2、产业链重塑,国产材料企业进入黄金发展期
2．1 晶圆制造产能扩张+国产替代大趋势,超高纯试剂放量在即2．1．1 材料作为晶圆制造耗材,制造产能扩张撑开市场需求空间
半导体材料处于整个半导体产业链上游环节,对半导体产业发展起到支撑作用。根据制造流程又可分为前道晶圆制造材料和后道封装材料,晶圆制造材料可分为硅片、光掩模、光刻胶及辅助材料、CMP抛光材料、工艺化学品、靶材和电子特气,封装材料可分为引线框架、基板、陶瓷封体、键合线、包封材料和芯片粘结材料。
据SEMI统计,2019年全球半导体材料市场销售额合计520亿美元,其中晶圆制造材料为328亿美元,封装材料为192亿美元。半导体材料有品种多、单品需求量小、认证周期长、客户粘性大、开发难度高等特点。晶圆制造大概会涉及到600多步加工单元,使用细分材料种类多达10000种,加工过程中任何一类材料质量不合格导致化学或物理污染和缺陷都可能造成某一批次或多类产品良率降低甚至直接报废,直接和间接造成巨额损失。
晶圆制造材料细分领域部分实现自给,国产替代进度由易到难循序渐进。目前国内供应商情况是通过内生+外延实现晶圆制造材料全产业链布局,但量产产品主要以中低端应用为主,少部分产品在高端领域实现国产替代。国产替代进程从易到难循序渐进,靶材、湿法电子化学品等替代速度较快,目前已经在大陆头部半导体实现批量供应,光刻胶、12寸大硅片进度相对滞后。
半导体材料市场主要受晶圆制造产能和行业景气度影响,产能决定了材料市场空间,景气度决定了产能利用率进而影响材料需求。根据IC Insights统计,2020年全球半导体晶圆年产能预计达2．49亿片8吋等效晶圆,预计2024年全球产能有望突破3亿片。产能扩建上修材料市场空间,且5G、AIOT、汽车电子等新兴应用有望带来新一轮高景气周期,鉴于产能释放主要在大陆和台湾地区,国产半导体材料供应商有望享受长期增长红利。
近三年是中国大陆地区8/12吋晶圆厂建设峰期,供给端产能大幅度扩充带动配套半导体材料需求增大。据SEMI数据统计,2020年中国大陆地区晶圆制造月产能达400万片,2021年有望达460万片。以中芯国际、华虹半导体、长江存储和长鑫存储为首的晶圆制造企业产能正在有序建设中,作为耗材的半导体材料需求在大幅度增长。
2．1．2 三款G5级超净高纯试剂,有望成为公司中期成长动力
湿电子化学品又称工艺化学品,是电子技术与化工材料相结合的创新产物,具有质量要求高、单个品种用量少、对生产及使用环境洁净度要求高和产品更新换代快等特点,其质量好坏直接影响到电子产品质量。电子工业对湿电子化学品的一般要求是超净和高纯,它对原料、纯化方法、容器、环境和测试都有较为严格的要求。在集成电路、太阳能电池片、LCD面板等制造加工中,湿电子化学品充当着清洗与蚀刻的重要功效,其纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性都有非常重要的影响。
SEMI制定了国际统一的超净高纯试剂标准,用以衡量不同湿电子化学品等级和加工技术难度。集成电路用试剂对纯度要求最高,需G3等级以上;分立器件要求要低于集成电路,基本集中在G2级水平;显示面板对试剂等级要求为G2-4水平;光伏太阳能电池领域一般只需要G1级水平。
随着国内半导体、面板和光伏领域迅速发展,制造用湿电子化学品需求量和质量同步提升。根据中国电子材料行业协会数据统计,2020年三个领域用湿电子化学品合计达155万吨,其中半导体用量约45万吨,总需求量2014-2020年复合增速达24．1%。中低端产品基本实现大面积国产化,中高端应用进度较慢,存在较大替代空间。光伏领域基本实现完全国产化;集成电路领域6寸线及以下国产化进度达80%以上,8/12吋线国产化进度只有20%;面板领域3．5世代线以下实现完全国产化,4．5世代以上国产化程度较低。
从湿电子化学品产品结构来看,通用试剂需求量占比达88%,功能性材料占比达12%。通用湿电子化学品中,占比较大的是双氧水、硫酸、氢氟酸等;功能性材料中占比较大的是显影液、刻蚀液、剥离液等。
半导体用超净高纯试剂中双氧水、硫酸和氨水消耗占比分别为34%、33%和9%,合计占比超过七成。公司超净高纯试剂产品聚焦于价值量最高的半导体领域,三款拳头产品双氧水、硫酸和氨水均达到主流客户最高规格要求SEMI G5,金属离子低于10ppt,双氧水产品已经供应华虹宏力、长江存储等国内头部企业,二十多家客户评估也接近尾声。高纯硫酸引用三菱化学量产技术,三菱化学是TSMC和UMC供应商之一,产品验证通过后有望迅速放量。
高品质超净高纯试剂对集成电路极其重要,直接决定了晶圆的良率。尺寸进入亚微米级别,集成电路制造过程中对污染物极度敏感,直接影响产品质量、良率,由污染问题造成产品失效、质量降低比利高达60%以上。制造过程中需要加入各种清洗和刻蚀工序去除晶圆表面污染物,而清洗和刻蚀工序中使用大量超净高纯试剂。
制程节点的推进使得在追求高良率下必须增加更多的清洗步骤,同时也需要更高品质的超净高纯试剂。先进制程对杂质的存在更加敏感,同时更小尺寸的杂质更难清除,提高良率的方法就是增加清洗步骤以及提升设备性能。在80-60nm的工艺制程中,清洗工艺约有100个步骤,而当工艺节点来到20nm以下时,清洗步骤增加至200道以上,制程工艺每推进一代,清洗步骤增加约15%。
晶圆制造过程中污染物主要有微粒杂质、有机物、金属污染物、自然氧化物及其他氧化物等。晶圆制程中通常采用高纯酸碱及其混合溶液来去除晶圆表面的有机物、碱金属离子和金属,其中化学品的选择是基于他们与污染物之间的反应特征。
公司在超高纯硫酸、双氧水产品技术和产能布局深厚,质量和规模化优势有望成为中期成长的核心动力。据中国电子材料行业协会估计,双氧水、硫酸和氨水是晶圆制造中湿化学品消耗量最大的三个品类。12吋晶圆单位消耗量约240吨/万片,8吋晶圆消耗量约为45吨/万片。随着大陆产能扩张,配套化学品耗材就地采购趋势下,公司将受益于技术领先优势、产能规模化优势和低成本优势。
1)公司通过收购江苏阳恒实现原材料自给,买断三菱化学生产技术后充分吸收、消化,实现超高纯硫酸产品规格达到国际先进水平,满足先进制程7nm工艺要求,有能力实现国产替代,且配套年产9万吨电子级硫酸项目有望成为国内规模最大的供应商。
2)超高纯双氧水产品达到G5等级,在国内主流半导体制造商切换,头部客户供货比例达50%,现有产能3．5万吨,未来三年规划在眉山、湖北和安徽扩充新产能6万吨。
3)超高纯氨水产品达到G5等级,在于国际一流技术企业开展对接,未来产能规划2万吨。
据不完全统计,中国大陆12吋晶圆厂运行、建设及规划中合计产能为243万片/月,8吋晶圆产能为161万片/月。
在不考虑各产品制造流程差异化和设备差异化,根据中国大陆现有、在建和未来规划晶圆制造产线,高纯双氧水和硫酸全年需求量接近,各约25万吨,氨水需求量约7万吨。
