请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 行业研究 Page 1 证券研究报告深度报告 基础化工 Table_IndustryInfo 半导体材料专题报告 超配 （维持评级） 2020年01月09日 一年该行业与上证综指走势比较 行业专题 市场空间巨大，国产替代大有所为 半导体材料各环节都有国内企业参与供应 我们对半导体材料产业链进行了全面的梳理，并整理了国内半导体材料产业链投资图谱。我们将半导体材料按照晶圆片的制造流程分为基体材料、制造材料、封装材料三大部分，国内企业基本上参与了半导体材料产业链上各环节的供应。 全球半导体材料市场规模巨大，但基本由外企主导 2018年全球半导体产业规模达4373亿美元，其中半导体材料规模达519亿美元，大陆地区半导体产业规模达 1220亿美元，其中半导体材料规模达84.4亿元。大陆地区半导体产业占全球总量的 28%，半导体材料占全球总量的 16%。欧美、日韩和台湾等地区的半导体产业发展较早，全球半导体材料仍主要由海外企业所主导，国内企业目前还处于起步阶段，参与产业链的程度普遍较低。 乘国产化之风，半导体材料进口替代成必然趋势 目前全球半导体制造业正处于向大陆地区转移的历史大变革当中，国内半导体材料产业面临巨大的历史机遇。目前我国半导体材料的国产化率仅约 20%，未来国内半导体材料市场需求随晶圆制造产能的持续扩张仍有较大的规模增长。参考锂电池材料为例，在政策推动下国内动力锂电池需求急速增长，巨量市场需求引导下，锂电池四大材料在 2017年就基本实现国产化替代。我们看好在巨大的半导体市场需求刺激下，国内半导体材料顺利完成进口替代将成必然趋势。 风险提示 1、国产半导体自主可控难度超出预期，导致半导体材料国产化进程缓慢； 2、贸易战加剧导致产业链核心受制于人，产业发展受阻，国内半导体产业市场规模增速低于预期； 3、宏观经济政策波动，国家对半导体产业链的政策支持力度下降。 重点公司盈利预测及投资评级 公司 公司 投资 昨收盘 总市值 EPS PE 代码 名称 评级 （元） （百万元） 2019E 2020E 2019E 2020E 600703 三安光电 增持 19.04 77,645 0.39 0.52 48.8 36.6 002916 深南电路 买入 148.71 50,413 3.74 5.14 39.8 28.9 资料来源：Wind、国信证券经济研究所预测 相关研究报告： 半导体行业专题报告：保持战略定力，着眼长期产业制高点 2019-12-24 证券分析师：龚诚 电话： 010-88005306 E-MAIL： gongchengguosen 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980519040001 证券分析师：唐泓翼 电话： 021-60875135 E-MAIL： tanghyguosen 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980516080001 证券分析师：欧阳仕华 电话： 0755-81981821 E-MAIL： ouyangsh1guosen 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980517080002 独立性声明： 作者保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于本人的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，其结论不受其它任何第三方的授意、影响，特此声明 0.60.81.01.21.41.6J/19 M/19 M/19 J/19 S/19 N/19上证综指 基础化工请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 2 投资摘要 关键结论与投资建议 我们对半导体材料产业链进行了全面的梳理，将半导体材料按照晶圆片的制造流程分为基体材料、制造材料、封装材料三大部分，国内企业基本上参与了半导体材料产业链上各环节的供应。我们对每一种材料的相关上市公司都进行了盘点，并整理了国内半导体材料产业链投资图谱。 2018 年全球半导体材料销售额达到 519 亿美元，大陆地区销售额销售额达 84亿美元，其中国产材料占比仅为 20%，在全球硅晶圆制造产业向大陆转移的历史浪潮之下，半导体材料进口替代将成为必然趋势，国内半导体材料企业未来成长空间巨大。 核心假设或逻辑 第一，全球半导体产业市场规模巨大，半导体材料大有可为。2018年全球半导体市场规模为 4373 亿美元，其中半导体材料规模达 519 亿美元。目前全球半导体制造业正处于向大陆地区转移的历史大变革当中，国内半导体材料产业面临巨大的历史机遇。 