半導體行業產業鏈概況

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1、半導體行業產業鏈概況一、 半導體行業產業鏈概況半導體產業鏈主要包含芯片設計、晶圓制造和封裝測試三大核心環節，此外還有為晶圓制造與封裝測試環節提供所需材料及專業設備的支撐產業鏈。作為資金與技術高度密集行業，半導體行業形成了專業分工深度細化、細分領域高度集中的特點。（一）芯片設計行業概況根據中國半導體行業協會公開信息顯示，2020年度，國內芯片設計行業銷售規模達到3，7784億元，同比增長2334%，2015-2020年的復合增長率達到了2332%。芯片設計未來的增長邏輯在于整個半導體行業的快速發展，主要在國產化率提高、5G以及物聯網帶來的新一輪機遇。（二）晶圓制造行業概況晶圓制造的工藝非常復雜，

2、在晶圓制造中，共有七大工藝步驟，分別為氧化/擴散、光刻、刻蝕、薄膜生長、離子注入、清洗與拋光、金屬化，整個生產過程可能涉及上千道加工工序。1、晶圓制造行業產業集中趨勢明顯由于集成電路制造業務投入金額巨大產能爬坡周期較長、技術門檻要求較高等特征，整個集成電路制造行業的產業集中度逐漸提高。從集成電路制造產能廠商分布來看，近年來集成電路制造廠商所擁有的產能份額也呈現出較為明顯的集中趨勢，其中，排名前五的集成電路廠商產能份額由2009年中的36%升至2020年末的54%，排名前十的集成電路廠商產能份額由2009年中的54%升至2020年末的70%。從晶圓制造產能地域分布來看，根據ICInsight統計

3、，截至2020年12月，中國臺灣和韓國集成電路制造產能占比最高，分別為約450萬片/月和410萬片/月（等效8英寸），占比分別約為2163%和1971%，中國大陸集成電路制造產能約為330萬片/月，占比約為1587%。2、晶圓制造行業高端制程產能集中于中國臺灣和韓國，中國大陸仍存在較為明顯的差距從集成電路制造制程的地域分布來看，根據ICInsight統計，截至2020年12月，小于10nm制程的產能均集中于中國臺灣和韓國地區，中國大陸集成電路制造產能仍以20nm以上為主。3、受益于全球半導體需求，集成電路制造行業投資預計大幅增加根據美國半導體行業協會（SIA）統計，目前全球半導體需求正在高位，

4、而集成電路產能不足和芯片短缺已經波及多個行業。由于通常集成電路生產線的建設平均需要耗費18-24個月，短期內集成電路制造廠商充分利用現有產能。自2020年12月起，集成電路廠商的平均產能利用率甚至超過了95%。長期來看，自2021年開始，集成電路制造行業已經展現出明顯的高投資趨勢。2021年全球半導體新建產線投資規模也將達到創紀錄的1，480億美元，較2020年增長超過30%。并且預計2021年至2025年半導體制造行業投資規模平均為1，560億美元，較2016年至2020年的年均投資規模970億美元大幅增長61%。二、 半導體行業供需持續緊張，加速硅片是半導體上游產業鏈中最重要的基底材料之一

5、。硅片是以高純結晶硅為材料所制成的圓片，一般可作為集成電路和半導體器件的載體。與其他材料相比，結晶硅的分子結構較為穩定，導電性極低。此外，硅大量存在于沙子、巖石、礦物中，更容易獲取。因此，硅具有穩定性高、易獲取、產量大等特點，廣泛應用于IC和光伏領域。硅片可以根據晶胞排列是否有序、尺寸、加工工序和摻雜程度的不同等方式進行分類。根據晶胞排列方式的不同，硅片可分為單晶硅和多晶硅。硅片是硅單質材料的片狀結構，有單晶和多晶之分。單晶是具有固定晶向的結晶體材料，一般用作集成電路的襯底材料和制作太陽能電池片。多晶是沒有固定晶向的晶體材料，一般用于光伏發電，或者用于拉制單晶硅的原材料。單晶硅用作半導體材料有

