新时代证券中小盘【伐谋主题·新经济力量】半导体系列三(材料)

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发布时间:2018-04-16 01:06

新时代证券中小盘【伐谋主题·新经济力量】半导体系列三(材料):半导体产业基石,国产替代正当时

2018-04-16 17:20来源:金钜策股进出口

原标题:新时代证券中小盘【伐谋主题·新经济力量】半导体系列三(材料):半导体产业基石,国产替代正当时

新时代证券中小盘:孙金钜、吴吉森

摘要

全球半导体材料市场广阔,亚洲成为全球最大的半导体材料市场:根据Semi统计数据,2016年全球半导体材料整体销售额达到443亿美元,其中,半导体制造材料和封装材料市场规模分别为247亿美元和196亿美元。在所有半导体制造材料中,硅片及硅基材是最重要的半导体制造材料。近几年,全球半导体材料市场规模保持每年430-440亿美元的市场销售额,整体比较稳定。按全球地区分布来看,其中,中国台湾地区市场份额最大,为43.37亿美元,占比接近10%,亚洲地区(中国台湾地区、韩国、日本、中国大陆等国家与地区)占比之和为30.17%,成为全球最大的半导体材料市场。

国内半导体投资不断,中国半导体材料市场持续增长:根据Semi数据,预计2017年到2020年期间,中国大陆将有26座新晶圆厂投产,整个投资计划占全球新建晶圆厂高达42%,成为全球新建投资最大的地区。我们认为晶圆制造厂的不断投产,将会带动半导体材料市场的持续增长。根据ICMtia数据,2016年中国半导体材料整体销售额达到648亿元,其中,半导体制造材料和封装材料市场规模分别为330亿元和318亿元。在半导体材料制造材料细分市场中,硅和硅基材料占比最大,2016年中国硅和硅基材料市场规模为118.9亿元,占比36%。

半导体材料是产业基石,国产替代迫在眉睫:在半导体材料领域,高端产品技术壁垒高,市场主要被美、日、欧、韩、中国台湾地区等少数国际大公司垄断。我国半导体材料在国际分工中多处于中低端领域,国内大部分产品自给率较低,主要依赖于进口,半导体材料关乎产业安全,国产替代迫在眉睫。在靶材方面,国内企业江丰电子已经具备较强的竞争力,江丰电子改变了中国半导体靶材完全依赖进口的局面,其产品已经打入主流国际市场;在大硅片方面,主要依赖进口,前六大厂商全球市占率超过90%,国内企业有新昇半导体,竞争力还明显不足;电子气体方面,国内雅克科技收购的科美特和江苏先科具备一定的研发能力,未来有望受益国内半导体市场发展;光刻胶方面,国内企业产品目前还主要用于PCB领域,代表企业有晶瑞股份、科华微电子;在工艺化学品方面,国内企业江化微、晶瑞股份有一定研发能力,竞争力正在逐步提升。我们认为受益于国家政策大力支持以及大基金和地方资本长期持续投入,国内半导体制造产业将逐步崛起,作为晶圆制造上游,国内半导体材料产业将会进入快速发展期。

受益标的:江丰电子、雅克科技、晶瑞股份、江化微。

风险提示:国内半导体产线投资力度和进度不及预期;国内半导体材料研发进度不及预期。

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国内半导体迎来新投资周期,半导体设备市场持续向好

1.1、 中国IC市场是全球第一大市场

中国IC市场快速增长。自2000年以来,全球半导体市场稳步增长,其中,中国半导体市场增长尤为显著,在世界市场上的份额也日益提高。根据中国半导体行业观察数据,2016年全球半导体市场总额高达3530亿美元,到2020年达到4340亿美元,年复合增长率为5.3%,其中,中国半导体市场总额从2000年170亿美元,增加到2016年的1600亿美元,年复合增长率45.30%,预计到2020年达到2020亿美元,4年复合增长率为6%。整体而言,中国半导体市场快速增长,占全球比例有望不断提高。

中国IC市场占据全球近半壁江山:按地区市场份额来看,根据半导体行业观察统计数据,2000年全球半导体按地区市场占比最大的地区是美国,占比28%,其次为亚太地区(除中国),占比25%,中国占比仅为7%;2010年,中国成为全球半导体按地区市场占比最大的地区,占比33%,其次为亚太地区(除中国),占比26%,美国市场份额下降到15%;2016年,中国占全球半导市场份额进一步加大,占比提升至45%,其次为亚太地区(除中国),占比下降至19%,美国市场份额进一步下降到13%;预计到2020年,中国占全球半导市场份额将进一步提升至47%,其次为亚太地区(除中国),占比下降至17%,美国市场份额有所提升,占比为14%。

1.2、 国内半导体制造迎来新投资周期

国内集成电路行业迎来新投资周期。中国是全球电子产品制造大国和消费大国,对集成电路产品需求很大,当前我国集成电路产品对外依存度较高,国产芯片自主创新与进口替代势在必行。随着国内对集成电路产品的不断增长以及国产芯片替代进口策略的不断推进,加之,中国政府在政策、资金、税收等各方面的大力支持,我国集成电路行业将迎来新一轮的投资周期。

中国将成为集成电路新增投资最大的区域。根据Semi调查数据,预计2017年到2020年期间,中国大陆将有26座新晶圆厂投产,成为全球新建晶圆厂最积极的地区,整个投资计划占全球新建晶圆厂高达42%,成为全球新建投资最大的地区。包括外资和存储器在内,目前中国12英寸晶圆厂共有22座,其中在建11座,规划中1座;8英寸晶圆厂18座,其中在建5座。

国内集成电路投资数据测算。我们对国内已经公布的半导体产线投资计划做了详细的梳理,已经公布的半导体产线投资金额将超过1000亿美元。

1.3、 导体材料是产业基石,国产替代势在必行

全球半导体材料市场:根据Semi统计数据,2016年全球半导体材料整体销售额达到443亿美元,其中,半导体制造材料和封装材料市场规模分别为247亿美元和196亿美元。在所有半导体制造材料中,硅片及硅基材是最重要的半导体制造材料。近几年,全球半导体材料市场规模保持每年430-440亿美元的市场销售额,整体比较稳定。按全球地区分布来看,其中中国台湾地区市场份额最大,为43.37亿美元,占比接近10%,亚洲地区(中国台湾地区、韩国、日本、中国大陆等国家与地区)占比之和为30.17%,成为全球最大的半导体材料市场。