第二，目前半导体材料市场由外企主导，国产化率有较大的提升空间。2018年国内半导体材料销售额达 84 亿美元，其中国产材料占比仅 20%左右，随着国内半导体产业规模的持续扩张，对材料需求量相应增长，国内半导体材料供应商有更多机会进入下游客户供应链。 第三，在巨大市场需求的引导之下，国产化替代是必然结果。以锂电池材料为例，在政策持续刺激之下，动力锂电池需求集中爆发，迅速增长的市场规模吸引大量资金进入到锂电池材料行业。国内在 2017 年就基本完成锂电池四大材料的国产化替代进程，并且参与到全球产业链的竞争市场当中。 与市场预期不同之处 目前我国半导体材料的国产化率约为 20%，如果5年后国内半导体材料能基本实现国产化（参照锂电池材料的国产化进程），再考虑到国内半导体材料整体市场规模在5年后至少增长50%，那么5年左右的时间里国内半导体企业的整体销售额将扩大到目前的 7-8 倍。目前国内半导体材料的市场份额较为分散，未来市场份额必然会集中到少数几个龙头公司。我们认为国内半导体材料行业必然会出现几个在 5 年内连续保持高速成长的企业，紧紧跟随半导体产业链国产化的趋势，营业规模扩张的空间在 10倍以上。 股价变化的催化因素 1、国家产业政策持续加码； 2、集成电路大基金二期投资加速推进； 3、下游企业扩大国产半导体供应链采购比例。 核心假设或逻辑的主要风险 1、国产半导体自主可控难度超出预期，导致半导体材料国产化进程缓慢； 2、贸易战加剧导致产业链核心受制于人，产业发展受阻，国内半导体产业市场规模增速低于预期； 3、宏观经济政策波动，国家对半导体产业链的政策支持力度下降。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 3 内容目录 国内半导体材料产业链全面盘点 . 6 各个环节的材料基本都有国内企业参与供应 . 7 基体材料 . 7 制造材料 . 7 封装材料 .11 全球半导体市场巨大，材料产业由外企主导 . 16 乘国产化之风，半导体材料进口替代成必然趋势 . 18 风险提示： . 21 分析师承诺 . 22 风险提示 . 22 证券投资咨询业务的说明 . 22 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 4 图表目录 图1：国内半导体材料产业链投资图谱 . 5 图2：半导体材料处于整个产业链的上游环节 . 6 图3：半导体芯片制造过程示意图 . 6 图4：半导体抛光原理示意图 . 8 图5：芯片粘结材料的示意图（以封装锡球为例） . 12 图6：Al2O3电子陶瓷封装材料举例 . 12 图7：封装基板图例（CSP系列） . 13 图8：键合丝的图例（金键合丝） . 14 图9：键合丝的焊线图 . 14 图10：引线框架图例（MSOP系列） . 15 图11：半导体晶圆中两种典型切割方式 . 15 图12：2013-2018年全球半导体材料销售额（单位：亿美元，） . 16 图13：2018年全球半导体材料销售额及区域占比情况（单位：亿美元，%） . 16 图 14：1998-2019 年全球晶圆产能增量情况（折算成 8 英寸晶圆，单位：百万片/年）. 17 图15：2018年全球半导体销售规模具体占比（单位：%） . 17 图16：全球和中国半导体市场规模对比 . 18 图17：2012-2018年国内半导体材料市场规模（单位：亿元） . 19 图18：2017年国内四大动力锂电池材料国产化率（单位：%） . 20 表1：湿电子化学品中常用的高纯试剂 . 9 表2：半导体制备过程中常用的高纯电子特气 . 10 表3：半导体材料产业链重点公司基本情况 . 20 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 5 图1：国内半导体材料产业链投资图谱 资料来源：国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 6 国内半导体材料产业链全面盘点 半导体产业链可以大致分为设备、材料、设计等上游环节、中游晶圆制造，以及下游封装测试等三个主要环节。半导体材料是产业链上游环节中非常重要的一环，在芯片的生产制造中起到关键性的作用。根据半导体芯片制造过程，一般可以把半导体材料分为基体、制造、封装等三大材料，其中基体材料主要是用来制造硅晶圆半导体或者化合物半导体，制造材料则主要是将硅晶圆或者化合物半导体加工成芯片的过程中所需的各类材料，封装材料则是将制得的芯片封装切割过程中所用到的材料。 图2：半导体材料处于整个产业链的上游环节 资料来源：国信证券经济研究所整理 图3：半导体芯片制造过程示意图 资料来源: Wikipedia、百度图片、国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 7 各个环节的材料基本都有国内企业参与供应 基体材料 根据芯片材质不同，分为硅晶圆片和化合物半导体，其中硅晶圆片的使用范围最广，是集成电路IC制造过程中最为重要的原材料。