6、極高的純度要求，IC級別的純度要求達9N以上（999999999%），區熔單晶硅片純度要求在11N（99999999999%）以上。根據尺寸大小的不同，硅片可分為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）。英寸為硅片的直徑，目前8英寸和12英寸硅片為市場最主流的產品。8英寸硅片主要應用在90nm-025m制程中，多用于傳感、安防領域和電動汽車的功率器件、模擬IC、指紋識別和顯示驅動等。12英寸硅片主要應用在90nm以下的制程中，主要用于邏輯芯片、儲存器和自動駕駛領域。大尺寸為硅片主流趨勢。硅片越大，單個產出的

7、芯片數量越多，制造成本越低，因此硅片廠商不斷向大尺寸硅片進發。1980年4英寸占主流，1990年發展為6英寸，2000年開始8英寸被廣泛應用。根據SEMI數據，2008年以前，全球大尺寸硅片以8英寸為主，2008年后，12英寸硅片市場份額逐步提升，趕超8英寸硅片。2020年，12英寸硅片市場份額已提升至681%，為目前半導體硅片市場最主流的產品。后續18英寸硅片將成為市場下一階段的目標，但設備研發難度大，生產成本較高，且下游需求量不足，18英寸硅片尚未成熟。根據加工工序的不同，硅片可分為拋光片、外延片、SOI硅片等高端硅片。其中拋光片應用范圍最為廣泛，是拋光環節的終產物。拋光片是從單晶硅柱上直

8、接切出厚度約1mm的原硅片，切出后對其進行拋光鏡面加工，去除部分損傷層后得到的表面光潔平整的硅片。拋光片可單獨使用于電動汽車功率器件和儲存芯片中，也可用作其他硅片的襯底，成為其他硅片加工的基礎。外延片是一種將拋光片在外延爐中加熱后，通過氣相沉淀的方式使其表面外延生長符合特定要求的多晶硅的硅片。該技術可有效減少硅片中的單晶缺陷，使硅片具有更低的缺陷密度和氧含量，從而提升終端產品的可靠性，常用于制造CMOS芯片。根據摻雜程度的不同，半導體硅片可分為輕摻和重摻。重摻硅片的元素摻雜濃度高，電阻率低，一般應用于功率器件。輕摻硅片摻雜濃度低，技術難度和產品質量要求更高，一般用于集成電路領域。由于集成電路在

9、全球半導體市場中占比超過80%，目前全球對輕摻硅片需求更大。含硅量提升驅動行業快速增長。伴隨5G、物聯網、新能源汽車、人工智能等新興領域的高速成長，汽車電子行業成為半導體硅片領域新的需求增長點。據ICInsights數據，2021年全球汽車行業的芯片出貨量同比增長了30%，達524億顆。但全球汽車缺芯情況在2020年短暫緩解后，于2022年再度加劇，帶動下游硅片市場需求量上升。據SEMI數據顯示，2021年全球半導體硅片市場規模為126億美元，同比增長125%。三、 半導體材料為芯片之基，覆蓋工藝全流程半導體材料包括晶圓制造材料和封裝材料。其中晶圓制造材料包括硅片、掩模版、電子氣體、光刻膠、C

10、MP拋光材料、濕電子化學品、靶材等，封裝材料包括封裝基板、引線框架、鍵合絲、包封材料、陶瓷基板、芯片粘結材料和其他封裝材料。具體來說，在芯片制造過程中，硅晶圓環節會用到硅片；清洗環節會用到高純特氣和高純試劑；沉積環節會用到靶材；涂膠環節會用到光刻膠；曝光環節會用到掩模板；顯影、刻蝕、去膠環節均會用到高純試劑，刻蝕環節還會用到高純特氣；薄膜生長環節會用到前驅體和靶材；研磨拋光環節會用到拋光液和拋光墊。在芯片封裝過程中，貼片環節會用到封裝基板和引線框架；引線鍵合環節會用到鍵合絲；模塑環節會用到硅微粉和塑封料；電鍍環節會用到錫球。四、 半導體制程升級，銅鉭靶材有望成為主流根據靶材制造工藝的不同，可分

