当前，半导体领域的全面“军备竞赛”已经启动，我国在大力投入做半导体，美国参议院通过520亿美元芯片补贴法案，欧盟也公布《芯片法案》高调加入全球芯片竞赛。作为半导体产业的基石，半导体材料领域大有可为。一代技术依赖于一代工艺，一代工艺依赖一代材料和设备来实现。半导体材料处于整个半导体产业链的上游环节，对半导体产业发展起着重要支撑作用，具有产业规模大、细分行业多、技术门槛高、研发投入大、研发周期长等特点。

　　下面我们就半导体材料的具体分类与构成、相关重点材料的发展现状、发展趋势及市场规模、相关公司等相关问题进行梳理，试图了解半导体材料的市场空间及未来发展方向。

　　芯片生产包括晶圆制造、封装测试等流程。其中晶圆制造包括清洗、氧化、沉积、光刻、刻蚀、CMP、掺杂等工艺流程；封装测试包括减薄、切割、贴片、引线键合、电镀、终测等工艺流程。芯片生产流程复杂，生产环节需要应用到种类广泛的半导体材料，种类繁多的芯片生产所需材料构成了半导体材料产业。

　　半导体材料可以分为晶圆制造材料和封装材料。其中晶圆制造材料包括硅片、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、湿电子化学品、电子特气、抛光材料、靶材及其他材料；封装材料包括引线框架、封装基板、陶瓷基板、键合丝、包封材料、芯片粘结材料及其他封装材料，每一种大类材料又包括几十种甚至上百种具体产品，细分子行业多达上百个。

　　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。在众多半导体原材料中，硅具有明显的优势，硅熔点高、禁带宽度大，可广泛运用于高温、高压器件。此外，硅具有天然优质绝缘氧化层，在晶圆制造时可减少沉积绝缘体工序，从而减少了生产步骤并降低了生产成本。硅在自然界中的储量丰富，在地壳中约占27%，硅材料的成本显著低于其他类型半导体材料。由于硅的技术和成本优势，硅片成为了目前产量最大、应用范围最广的半导体材料，占据全部产品的90%以上，是半导体产业链基础性的一环。

　　半导体硅片的生产流程复杂，涉及工艺众多，主要生产环节包含晶体生长、硅片成型、外延生长等工艺。

　　长晶是硅片生产最核心的环节，单晶制备阶段决定了硅片的直径、晶向、掺杂导电类型、电阻率范围及分布、碳氧浓度、晶格缺陷等技术参数。单晶硅制备方法包括直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）两类，直拉法市占率高。采用直拉法的硅单晶约占85%，12英寸硅片只能用直拉法生产。

　　按照硅片尺寸分类，可分为6英寸及以下硅片、8英寸硅片和12英寸硅片，8英寸硅片和12英寸硅片是市场主流产品。按照产品工艺分类，主要可分为硅抛光片、外延片和SOI硅片。

　　8英寸、12英寸硅片占据90%以上的市场份额，12英寸硅片市场占有率不断提升。硅片尺寸的提升提高了硅片的利用率，但6英寸和8英寸晶圆制造产线大部分建设时间较早，设备折旧已经完毕，芯片制造成本偏低，综合成本具有一定优势，未来仍会是各尺寸硅片市场共存的状态。

　　SOI硅片价格远高于同尺寸外延片和抛光片，8英寸外延片主要是功率器件用重掺外延片，外延层较厚，相比抛光片价格更高。12英寸的外延片的外延层较薄，通常在3um以内，主要用于改善硅片的表面性能，价格是同尺寸抛光片的1.2倍左右。

　　2021年全球半导体材料市场规模达643亿美元，同比增长15.9%。其中晶圆制造材料与封装材料市场规模分别为404亿美元和239亿美元，较前一年增长15.5%和16.5%。晶圆制造材料市场以硅片、湿化学品、化学机械研磨及光掩膜等细分市场表现最为强势。

　　全球硅片市场高度集中，前五大厂商约占89%的市场份额，日本硅片企业领先。日本企业一直在半导体硅片领域处于领先地位，信越化学（Shin-Etsu）和胜高（Sumco）合计市场份额超过50%。