全球半导体制造材料细分市场:从全球半导体制造材料细分市场来看,根据赛迪智库统计数据,硅片是最大的单一细分市场,2016年全球封装基板市场规模为78亿美元,占比31.2%;其次为为电子气体,2016年全球市场规模为36.1亿美元,占比为14.4%;2016年掩膜版全球市场规模为33.5亿美元,占比为13.4%;2016年CMP材料全球市场规模为17.1亿美元,占比为6.84%;2016年光刻胶全球市场规模为14.4亿美元,占比为5.76%;2016年靶材全球市场规模为6.5亿美元,占比为2.6%。

全球半导体封装材料细分市场:从全球半导体封装材料细分市场来看,根据赛迪智库统计数据,封装基板是最大的单一细分市场,2016年全球硅片市场规模为73.8亿美元,占比38.6%;其次为引线框架,2016年全球市场规模为32.4亿美元,占比为17.0%;2016年键合丝全球市场规模为31.4亿美元,占比为16.4%;2016年包装材料全球市场规模为25.8亿美元,占比为13.5%。

中国半导体制造材料市场:根据集成电路材料产业技术创新战略联盟统计数据,2016年中国半导体材料整体销售额达到648亿元,其中,半导体制造材料和封装材料市场规模分别为330亿元和318亿元。在半导体材料制造材料细分市场中,硅和硅基材料占比最大,2016年中国硅和硅基材料市场规模为118.9亿元,占比36%

中国半导体封装材料市场:根据集成电路材料产业技术创新战略联盟统计数据,2016年中国半导体封装材料市场规模分别为318亿元。就细分领域而言,引线框架占比最大,2016年中国引线框架市场规模为81亿元,占比25.5%;2016年中国封装基板市场规模为72亿元,占比22.6%;2016年中国键合丝市场规模为71亿元,占比22.3%;2016年中国包装材料市场规模为61亿元,占比19.2%。

在半导体材料领域,高端产品市场技术壁垒较高,我国半导体材料在国际分工中多处于中低端领域,高端产品市场主要被美、日、欧、韩、中国台湾地区等少数国际大公司垄断,国内大部分产品自给率较低,主要依赖于进口。国内半导体材料企业集中于6英寸以下生产线,目前有少数厂商开始打入国内8英寸、12英寸生产线。

在靶材方面,国内企业江丰电子已经具备较强的竞争力,江丰电子改变了中国半导体靶材完全依赖进口的局面,其产品已经打入主流国际市场,客户包括台积电、德州仪器、镁光科技、意法半导体、格罗方德等国际一线半导体厂商;在大硅片方面,主要依赖进口,前六大厂商全球市占率超过90%,其中前两大日本厂商Shin-Etsu和SUMCO合计全球市占率超过50%,国内企业有新昇半导体,竞争力还明显不足;电子气体方面,国内雅克科技收购的科美特和江苏先科具备一定的研发能力,未来有望受益国内半导体市场发展;光刻胶方面,国内企业产品目前还主要用于PCB领域,代表企业有晶瑞股份、科华微电子;在CMP抛光垫方面,国内企业鼎龙股份在研发,江丰电子已经有出货;在CMP抛光液方面,国内企业安集微电子具有一定竞争力;在工艺化学品方面,国内企业江化微、晶瑞股份有一定研发能力,竞争力还相对较弱。

在半导体材料领域,国内企业竞争力还相差甚远,国产化率还普遍较低,在核心领域摆脱长期依赖进口的局面任重道远。我们认为在中国国家政策支持下,大基金和地方资本长期持续投入,中国集成电路制造方面的竞争力将会逐步提高,作为制造的上游材料,会伴随着集成电路制造能力的提升而实现快速的发展。

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大硅片:关乎半导体产业安全,大硅片国产化迫在眉睫

2.1、 国际巨头垄断全球硅片供应

硅片市场呈现寡头垄断格局:2016年,全球第六大硅片供应商中国台湾地区公司环球晶圆并购全球第四大硅片供应商美国SunEdison,成为全球第三大硅片企业。自此,全球硅片行业形成日本信越化学、三菱住友、中国台湾地区环球晶圆、德国世创和韩国LG五大供应商垄断格局,占据全球超过90%以上的硅片供应。

硅片供给情况:根据SEMI对硅片行业的季度分析显示,2017年第三季度全球硅片出货面积为2997万平方英尺,环比增长0.7%,同比增加9.78%,再创季度新高。2014年以来,

晶圆代工硅片需求预测:根据ICInsights统计数据,2014年和2015年12月全球晶圆月度产能分别为685和727万片(以12寸硅片折算),考虑到全球12寸晶圆厂数量预计到2020年将持续增加,我们认为12寸晶圆需求将会快速增长,根据ICInsights的预测,IC制造厂的晶圆产能到2018年和2020年分别达到863万片和947万片(以12寸硅片折算),2015-2020年的复合年均增速为5.4%。

半导体硅片需求增长因素分析:其一,全球晶圆代工大厂台积电、三星电子、英特尔竞相进入高端制程工艺,先进工艺在整个晶圆代工中的比例越来越高,先进工艺对高质量大硅片的需求越来越大;其二,三星、SK海力士、英特尔/美光等全力投入3DNAND扩产,3DNAND的投资热潮将刺激300m m大硅片的需求;其三,手机创新不断,对高端300mm硅片需求仍将快速增长。同时工业与汽车半导体、CIS、物联网等IC芯片开始快速增长,产生新的增量需求;其四,大陆半导体厂商大举扩产。

