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半导体材料是半导体制造工艺的核心基础。我国芯片制造主要存在三大短板：核心原材料不能自给自足、芯片制造工艺尚弱、关键制造装备依赖进口。
半导体产业链包括上游材料与设备、中游制造和下游应用。半导体材料处于上游供应环节，材料品类多达上百种。半导体材料和设备是基石，是推动集成电路技术创新的引擎。
半导体材料按应用环节划分，可分为前端晶圆制造材料和后端封装材料两大类。主要的晶圆制造材料包括：硅片、电子特气、光刻胶及配套试剂、湿电子化学品、抛光材料、靶材、光掩膜版等；主要的封装材料包括：引线框架、封装基板、陶瓷材料、键合金丝、切割材料等。
从半导体制造材料细分领域来看，大硅片占比最大，占比为32.9%。其次为气体，占比为14.1%，第三是光掩膜，占比为12.6%，其后分别为抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、溅射靶材，占比分别为7.2%、6.9%、6.1%、4%和3%。
半导体材料产业链中，上游为金属、合金、陶瓷、树脂、塑料、玻璃等原材料；中游为基体材料、制造材料和封装材料，基体材料主要用于制造硅晶圆或化合物半导体；制造材料主要是将硅晶圆或化合物半导体加工成芯片所需的各种材料；封装材料是包装和切割芯片时使用的材料；下游为集成电路、半导体分立器件、光电子器件和传感器等。
图15：中国半导体材料产业链全景图
（一）硅
半导体核心材料：硅片
（二）特种气体
电子特气：占比最大的特种气体，半导体制造不可或缺的原材料
在半导体制造过程中，电子气体广泛应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺，是超大规模集成电路、平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产不可或缺的原材料。
根据应用领域的不同，工业气体可以分为大宗气体和特种气体。大宗气体指纯度要求低于5N，产销量大的工业气体，根据制备方式的不同可分为空分气体和合成气体。特种气体指被应用于特定领域，对纯度、品种、性质有特殊要求的工业气体。
特种气体按应用领域分类可分为电子特气、医疗气体、标准气体、激光气体、食品气体、电光源气体等。电子半导体领域对特种气体的纯度和质量稳定性要求最高，电子特气纯度一般大于6N。在所有特种气体中，电子特气的市场规模最大，在特种气体市场规模占比超过60%。
中国特种气体市场被发达国家的龙头企业垄断。年，美国空气华工、美国普莱克斯、法国液化空气、日本太阳日酸及德国林德共占据中国市场85%的市场份额。中国国产企业的特种气体产品较为单一，特种气体纯度较低，在国际市场上竞争力不足。
国产气体在细分领域优势明显，但仍与国外龙头有差距。国产企业第一梯队包括华特气体、金宏气体、南大光电和雅克科技，年市场份额占比分别为1.91%、1.56%、1.5%和1.3%。第一梯队的企业特气业务收入已具备规模性，在细分领域产品优势明显，但和国外龙头企业相比还有差距。
（三）光刻胶
泛半导体产业核心材料，半导体材料皇冠上的明珠高壁垒高盈利
光刻胶及其配套化学品是重要的半导体材料，在芯片制造材料成本中的占比高达12%，是继大硅片、电子气体之后第三大IC制造材料。
光刻胶主要是由光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体（活性稀释剂）、溶剂和其他助剂组成的对光敏感的混合液体。树脂和光引发剂是光刻胶最核心的部分，树脂对整个光刻胶起到支撑作用，使光刻胶具有耐刻蚀性能；光引发剂是光刻胶材料中的光敏成分，能发生光化学反应。
