和金属等不同的衬底上，经曝光、显影和蚀刻等工序将掩膜版上的图形转移到薄膜上，形成与掩膜版完全对应的几何图形。

    光刻胶应用原理
  光刻胶原材料主要为树脂、溶剂和其他添加剂。其中溶剂质量占比最大，一般在80%以上。其他添加剂质量占比虽不足5%，却是决定光刻胶特有性质的关键材料，包括光敏剂、表面活性剂等材料。光刻胶可根据其下游应用领域分为半导体光刻胶、面板光刻胶和PCB光刻胶三类，半导体光刻胶和面板光刻胶市场规模分别为13.73亿美元，15.87亿美元。
光刻胶的发展是摩尔定律运行的核心驱动力。半导体工业集成电路的尺寸越来越小，集成度越来越高，并能够按照摩尔定律向前发展，其内在驱动力就是光刻技术的不断深入发展。集成电路水平已由微米级（2μm-1μm）、亚微米级（1-0.35μm）、深亚微米级（0.35μm以下）、纳米级（90-22nm）甚至进入14-7nm阶段。
对光刻胶分辨率等性能要求不断提高，光刻技术随着集成电路的发展经历了从G线（436nm）光刻，H线（405nm）光刻，I线（365nm）光刻，到深紫外线DUV光刻（KrF248nm和ArF193nm）、193nm浸没式加多重成像技术（32nm-7nm），在到极端紫外线（EUV， ＜13.5nm）光刻的发展，甚至采用非光学光刻（电子束曝光、离子束曝光），以相应波长为感光波长的各类光刻胶也应用而生。目前，KrF/ArF仍是主流的加工材料。
集成电路光刻胶产品技术路线演化
半导体光刻胶可根据加工芯片的制程从大到小分为g线/i线光刻胶、Krf光刻胶、Arf光刻胶（干法及湿法）和EUV光刻胶。各类光刻胶中虽然各组分含量存在差异，但树脂含量一般在 20%以下，总体来适用波长越短的光刻胶，其树脂含量越低，溶剂含量越高。
半导体用光刻胶应用制程及组分
销售量方面，g线/i线光刻胶是半导体用光刻胶需求主要构成，占比达50%以上，预计2022年需求量将达450立方米以上，KrF、ArF光刻胶2022年需求量预计分别为200.77立方米和103.56立方米。销售额方面，ArF光刻胶由于技术附加值高，价格昂贵，占据最大销售份额。
全球半导体用光刻胶销售额（亿美元）
根据富士经济数据，预计2022年ArF销售额将达6.74亿美元，g线/i线光刻胶和KrF光刻胶销售额预计可达3.80亿美元和3.88亿美元。EUV、光刻技术目前尚未普及，仅台积电和三星掌握，EUV光刻胶市场规模较小。
2018年全球g线/i线光刻胶竞争格局
日本企业在半导体光刻胶领域占据绝对优势。半导体光刻胶主要生产企业包括日本东京应化、JSR、住友化学、信越化学；韩国东进世美肯；美国陶氏杜邦，其中日本企业占据约70%市场份额。分产品看，东京应化在g线/i线和Krf光刻胶领域居龙头地位，市场份额分别达到27.5%和32.7%。JSR在Arf光刻胶领域市占率最高，为25.6%。