我们认为全球半导体硅片产能释放需要时间,在大硅片需求不断增长的情况下,供不应求将会是常态。

2.2、 大硅片关乎产业安全,提升供应能力迫在眉睫

硅片是最重要的半导体材料,目前90%以上的芯片和传感器是基于半导体单晶硅片制成,硅片的供应与价格的变动情况将对整个IC芯片产业造成非常大的影响。目前,国内生产的硅片以6英寸为主,主要应用领域为光伏和低端分立器件制造,8英寸和12英寸的大尺寸集成电路用硅片严重依赖进口。在8英寸硅片方面,中国大陆8英寸生产线月需求约为70万片/月,而当前国内8英寸供应商产能只有不到10万片/月;12英寸方面,中国大陆总需求为47.9万片/月,预计到2018年需求为120万片/月,但是国内12英寸硅片供给量为0,全部依赖进口。

目前,在12英寸硅片方面比较领先的是上海新昇半导体,新昇半导体第一期致力于研究、开发适用于40-28nm节点的300mm硅单晶生长、硅片加工、外延片制备、硅片分析检测等硅片产业化成套量产工艺,一期建成后,预计月产能为15万片12英寸硅片,最终将形成12英寸硅片60万片/月的产能。公司如果顺利投产,有望改变12英寸硅片完全依赖进口的局面,但是其产能也远远不能满足国内的市场需求。

2016年年底以来,硅片的市场供应缺口持续扩大,产品价格大幅上涨60%,市场严重供不应求,使得台积电、三星等集成电路龙头企业倾向于与硅片企业签订长期供货协议,大陆集成电路制造企业对上游材料企业议价能力较弱,加之,国内本土硅片供应严重不足,8英寸和12英寸硅片对外依存度分别达到86%和100%。2020年以前,我国大规模新建的集成电路生产线将陆续投产,国内集成电路制造企业面临硅片停供风险,提升大硅片供应能力迫在眉睫。

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光刻胶:半导体用光刻胶难度大,成长仍需时间

3.1、 光刻胶应用领域广泛,半导体光刻胶品质要求最高

光刻胶是由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成份组成的对光敏感的混合液体。利用光化学反应经曝光、显影、刻蚀等工艺将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上的图形转移介质,其中曝光是通过紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射,从而使光刻胶的溶解度发生变化。

光刻技术随着IC集成度的提升而不断发展。为了满足集成电路对密度和集成度水平的更高要求,半导体用光刻胶通过不断缩短曝光波长以提高极限分辨率,世界IC芯片工艺水平目前已跨入纳米级别,光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至g线(436nm)、i线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、F2(157nm)水平。目前市场上较为广泛使用的是g线、i线、KrF和ArF光刻胶光刻技术。

按照应用领域分类,光刻胶主要包括印制电路板(PCB)光刻胶专用化学品(光引发剂和树脂)、液晶显示器(LCD)光刻胶光引发剂、半导体光刻胶光引发剂和其他用途光刻胶四大类。目前,半导体市场上主要使用的光刻胶包括g线、i线、KrF、ArF四类光刻胶,其中g线和i线光刻胶是市场上使用量最大的。市场上正在使用的KrF和ArF光刻胶核心技术基本被日本和美国企业所垄断,产品也基本出自日本和美国公司,包括陶氏化学、JSR株式会社、信越化学、东京应化工业、Fujifilm等企业。

光刻胶专用化学品构成及作用。光刻胶化学结构特殊、纯度要求高、生产工艺复杂、品质要求苛刻,属于资本密集型和技术密集型半导体材料产品。光刻胶专用化学品包括光引发剂、光增感剂、光致产酸剂、光刻胶树脂、单体和其他助剂,为光刻胶的制造提供配套的专用化学品,处于光刻胶和集成电路制造产业链的最前端。

集成电路光刻和刻蚀工艺流程。在大规模集成电路的制造过程中,光刻和蚀技术是精细线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,在每次的光刻和蚀刻工艺中,超净高纯试剂主要用于硅片清洗、等环节功能次的光刻和蚀工艺中,超净高纯试剂主要用于硅片清洗、硅蚀刻等环节,功能性材料主要用于显影、光刻胶剥离、清洗等环节,光刻胶经预烘、涂胶、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,形成与掩膜版相对应的几何图形。

光刻胶专用产业链。光刻胶和集成电路制造产业链的最前端的即为光刻胶专用化学品,生产而得的不同类型的光刻胶被应用于消费电子、家用电器、信息通讯、汽车电子、航空航天、军工等在内的各个下游终端领域,需求较为分散。整个产业链构成一条微笑曲线,从上游核心材料到中游制造以及下游品牌、渠道和销售等,附加价值符合曲线变化,具备核心技术、高壁垒的产品附加值高,同时能长时间享受高毛利。

3.2、 国外企业占据主要市场,国内光刻胶企业竞争力有待提高

高端光刻胶市场被日本、美国企业垄断。尽管中国市场规模较大,但是由于光刻胶产品技术要求较高,中国光刻胶市场基本由外资企业占据,国内企业市场份额不足40%,高分辨率的KrF和ArF光刻胶,其核心技术基本被日本和美国企业所垄断。尤其是半导体用光刻胶市场,国内企业份额不足30%,与国际先进水平存在较大差距。

半导体用光刻胶:目前半导体市场上主要市场的光刻胶包括g线、i线、KrF线 、ArF线四类光刻胶,其中,g线和i线光刻胶是市场上使用量最大的光刻胶。市场上正在使用的KrF线和ArF线光刻胶核心技术基本被日本企业和国内企业所垄断,产品也基本出自日本和美国公司,包括陶氏化学、JSR、信越化学、东京应化等企业。

平板显示用光刻胶:平板显示器中 TFT-LCD是市场的主流,彩色滤光片TFT-LCD实现彩色 实现彩色显示的关键器件,占面板成本14% -16%;彩色光刻胶和黑色光刻胶,是制备彩色滤光片的核心材料,占彩色滤光片成本的 27% 左右。彩色光刻胶和黑色光刻胶的技术壁垒高,全世界生产几乎被数家日本、韩国厂商所垄断,彩色光刻胶的主要生产商有:JSR、住友化学三菱等公司,黑色光刻胶主要生产商有东京 、住友化学、三菱等公司,黑色光刻胶主要生产商有东京应化、新日铁化学、三菱化学等公司,占全球产量90%。

