根据 SEMI 预测，2019 年硅片、电子气体、光掩膜、光 刻胶配套化学品的销售额分别为 123.7 亿美元、43.7 亿美元、41.5 亿美元、22.8 亿美元， 分别占全球半导体制造材料行业 37.29%、13.17%、12.51%、6.87%的市场份额。
半导体行业具有技术难度高、投资规模大、产业链环节长、产品种类多、更新迭代快、下 游应用广泛的特点，产业链呈垂直化分工格局。半导体制造产业链包含设计、制造和封装 测试环节，半导体材料和设备属于芯片制造、封测的支撑性行业，位于产业链最上游。
半导体产品的加工过程主要包括晶圆制造（前道）和封装（后道）测试，随着先进封装技 术的渗透，出现介于晶圆制造和封装之间的加工环节，称为中道。由于半导体产品的加工 工序多，所以在制造过程中需要大量的半导体设备和材料。我们主要以最为复杂的晶圆制 造（前道）工艺为例，说明制造过程的所需要的材料。
晶圆生产线可以分成 7 个独立的生产区域：扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛 光（CMP）、金属化。每个独立生产区域中所用到的半导体材料都不尽相同。
2009 年，制造材 料市场规模与封测材料市场规模相当，从此至今，制造材料市场规模增速一直高于封测材 料市场增速。经过近十年发展，制造材料市场规模已达封测材料市场规模的 1.62 倍。
半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品、抛光材料、光刻 胶、湿法化学品与溅射靶材等。根据 SEMI 预测，2019 年硅片、电子气体、光掩膜、光 刻胶配套化学品的销售额分别为 123.7 亿美元、43.7 亿美元、41.5 亿美元、22.8 亿美元， 分别占全球半导体制造材料行业 37.29%、13.17%、12.51%、6.87%的市场份额。其中， 半导体硅片占比最高，为半导体制造的核心材料。
转向区域市场方面，根据 SEMI 统计数据，台湾凭借其庞大的代工厂和先进的封装基地， 以 114 亿美元连续第九年成为半导体材料的最大消费地区。韩国位列第二，中国大陆位列 第三。韩国，欧洲，中国台湾和中国大陆的材料市场销售额增长较为强劲，而北美，世界 其他地区和日本市场则实现了个位数的增长。（其他地区被定义为新加坡，马来西亚，菲律宾，东南亚其他地区和较小的全球市场。）
半导体材料市场处于寡头垄断局面，国内产业规模非常小。相比同为产业链上游的半导体 设备市场，半导体材料市场更细分，单一产品的市场空间很小，所以少有纯粹的半导体材 料公司。半导体材料往往只是某些大型材料厂商的一小块业务，例如陶氏化学公司（The DOW Chemical Company），杜邦，三菱化学，住友化学等公司，半导体材料业务只是其 电子材料事业部下面的一个分支。尽管如此，由于半导体工艺对材料的严格要求，就单一 半导体化学品而言，仅有少数几家供应商可以提供产品。以半导体硅片市场为例，全球半 导体硅片市场集中度较高，产品主要集中在日本、韩国、德国和中国台湾等发达国家和地 区，中国大陆厂商的生产规模普遍偏小。
2018年前五大硅片供应商日本信越化学株式会社、株式会社 SUMCO、德国Siltronic AG、 台湾环球晶圆股份有限公司和韩国 SK Siltron Inc.分别占据全球市场份额的 29%、 25%、 15%、14%和 10%，产值合计占据超过 93%的市场份额。在中国大陆，仅有上海硅产业 集团、中环股份、金瑞泓等少数几家企业具备 8 英寸半导体硅片的生产能力，而 12 英寸 半导体硅片主要依靠进口，自主率非常低。除硅片市场具有寡头垄断特征外，其他原材料 市场亦是如此，我们将于后文进一步阐述。
综合来看，我国半导体材料产业链正历经从无到有、从弱到强的重大变革，也必将为引发 历史性的投资机遇，下文我们将对硅片、电子特种气体、掩膜版、抛光材料、光刻胶、湿 法化学品等做逐一分析。
衬底是具有特定晶面和适当电学，光学和机械特性的用于生长外延层的洁净单晶薄片，按 照演进过程可分为三代：以硅、锗等元素半导体材料为代表的第一代，奠定微电子产业基 础；以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）等化合物材料为代表的第二代，奠定信息产业基 础；以及以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带半导体材料为代表的第三代，支撑 战略性新兴产业的发展。
