作者：许兴军
从三个维度看实现上游材料的突破是中国半导体产业腾飞的基石
从国家层面来看，建立完善的材料体系是走向半导体强国的必经之路，《纲要》中也对上游材料提出了具体发展目标；从产业层面来看，材料是产业发展的基础和先导，2014年全球半导体材料市场规模达443亿美元，占整个半导体市场比重接近14%，而我国上游配套材料国产化率低、规模小，与产业的发展严重不匹配；从公司层面来看，需求端国内制造和封装厂商规模占全球比重不断提升，需求在增长，供给端国内材料企业产品集中于低端应用环节的局面正在得到改善，全产业逐步向高端应用迈进。未来国内IC产业发展路径清晰，将实现从市场到核心的突破。
国产替代材料之从无到有：大硅片核心材料国产化刻不容缓
从无到有以核心材料大硅片国产化为代表，2013年国内半导体硅片市场规模为132.4亿元，占国内半导体制造材料总规模比重达42.5%。而这一领域主要由日本厂商垄断，我国6英寸硅片国产化率为50%，8英寸硅片国产化率为10%，12英寸硅片完全依赖于进口。目前国内主要供应商包括有研新材，上海新傲，浙江金瑞泓，洛阳单晶硅等，实际生产仍以中小尺寸为主。今年上海新阳与兴森科技参与投资的大硅片项目现正式启动，将实现12英寸硅片国产化。
国产替代材料之从小到大：国内厂商不断向高端领域延伸
从小到大以掩膜版、光刻胶、CMP材料等国内已有一定基础，部分实现国产化的材料为例，或是受益于外包比例增加的行业趋势、或是随着国内企业研发和产业投入增加，越来越多的优秀人才加入等，各种材料领域中均涌现出优秀企业在高端工艺应用中取得突破，正在逐步实现国产替代.
A 股半导体材料相关公司整理
我们梳理了A股上市公司中设计半导体材料领域的相关企业，包括大硅片领域的上海新阳、兴森科技、有研新材，光刻胶相关领域的南大光电（拟收购光刻胶厂商北京科华）、飞凯材料（与中芯聚源等共同投资聚源恒泰集成电路产业基金）、强力新材，CMP领域的鼎龙股份。
风险提示
行业景气度下行；行业竞争加剧的风险。
投资逻辑
在国家意志强力推进下，再加上千亿大基金密集投资助力，国内半导体行业迎来了加速发展期。在整个半导体行业设计、制造、封装领域均得到大基金青睐后，我们注意到8月18日京东方发布公告，与大基金共同投资集成电路基金。这一次大基金或已开始将眼光投向面板材料领域。除此以外，南大光电拟收购国内光刻胶龙头厂商北京科华、飞凯材料携手中芯聚源成立集成电路产业基金、强力新材拟进行产业链并购整合、大硅片项目开始实施。仔细梳理下来我们发现，半导体上游材料领域正在发生变化。
从国家层面来看，建立完善的材料体系是走向半导体强国的必经之路，《纲要》中也对上游材料提出了具体发展目标；从产业层面来看，材料是产业发展的基础和先导，2014年全球半导体材料市场规模达443亿美元，占整个半导体市场比重接近14%，而我国上游配套材料国产化率低、规模小，与产业的发展严重不匹配；从公司层面来看，需求端国内制造和封装占全球比重不断提升，涌现出一批优质厂商，供给端国内材料企业产品集中于低端应用环节的局面正在得到改善，全产业逐步向高端应用迈进。未来国内IC产业发展路径清晰，将实现从市场到核心的突破。
在半导体上游材料中，我们认为实现国产替代的途径有两种：从无到有和从小到大。
一方面，从无到有以核心材料大硅片国产化为代表，2013年国内半导体硅片市场规模为132.4亿元，这一领域主要由日本厂商垄断，尤其12英寸硅片完全依赖于进口。国内主要供应商包括有研新材，上海新傲，浙江金瑞泓，洛阳单晶硅等，实际生产仍以中小尺寸为主。上海新阳与兴森科技参与投资的大硅片项目现已正式启动，将实现12英寸硅片国产化。