在IC（集成电路）行业，光刻工艺是将掩膜版的电路结构复制到硅片上的过程，而光刻胶是光刻工艺中的重要材料。光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的35%，并且耗费时间约占整个芯片工艺的40%-60%。可以将光刻工艺和照相技术做一个类比，照相是将镜头里
的画面“印”到底片上，光刻工艺是将电路图和电子元件“刻”在“底片”上。
光刻胶可按照曝光波长分为紫外光刻胶（~nm）、深紫外光刻胶（~nm）、极紫外光刻胶（EUV，13.5nm）、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。通常来说，波长越短，加工分辨率越佳，X射线曝光可达到50nm左右的精度，深紫外光源的曝光精度在nm左右，而由于电子的波长较小，电子束光刻的加工精度可以达到10nm以内。
光刻胶产业链可以分为上游原材料，中游制造和下游应用三个环节。上游包括感光树脂、单体、光引发剂及添加助剂等原材料，中游包括PCB光刻胶、面板光刻胶和半导体光刻胶的制备，下游是各种光刻胶的应用。
光刻胶按照用途可以分为半导体用光刻胶、面板显示光刻胶和PCB光刻胶，技术难度逐级降低，IC用光刻胶的技术壁垒最高。在上游原材料环节，存在原材料壁垒；在中游光刻胶制备环节，存在配方壁垒、品质管控壁垒以及设备壁垒，光刻胶制备完成之后，还面临着下游客户认证壁垒。
技术壁垒和客户认证壁垒是光刻胶行业主要的壁垒。（1）技术壁垒：光刻胶工艺复杂，定制化程度高，且难以对光刻胶成品进行逆向分析和仿制，目前光刻胶核心技术被日本、欧美企业垄断。全球光刻胶研制专利主要分布在日本和美国，合计占比高达82%；（2）客户认证壁垒：光刻胶在下游企业的审核认证周期长（1-3年），测试验证成本高。
半导体光刻胶代表了光刻胶发展的最高水平，中国半导体光刻胶技术水平与国际先进水平差距较大。目前，主要面向45nm以下制程工艺的ArF浸没光刻胶在国际上是主流，为主要市场参与者所掌握，而国内厂商在这一领域尚未实现量产。在更为先进的EUV光刻胶领域，JSR与东京应化已经有能力供应面向10nm以下半导体制程的EUV光刻胶。在技术积累，产能建设，品牌形象等多个领域，目前中国厂商与国际竞争对手目前均有较大差距。
以KrF光刻胶和ArF光刻胶为代表的高端光刻胶是目前国际上使用量最高的半导体光刻胶，在全球半导体光刻胶市场占比分别41%和22%。其中，KrF光刻胶可用于3DNAND等产品的生产制造，目前KrF厚膜光刻胶主要由日韩、欧美等国家提供，国产化率不足5%；ArF光刻胶可以用于90nm-14nm甚至7nm技术节点的集成电路制造工艺，广泛应用于高端芯片制造，如逻辑芯片、AI芯片、5G芯片和云计算芯片等，国内ArF光刻胶几乎全部依赖进口，超过90%为日本厂商制造。
KrF光刻胶和ArF光刻胶对外依存度极高，亟需国产化。目前国内适用于8英寸硅片的KrF光刻胶的自给率不足5%，而适用于12寸硅片的ArF光刻胶基本依靠进口，国产替代空间很大。国内厂商纷纷布局KrF光刻胶和ArF光刻胶，如晶瑞电材子公司苏州瑞红高端KrF（nm）光刻胶完成中试，产品分辨率达到了0.25～0.3μm的技术要求，建成了中试示范线；南大光电ArF光刻胶产品年底通过客户认证，成为国内通过产品验证的第一只国产ArF光刻胶。
（1）彤程新材：收购北京科华+北旭电子，打造半导体光刻胶平台
北京科华是唯一被SEMI列入全球光刻胶八强的中国光刻胶公司，拥有KrF（nm）、g线、i线、半导体负胶、封装胶等产品，是中国大陆销售额最高的国产半导体光刻胶公司，KrF光刻胶国家02专项的承担单位，是国内唯一可以批量供应KrF光刻胶给本土8寸和12寸的晶圆厂客户。
（2）晶瑞电材：中端光刻胶进口替代创造成长空间
（3）飞凯材料：紫外固化和电子化学品龙头，TFT-LCD光刻胶产能待释放
（四）光掩膜：技术高门槛，美日厂商占据主流