硅晶圆片全部采用单晶硅片，对硅料的纯度要求较高，一般要求硅片纯度在 99.9999999%（9N）以上，远高于光伏级硅片纯度。先从硅料制备单晶硅柱，切割后得到单晶硅片，一般可以按照尺寸不同分为6-18英寸，目前主流的尺寸是8英寸（200mm）和 12英寸（300mm）， 18英寸（450mm）预计至少要到2020年之后才会逐渐增加市场占比。全球龙头企业主要是信越化工、SUMCO、环球晶圆、Silitronic、LG等企业。 图4：硅晶圆片示意图 资料来源: Wikipedia，国信证券经济研究所整理 相关上市公司主要有：上海新阳、晶盛电机、中环股份、保利协鑫（港股） 化合物半导体主要指砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等第二、第三代半导体，相比第一代单质半导体（如硅（Si）、 锗(Ge）等所形成的半导体），在高频性能、高温性能方面优异很多。三大化合物半导体材料中，GaAs占大头，主要用在通讯领域，全球市场容量接近百亿美元；GaN的大功率和高频性能更出色，主要应用于军事领域，目前市场容量不到 10亿美元，随着成本下降有望迎来广泛应用；SiC 主要作为高功率半导体材料，通常应用于汽车以及工业电力电子，在大功率转换领域应用较为广泛。 相关公司主要有：三安光电、海威华芯 制造材料 抛光材料 半导体中的抛光材料一般是指 CMP 化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing）过程中用到的材料，CMP抛光是实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺。CMP抛光的原理是是在一定压力下及抛光浆料存在下，被抛光工件相对于抛光垫做相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧 化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 8 图5：半导体抛光原理示意图 资料来源:eeworld，国信证券经济研究所整理 抛光材料一般可以分为抛光垫、抛光液、调节器和清洁剂，其中前二者最为关键。抛光垫的材料一般是聚氨酯或者是聚酯中加入饱和的聚氨酯，抛光液一般是由超细固体粒子研磨剂（如纳米级二氧化硅、氧化铝粒子等）、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。 根据SEMI和IC Mtia数据，2016年全球抛光材料的市场规模大约16.1亿美元，其中国内市场规模约23亿元。全球抛光垫市场几乎被陶氏垄断，抛光液市场则主要由日本的Fujimi和Hinomoto Kenmazai，美国的卡博特、杜邦、Rodel、EKA，韩国的ACE等企业占领绝大多数市场份额。 相关上市公司主要有：鼎龙股份（抛光垫）、安集科技（抛光液） 掩膜版 掩膜版通常也被称为光罩、光掩膜、光刻掩膜版，是半导体芯片光刻过程中的设计图形的载体，通过光刻和刻蚀，实现图形到硅晶圆片上的转移。掩膜版通常根据需求不同，选择不同的玻璃基板，一般是选择低热膨胀系数、低钠含量、高化学稳定性及高光穿透性等性能的石英玻璃为主流，在上面镀厚约 100nm的不透光铬膜和厚约20nm 的氧化铬来减少光反射。 根据SEMI和IC Mtia数据，2018年全球半导体掩膜版的市场规模大约33.2亿美元，其中国内市场规模约 59.5 亿元。全球生产掩膜版的企业主要是日本的TOPAN、大日本印刷、HOYA、SK电子，美国的Photronic等。 相关上市公司主要有：菲利华、石英股份、清溢光电 湿电子化学品 湿电子化学品，也通常被称为超净高纯试剂，是指用在半导体制造过程中的各种高纯化学试剂。按照用途可以被分为通用化学品和功能性化学品，其中通用请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 9 化学品一般是指高纯度的纯化学溶剂，例如高纯的去离子水、氢氟酸、硫酸、磷酸、硝酸等较为常见的试剂。在制造晶圆的过程中，主要使用高纯化学溶剂去清洗颗粒、有机残留物、金属离子、自然氧化层等污染物。功能性化学品是指通过复配手段达到特殊功能、满足制造过程中特殊工艺需求的配方类化学品，例如显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等，经常使用在刻蚀、溅射等工艺环节。 