11、為粉末冶金法和熔融鑄造法。粉末冶金法主要有熱等靜壓法、熱壓法、冷壓-燒結法三種方法，通過將各種原料粉混合再燒結成形的方式得到靶材，該方法優點是靶材成分較為均勻、機械性能好、生產效率高、節約原材料成本，缺點是含氧量量高、密度低。熔融鑄造法主要有真空感應熔煉、真空電弧熔煉、真空電子束熔煉等方法，通過機械加工將熔煉后的鑄錠制備成靶材，該制造方法的優點是靶材雜質含量低、密度高、可大型化，缺點是對兩種合金密度相似度要求高、較難做到成分均勻化。根據化學成分的不同，靶材可分為單質金屬靶材、合金靶材和陶瓷化合物靶材三種。單質金屬靶材包括純金屬鋁、鈦、銅等；合金靶材包括鎳鉻合金和鎳鈷合金等；陶瓷化合物靶材包括氧

12、化物、硅化物、碳化物、硫化物等。在半導體晶圓制造中，8英寸及以下晶圓通常以鋁制程為主，多數使用的靶材為鋁、鈦靶材。12英寸晶圓制造，多使用先進的銅互連技術，以銅、鉭靶材為主。全球半導體靶材市場漲幅穩定，中國市場增速更為顯著。根據華經情報網數據，2020年全球半導體靶材市場規模突破10億美元，同比上漲4%，2021年預計達104億美元。近年來國內半導體行業高速發展，半導體靶材市場規模不斷擴大。自2019年起，受新冠疫情影響，國內市場芯片緊缺，上游半導體靶材行業迎來高速成長期，2020年中國半導體靶材行業市場規模增長至17億元，同比上升1288%，漲勢明顯。2022年市場缺芯現象仍將持續，有望進一

13、步促進半導體靶材市場需求量的上升。超高純金屬提純技術是核心壁壘。先進半導體等高端制造行業所需金屬純度在6N及以上，一般的金屬提純技術無法滿足此要求。目前超高純銅、超高純鋁等多項核心專利技術掌握在如美國霍尼韋爾、日本日礦等外資巨頭手中。我國企業已在純化研究上取得一定突破，如有研億金的超純銅靶材已達到7N水平，并實現100噸/年的量產，有望在未來逐漸完成。美國企業為全球靶材市場主要廠商。亦如大多數半導體材料行業的細分市場，全球靶材市場主要由日本和美國企業占據。日本日礦金屬、美國霍尼韋爾、日本東曹和美國普萊克斯四家占據全球80%的市場份額。其中，日本日礦金屬所占市場份額最多，達30%。中國靶材市場呈

14、外資壟斷格局。海外靶材公司憑借先發優勢和數十年技術研發的沉淀，在國內靶材市場中占據絕對優勢，市場份額達70%。國內靶材企業包括江豐電子、阿石創、隆華科技等，市場份額在1%-3%左右。目前我國靶材行業相關聯企業數量較少，江豐電子、阿石創、隆華科技靶材業務占比較高。美國、日本等高純金屬制造商主要集中在技術壁壘較高的高端靶材產品領域，國內廠商競爭集中在中低端產品領域。五、 半導體行業市場規?？焖僭鲩L，本土廠商進展順利進入21世紀以來，5G、人工智能、自動駕駛等新應用的興起，對芯片性能提出了更高的要求，同時也推動了半導體制造工藝和新材料不斷創新，國內外晶圓廠加緊對于半導體新制程的研發，臺積電已于202

15、0年開啟了5nm工藝的量產，并于2021年年底實現3nm制程的試產，預計2022年開啟量產。此外臺積電表示已于2021年攻克2nm制程的技術節點的工藝技術難題，并預計于2023年開始風險試產，2024年逐步實現量產。隨著芯片工藝升級，晶圓廠商對半導體材料要求越來越高。目前部分終端需求仍然強勁，晶圓代工廠產能利用率維持歷史高位，預計全年來看結構性缺貨狀態依舊嚴峻。據SEMI于2022年3月23日發布的最新一季全球晶圓廠預測報告，全球用于前道設施的晶圓廠設備支出預計將同比增長18%，并在2022年達到1070億美元的歷史新高。由于半導體材料與下游晶圓廠具有伴生性特點，本土材料廠商將直接受益于中國大