另一方面，从小到大以掩膜版、光刻胶、CMP材料等国内已有一定基础，部分实现国产化的材料为例，或是受益于外包比例增加的行业趋势、或是随着国内企业研发和产业投入增加，越来越多的优秀人才加入等，各种材料领域中均涌现出优秀企业在高端工艺应用中取得突破，逐步实现国产替代。
在国家意志落地，国内IC行业加速发展的大背景下，我们看好半导体上游材料行业未来的发展，同时也将持续关注这一领域中相关的投资机会。
一、实现上游材料的突破是中国半导体产业腾飞的基石
1、国家层面：建立完善的材料体系是走向半导体强国的必经之路，政策支
持为上游材料的发展注入一剂强心针
一条完整的半导体产业链包括设计、制造、封装、设备、材料、以及相关的中介机构等，只有各环节相互支撑彼此促进，才能促进全行业良性发展。
材料作为生态体系中的重要一环，实现其供应链的本土化，形成完善的材料体系产生的产业协同效应好处更多。一方面自主配套的材料系统有利于下游制造和封装环节成本的控制、服务的快速及时响应、技术的安全可控；另一方面由于很多关键性材料的研发需要下游厂商的配合，而且下游市场的壮大也带动材料的需求上升，下游的不断发展也能反作用利好上游材料。
纵观全球半导体产业几大成熟基地，欧美、日、韩、台湾，均形成了完备的产业链结构。我国集成电路产业发展要取得成功，从现在开始就应当立足于全产业链的规划、完善与提高。
2014年6月公布的《国家集成电路产业发展推进纲要》将发展集成电路产业上升为国家战略，并对上游材料与设备提出了具体发展目标。同时，设立千亿国家集成电路产业投资基金，助力我国集成电路产业实现跨越式发展。材料是产业发展的基础和先导，因此，我们认为在国家层面推进材料的发展和建设是大概率事件。
2、产业层面：我国半导体材料环节较为薄弱，难以满足产业发展的需要
半导体材料位于整个产业链的的上游，是完成制造和封装环节的基础。根据国
际半导体设备与材料协会公布的数据，2014年全球半导体材料市场规模达443亿美
元，占整个半导体市场比重接近14%。
我国半导体行业近年来发展势头正劲，而上游配套材料国产化率低，规模小，与产业的发展严重不匹配。根据CSIA统计，2014年中国集成电路产业销售额为3015.4亿元，同比增长20.2%。其中，设计业增速最快，销售额为1047.4亿元，同比增长29.5%；制造业受到西安三星投产影响，2014年增长率达到了18.5%，销售额达712.1亿元；封装测试业销售额1255.9亿元，同比增长14.3%。但是在这些辉煌数字的背后却是上游材料销售额刚突破百亿元人民币，占全球半导体材料市场3.6%，难以满足产业发展的需求。
3、公司层面：供给端和需求端共同助力半导体材料国产化
（1）半导体产能转移，大陆制造和封装占全球比重不断提升带动上游材料需求
近年来，我国凭借其巨大的消费市场、劳动力红利、以及政策优惠，吸引了相Intel、三星、海力士、台积电等国际半导体巨头在大陆投资设厂，同时也诞生了中芯国际、长电科技等一批本土优质半导体厂商。
制造：国内现有12英寸生产线7条，8英寸生产线15条，6英寸生产线至少20条。其中中芯国际拥有8英寸月产能12.6万片，12英寸月产能4.8万片。根据最新公布的财报，中芯国际2015年二季度销售额达到5.47亿美元，同比增长6.9%，毛利1.76亿美元，毛利率达32.3%。国内第二大晶圆代工厂华虹半导体2015年二季度销售额也达到1.72亿美元，毛利率增至33.0%。
封装：中国大陆IC封测产业主要厂商呈现外商独资、中外合资和内资三足鼎立的格局。随着先进封装的布局导入和国际并购步伐的加快，国内封装产业已形成一定的竞争力，长电科技、华天科技、通富微电均进入全球封装企业排名前20位，其中长电科技2014年位列全球第六，通过并购全球第四大封装厂星科金朋，强强联手有望进入全球封装前三。
