一、半导体材料整体现状
2021年中国大陆半导体材料市场规模约119亿美元。近年来，我国半导体材料市场占全球份额持续增长，由2010年10%上升至2021年19%。未来，预计一方面在全球半导体产业资本开支加速增长的背景下，材料需求有望加速增长。另一方面在我国晶圆产能占全球比重持续增长的趋势下，我国半导体材料有望实现快于全球平均的需求增长。
2016-2021年中国半导体材料市场规模及增长率
资料来源：SEMI，华经产业研究院整理
二、主要半导体材料现状
1、硅片
半导体领域硅片只使用单晶硅，随着其制程的不断缩小，芯片制造工艺对硅片缺陷密度与缺陷尺寸的容忍度也在不断降低，要求其纯度达到99.999999999%（11N）以上，以通过国际主流晶圆厂的审核认证。半导体硅片技术要求高，叠加下游需求旺盛因素，通常附加值也较高，因此更具投资潜力。数据显示，2012-2021年我国硅片产量总体呈逐年增长态势，同时一直保持较高增长速度。2021年我国硅片产量为227GW，同比2020年增长40.7%。
2012-2021年中国硅片产量变动情况
资料来源：中国光伏协会，华经产业研究院整理
“能耗双控”指标趋严背景下，属于高耗能产业的金属硅产能在2021年9月开工率出现较大下滑，叠加市场出货意向整体下降，硅价一度暴涨至超6万/吨，随后价格提升市场出货意愿，供给回升情况下金属硅价格逐步回落，截止2022年7月28日，金属硅价仍在18000万元/以上。
2021-2022年7月中国金属硅价格变动情况
资料来源：公开资料整理
中国半导体硅片产业链涉及电子级多晶硅制造、半导体硅片制造、半导体器件制造等环节，参与主体主要类型为半导体硅片制造商，半导体全产业链一体化厂商以及多领域布局的半导体材料生产商。目前，上游原材料领域，电子级多晶硅主要依赖进口，仅有少有的几家公司能够批量生产；中游半导体硅片制造环节，中环股份、沪硅产业、立昂微等都实现了8寸和12寸硅片的量产；
中国半导体硅片公司业务布局概述
资料来源：公开资料整理
2、电子特气
电子特气，即电子特种气体，附加值较高，与传统工业气体的区别在于纯度更高（如高纯气体）或者具有特殊用途（如参与化学反应）。随着全球半导体产业链向国内转移，国内电子气体市场增速明显，远高于全球增速。近年来国内半导体市场发展迅速，相关下游领域的快速发展将带动未来特种气体的增量需求。2020年电子特气市场规模达到173.6亿元，同比增速达23.8%，其中集成电路及器件领域占比44.2%；面板领域占比34.7%；太阳能及LED等领域占比21.1%。
2020年中国电子特气应用结构占比情况
资料来源：公开资料整理
就格局而言，外资四大巨头牢牢控制了88%的市场份额，国内气体公司只占了12%左右，国产替代需求强烈。目前集成电路生产用的电子特气，我国仅能生产约20%的品种，其余均依赖进口。价格昂贵、运输不便，使得电子特气国产替代需求强烈、空间广阔。
国内电子特气市场竞争格局占比
资料来源：公开资料整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2023-2028年中国集成电路行业市场深度分析及投资战略研究报告》
3、光刻胶
据国际半导体产业协会（SEMI）统计，2021年全球半导体光刻胶市场规模达24.71亿美元，同比增长19.49%，其中中国大陆市场依旧保持着最快的增速，达到4.93亿美元，同比增长43.69%。
全球半导体光刻胶市场中，日本企业牢牢占据龙头地位。我们测算g/i线光刻胶国产化率约为20%，KrF光刻胶低于5%，ArF光刻胶几乎依靠进口。高端光刻胶国外企业长期垄断，对中国芯片制造造成卡脖子风险。由于高端光刻胶的保质期很短（通常只有6个月左右甚至更短），一旦遇到贸易冲突或自然灾害，中国集成电路产业势必面临芯片企业短期内全面停产的严重不利局面。
2015-2020年中国半导体光刻胶市场规模变动
资料来源：SEMI，华经产业研究院整理
4、湿电子化学品
湿电子化学品属于高纯化学试剂，对技术要求极高，目前国内生产企业数量较少。就中国湿电子化学品产量变动情况而言，2021年国内湿电子化学品达64.35万吨。主要企业分布华东区域，主要原因是临近下游企业，减少运输成本，晶瑞化学、江阴江化微电子等国内湿电子都在江苏省。
2021年中国湿电子化学品产量及增长率
资料来源：公开资料整理
目前，国内湿电子化学品行业规模以上生产企业有30多家，主要企业湿电子化学品产品等级在SEMI G1-G3，只有极少数企业个别产品达到SEMI G4级别，相较世界领先水平还有较大差距。在半导体领域的超净高纯化率的整体国产化率23%左史；在湿电子化学品的高端产品上，国产化率仅10%左右。内资企业的布局集中于中低端市场，导致国内湿电子化学品应用集中于显示面板和光伏产业。
2020年中国湿电子化学品应用结构占比情况
资料来源：公开资料整理
5、掩模板