硅在地壳中占比约 27%，是除了氧元素之外第二丰富的元素，硅元素以二氧化硅和硅酸盐 的形式大量存在于沙子、岩石、矿物中，储量丰富并且易于取得。通常将 95-99%纯度的 硅称为工业硅。沙子、矿石中的二氧化硅经过纯化，可制成纯度 98%以上的硅；高纯度硅 经过进一步提纯变为纯度达 99.9999999%至 99.999999999% （9-11 个 9）的超纯多晶硅； 超纯多晶硅在石英坩埚中熔化，并掺入硼（P）、磷（B）等元素改变其导电能力，放入籽 晶确定晶向，经过单晶生长，制成具有特定电性功能的单晶硅锭。
熔体的温度、提拉速度和籽晶/石英坩埚的旋转速度决定了单晶硅锭的尺寸和晶体质量，而 熔体中的硼（P）、磷（B）等杂质元素的浓度决定了单晶硅锭的电特性。单晶硅锭经过切 片、研磨、蚀刻、抛光、外延、键合、清洗等工艺步骤，制造成为半导体硅片。在半导体 硅片上可布设晶体管及多层互联线，使之成为具有特定功能的集成电路或半导体器件产品。在生产环节中，半导体硅片需要尽可能地减少晶体缺陷，保持极高的平整度与表面洁净度， 以保证集成电路或半导体器件的可靠性。
硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料。根据 SEMI 统计数据，从半导 体器件产值来看，2017 年全球 95%以上的半导体器件和 99%以上的集成电路采用硅作为 衬底材料，而化合物半导体市场占比在 5%以内。从衬底市场规模看，2017 年硅衬底年销 售额 87 亿美元，GaAs 衬底年销售额约 8 亿美元，GaN 衬底年销售额约 1 亿美元，SiC 衬底年销售额约 3 亿美元。硅衬底销售额占比达 85%以上，其主导和核心地位仍不会动摇。
半导体产业链的最上游是硅片制造厂，硅片是生产半导体所用的载体，是半导体最重要的 上游原材料。
2017 年以来，受益于半导体终端市场需求强劲，下游传统应用领域计算机、移动通信、 固态硬盘、工业电子市场持续增长，新兴应用领域如人工智能、区块链、物联网、汽车电 子的快速发展，半导体硅片市场规模不断增长，并于 2018 年突破百亿美元大关。根据 SEMI 统计数据，2016 年至 2018 年，全球半导体硅片销售金额从 72.09 亿美元增长至 114 亿美 元，CAGR 达 25.75%。与此同时，2016 至 2018 年，全球半导体硅片出货面积从 107.38 亿平方英寸增长至 127.32 亿平方英寸，CAGR 达 8.89%。
根据 SEMI 统计数据，就当前市场占有率最高的 8 英寸硅片和 12 英寸硅片而言：2011 年 开始，8 英寸硅片市场占有率稳定在 25%-27%。2016 年至 2017 年，由于汽车电子、智 能手机用指纹芯片、液晶显示器市场需求快速增长，8 英寸硅片出货面积随之快速增长， 同比增长 14.68%。2018 年，受益于汽车电子、工业电子、物联网等应用领域的强劲需求， 以及功率器件、传感器等生产商将部分产能从 150mm 转移至 200mm，8 英寸硅片继续保 持 6.25%的增长。
12 英寸硅片方面，自 2000 年全球第一条 12 英寸芯片制造生产线建成以来，12 英寸硅片 市场需求迅速增加，出货面积不断上升。2008 年，12 英寸硅片出货量首次超过 8 英寸硅 片；2009 年，12 英寸硅片出货面积超过其他尺寸硅片出货面积之和。2000 年至 2018 年， 由于移动通信、计算机等终端市场持续快速发展，12 英寸硅片市场份额从 1.69%大幅提 升至 2018 年的 63.31%，成为硅片市场最主流的产品。2016 至 2018 年，由于人工智能、 区块链、云计算等新兴终端市场的蓬勃发展，12 英寸硅片继续保持强劲增长态势，年均 复合增长率为 7.51%。
转向国内市场，2008 年至 2013 年，中国大陆硅片市场发展趋势与全球硅片市场一致。2014 年起，随着中国各半导体制造生产线投产、制造技术的不断进步与终端产品市场的飞速发 展，中国大陆半导体硅片市场步入了飞跃式发展阶段。根据 SEMI 统计数据，2016 年至 2018 年，中国大陆半导体硅片销售额从 5.00 亿美元上升至 9.96 亿美元，年均复合增长 率高达 41.17%，远高于同期全球增速。