大陆逐渐成为全球半导体制造及封装基地的同时，也带动了上游半导体材料需求量的提升。
(2)基础材料厂商内生突破加速国产化进程
半导体制造的过程就是“点石成金“的过程，主要是对硅晶圆的一系列处理，简单来说就是通过外延生长、光刻、刻蚀、掺杂和抛光，在硅片上形成所需要的电路，将硅片变成芯片。
当前国内的半导体材料厂商多集中在低端产品领域，随着国内企业研发和产业投入增加，越来越多的优秀人才加入，销售额也在稳步增长。国内材料企业产品集中于低端应用环节的局面正在得到改善，全产业逐步向高端应用迈进。
从总体发展状况来看，产业销售收入已经过100亿元。从细分材料市场来看，各领域中均涌现出优秀企业在高端工艺应用中取得突破，国产替代趋势确立。
(4)国内IC 产业未来发展路径清晰，实现从市场到核心的突破
在本土智能手机需求带动下，大陆IC产业近年来飞速成长，已经涌现出华为海思、展讯通信等一系列有影响力的半导体企业。我们认为大陆IC产业未来的发展路径可以从过去中国电视产业链的发展得到启示：起初电视制造的发展带来市场，随后到实现“屏+芯”的突破，近期又完成上游核心原材料的突破。我们认为同样由市场到核心突破的产业链发展经验将在IC领域得到复制。
二、国产替代材料之从无到有：大硅片核心材料国产化刻不容缓
1、集成度推动下硅片向大尺寸发展
硅单晶圆片是最常用的半导体材料，是芯片生产过程中必不可少的、成本占比最高的材料。我们制造一个芯片，需要先将普通的硅制造成硅单晶圆片，然后再通过一系列工艺步骤将硅单晶圆片制造成芯片。从市场规模上来看，2013年全球半导体硅片市场规模为79.32亿美元，占半导体制造材料总规模比重达35%；2013年国内半导体硅片市场规模为132.4亿元，占国内半导体制造材料总规模比重达42.5%。无论是全球还是国内市场，硅片都是半导体制造上游材料中比重最大的一块。
硅单晶圆片越大，同一圆片上生产的集成电路就越多，这样既可降低成本，又能提高成品率，但材料技术和生产技术要求会更高。在摩尔定律的推动下，集成电路的集成度不断增加，即一个硅片上所集成的元器件的数目增多。而集成度提高的三个主要技术因素是：器件尺寸缩小、芯片面积增加及芯片集成效率提高。一方面，硅片边缘部分由于不平整和存在大量缺陷，因此在硅片上制造器件时，实际可利用的是大圆片中间的部分，当单个器件芯片面积增大的时候，硅片上成品率下降，所以要增大硅片面积。另一方面，晶圆越大，同一圆片上可生产同规格的IC就越多，可有效降低IC成本，利润空间也就越大。
目前以8英寸和12英寸的硅片生产为主。其中8英寸硅片主要应用于特色技术或差异化技术，产品包括各种电源芯片、摄影/指纹识别等传感器、智能硬件中的MCU与无线通信芯片、智能卡等，涵盖消费类电子、通信、计算、工业、汽车等领域。而12英寸硅片主要用于制造CPU、逻辑IC、存储器等高性能芯片，多用于PC、平板、手机等领域。随着时间的推移，未来大尺寸硅片的占比还会不断的提升，预计到2016年，12英寸硅片的比重将达到61%，8英寸硅片占24%，合计占到半导体硅片市场85%以上。
2、整合持续进行，供需状况改善
硅片行业的垄断度极高，近年来大公司不断通过相互间的整合实现市场占有率的进一步提升。目前前四厂商占比超过8成，主要由日本厂商垄断，前两位的信越半导体（Shin-EtsuChemical）和sumco占比约为60%。