表1：湿电子化学品中常用的高纯试剂 常用高纯试剂 化学式 用途 酸 氢氟酸 HF 刻蚀二氧化硅，以及清洗石英器皿 盐酸 HCl 湿法清洗化学品，2号标准清洗液的一部分，用来去除硅中的重金属元素 硫酸 H2SO4 Piranha溶液（H2SO4：H2O2 按照7：3配比）用来清晰硅片 缓冲氧化层刻蚀（BOE）：氢氟酸和氟化铵溶液 HF和NH4F 刻蚀二氧化硅薄膜 磷酸 H3PO4 可是氮化硅（Si3N4） 硝酸 HNO3 用HF和HNO3的混合溶液来可是磷硅酸盐玻璃（PSG） 碱 氢氧化钠 NaOH 湿法刻蚀 氢氧化铵 NH4OH 清洗剂 氢氧化钾 KOH 正极光刻胶显影剂 氢氧化四甲基铵 TMAH 正极光刻胶显影剂 溶剂 去离子水 DI Water 用于漂洗硅片和稀释清洗剂 异丙醇 IPA 通用的清洗剂 三氯乙烯 TCE 用于硅片和一般的清洗溶剂 丙酮 Acetone 通用的清洗剂（强于 IPA） 二甲苯 Xylene 强清洗剂，也可以用来去除硅片边缘光刻胶 资料来源:半导体制造技术，国信证券经济研究所整理 根据SEMI和IC Mtia数据，2016年全球湿电子化学品的市场规模大约 11.1亿美元，其中国内市场规模约14亿元。全球市场主要由欧美和日本企业主导，其中德国的巴斯夫和HenKel、美国的Ashland、APM、霍尼韦尔、ATMI、Airproducts、日本的住友化学、宇部兴产、和光纯药、长濑产业、三菱化学等公司。 相关上市公司主要有：多氟多、晶瑞股份、巨化股份、嘉化能源、滨化股份、三美股份、江化微、澄星股份、光华科技、兴发集团 电子特气 电子特气是指在半导体芯片制备过程中需要使用到的各种特种气体，按照气体的化学成分可以分为通用气体和特种气体。另外按照用途也可以分为掺杂气体、外延用气体、离子注入气、发光二极管用气、刻蚀用气、化学气相沉积气和平衡气。与高纯试剂类似，电子特气对气体纯度的要求也极高，基本上都要求 ppt级别以下的杂质含量。这是因为 IC电路的尺寸已经达到纳米级别，气体中任何微量残存的杂质都有可能造成半导体短路或者线路损坏。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 10 表2：半导体制备过程中常用的高纯电子特气 常用高纯电子特气 化学式 用途 通用气体 惰性 氮气 N2 排出残留在气体配送系统和工艺腔中的湿气和残余气体。N2有时也作为某些淀积工艺的工艺气体 氩气 Ar 在硅片工艺过程中用在工艺腔体中 氦气 He 工艺腔气体，也用于真空室的漏气检查 还原性 氢气 H2 外延层工艺的运载气体，也用于在二氧化工艺中与 O2反应生成水蒸气。总之在许多硅片制造工艺中会用到氢气 氧化性 氧气 O2 工艺腔气体 特种气体 氢化物 硅烷 SiH4 气相沉积工艺的硅源 砷化氢 AsH3 n型硅片离子注入的砷源 磷化氢 PH3 n型硅片离子注入的磷源 乙硼烷 B2H6 P型硅片离子注入的硼源 原硅酸四乙酯（TEOS） Si(OC2H5)4 气相沉积工艺的二氧化硅源 四氯化硅 SiCl4 气相沉积工艺的硅源 二氯硅烷（DCS) SiH2Cl2 气相沉积工艺的硅源 氟化物 三氟化氮 NF3 等离子刻蚀工艺中的氟离子源 六氟化钨 WF6 金属沉积工艺的钨源 四氟甲烷 C2F4 金属沉积工艺的氟源 四氟化碳 CF4 金属沉积工艺的氟源 四氟化硅 SiF4 沉积、注入和刻蚀工艺中的硅和氟离子源 三氟化氯 ClF3 工艺腔体清洁气体 酸性气体 三氟化硼 BF3 P型硅片离子注入的硼源 氯气 Cl2 金属刻蚀中所用的氯源 三氯化硼 BCl3 p型硅片离子注入的硼源和金属刻蚀中所用的氯源 氯化氢 HCl 工艺腔体清洁气体和去污剂 其他 氨气 NH3 工艺气体用来和SiH2Cl2反应生产沉积所用的SiN3 笑气（一氧化二氮） N2O 与硅反应生茶年二氧化硅的氮源 一氧化碳 CO 用在刻蚀工艺中 资料来源: 半导体制造技术，国信证券经济研究所整理 根据SEMI和IC Mtia数据，2016年全球电子特气的市场规模大约36.8亿美元，其中国内市场规模约46亿元。全球电子特气的龙头企业主要是美国的空气化工和普莱克斯、法国液空、林德集团、日本大阳日酸。 相关上市公司主要有：雅克科技、华特气体、南大光电、中环装备、昊华科技、三孚股份、巨化股份 光刻胶 光刻胶是图形转移介质，其利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上。目前广泛用于光电信息产业的微细图形线路加工制作，是电子制造领域关键材料。光刻胶一般由感光剂（光引发剂）、感光树脂、溶剂与助剂构成，其中光引发剂是核心成分，对光刻胶的感光度、分辨率起到决定性作用。光刻胶根据化学反应原理不同，可以分为正型光刻胶与负型光刻胶。 以半导体光刻胶为例，在光刻工艺中，光刻胶被均匀涂布在衬底上，经过曝光(改变光刻胶溶解度)、显影(利用显影液溶解改性后光刻胶的可溶部分)与刻蚀等工艺，将掩膜版上的图形转移到衬底上，形成与掩膜版完全对应的几何图形。光刻工艺约占整个芯片制造成本的 35%，耗时占整个芯片工艺的 40-60%，是半导体制造中最核心的工艺。 根据SEMI和IC Mtia数据，2016年全球光刻胶的市场规模大约 14.4亿美元，其中国内市场规模约20亿元。全球光刻胶市场主要被欧美日韩台等国家和地区