　　硅片毛利率波动受硅片销售价格和产能利用率的影响。硅片行业毛利率在2018之前持续提升，2019年需求减弱，毛利率下降，2021年半导体迎来景气周期，硅片企业毛利率回升。

　　受益于全球半导体需求的高景气，根据SUMCO统计，全球8英寸硅片2022Q1出货量约600万片/月，12英寸硅片2022Q1出货量接近800万片/月，创历史新高。

　　根据Sumco预测，12英寸硅片需求从2022年的800万片/月增长到2026年的1150万片，CAGR为9.4%。具体细分应用中，智能手机和数据中心仍是占比最高的下游应用，而汽车芯片是增速最快的细分应用。

　　外延片的需求更为旺盛，2022至2026年CAGR达11.3%。12英寸外延片主要用于生产逻辑芯片，随着高性能计算、物联网等应用的发展，外延片需求快速提升

　　硅片的扩产周期在2年以上，全球硅片产能至少至2023年下半年才会有明显增长。根据Sumco的数据，全球12英寸硅片在2020年之前主要依靠原有厂房进行产能扩充，新建厂房在2021年之后逐渐释放产能，产能释放的高峰期将在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍然将处于供不应求的状态

　　下游晶圆厂硅片库存持续降低，验证硅片高景气。Sumco表示目前只能满足LTA的订单，而非LTA的订单无法供应，缺货情况为国产硅片提供验证良机，硅片国产替代有望加速。

　　国内晶圆厂商中芯、华虹等主要晶圆代工厂及士兰微、华润微、闻泰、长江存储等IDM厂商积极扩产，12英寸逻辑扩产主要集中于28nm及以上的成熟制程，预计到2023年形成产能106.5万片/月，相较2020年产能提升270%。3DNAND预计从2020年的5万片/月扩产至2023年的27.5万片/月。DRAM从2020年的4万片/月扩产至25万片/月。

　　国内8英寸晶圆厂产能将从2020年的80.5万片/月扩产至2023年的121.5万片/月，增长50%，8英寸扩产主要在国内。

　　国内硅片公司梯队效应明显，龙头公司发展迅速。沪硅产业、立昂微等凭借在大尺寸硅片的技术积累以及产能优势，在营收端逐渐与其他硅片公司拉开差距，实现更快增长。

　　国内积极扩产8英寸和12英寸硅片产能，8英寸产能产能将增加90万片/月达298万片/月。12英寸现有产能90万片/月，计划扩产180万片/月，满产后将达到270万片/月。

　　12英寸大硅片需求旺盛，海外产能有限，为国内硅片企业提供战略发展期，国内硅片企业加速产品认证和客户导入，后续需密切关注各硅片公司客户认证和产能扩充进度。

　　光刻技术是指利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将图形传递到介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术，是光电信息产业链中的核心环节之一。以芯片制造为例，在晶圆清洗、热氧化后，需通过光刻和刻蚀工艺，将设计好的电路图案转移到晶圆表面上，实现电路布图，之后再进行离子注入、退火、扩散、气相沉积、化学机械研磨等流程，最终在晶圆上实现特定的集成电路结构。

　　光刻胶，又称光致抗蚀剂，是一种对光敏感的混合液体，是光刻工艺中最核心的耗材，其性能决定着光刻质量。作为图像转移“中介”，光刻胶是通过曝光显影蚀刻工艺发挥转移作用，首先将光刻胶涂覆于有功能层的基底上，然后紫外光通过掩膜版进行曝光，在曝光区促使光刻胶发生溶解度变化反应，选择性改变其在显影液中的溶解度，未溶解部分最后在蚀刻过程中起保护作用，从而将掩模版上的图形转移到基底上。

　　光刻胶主要是由树脂、光引发剂、溶剂、单体和其他助剂组成。光刻胶树脂和光引发剂是影响光刻胶性能最重要的组分。树脂主要是用于把光刻胶中不同材料聚在一起的粘合剂，给予光刻胶机械和化学性质。光引发剂，又称光敏剂或光固化剂，系光刻胶材料中的光敏成分，在吸收一定波长的紫外光或可见光能量后，可分解为自由基或阳离子并可引发单体发生化学交联反应。