全球光刻胶市场:根据Semi统计数据,2016年全球光刻胶市场空间为14.4亿美元,光刻胶市场整体呈现缓慢上升的趋势。根据集成电路材料产业技术创新战略联盟统计,2016年,我国半导体制造用光刻胶市场规模约为18亿元,而我国光刻胶产业规模为3.3亿元,我国在半导体光刻胶方面国产率明显较低,尤其是高端光刻胶方面更是基本依赖进口。

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溅射靶材:超大规模集成电路对高纯金属靶材要求极高

4.1、 靶材种类繁多,半导体用高纯金属靶材要求极高

溅射属于物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)的一种,主要用于金属材料制膜,通过在PVD设备中用离子对目标物进行轰击,使得靶材中的金属原子以一定能量逸出,从而在晶圆表面沉积,溅镀形成金属薄膜,其中被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。溅射沉积方法一般可分为直流溅射、射频溅射、磁控溅射、离子束溅射和其他溅射法。溅射靶材的种类较多,即使相同材质的溅射靶材也有不同的规格。

半导体用金属溅射靶材要求最高、精度最大、集成度最高。在溅射靶材应用领域中,半导体芯片对溅射靶材的金属材料纯度、内部微观结构等方面都设定了极其苛刻的标准,需要掌握生产过程中的关键技术并经过长期实践才能制成符合工艺要求的产品,溅射靶材的应用领域广泛,由于应用领域的不同,溅射靶材对金属材料的选择和性能要求存在一定的差异。

溅射靶材产业链。超高纯金属及溅射靶材是电子材料的重要组成部分,溅射靶材产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用等环节,其中,靶材制造和溅射镀膜环节是整个溅射靶材产业链中的关键环节。

4.2、 溅射靶材市场快速增长,国内龙头企业有望充分受益

全球高纯溅射靶材市场容量迅速扩张。随着消费电子等终端应用市场的飞速发展,高纯溅射靶材的市场销售额日益扩大。据统计,2015年全球高纯溅射靶材市场的销售额高达94.8亿美元,其中半导体用溅射靶材的市场销售额为11.4亿美元。据预测,未来5年,世界溅射靶材的市场规模将超过160 亿美元,高纯溅射靶材市场规模CAGR可达到13%。

中国半导体产业持续发展,集成电路专用溅射靶材市场规模稳定上升。2015年,我国集成电路用溅射靶材市场规模为11.6亿元,较2010年上涨了52.63%,预计到2016年将突破14亿元,CAGR为8.83%。

国内高纯溅射靶材龙头企业:

江丰电子(300666.SZ):公司主营业务为高纯溅射靶材的研发、生产和销售,主要产品为各种高纯溅射靶材,包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等,主要应用于半导体、太阳能电池及平板显示器等领域。

江丰电子的超高纯金属溅射靶材产品已应用于世界著名半导体厂商的最先端制造工艺,在16nm技术节点实现批量供货,成功打破了美、日跨国公司的垄断格局,同时还满足了国内厂商28nm技术节点的量产需求,填补了我国电子材料行业的空白。

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掩膜版:与光刻工艺息息相关,产品趋向精细化

5.1、 掩膜版是半导体制造必不可少的材料之一

掩膜版在半导体光刻过程中使用,与集成电路光刻工艺息息相关,主要负责图形“底片”的转移,即用光刻机在原材料上刻蚀出相应的图形,腐蚀、清洗不需要的金属层和胶层,便可得到产成品,整个光刻过程主要通过透光与非透光的方式进行图像复制。

掩膜版产品精度趋向精细化。主流消费电子行业(智能手机、平板显示、可穿戴设备)发展迅速,电子产品对屏幕显示器分辨率的要求越来越高。屏幕显示器分辨率以每英寸像素为衡量单位,即以PPI(Pixel Per Inch)为指标,2016年市场主流PPI 为 400-450,未来两年内PPI将会往更高级别发展:2017-2018年,主流PPI为400-450,所占比例提升至21%;>450PPI的比例也逐步提升,预计未来 PPI 将会往更高级别发展。与之对应,对掩膜版产品的线缝精度要求越来越精细。

掩膜版产业链。掩膜版作为集成电路制造环节中的必不可少的材料之一,位于半导体产业链的上游环节,而掩膜版主要原材料包括防护膜、化学药品、掩膜基板、液体树脂和乳胶菲林,其中最重要的原材料是掩模基板,掩模基板的采购成本占到掩膜版所有原材料采购成本的 90%左右;掩膜基板的质量,直接影响掩膜版产品的最终品质。利用掩膜版原材料可生产的产品包括石英掩膜版、苏打掩膜版、凸版和菲林,产品主要被电子元器件制造商应用于半导体、平板显示、触控和电路板制造过程中;半导体、平板显示等最终被应用于消费电子、家用电器、汽车、计算机、航空航天、工控等终端新兴消费市场。因此,掩膜版成为影响半导体制造的一个重要材料因素,与下游电子产品的发展密切相关。

5.2、 掩膜版需求巨大,国内供给量严重不足

美日韩企业垄断掩膜版技术。同光刻胶的供需情况相类似,由于掩膜版技术工艺具有技术密集和资金密集的特点,存在一定的技术壁垒,全球光刻掩膜版市场基本上被日本、美国、韩国等企业垄断,如日本的JSR株式会社、韩国的LG Micron和PKL公司、美国的福尼克斯和Toppan Photomasks公司以及中国台湾地区的AIPC和汉民科技公司等,国内厂商与国外先进技术存在一定差距,国内掩膜版制造企业产量供不应求。据统计,2016年我国掩膜版国内总产量为1.69万平方米,总需求量为7.98万平方米,净进口量高达6.29万平方米。

国际主要掩膜版制造商:

福尼克斯(PLAB.O):福尼克斯(Photronics)公司主要从事全球光罩和光掩模的生产和销售。福尼克斯投资3亿美元建设福尼克斯(上海)有限公司,建成后将成为亚洲最大的光掩膜厂,占地面积高达1.8万平方米,将提供0.25μm的掩膜版制造服务。

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CMP抛光液&抛光垫:半导体抛光工艺核心材料

6.1、 抛光垫与抛光液两者关系密切

CMP技术设备及原材料。CMP技术所采用的设备包括抛光机、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等,所采用的材料包括抛光液和抛光垫,其中抛光机、抛光浆料和抛光垫是CMP工艺的三大关键要素,成为抛光晶片表面平坦化程度的决定因素。

CMP抛光液。CMP抛光液是一种不含任何硫、磷、氯添加剂的水溶性抛光剂,主要运用于集成电路和超大规模集成电路。CMP抛光液对晶硅衬底进行机械抛光,以消除前加工表面损伤沾污、控制诱生二次缺陷和杂质,实现硅片全局平面化。抛光完成后,对残留的CMP抛光液用清水清洗一次并且将芯片烘干即可。

CMP抛光液类型。CMP抛光液可分为酸性抛光液、碱性抛光液和硅溶胶CMP抛光液,主要的组成部分包括腐蚀介质、成膜剂、助剂、纳米磨料粒子等。CMP抛光液的性能直接影响整个CMP抛光过程,以及芯片抛光后表面的质量。CMP抛光液的化学成分、浓度;磨粒的种类、大小、形状及浓度;抛光液的粘度、pH值、流速、流动途径等因素都会对最终的成品造成直接的影响。

CMP抛光垫。作为CMP抛光过程中最重要的材料消耗品之一,CMP抛光垫按磨料、材质和表面结构的差异,可以分为三大类、八小类,其中鼎龙股份正在研制中的抛光垫类型属聚氨酯抛光垫。

CMP(Chemical Mechanical Polishing)化学机械抛光的目的是实现芯片表面的全局平坦化。将旋转的被抛光晶片压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上,而抛光液在晶片与底板之间连续流动。上下盘高速反向运转,被抛光晶片表面的反应产物被不断地剥离,新抛光液相应补充,反应产物被CMP抛光液带走。新裸露的晶片平面又发生化学反应,产物再被剥离下来而循环往复,在衬底、磨粒和化学反应剂的联合作用下,形成超精表面。

CMP是迄今唯一可以提供整体全面平面化的表面精加工技术。化学机械抛光技术集中了化学抛光和机械抛光的综合优点,纯粹化学抛光腐蚀性大,抛光速率大,损伤低,表面光洁度高,但是抛光后的表面平整度差和表面一致性差;纯粹的机械抛光表面平整度和表面一致性较高,但是表面损伤大,光洁度低。而化学机械抛光在不影响抛光速率的前提下,既可以获得光洁度较高的表面,又可以提高表面平整度,是迄今唯一可以提供整体全面平面化的表面精加工技术。

6.2、 抛光垫与抛光液严重依赖进口,国产替代任重道远

国内抛光液和抛光垫市场需求庞大。2014年和2015年全球半导体用CMP抛光材料总体市场需求约为16.78亿美元和17.58亿美元,我国市场需求达到15.3亿元和18.2亿元。2016年,CMP抛光垫全球的市场规模大约是19亿美元,CAGR约为4%,其中集成电路领域约15亿美元,蓝宝石领域约4亿美元,国内的市场规模大约是20亿人民币。集成电路和蓝宝石用CMP抛光垫技术壁垒高,国内市场基本被外资垄断。

CMP技术与原材料进口极大限制国内集成电路制造业的发展。在半导体抛光过程中,抛光机、抛光垫、抛光液这三大要素均来自进口,极大地限制了我国半导体行业的长远发展。国外主要的CMP抛光液生产厂家包括美国的普莱克斯、Cabot Microelectronics、Rodel&Onden Nalco和DUPONT公司、日本FUJIMI公司、德国的世泰科公司和中国台湾地区的汉民科技公司等。国内从事半导体硅片抛光液制造和研发的企业屈指可数,无论是产品质量上、还是在市场占有率方面,都与国外厂家具有相当的差距。

卡伯特微电子(CCMP.0):卡伯特微电子(Cabot Microelectronics)公司作为CMP抛光液的先驱,早在20世纪80年代就实现了250nm CMP产品的商业化量产。公司专门从事抛光液和抛光材料的生产,产品包括高性能抛光浆料以及抛光研磨垫,适用于高级半导体晶片、先进集成电路、刚性磁盘网络元件等。公司正在努力研发下一代CMP抛光液,其中钨浆抛光液旨在为65nm应用产品服务;POCH™系列铜浆抛光液具有最大的灵活性和延展性。

2016年,公司约42%的收入来自Memory,40%的收入来自Foundry,18%的收入来自Logic。公司实现了CMP抛光液营业收入的新突破,预计在2017财年,CMP抛光液营收增长趋势将持续。此外,公司将会继续支持先进内存和逻辑应用,特别是3D NAND和FinFET技术。

CMP抛光垫严重依赖进口。目前全球生产芯片CMP抛光垫的企业主要是陶氏化学,其垄断了集成电路芯片和蓝宝石两个领域所需要的抛光垫90%的市场份额。此外,3M、卡博特微电子、日本东丽、中国台湾地区三方化学等也可生产部分芯片用抛光垫。在国内市场上,陶氏的20英寸抛光垫占据了85%的市场份额,30英寸的市占率则更高,其余市场份额被中国台湾地区的IVT、日本东洋Toyo和Thomas West瓜分。我国生产抛光垫的企业主要有鼎龙股份等,蓝宝石、集成电路用抛光垫大部分仍依赖进口。鼎龙股份的CMP抛光垫一旦实现量产,有望逐步实现进口替代。