光掩膜，即光刻掩膜版，是集成电路光刻工艺中的图形转移工具或母版。光掩膜的功能类似于传统相机的“底片”，在光刻机、光刻胶的配合下，将光掩膜上已设计好的图案，通过曝光和显影等工序转移到衬底的光刻胶上，进行图像复制，从而实现批量生产。
光掩膜上游主要包括图形设计、光掩膜设备及材料行业，主要供应厂商包括日本东曹、日本信越化学、日本尼康和菲利华等；中游为掩膜版制造行业，主要企业有日本HOYA，日本DNP，韩国LG-IT、日本SKE和清溢光电等；下游主要包括IC制造、IC封装、平面显示和印制线路板等行业，广泛应用于消费电子、家电、汽车等电子产品领域，主要客户为半导体厂商英特尔、三星、台积电等以及显示屏厂商京东方、华星光电等。
在光掩膜的下游应用中，半导体领域用占比为60%左右。由于用于芯片制造的掩膜版涉及晶圆制造厂的技术机密以及掩膜版本身技术的特性等原因，目前掩膜版厂商一般分为两类。
一类是自产自用，如：台积电、中芯国际、三星、英特尔等晶圆制造厂商拥有自己的光掩膜部门；根据SEMI的统计数据，年在半导体芯片掩膜版市场，晶圆厂自行配套的掩膜版工厂占据65%的份额；另一类是独立第三方厂商，如大日本印刷、福尼克斯、凸版印刷等。
对于某些半导体厂来说，先进制程（45nm以下）所用的掩膜版大部分由自己的专业工厂生产，但对于45nm以上等比较成熟的制程所用的标准化程度更高的掩膜版，晶圆厂出于成本的考虑，更倾向于向独立第三方掩膜版厂商进行采购。
光掩膜主要供应商以美日大厂为主，其中日本凸版印刷、大日本印刷、美国Photronics三家就占了80%以上的市占率，其他还有日本豪雅HOYA、日本SK电子、中国台湾光罩等。目前我国芯片制造能力与国际先进水平仍有差距，半导体领域用掩膜版行业的中高端市场仍主要由国外掩膜版厂商占据，国内的掩膜版厂商的技术能力主要集中在芯片封测用掩膜版以及nm节点以上的晶圆制造用掩膜版，与国际领先企业有着较为明显的差距。
（五）CMP材料：抛光液抛光垫是核心
化学机械研磨/化学机械抛光（CMP）是目前公认的纳米级全局平坦化精密加工技术。在集成电路制造全过程中，除集成电路设计环节外，硅片制造、集成电路制造、封装测试过程都需要使用CMP工艺，其中集成电路制造是CMP工艺主要应用场景。
CMP工艺过程中所采用的设备及消耗品包括：抛光机、抛光液、抛光垫、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。其中CMP耗材主要包括抛光液、抛光垫、调节器、CMP清洗液以及其他等耗材，而抛光液和抛光垫占CMP耗材细分市场的80%以上，是CMP工艺的核心消耗品。
抛光垫和抛光液决定了CMP工艺的基础抛光效果，并结合设备操作过程、硅片等因素，共同影响CMP抛光结果和效率。
（1）在抛光液各组成成分中，磨粒是最关键的原材料，也是成本主要来源。抛光液生产厂家对磨粒等原材料的复配生产能力构成其核心技术能力。抛光液生产厂家几乎都不具备核心原材料生产能力，通过第三方采购是行业共识。研磨颗粒等核心材料不是CMP抛光液的核心技术，但是对磨粒、添加剂等材料具有深刻了解进而进行复配和应用是实现抛光液生产厂家核心技术的保证。
国内方面，安集科技逐步打破国外厂商在抛光液领域的垄断，占据全球市场约2%份额，使得中国拥有了在抛光液领域的自主供应能力。
（2）CMP抛光垫：专利壁垒突出，海外企业占据垄断地位
海外龙头厂商垄断全球抛光垫市场超20年，进行了完善的专利布局，而中国企业专利布局相对落后。从专利内容看，内地企业的专利主要集中于抛光垫的实际应用方面，在抛光垫的制作方法及材料方面几乎空白，相关专利被国际巨头垄断。
总体而言，国际巨头已经完成了周密的专利布局，目前常规技术路线基本上都已被巨头保护住，提高了对新进入厂商的创新能力的要求。