半导体器件大部分是由中游的晶圆代工厂生产，代工厂的产量及稼动率代表了对上游半导 体硅片的需求量。根据 SUMCO 数据，未来 3-5 年内全球 12 寸硅片的供给和需求依旧存 在缺口，并且缺口会随着半导体周期的景气程度回暖而越来越大，到 2022 年将会有 100 万片/月的缺口。
根据 IC insights 提供的数据，前八大晶圆制造厂中有台积电、联电和力晶来自中国台湾地 区，格罗方德（Global Foundry）来自美国，三星来自韩国，中芯国际和华虹宏力来自中 国大陆，Towerjazz 来自以色列。在周期景气及 28nm 工艺演进到 7nm 工艺的情况下，各 大代工厂纷纷扩产，产能已经开始逐步释放。其中国内新增 26 条晶圆线，有 4 个 8 英寸 产线，其余均为 12 英寸产线，产能将在 2019 年起逐步释放。
硅片生产线的建设周期一般为 2-3 年，且收回投资成本时间较长，投资回收期约为 6-7 年， 在未来的一段时间内大硅片产能不具备快速提升的基础，在需求快速增长的同时，大尺寸 硅片市场将出现供不应求的局面。根据 SUMCO 和 SEMI 的统计，2017 年全球 8 英寸和 12 英寸硅片的需求分别为 558 万片/月和 557 万片/月，8 英寸和 12 英寸硅片的出货量分 别为 530 万片/月和 550 万片/月，硅片厂商在满产的状态下仍不能满足需求。保守预计到 2020 年 8 英寸和 12 英寸的终端市场需求量将分别超过 630 万片/月和 620 万片/月。
根据电子行业协会统计，2016 年中国大陆企业在 4-6 英寸硅片（含抛光片、外延片等） 的产量约为 5200 万片，基本可以满足国内 4-6 英寸的晶圆需求。但是 8 英寸-12 英寸的 大硅片，国内自供率仍然比较低。国内具有8英寸硅片和外延片生产能力的有浙江金瑞泓、 昆山中辰、北京有研新材、南京国盛、CECT46 所以及上海新傲，合计月产能为 23.3 万 片/月。2018 年国内对 8 英寸硅片的月需求量预计为 80 万片，仍有较大的缺口。目前国 内 8 英寸硅片主要适用于分立器件，但先进制程的集成电路用 8 英寸硅片的产业化技术尚 有待改善。
12 英寸硅片则一直依赖于进口，2018 年国内的总需求量为 50 万片/月，预计到 2018 年 后总需求量为 110-130 万片/月。目前国内在制作大硅片的超纯硅原料、单晶炉、切磨抛 设备、检测设备等领域均依赖于进口。近年来，我国在 8 英寸和 12 英寸集成电路级硅片 的研发上取得了重大突破，国家在政策和资本等各方面给予大力支持，中国本土企业在市 场、政策、资金的推动下开始快速发展，未来有望逐步实现国产替代。
由此可见，国内新增 fab 产能对半导体大硅片的需求非常强劲。但无奈国内自给率非常低， 大部分依赖海外进口，上海硅产业集团的半导体大硅片未来进口替代空间巨大。上海硅产 业集团未来业绩主要驱动力为国内新增 fab 产能的增加及公司自身技术的提升。
气体是工业经济发展的血液，覆盖社会生产的各个领域，牵动着科学技术的发展。电子气 体是指用于半导体及其它电子产品生产的气体。与传统的工业气体相比，电子气体特殊在 气体的纯净度要求极高，所以也称为电子特种气体。特种气体是随着电子行业的兴起而在 工业气体门类下逐步细分发展起来的新兴产业，广泛应用于集成电路、显示面板、光伏能 源、光纤光缆、新能源汽车、航空航天、环保、医疗等领域。中国电子气体的发展对我国 半导体芯片产业的发展起着至关重要的作用，也直接关系到国民经济发展和国家战略安全。
电子气体在多个集成电路制造环节具有重要作用，尤其在半导体薄膜沉积环节发挥不可取 代的作用，是形成薄膜的主要原材料之一。
电子特种气体种类多，应用领域广泛。根据 SEMI 统计数据，电子特种气体在半导体整个 制程应用中成本占比仅为 5%~6%，但是由于其品种繁多，在半导体制程工艺中覆盖广泛， 因此成为衡量半导体技术的核心产品。在制备特种气体供应环节所涉及的市场依然是国内 外公司积极布局的方向。
特种气体的分类方式很多种，例如按照气体本身化学成分可分为：硅系、砷系、磷系、硼 系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类。按照在集成电路中的作用可分为掺杂气体、 外延气体、离子注入气体、发光二极管用气体、刻蚀气体、化学气相沉积（CVD）用气体、 载运稀释气体七类。同时，以上分类存在交叉，例如四氯化硅（SiCl4）既属于硅系气体， 又属于外延气体，同时在化学气相沉积(CVD)中也存在应用。