陶氏化学(DOW.L):陶氏化学(Dow Chemical)公司主要研制及生产系列化工产品、塑料及农化产品,其产品广泛应用于建筑、水净化、造纸、药品、交通、食品及食品包装、家居用品和个人护理等领域。2015-2016财年,公司净销售额呈现下降趋势,尤其是2015年,净销售额仅为487.78亿美元,同比下降16.14%。根据公司年报,关于陶氏化学电子材料业务,由于科技进步与移动设备应用的增强,尤其是亚太地区的市场增长,极大促进了硅片销售情况的繁荣,但是由于互连技术和显示技术需求减少,大大抵消了半导体技术的强劲需求,电子材料销售数量最终减少。此外,由于受到电子材料价格持续竞争性定价和货币方面(主要是日元价格下跌)的不利影响,公司电子材料业务净销售额呈现下降趋势。

2016财年,公司消费者解决方案部门实现净销售额54.55亿元,占公司销售额11%,该部门包括四个全球业务:消费者关怀、陶氏汽车系统、陶氏电子材料和消费者解决方案-有机硅,因此可知公司实现电子材料净销售额约为13.6亿美元,包括半导体化学机械平面化(CMP)材料、电子显示器、电子膜、滤光片和OLED的材料等,其中所有电子材料在亚太地区的净销售额约为6.25亿美元。在国内市场上,陶氏化学实现CMP抛光垫销售额约为2.48亿美元。

鼎龙股份(300054.SZ):旗下全资子公司湖北鼎汇微电子材料有限公司是一家从事微电子材料、半导体材料、光电显示材料、光电子元器件等研发、制造与销售的技术创新型企业。公司在集成电路芯片及制程工艺材料产业方面的主要产品为激光打印快印通用耗材芯片和化学机械CMP抛光垫产品,其中CMP抛光垫项目一期计划规模为年产10万片,项目已于2016年8月建成并开始试生产,有望实现工业化量产。作为国内第一家全系列CMP抛光垫生产商,公司有望率先实现CMP抛光垫的进口替代。

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超净高纯试剂:需求量巨大,成长空间十足

7.1、 超净高纯试剂属耗材类产品,需求量巨大

超净高纯试剂又称工艺化学品,是指主体成分纯度大于 99.99%,杂质离子和微粒数符合严格要求的化学试剂,是集成电路制造过程中必不可少的配套材料,被反复地运用于芯片的腐蚀、蚀刻、清洗,同时也被运用于半导体分立器件等其他制造领域。超净高纯试剂品种多、用量大、技术要求高、储存使用有时间期限、具备腐蚀性,且其纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性均有十分重要的影响。

常见超净高纯试剂分类。超净高纯试剂包括无机酸类、无机碱类、有机溶剂类和其他类,用于湿法清洗剂、光刻胶配套试剂、湿法蚀刻剂和掺杂以及芯片铜互连电镀,是集成电路、分立器件、平板显示、太阳能电池等制造用关键材料。

硅片在晶圆制造过程中,常常会被不同的杂质所沾污,各种沾污可能导致IC芯片产率下降50%左右。为了获得高质量、高产率的集成电路芯片,必须去除硅片表面各类沾污物。

随着集成电路制作要求的提高,对工艺中所需的液体化学品纯度的要求也不断提高,从技术趋势上看,满足纳米级集成电路加工需求是超净高纯试剂今后的发展方向之一。

7.2、 国产化率仍然较低,国内企业具有较大的成长空间

我国对高规格的超净高纯试剂的需求一直依赖进口。国外主要的超净高纯试剂生产商包括德国的默克公司、美国的Ashland、Mallinckradt Baker和Olin公司、日本Wako和光纯药工业株式会社和住友化学等公司,国际先进水平的公司占据技术创新的高点,同时严控技术外泄,国内目前主要的生产商只有北京化学试剂研究所、上海华谊微电子、苏州瑞红、苏州联创、苏州晶瑞、江阴化学、江化微电子、江阴润玛等公司,国内企业的市场占有率仅为10.5%,一直以来无法满足国内对超净高纯试剂的需求。2013年,我国超净高纯试剂市场规模达到41亿元,年均复合增长率高达29%。据预测,随着新能源、半导体、电子信息等产业的高速发展,2016年,我国超净高纯试剂市场规模将超过60亿元,CAGR超过15%,市场前景广大。

国外龙头对超净高纯试剂进行技术封锁,国内相关产业链不完整。超净高纯试剂的生产制备工艺是以普通化学试剂为原料进行提纯,检测达到超净高纯要求后输送到净化间包装,整个过程涉及提纯、颗粒分析测试、金属/非金属杂质分析测试、包装技术、工艺控制等多个环节,所有环节的关键在于通过各个环节的配合控制并达到其所要求的杂质含量和颗粒度。目前国际通用的超净高纯试剂制备技术主要有高效连续精馏技术、气体低温精馏与吸收技术、离子交换技术、膜处理技术等,它们适用于不同成分、不同要求的超净高纯试剂的生产,国外大型公司对相关生产技术均有一定的封锁,国内产业链并不完整,提纯技术相对有些基础,但高纯生产设备与包装材料则是制约国内高纯化学试剂发展的主要障碍。

国内外著名超净高纯试剂生产商:

住友化学(4005.T):住友化学(Sumitomo Chemical)公司业务可分为六大部分:基础化学品、石化和塑料产品、IT相关化学品、健康和农作物科学、制药和其他,其中IT相关化学品包括光学商品、彩色滤光片、半导体加工材料和电子材料等。

晶瑞股份(300655.SZ):苏州瑞红是国内微电子化学品行业最大的专业工厂之一,是苏州晶瑞股份的子公司之一(54.46%的股权),公司主要生产光刻胶、配套试剂、高纯化学试剂等黄光区湿化学品。

江化微(603078.SH):公司主要从事超净高纯试剂、光刻胶配套试剂等专用湿电子化学品的研发、生产和销售业务,是目前国内规模最大、品种最齐全、配套性最强的湿电子化学品专业服务提供商之一。公司生产的超净高纯试剂产品包括酸碱类试剂、蚀刻类试剂和溶剂,大部分产品可达UL级和SL级,其中UL级等同于美国SEME C7标准,控制0.5、0.3μm颗粒,控制三十多个金属元素,单项金属元素控制在10PPb以下;SL级等同于美国SEME C8标准,控制0.3μm颗粒,控制三十多个金属元素,单项金属元素控制在1PPb以下。