近几年全球半导体硅片市场产能过剩较为严重，只有信越和sumco依靠规模优势能够盈利。未来随着半导体市场的不断增加，对上游硅片材料的需求将会相应增加，而从目前各大硅片厂商的计划来看，均暂无扩产打算，这样一来产能过剩的问题将会得到有效的缓解。
3、大硅片实现从“0”到“1”的突破，国产替代进行时
国内现有12英寸生产线7条，8英寸生产线15条，6英寸生产线至少20条，12英寸硅片月需求量在30万片左右，8英寸和6英寸各约60万片/月。而上游硅片材料主要供应商包括有研新材，上海新傲，浙江金瑞泓，洛阳单晶硅等，实际生产仍以中小尺寸为主。目前8英寸国产化率约10%，6英寸国产化率约50%，12英寸硅片则完全依赖于进口。
有研新材：主要产品为硅单晶抛光片,包括4-5英寸太阳能硅片、6-8英寸的半导体硅片。其中,中小尺寸产品主要供给国内,大尺寸单晶硅片主要销往日韩。公司目前完成了5、6英寸生产线升级至6、8英寸,未来将继续加大8英寸和12英寸硅片材料领域研发。
浙江金瑞泓：主营产品为技术含量高、附加值高的各尺寸硅片，其中8英寸抛光片和外延片在2009年开始批量生产并销售，率先实现我国8英寸硅片正片供应零的突破。产品约40%销往到美国、欧洲、新加坡、日本、韩国和中国台湾等国家与地区的知名晶圆厂商，包括ONsemi、Fairchild、IR、TI、NEC等国际知名公司，同时也是中芯国际、华虹NEC、上海先进、苏州和舰、杭州士兰等国内相关企业的重要供应商。
洛阳单晶硅：1995年，洛单集团与美国MEMC公司合资成立的麦斯克电子材料有限公司，是国内硅片制造业第一家中外合资企业。2014年10月开始搬迁扩产，该项目建成并达产后，可年产5英寸电路级硅抛光片112万片，6英寸电路级硅抛光片360万片，并具有研发及生产８英寸硅抛光片的能力，可实现5万片/月8英寸硅抛光片的生产能力。
2014年5月，上海新阳定向增发超3亿元与兴森科技、上海新傲科技股份有限公司和上海皓芯投资管理有限公司（张汝京博士技术团队公司）签订《大硅片项目合作投资协议》，建设我国首条12英寸（300nm）硅片生产线，拟建300毫米半导体硅片产能15万片/月。该项目已在临港正式启动，实现12英寸硅片国产化。
三、国产替代材料之从小到大：国内厂商不断向高端领域延伸
1、掩膜版：外包份额逐渐扩大，国内厂商迎来新机遇
集成电路设计与工艺制造之间的接口是版图，即对应于晶圆片上的电路元器件结构的几何图形组合。制造商要将版图的图形转移到晶圆片上，就需要经过一个重要的中间环节——制作光刻掩膜版。掩膜版是在IC制作过程中，利用光刻蚀技术把设计好的电路图形复制于晶圆上。我们把电脑上设计出来的电路图用光照到金属/玻璃薄膜上，制造出掩膜。我们再把刚制作好的掩膜盖在硅片上，当光通过掩膜照射，电路图就"印制"在硅晶片上。如果我们按照电路图使应该导电的地方连通，应该绝缘的地方断开，这样我们就在硅片上形成了所需要的电路。
根据国际半导体设备与材料协会(SEMI)公布的数据，2014年全球半导体掩膜版销售额为32亿美元，其中台湾是最大的掩膜版市场，连续五年排名第一。
掩膜版质量的优劣直接影响光刻的质量。在芯片制造过程中需要经过十几甚至几十次的光刻，每次光刻都需要一块光刻掩膜版，每块光刻掩膜版的质量都会影响光刻的质量。一般来说，通过一系列光学系统将掩膜版上的图形按照4：1的比例投影在晶圆上的光刻胶涂层上，如果晶圆的最小线宽要达到28nm，掩膜版上的最小线宽只要达到112nm即可。然而随着线宽的不断缩小，光衍射导致的投影图形对比度和失真问题也相应出现，这对掩膜版制造厂商的技术提出了更多的要求。