16、陸晶圓制造產能的大幅擴張。成熟制程供需持續緊張，國內晶圓廠擴產規模維持高位。受益于成熟制程旺盛需求及大陸地區穩定的供應鏈，大陸晶圓廠快速擴產。根據SEMI報告，2022年全球有75個正在進行的晶圓廠建設項目，計劃在2023年建設62個。2022年有28個新的量產晶圓廠開始建設，其中包括23個12英寸晶圓廠和5個8英寸及以下晶圓廠。分區域來看，中國晶圓產能增速全球最快，預計22年8寸及以下晶圓產能增加9%，12寸晶圓產能增加17%。隨著下游電子設備硅含量增長，半導體需求快速增長。在半導體工藝升級+積極擴產催化下，半導體材料市場快速增長。據SEMI報告數據，2021年全球半導體材料市場收入達到64

17、3億美元，超過了此前2020年555億美元的市場規模最高點，同比增長159%。晶圓制造材料和封裝材料收入總額分別為404億美元和239億美元，同比增長155%和165%。此外，受益于產業鏈轉移趨勢，2021年國內半導體材料銷售額高達1193億美元，同比增長22%，增速遠高于其他國家和地區。半導體材料種類繁多，包括硅片、電子特氣、掩模版、光刻膠、濕電子化學品、拋光液、拋光墊、靶材等。據SEMI數據顯示，硅片為半導體材料領域規模最大的品類之一，市場份額占比達329%，排名第一，其次為氣體，占比約141%，光掩模排名第三，占比為126%。此外，拋光液和拋光墊、光刻膠配套試劑、光刻膠、濕化學品、濺射靶

18、材的占比分別為72%、69%、61%、4%和3%。六、 半導體行業競爭格局高度集中，國內廠商加速追趕CMP拋光液市場，美國Carbot是國際龍頭，安集科技為國內龍頭。目前全球拋光液市場主要由美日廠商壟斷，美國Cabot、美國Versum、日本日立、日本Fujimi和美國陶氏杜邦五家美日廠商占據全球拋光液近八成的市場份額，安集科技僅占約3%。國內市場中，美國Cabot占約64%，安集科技市占率為22%。安集科技為國產CMP拋光液龍頭，國內市場占有率超兩成。公司2015-2016年先后承擔兩個02專項項目，專注于持續優化14nm技術節點以上產品的穩定性，測試優化14nm及以下產品的技術節點，開發用

19、于128層以上3DD和19/17nm以下技術節點DRAM用銅及銅阻擋層拋光液。目前公司CMP拋光液13-14nm技術節點上實現規?；慨a，下游客戶包括中芯國際、長江存儲、臺積電、華虹半導體等主流晶圓廠商。全球拋光墊市場一家獨大，穩步前進。當前全球拋光墊市場主要由美國的陶氏杜邦壟斷，市占率高達79%，其他公司如美國Cabot、日本Fujimi、日本Hitachi等市占率在5%以內。內資企業中，鼎龍股份、江豐電子和萬華化學具備相應的生產力。其中，鼎龍股份為國內拋光墊龍頭企業，生產的拋光墊意在對標美國陶氏杜邦集團。隨著國內晶圓廠擴張，需求提升，為確保供應鏈的穩定，內資企業迎來發展潮。濕電子化學品貫穿

20、整個芯片制造流程，是重要的晶圓制造材料。濕電子化學品又稱工藝化學品，是指主體成分純度大于9999%，雜質離子和微粒數符合嚴格標準的化學試劑。在IC芯片制造中，濕電子化學品常用于清洗、光刻和蝕刻等工藝，可有效清除晶圓表面殘留污染物、減少金屬雜質含量，為下游產品質量提供保障。在半導體制造工藝中主要用于集成電路前端的晶圓制造及后端的封裝測試，用量較少，但產品純度要求高、價值量大。根據應用領域的不同，濕電子化學品可分為通用化學品和功能性化學品。其中通用化學品指主體成分純度大于9999%、雜質離子含量低于PPM級和塵埃顆粒粒徑在05m以下的單一高純試劑。功能濕電子化學品指可通過復配滿足制造中特殊工藝需求、達到某些特定功能的配方類和復配類液體化學品。其中通用化學品廣泛應用于IC芯片、液晶顯示面板和LED制造領域，包括氫氟酸、硫酸、磷酸、鹽酸、硝酸、乙酸等。功能性濕電子以光刻膠配套試劑為代表，包括顯影液、漂洗液、剝離液等。