研發(fā)服務(wù)行業(yè)發(fā)展基本情況

研發(fā)服務(wù)行業(yè)發(fā)展基本情況半導(dǎo)體材料市場較為分散，硅片為單一最大品類半導(dǎo)體材料種類繁多，包括硅片、電子特氣、掩模版、光刻膠、濕電子化學(xué)品、拋光液、拋光墊、靶材等。據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，硅片為半導(dǎo)體材料領(lǐng)域規(guī)模最大的品類之一，市場份額占比達(dá)32．9%，排名第一，其次為氣體，占比約14．1%，光掩模排名第三，占比為12．6%。此外，拋光液和拋光墊、光刻膠配套試劑、光刻膠、濕化學(xué)品、濺射靶材的占比分別為7．2%、6．9%、6．1%、4%和3%。先進(jìn)制程持續(xù)升級，半導(dǎo)體材料同步提升進(jìn)入21世紀(jì)以來，5G、人工智能、自動駕駛等新應(yīng)用的興起，對芯片性能提出了更高的要求，同時也推動了半導(dǎo)體制造工藝和新材料不斷創(chuàng)新，國內(nèi)外晶圓廠加緊對于半導(dǎo)體新制程的研發(fā)，臺積電已于2020年開啟了5nm工藝的量產(chǎn)，并于2021年年底實現(xiàn)3nm制程的試產(chǎn)，預(yù)計2022年開啟量產(chǎn)。此外臺積電表示已于2021年攻克2nm制程的技術(shù)節(jié)點的工藝技術(shù)難題，并預(yù)計于2023年開始風(fēng)險試產(chǎn)，2024年逐步實現(xiàn)量產(chǎn)。隨著芯片工藝升級，晶圓廠商對半導(dǎo)體材料要求越來越高。CMP：半導(dǎo)體平坦化核心技術(shù)，國內(nèi)龍頭放量在即CMP，又名化學(xué)機(jī)械拋光，是半導(dǎo)體硅片表面加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。CMP是半導(dǎo)體先進(jìn)制程中的關(guān)鍵技術(shù)，伴隨制程節(jié)點的不斷突破，CMP已成為0．35μm及以下制程不可或缺的平坦化工藝，關(guān)乎著后續(xù)工藝良率。CMP采用機(jī)械摩擦和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的工藝，與普通的機(jī)械拋光相比，具有加工成本低、方法簡單、良率高、可同時兼顧全局和局部平坦化等特點。其中化學(xué)腐蝕的主要耗材為拋光液，機(jī)械摩擦的主要耗材為拋光墊，兩者共同決定了CMP工藝的性能及良率。（一）CMP系統(tǒng)復(fù)雜，拋光液和拋光墊為核心CMP系統(tǒng)主要耗材可分為拋光液和拋光墊，分別占據(jù)拋光材料成本的49%和33%。其他拋光材料還包括拋光頭、研磨盤、檢測設(shè)備、清洗設(shè)備等。拋光液是一種由去離子水、磨料、PH值調(diào)節(jié)劑、氧化劑以及分散劑等添加劑組成的水溶性試劑。在拋光的過程中，拋光液中的氧化劑等成分與硅片表面材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在表面產(chǎn)生一層化學(xué)反應(yīng)薄膜，后由拋光液中的磨粒在壓力和摩擦的作用下將其去除，最終實現(xiàn)拋光。拋光液可根據(jù)應(yīng)用工藝環(huán)節(jié)、配方中磨粒、PH值的不同進(jìn)行分類。根據(jù)配方中磨粒的不同，可分為二氧化硅、氧化鈰、氧化鋁磨粒等三大類。二氧化硅磨粒活性強(qiáng)、易于清洗且分散性及選擇性好，多用于硅、SiO2層間介電層的拋光。缺點是硬度大，容易對硅片表面造成損傷，且拋光效率較低。