全球主要的晶圆制造厂商，如Intel、Globalfoundries、IBM、TSMC、UMC、Samsung等都有自己的专业工厂来生产自身需要的掩膜版，最先进的制程所需的掩膜版技术也就自然而然掌握在这些国际巨头手中。不过近些年，掩膜版外包的趋势非常的明显，特别是对于一些60nm及90nm以上制程的低端产品，外包的现象非常明显。专业的掩膜版制造厂的市场比重逐步提升，从2003年时的30%上升至2014年的53%。目前全球专业的掩膜版厂商包括美国的Photronics，台湾的台湾光罩，日本的Toppan，Hoya，SK-Electronics等。Photronics作为全球领先的掩膜版厂商，主要生产60nm及以上制程的光罩，2014年营收达到4.56亿美元，净利润3202万美元；而像台湾光罩则主要生产和供应相对低端的0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.11微米和90纳米制程的光罩，2014年营收达到4411万美元，净利润191万美元。
目前国内的掩膜版厂商主要分为3类：第一类是科研院所，，中国电子科技集团第13所、24所、47所、55所等；第二类是专业的掩膜版制造厂商，主要有无锡华润微电子有限公司掩膜工厂、上海凸版光掩膜有限公司、Photronics（上海）。第三类是晶圆代工厂，例如中芯国际，中芯国际的制版能力也处于国际较先进的水平。
2、光刻胶：中国厂商蓄势待发，向高端领域拓展
光刻胶，也被称为光致抗蚀剂。作为半导体上游化工材料之一的光刻胶，其在IC材料总成本中的占比约为4%，是IC制作过程中不可缺少的一员“猛将”。主要作用是协助将光刻掩膜版上的图形转移到晶圆上。
光刻胶分为负胶和正胶两种。正胶在经过曝光后，受到光照的部分将会变得容易溶解，只留下未受到光照的部分形成图形；负胶在经过曝光后，受到光照的部分变得不易溶解，留下光照部分形成图形。负胶是最早被应用在光刻工艺上的光刻胶类型，它拥有工艺成本低、产量高等优点。但是负胶在吸收显影液后会膨胀，这会导致其分辨率不如正胶。因此负胶经常会被用于分立器件和中小规模集成电路等分辨率不太高的电路的制作中。大规模集成电路、超大规模集成电路以及对感光灵敏度要求更高的集成电路的制作，通常会选用正胶来完成图形的转移。
近几年，半导体制造制程的不断提升也加速了光刻胶的发展。为了满足不断缩小的集成电路线宽，光刻胶的波长也由紫外g线(436nm)逐渐向深紫外ArF(193nm)方向发展。2010年后，还陆续出现了更为高端的超紫外光刻胶、电子束光刻胶、极紫外光刻胶等。
(1) 半导体光刻胶的市场巨大，国产替代需求强烈
根据智妍数据中心的调查数据，2014年光刻胶的全球市场规模高达70.2亿美元，其中PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶的全球市场规模，分别为17.2亿美元、18.7亿美元、16.9亿美元。另外，据博思数据研究中心的预测，2015年中国光刻胶市场的总需求高达4390吨，为2007年的5.7倍。但是面对国内巨大的需求市场，中国的光刻胶行业依旧需要长期依赖于海外进口。
光刻胶行业的成长伴随着半导体产业的发展。因此供应光刻胶的生产企业，大部分都是在半导体产业发展早期就开始参与市场的化学材料企业。目前半导体光刻胶的供应厂商主要集中在美国、日本、欧洲以及韩国等地。主要企业有日本的TOK、日本JSR、富士胶片、信越化学、住友化学，美国的Shipley、陶氏化学，瑞士的Clariant和德国的AZEM，韩国的锦湖石化、东进世麦肯等。
（2）国内光刻胶厂商逐步向高端领域拓展，加快国产替代步伐