特种气体的主要生产工序包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气 体分析检测。气体合成是将原料在特定压力、温度、催化剂等条件下，通过化学反应得到 气体粗产品。气体纯化是通过精馏、吸附等方式将粗产品精制成更高纯度的产品。
气体混 配是将两种或两种以上有效组分气体按照特定比例混合，得到多组分均匀分布的混合气体。气瓶处理是根据载气性质及需求的不同，对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理的过程， 以保证气体存储、运输过程中产品的稳定。气体充装是指通过压力差将气体充入气瓶等压 力容器；气体分析检测即为对气体的成分进行分析、检测的过程。
在上图所示工序中，特种气体提纯是制备工艺的核心技术壁垒。特种气体纯度的提高，能 够有效提高电子器件生产的良率和性能。电子特气中水汽、氧等杂质组易使半导体表面生 成氧化膜，影响电子器件的使用寿命，含有的颗粒杂质会造成半导体短路及线路损坏。而 伴随半导体工业的不断发展，产品的生产精度越来越高。以集成电路制造为例，其电路线宽已经从最初的毫米级，到微米级甚至纳米级，对应用于半导体生产的电子特气纯度亦提 出了更高的要求。
电子特气纯度提升的影响因素较多，难度较大。电子特气纯度提升的影响因素较多，主要包括三个方面：
1） 气体的分离和提纯。电子特气的分离和提纯方法原理上可分为精馏分离、分子筛吸附 分离以及膜分离三大类，在实际提纯分离过程中，为了达到更好的分离效率，往往会 利用多种分离方法进行组合，工艺更为复杂。
2）气体杂质检测和监控。随着电子特气的纯度越来越高，对分析检测方法和仪器提出了 更高的要求，检测限从最早的 ppm 级已经发展到 ppt 级。目前国外电子气体的分析己经 经历了离线分析、在线分析(on-line)，原位分析(insitu)等几个阶段。对于高纯度电子气体 的分析，国外已开发出系统完整的分析测试方法和现场分析仪器。而由于我国电子特气行 业一直重生产而轻检测，因此分析方法和分析仪器同国外厂商相比都比较落后。
3）气体的运输和储存。高纯电子特气得来不易，在储存和运输过程中要求使用高质量的 气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口，确保避免二次污染。而我国 加工工艺整体落后以及不符合国际规范，市场主要被国外公司占据。国内电子特气纯度仍 有待提升。目前国外电子特气的纯度一般在 6 个“9”（即 99.9999%），而国内多在 4—5 个“9”之间，少数能达到 6 个“9”。
国内特种气体于 20 世纪 80 年代随着国内电子行业的兴起而逐步发展，并且随着医疗、食 品、环保等行业的发展应用领域和产品种类不断丰富，由于技术、工艺、设备等多方面差 距明显，发展初期特种气体产品基本依赖进口。
根据卓创资讯数据，随着技术的逐步突破，国内气体公司在电光源气体、激光气体、消毒 气等领域发展迅速，但与国外气体公司相比，大部分国内气体公司的供应产品仍较为单一， 用气级别不高，尤其在集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆等高端领域，2017 年 空气化工集团、液化空气集团、大阳日酸株式会社、普莱克斯集团、林德集团等国外气体 公司的市场占比超过 80%，空气化工集团、液化空气集团、大阳日酸株式会社、普莱克斯 集团、林德集团分别占比 25%、23%、17%、16%、7%，国内气体公司仅占 12%。
自 20 世纪 80 年代中期特种气体导入中国市场，中国的特种气体行业已经经过了 30 年的 发展和沉淀，随着不断的经验积累和技术进步，业内领先企业已在部分产品上实现突破， 达到国际通行标准，逐步实现了进口替代，特种气体国产化具备了客观条件。
在需求层面， 国内近年连续建设了多条 8 寸、12 寸大规模集成电路生产线、高世代面板生产线等，为 保障供货稳定、服务及时、控制成本等，特种气体国产化的需求迫切。此外，近年来国家 相继发布《“十三五”国家战略新兴产业发展规划》、《新材料产业指南》等指导性文件， 旨在推动包括特种气体在内的关键材料国产化。因此，在技术进步、需求拉动、政策刺激 等多重因素的影响下，特种气体国产化势在必行。
文章来源：行业研究报告 ；
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