　　下面我们主要来了解半导体光刻胶。在大规模集成电路的制造过程中，光刻和刻蚀技术是精细线路图形加工中最重要的工艺，决定着芯片的最小特征尺寸，占芯片制造时间的40-50%，占制造成本的30%。在图形转移过程中，一般要对硅片进行十多次光刻，光刻胶需经预烘、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影和蚀刻等环节，将掩膜版上的图形转移到硅片上，形成与掩膜版对应的几何图形。

　　近年来，半导体光刻胶技术不断提升。随着IC集成度的提高，集成电路的制程工艺水平已由微米级（1.0μm）、亚微米级（1.0-0.35μm）、深亚微米级（0.35μm以下）进入到纳米级（90-22nm）。为适应集成电路线宽不断缩小的要求,光刻胶的波长也由紫外宽谱向g线nm)、i线.5nm）的方向转移，曝光波长越短，光刻胶技术水平越高，适用的集成电路制程也更加先进。

　　光刻胶生产工艺复杂，技术壁垒高，其研发和量产需要企业的长期技术积累，对企业研发人员的素质、行业经验、技术储备等都具有极高要求，新进入者需要极大的研发投入。

　　光刻胶的研发是不断进行配方调试的过程，配方研发是通过几百个、几千个树脂、光酸和添加剂的排列组合尝试出来，且难以通过现有产品反向解构出其配方，这对技术及经验积累有非常高的要求。

　　同时，产品纯度、金属离子杂质控制等也是光刻胶生产工艺中需面临的技术难关，光刻胶纯度不足会导致芯片良率下降。

　　此外，高端光刻胶生产的大量专利掌握在海外龙头企业中，这在光刻胶技术上已构建了专利壁垒，阻碍后来者进入。以EUV光刻胶为例，全球专利申请量前十名中日本占据7席，富士胶片以422件排在第一；美国罗门哈斯和陶氏化学占据两席；韩国三星电子占据一席。

　　除项目研发需要持续资金投入外，光刻胶生产还需光刻机进行配套测试，而光刻机造价高昂，且价格持续上升。

　　光刻胶具有高客户壁垒，由于芯片制造所需光刻过程复杂多样，不同光刻过程、同一光刻过程的不同厂家对光刻胶的需求也有差异，因此光刻胶生产商需要调整光刻胶配方以满足差异化需求。而光刻胶达到下游客户要求的技术指标后，还需要进行较长时间验证测试（1-3年）。因此，一旦达成合作，光刻胶厂商和下游集成电路制造商会形成长期合作关系。

　　此外，光刻胶更新换代较快，光刻胶厂家出于技术保密考虑，一般会和上游原料供应商进行密切合作，共同开发新技术，增大了客户的转换成本。因此，光刻胶行业的上下游合作处于互相依赖互相依存的关系，市场新进入者很难与现有企业竞争，签约新客户的难度高。

　　光刻胶下游应用分布较为较为均衡，其中LCD用光刻胶占光刻胶总消费量的比例达27%，半导体用光刻胶、PCB用光刻胶占比均为24%，其他类光刻胶占比达25%。近年，电子信息产业更新换代速度不断加快，同时，随着半导体、显示面板、光刻胶产业的东移，国内光刻胶需求快速提升，我国光刻胶市场规模从2015年的100亿元，快速增长至2020年的176亿元，年均复合增速高达11.97%。

　　分领域看，近年PCB光刻胶市场需求增长稳定，国内PCB光刻胶市场规模从2015年的70亿元增至2020年的85亿元，年均复合增速达4%。受益于LCD产业由日韩加速向国内转移，同时大尺寸面板需求快速增长，国内面板光刻胶需求高速提升，市场规模从2015年的3.1亿美元增长至2020年的10.2亿美元，年均复合增速高达27%。而光刻胶作为关键半导体材料之一，近年市场规模也稳定增长，国内半导体光刻胶市场规模从2015年的17.8亿元增至2020年的27.4亿元，年均复合增速达9%。未来，随着国内晶圆厂的高速建设，半导体光刻胶市场空间广阔。

　　据我们测算，2022-2025年我国光刻胶市场规模将达222、250、281和316亿元，成长空间广阔；全球光刻胶市场规模将达98、103、109和114亿美。