中国的光刻胶供应厂商多集中于PCB光刻胶、LCD光刻胶等低端领域，能够生产半导体光刻胶的厂商目前仅有北京科华微电子和苏州瑞红。另外苏州华飞微电子材料有限公司、常州华钛化学有限公司和无锡化工研究设计院也在涉足该产业领域。
其中北京科华微电子自2010年起，在国家02重大事项的大力支持下，北京科华开始了248nm光刻胶的研究开发。并在2012年成功建成了248nm光刻胶生产线，这对于中国半导体光刻胶的发展来说，是具有里程碑意义的一次大飞跃。并且在2014年12月，北京科华微电子还获得了国内最大最先进的芯片制造企业中芯国际的商业订单。2015年7月9日，南大光电发布公告，拟使用不超过人民币1.5亿元的超募资金以向北京科华增资及受让其原有股东部分股权的方式参股北京科华。
3、CMP 材料：半导体制造的最后一道关卡
CMP，即化学机械抛光，是半导体制造过程中用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。CMP通过对化学作用和机械作用相结合，避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。
CMP过程中的所用到的主要材料是抛光液和抛光垫，而且这两种材料是耗材，需要频繁更换。在整个CMP材料市场中，抛光液和抛光垫所占份额合计超过80%。
抛光液：CMP抛光液是平坦化工艺中研磨材料和化学添加剂的混合物，抛光液的诸多性质都会影响杂质去除速度：CMP抛光液的化学成分、浓度、粘度、pH值、流速、流动途径等；磨粒的种类、大小、形状及浓度等。
抛光垫：抛光垫的主要作用有：①能贮存抛光液，并把它运送到工件的整个加工区域，使抛光均匀；②从工件抛光表面除去抛光过程产生的残留物（如抛光碎屑、抛光碎片等）；③传递材料去除所需的机械载荷；④维持抛光过程所需的机械和化学环境。除抛光垫的力学性能以外，其表面组织特征，如微孔形状、孔隙率、沟槽形状等，可通过影响抛光液流动和分布，来决定抛光效率和平坦性指标
抛光垫是CMP体系中的关键材料，门槛较高。主要供应商为陶氏化学，此外还有卡博特、日本东丽、台湾三方化学、3M等，其中陶氏化学占抛光垫市场份额高达90%。抛光液主要是复配技术，较抛光垫技术门槛相对低一些，抛光液行业毛利率为30%至40%左右水平，主要厂商包括美国卡博特、日本Fujimi等。
国内的CMP材料市场规模从09年到13年年复合增长率超过27%，增速高于全球市场的增长，在全球市场中所占份额也不断增加。随着国内半导体产业链的不断完善，半导体材料市场的需求也会不断加大，国内企业也在积极布局这一领域。
安集微电子：位于上海的中美合资企业，产品包括CMP抛光液、清洗液等，目前在国内8英寸、12英寸芯片领域约有50%市场份额。
晶岭电子材料：位于天津的中美合资企业，产品包括蓝宝石水晶抛光液，主要生产6英寸芯片抛光液，且可定制4英寸抛光液。
力合材料：位于深圳的私营企业，由清华力合投资等投资建设，与清华深研院保持密切联系，产品包括蓝宝石抛光液，硅晶片抛光液、计算机硬盘基片抛光液等。
鼎龙股份：鼎龙股份是一家供应化学品新材料的上市公司。目前公司CMP抛光液和抛光垫项目正在有序推进。
四、A 股半导体材料相关公司整理
我们梳理了A股上市公司中设计半导体材料领域的相关企业，包括大硅片领域的上海新阳、兴森科技、有研新材，光刻胶相关领域的南大光电（拟收购光刻胶厂商北京科华）、飞凯材料（与中芯聚源等共同投资聚源恒泰集成电路产业基金）、强力新材，CMP领域的鼎龙股份。
五、风险提示
行业景气度下行；行业竞争加剧的风险。
来源：广发证券
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