主导全球CMP抛光材料的代表性公司均是综合型化工、材料及制造集团或公司，而非单一的CMP抛光材料制造商，CMP抛光材料是其旗下非常细分的业务线之一。罗门哈斯曾是CMP抛光垫市场龙头，年陶氏化学完成对罗门哈斯的收购，获得了CMP抛光垫技术和完善的专利布局。年陶氏杜邦合并，年拆分后CMP抛光垫业务划分在新杜邦，电子材料业务板块。
国内方面：
鼎龙股份掌握了抛光垫全流程核心研发和制造技术，已通过下游部分客户认证。
安集科技：国产CMP抛光液龙头，公司的主要产品为应用于集成电路制造和先进封装领域的CMP抛光液与光刻胶去除剂，公司的CMP抛光液产品包括铜及铜阻挡层抛光液、氧化物抛光液、硅系抛光液、钨系抛光液，已成功实现了国内厂商的突破并成为半导体行业众多领先客户的主流供应商。
（六）湿电子化学品：广泛应用于“半导体+光伏+平板显示器”市场
按照组成成分和应用工艺不同，湿电子化学品可分为通用性和功能性湿电子化学品。通用湿电子化学品是指被应用于集成电路、液晶显示器、太阳能电池、LED制造工艺中的液体化学品；功能湿电子化学品是指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品。
通用湿电子化学品需求最大，占湿电子化学品总需求达88.2%，其中以过氧化氢、氢氟酸、硫酸和硝酸为主。
欧美企业占据市场大份额。目前欧美传统老牌企业市场份额约为31%，日本企业市场份额约为29%，韩国、中国大陆及中国台湾地区的市场份额合计约为39%。其中德国E.Merck公司、美国Ashland公司、Sigma－Aldrich公司、MallinckradtBaker公司、日本Wako、Summitomo等产能占全球80％。
目前，国内电子湿化学品产业整体呈现出结构性的发展不均衡，高端产品仍存在不足，国产化率低。根据中国电子化学材料行业协会数据，尽管国内电子湿化学品近年来取得了长足进步，但高速发展的同时，国产化方面也存在着部分瓶颈：1）集成电路领域，年集成电路工艺用电子湿化学品整体国产化率23%，8英寸及以上晶圆制造用电子湿化学品国产化率不足20%，国内企业产品供应主要集中在6英寸及以下晶圆制造及封装领域；2）显示面板领域，包括各个世代的液晶面板及OLED用电子湿化学品整体国产化率为40%，其中OLED面板及大尺寸液晶面板所需的电子湿化学品部分品种目前仍被韩国、日本和中国台湾地区等少数电子湿化学品厂商垄断；3）光伏太阳能电池领域，国内企业已基本实现电子湿化学品自主供应。
（七）靶材：高金属纯度要求，半导体制造关键材料
海外巨头优势明显，国产替代空间广阔。日矿金属、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯四家海外企业占据全球80%的市场份额，全球半导体靶材市场寡头竞争。国内靶材行业市场中外资企业占比较高，份额达70%，国内靶材龙头企业包括江丰电子、阿石创等，国内市场份额仅在1%-3%左右。
行业壁垒较高，国内企业努力缩小差距。高纯溅射靶材行业存在严格的供应商认证机制，从新产品开发到实现大批量供货一般需要2-3年时间。以美国、日本为代表的溅射靶材生产商长期把持着核心技术和关键设备。国内高纯溅射靶材产业起步较晚，主要集中在低端产品领域，但是依靠产业政策导向、产品价格优势已经在国内市场占有一定的市场份额，并逐步在个别产品或领域挤占国际厂商的市场空间。
江丰电子：国内高纯溅射靶材产业龙头，主要产品为钽靶、铝靶、钛靶。公司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16纳米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。
有研新材：有色金属材料龙头，子公司有研亿金布局高端靶材产品，子公司有研亿金为国内靶材龙头，具备从超高纯原材料到溅射靶材、蒸发膜材垂直一体化研发/生产能力的产业化平台。
（八）前驱体：薄膜沉积工艺核心材料