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工业特殊气体:国内高纯气体市场几乎被外资企业垄断

工业特殊气体指在半导体集成电路制造领域中应用的、对气体有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。高纯气体也是整个半导体行业的关键原材料之一,大规模集成电路和超大规模集成电路的国产化亟待高纯电子气体的配套支持。

国际市场集中度高。2015年,全球电子特种气体市场达74亿美元,其中半导体用特种气体市场规模为34.8亿美元,预计2016年将增长至36.8亿美元。国际知名电子特种气体供应商包括美国气体化工和普莱克斯、德国林德集团、日本昭和电工、酸素公司和大阳日三通桂式会社、英国BOC公司、法国液化空气等,其中美国气体化工、美国普莱克斯、法国液化空气、日本大阳日三通桂式会社和德国林德集团五家公司垄断全球特种气体91%的市场份额。

国内市场外资垄断情况严重。2015年,国内电子特种气体市场规模达85亿元,其中应用于半导体电子特气55.3亿元,其中IC需求约25亿元、平板显示需求约22亿元,LED需求约5亿元、太阳能用需求约8亿元。目前全球主要的跨国气体公司均在中国设有生产基地,国内高纯气体市场几乎被外资企业垄断。

国际上著名的特殊气体生产商包括Airgas Incorporated、Air Liquide、空气化工、Linde、普莱克斯、Taiyo Nippon Sanso等公司,国内主要的特种气体制造商包括南大光电和巨化集团。

空气化工(APD.N):空气化工(Air Products)是世界领先的工业气体供应商,公司产品包括大气气体、工艺和特种气体、高性能材料、设备和能源等。

2015-2016年,公司营业收入呈现持续下降趋势,分别为98.95、95.24亿美元,同比下降5.21%和3.75%,但是公司毛利率上升,营业利润逐年增长,分别实现16.57、17.08、21.06亿美元的营业利润。2016财年,公司主要的依靠北美市场实现95.24亿美元的营业收入。

普莱克斯(PX.N):普莱克斯(Praxair)是北美和南美洲最大的工业气体供应商,提供大气气体、工艺气体、高附加值的应用特种气体、高性能表面涂料和相关的服务与技术。

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封装材料:国内封测行业具备较强竞争力,材料仍是短板

9.1、封装各工艺流程材料需求种类多、数量大

集成电路芯片封装测试工艺流程包括背面减薄、晶圆切割、贴片、引线键合、模塑、电镀、切筋、终测等八大环节,不同环节需使用不同的封装材料。常用的半导体封装材料包括层压基板、引线框架、焊线、模压化合物、底部填充料、液体密封剂、粘晶材料、锡球。

9.2、 封装材料与国外差距较大,短板明显

半导体封装市场规模巨大,国产化率仍然较低。根据Semi数据统计,2016年,全球半导体封装材料市场高达196亿美元,其中,封装基板是最大的细分市场,市场空间为73.8亿美元。此外,引线框架、键合丝、包装材料等也都是半导体封装过程中必不可少的重要材料。目前,国内半导体封装材料产业规模巨大,且处于快速增长期,但是国内半导体封测材料大部分仍由国外厂商提供,国产化率仍然比较低。

封装基板国际著名制造厂商。半导体封装基板可为芯片提供电连接、保护、支撑、散热、组装等功效,以实现多引脚化,缩小封装产品体积、改善电性能及散热性、超高密度或多芯片模块化。国际主要的封装基板供应商包括日本的Kyocera京瓷、Tokuyama德山、日本化药株式会社、Nippon Steel&Sumikin Chemical新日铁住金化学、日本揖斐电株式会社、三菱化学、住友化学等公司,美国的杜邦公司,以及中国台湾地区的日月光半导体公司,国内主要的封装基板供应商包括珠海越亚、超毅电子公司。

日本揖斐电株式会社(4062.T):揖斐电(IBIDEN)公司创立于1912年,主要经营五大业务板块:电子板块、陶瓷板块、建筑板块、建筑材料板块和其他业务板块,其中电子板块主要从事印刷电路板(PCB)和封装衬底的制造和销售,以及PCB图案的设计。在IC封装基板方面,公司CavityPBGA、FC.PPGA封装基板占世界市场40%的份额。

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受益标的

10.1、 江丰电子(300666):国内半导体靶材领军者

公司是国内半导体靶材行业龙头。公司主营业务为高纯溅射靶材的研发、生产和销售,主要产品为各种高纯溅射靶材,包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等。目前,公司产品主要应用于半导体、平板显示器及太阳能电池等领域。在超大规模集成电路用高纯金属靶材领域,公司成功打破美国、日本跨国公司的垄断格局,填补了国内电子材料行业的空白。

高纯溅射靶材市场空间巨大,日美企业占据主导地位。在靶材应用领域中,超大规模集成电路芯片的制造对溅射靶材金属纯度的要求最高,平板显示器、太阳能电池用铝靶的金属纯度略低。随着消费电子等终端应用市场的飞速发展,高纯溅射靶材的市场规模日益扩大,呈现高速增长的势头。2015年全球高纯溅射靶材市场的年销售额94.8亿美元,其中,半导体、平板显示器、记录媒体、太阳能用高纯溅射靶材销售额分别为11.4亿美元、33.8亿美元、28.6亿美元、18.5亿美元。预测未来5年,全球溅射靶材的市场规模将超过160亿美元,高纯溅射靶材市场规模年复合增长率可达到13%。靶材行业长期以来全球溅射靶材研制和生产主要集中在美国、日本少数几家公司占据主导地位,占据大部分市场份额。

国内半导体、面板行业发展趋势向好,国内靶材产业迎来发展良机。根据半导体协会统计数据,中国集成电路贸易赤字持续放大,2016年对外依存度超过70%。目前国家在政策、资金方面对于半导体产业支持力度很大,在半导体制造方面的投资力度也不断加大,国内半导体制造行业有望逐步崛起;中国平板显示产业在一系列投资的助推下发展迅速, LCD产业投资进入新高潮,京东方、华星光电等面板企业在OLED上的投资也是非常抢眼,面板产业向大陆转移。国内半导体、面板行业的发展为靶材市场的发展奠定了良好的基础,国内靶材产业迎来发展良机。