掩膜板上游原材料掩膜版基板是制作微细光掩膜图形的感光空白板，而厂商根据客户所需要的图形，用光刻机在掩模版基板上光刻出相应的图形，将不需要的金属层和胶层洗去，将微米级和纳米级的精细图案刻制于掩膜版基板上，即得到掩膜版产成品，其中基板占光掩模总制造成本的比例可达60%左右。
顶尖的晶圆制造厂商通常会使用自制的掩模版，如台积电、英特尔、三星等龙头厂商，自供以外市场主要为美国Photronics、日本DNP以及日本Toppan三家公司所垄断。而国内半导体掩模版行业发展较为落后，除了中芯国际等代工厂会自制掩模版外，尚无商业掩模版公司可在IC领域掩模版实现较好的突破，仅部分公司在面板领域实现较好的技术和客户突破，而半导体领域极度依赖海外进口，2019年中国半导体光掩模市场达到1.44亿美元。
光掩模板制造工艺流程图
资料来源：公开资料整理
6、抛光材料
CMP指利用化学腐蚀与机械力的共同作用对硅晶片或者其他衬底进行抛光的一种表面平坦化处理的方法，被广泛应用于集成电路(IC)对基体材料硅晶片的抛光。CMP 抛光材料包括抛光液和抛光垫、浅沟槽隔离、多晶硅、二氧化硅介电层和修整盘等，其中抛光垫和抛光液是CMP工艺的关键因素。抛光液的种类、粒径大小、颗粒分散度、物理化学性质及稳定性等均与抛光效果紧密相关。此外，抛光垫的属性(如材料、平整度等)也极大地影响了化学机械抛光的效果。
CMP抛光材料制备流程
资料来源：公开资料整理
国产企业安集科技打破了海外厂商抛光液垄断局面，2021年占比全球5%的市场份额。抛光垫领域，Dow（陶氏化学）、Cabot、Thomas West等外资厂商公司拥有90%以上市场份额。国产化替代尚未突破这一领域，鼎龙股份存在少量产能，主要用于面板行业。
抛光材料分类对比情况
资料来源：公开资料整理
三、半导体设备
半导体设备是集成电路产业整体发展的基础，具备技术研发成本高、客户转换成本高等特点，目前半导体设备技术水平仍是主要市场竞争力，除此之外，由于现代先进的IC制程大约400-500道，而一种设备仅负责其中一道或几道，且评估新设备除了要花大量的人力物力成本，导致产生高昂的客户转换成本，多数情况下，设备生产企业及晶圆制造企业粘性极高。
就半导体分类而言，半导体设备按生产流程可分为硅片制造设备，晶圆制造设备和晶圆封测设备。硅片制造设备主要有单晶炉、抛光机、切片机、研磨机、清洗机。晶圆制造设备主要有沉积设备、涂胶机、曝光机、光刻机、刻蚀机、去胶机、清洗机、ALD设备、CVD设备、PVD设备。晶圆封测设备主要分为封装设备和检测设备。
半导体主要设备一览
资料来源：公开资料整理
就中国半导体设备市场规模变动而言，政策持续推动叠加芯片国产化需求越加明显，半导体设备作为影响芯片的关键技术组成，整体市场规模持续扩张。数据显示，2021年中国半导体设备市场规模达296.4亿美元，同比2020年增长58%左右。目前国内半导体产业相较国际先进水平仍有差距，除开产品技术工艺外，设备差距更是限制半导体技术发展的关键。
2015-2021年中国半导体设备市场规模及增长率
资料来源：SEMI，华经产业研究院整理
从全球半导体设备竞争格局来看，半导体设备种类众多，高端设备价值较高，营收位列全球半导体设备厂商前列，目前半导体产线中最具价值量环节（光刻机、刻蚀机、薄膜沉积）的三大海外龙头分别是：阿斯麦、拉姆研究、应用材料，形成了稳态竞争格局。数据显示，2021年全球前三半导体设备企业分别为应用材料、阿斯麦和东京电子，营收分别为241.72亿美元、217.75亿美元和172.78亿美元。
2021年全球前十五大半导体设备厂商营收
资料来源：芯智讯，华经产业研究院整理
虽然目前国内半导体设备需求占比全球最高，但国内整体国产化水平仍较低。中国电子专用设备工业协会数据显示，2021年国产半导体设备销售额385.5亿元，同比2020年增长58.71%，国产设备整体仅占20%左右。
2021年中国半导体设备国产化占比情况
资料来源：中国电子专用设备工业协会，华经产业研究院整理
就目前国内主要半导体设备国产化率情况而言，刻蚀设备、薄膜设备、清洗设备技术要求较低，国产突破较早，目前国产化率都在10%以上，但光刻机、涂胶显影、离子注入、探针台等仍未完全量产的产品，目前技术水平仍停留在研发及提升技术方面，这些设备不仅价值量占比高，且对工艺品质影响较大，是实现国产替代的战术重心。预计随着国内半导体国产化政策持续推进，半导体设备国产化推进空间巨大。
2020年中国半导体设备与原材料国产化率
资料来源：公开资料整理
四、主要半导体设备国产化进程
上海微电子成立于2002年，主要从事半导体装备、泛半导体装备以及高端智能装备的开发、设计、制造、销售，其中光刻设备是主营业务，在光刻设备领域拥有全国最先进的技术，光刻机应用领域覆盖IC产业链中晶圆制造、封装测试，以及平板显示、高亮度LED等领域。目前企业最高光刻机水平已突破28nm技术水平，有望在明年向国内芯片制造企业交付28nm光刻机,未来将缩小与国际顶尖水平的差距。
上海微电子IC前道光刻机主要技术参数
资料来源：公开资料整理
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