薄膜沉积技术是集成电路制造过程中关键技术，而沉积不同材料的薄膜能够精确控制集成电路内部构造的成型，以实现不同的电气特性。薄膜沉积工艺主要分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）等薄膜制备工艺。
前驱体材料主要用于CVD和ALD。CVD是指利用气态物质通过化学反应在基底表面形成固态薄膜的一种成膜技术；ALD是指将气相前驱体材料脉冲交替地通入反应器，并在沉积基体上吸附、反应而形成薄膜的一种技术。
前驱体材料主要应用在半导体集成电路存储、逻辑芯片的制造环节。当今时代，多种应用场景在广度、深度上的提升带来了海量数据的存储和物理需求，存储芯片用量日益提升。
中国前驱体市场被发达国家的龙头企业垄断。前驱体行业准入门槛更高，国外企业深耕该领域已久，市场集中度较高，目前生产商基本为海外企业，如德国默克，法国液化空气，日本TriChemical，韩国Soul-Brain、DNF、HansolChemical等。国内在前驱体产品开发方面取得了初步进展，中巨芯研发的相关产品已经送样华虹半导体有限公司，目前处于客户认证阶段。雅克科技通过收购韩国UPChemical进入前驱体业务领域，多款产品已在国际知名存储器制造公司中得到应用。南大光电承接的02专项“ALD金属有机前驱体产品的开发和安全离子注入产品开发”的研发和产业化项目已经完成，并通过相关验收。中国国产企业实力逐渐增强，但目前绝大部分前驱体均于客户认证阶段，在国际市场上竞争力不足。
（九）第三代半导体材料：优势显著，下游应用场景广阔
第三代半导体的优异性能使其在半导体照明、新一代移动通信、新能源并网、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域具有广阔的应用前景。第三代半导体包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、氧化镓（GaO）、氮化铝（AlN），以及金刚石等宽禁带半导体材料，其中以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）最具代表性。第三代半导体材料具备高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，正在成为全球半导体产业新的战略高地。本文主要论述的第三代半导体为碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。
分类来看，SiC适用于中高压器件，GaN适用于中低压器件，两者重合部分为汽车电子和光伏板块。目前，GaN主要应用在射频及快充领域。SiC重点应用于新能源汽车和充电桩领域。我国作为全球最大的新能源汽车市场，第三代半导体器件在新能源汽车充电桩领域的渗透快于整车市场，占比达38%；消费类电源(PFC)占22%；光伏逆变器占了15%；工业及商业电源、不间断电源UPS、快充电源、工业电机分别占6%、3%、3%、1%。
全球电力电子碳化硅的市场规模不断增长，据前瞻产业研究院相关数据，预计年的市场规模将达6亿美元。在竞争格局方面，行业龙头企业的经营模式以IDM模式为主，主要的市场份额被Infineon、Cree、罗姆以及意法半导体占据，国内外厂商的竞争差距较大。目前，碳化硅晶片产业格局呈现美国全球独大的特点。以导电型产品为例，年美国占有全球碳化硅晶片产量的70%以上，仅CREE公司就占据一半以上市场份额，剩余份额大部分被日本和欧洲的其他碳化硅企业占据。
国内公司：
（1）三安光电:化合物半导体业务多轮驱动,加速替代海外供应商
（2）天岳先进：国内领先第三代半导体碳化硅衬底材料制造商
（3）露笑科技：成功研发6英寸导电型碳化硅衬底片
（4）东尼电子：大力布局半导体领域碳化硅半导体材料