10.2、 雅克科技(002409):冉冉升起的半导体材料新星

冉冉升起的半导体材料新星。雅克科技是中国领先的化工材料公司,全球最大的有机磷系阻燃剂生产制造商。2015年,上市公司瞄准下游新兴市场,大力发展塑料助剂、电子材料和复合材料业务;2016年,公司通过全资收购华飞电子快速进入半导体封装材料领域,初步确立了其在电子材料板块的地位。公司不断完善电子材料产品线,上市公司拟收购科美特90%股权、江苏先科100%股权。本次交易完成后,雅克科技将直接及间接持有科美特90%股权、UP Chemical 100%股权。

UP Chemical的IC前驱体技术水平领先。作为IC材料的细分行业,IC前驱体具有研发投入大、制备供应难度高、客户认证周期长等特点,具备极高的行业准入门槛,是衡量IC材料制备水平的标志性产品之一。UP Chemical是全球IC前驱体的主要供应商,其主要产品国内尚无企业可生产。UP Chemical代表着目前世界IC材料领域的先进水平,其产品广泛应用于16纳米、21纳米、25纳米等高端制程下DRAM以及先进的3D NAND Flash的制造工艺,与世界主要芯片厂商如SK海力士、三星电子,世界领先的IC设备厂商均建立了长期稳定的合作关系。

科美特基金拓展半导体应用领域。科美特所生产的六氟化硫及四氟化碳产品远销日本、韩国、美国、中国台湾地区及印度等多个国家和地区,是国内西电集团、平高集团、山东泰开等主要电力设备生产商的第一大六氟化硫产品供应商。科美特通过积极研发开拓高附加值的IC电子特气产品线,半导体级四氟化碳已实现量产销售,半导体级三氟化氮正在进行立项研发。科美特已开始向知名气体商如林德气体、昭和电工、关东电化等供应电子特气,通过其渠道销往最终的半导体制造客户;2016年,其半导体级四氟化碳成功进入台积电供应链体系。

10.3、 晶瑞股份(300655):微电子化学品龙头,受益下游行业大发展

晶瑞股份是国内微电子化学品龙头。公司专注于微电子化学品的产品研发、生产和销售,主导产品包括超净高纯试剂、光刻胶、功能性材料和锂电池粘结剂四大类微电子化学品,广泛应用于半导体、光伏太阳能电池、LED、平板显示和锂电池等五大新兴行业。2017年,公司实现营业总收入53,453.93万元,同比增长21.52%,实现归属于上市公司股东的净利润3,617.65万元,同比增长6.72%,公司业绩增长主要来源于超净高纯试剂、功能性材料和锂电池粘结剂产品。

并购+产能扩张,公司进入快速成长期。2017年9月,公司以现金收购苏州瑞红少数股东权益,目前苏州瑞红已成为公司全资子公司;2018年2月,公司完成对江苏阳恒股权收购及增资,增资后持股比例为80%,并且通过引入日本三菱化学株式会社的电子级硫酸提纯技术,提高细分产品的技术水平,不断完善超净高纯试剂产品线的布局;2017年8月,公司投资设立子公司眉山晶瑞,拟在成眉石化园区投资新建8.7万吨光电显示、半导体用新材料生产基地。我们认为公司通过并购和产能扩张等方式,不断增强在微电子化学品方面的竞争力,有望充分受益于下游行业大发展。

在中高端半导体市场全面进入收获阶段。公司产品等级不断提升,在中高端客户市场,客户储备和市场开拓不断取得突破,中高端半导体市场全面进入收获阶段。超净高纯试剂方面,公司的电子级双氧水达到全球第一梯队的技术品质,正在稳步推动进口替代,国内8寸和12寸标杆性客户正在按计划推进,其中已在华宏完成测试,即将进入中芯国际产线测试;光刻胶方面,公司承担了02国家重大专项,已向02项目专项办公室提交验收申请,i线光刻胶已通过中芯国际上线测试;功能性材料方面,公司依托完善的光刻胶技术评价平台,开发了系列功能性材料用于光刻胶产品配套,目前已进入半导体制造厂商宏芯微、晶导微的供应商体系。

10.4、 江化微(603078):国内湿电子化学品龙头,产能扩张布局深远

公司是湿电子化学品龙头企业。公司主要从事超净高纯试剂、光刻胶配套试剂等专用湿电子化学品的研发、生产和销售业务,是目前国内规模最大、品种最齐全、配套性最强的湿电子化学品专业服务提供商之一。公司产品目前技术水平均已达到SEMI标准等级的高端行列,可用于电子元器件微细加工的清洗、光刻、显影、蚀刻、去膜、掺杂等制造工艺过程中。

综合毛利率水平较高,盈利能力稳定。因为湿电子化学品的作用特性,使得湿电子化学品的技术等级、应用领域和所用的工艺环节等对湿电子化学品的盈利能力产生较大的影响,产品技术要求高、功能性强、对下游的议价能力强、附加值高。公司2014~2016年度综合毛利率保持40%以上,分别为42.39%、42%和41.41%,其中超净高纯试剂毛利率近三年平均水平为38.04%,光刻胶配套试剂近三年毛利率平均水平为49.84%。

下游客户市场广阔,结构调整优化布局。公司产品应用领域按照由低端到高端可分为光伏电池板领域、平板显示器领域和半导体领域,2016年公司产品在三个领域的营销收入占比分别为26.2%、30.3%和42.8%。公司持续进行产品结构性调整,用于光伏领域低端等级的湿电子化学品将从2012年占比44.9%降至2017年的20%以下,平板和半导体领域湿电子化学品的应用将成为公司未来的重点发展方向。

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国内半导体产线投资力度和进度不及预期。

国内半导体材料研发进步不及预期。返回搜狐,查看更多

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