氧化鋁磨粒拋光效率高，但硬度強(qiáng)、選擇性低且團(tuán)聚嚴(yán)重，因此拋光液中常需加入各類穩(wěn)定劑和分散劑，導(dǎo)致成本相對較高。氧化鈰磨粒硬度低，拋光效率高，平坦度高，清潔無污染，但團(tuán)聚嚴(yán)重，也需加入各類穩(wěn)定劑和分散劑，且鈰屬于稀有金屬，成本較高。根據(jù)PH值的不同，可分為酸性拋光液和堿性拋光液。酸性拋光液具有拋光效率高、可溶性強(qiáng)等優(yōu)點，多用于對銅、鎢、鋁、鈦等金屬材料進(jìn)行拋光。其缺點是腐蝕性較大，對拋光設(shè)備要求高，所以常選擇向拋光液中添加抗蝕劑（BTA）提高選擇性，但BTA的添加容易降低拋光液的穩(wěn)定性。不同于酸性拋光液，堿性拋光液具有腐蝕性小、選擇性高等優(yōu)點，多數(shù)用于拋光硅、氧化物及光阻材料等非金屬材料。堿性拋光液的缺點也較為明顯，因為不容易找到在弱堿性中氧化勢高的氧化劑，所以拋光效率較低。拋光墊是負(fù)責(zé)輸送和容納拋光液的關(guān)鍵部件。在拋光的過程中，拋光墊具有把拋光液有效均勻地輸送到拋光墊的不同區(qū)域、清除拋光后的反應(yīng)物、碎屑等、維持拋光墊表面的拋光液薄膜，以便化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行、保持拋光過程的平穩(wěn)、和晶圓片表面不變形等功能。（二）工藝制程持續(xù)升級，CMP市場穩(wěn)定增長半導(dǎo)體行業(yè)高景氣帶動CMP市場穩(wěn)定增長。伴隨半導(dǎo)體材料行業(yè)景氣度向上，CMP材料市場有望受下游市場驅(qū)動，保持穩(wěn)健增速。2020年全球拋光液和拋光墊全球市場規(guī)模分別為13．4和8．2億美元。中國CMP材料市場漲幅趨勢與國際一致，2021年拋光液和拋光墊市場規(guī)模分別為22和13億元。中國正全面發(fā)展半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)，CMP拋光產(chǎn)業(yè)未來增長空間廣闊。先進(jìn)制程為CMP材料市場擴(kuò)容提供動力。隨著芯片制程不斷微型化，IC芯片互聯(lián)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，所需拋光次數(shù)和拋光材料的種類也逐漸變多。在芯片制造過程中，需要將電路以堆疊的方式組合起來，制程越精細(xì)，所堆疊的層數(shù)就越多。在堆疊的過程中，需要使用到氧化層、介質(zhì)層、阻擋層、互連層等多個薄膜層交錯排列，且每個薄膜層所用到的拋光材料也不相同。此外，隨著D存儲芯片結(jié)構(gòu)逐漸由2D轉(zhuǎn)向3D，CMP拋光層數(shù)和所用到的拋光材料種類也在不斷增加。根據(jù)美國陶氏杜邦公司公開數(shù)據(jù)，5nm制程中拋光次數(shù)將達(dá)25-34次，64層3DD芯片中的拋光次數(shù)將達(dá)到17-32次，拋光次數(shù)均較前一代制程大幅增加。伴隨制程工藝的發(fā)展，CMP材料市場有望不斷擴(kuò)容，成長空間較大。定制化拋光材料為未來發(fā)展趨勢。定制化發(fā)展有望給國產(chǎn)企業(yè)帶來更多機(jī)遇，國內(nèi)CMP拋光材料企業(yè)可以憑借本土化優(yōu)勢與國內(nèi)晶圓制造商展開深度合作，專注于具有專用性產(chǎn)品的研發(fā)。專用化、定制化有望成為CMP材料制造商產(chǎn)業(yè)升級趨勢。（三）CMP壁壘較高，產(chǎn)品配方具備較強(qiáng)為匹配晶圓加工制程，CMP技術(shù)平整度要求高。CMP拋光材料的技術(shù)更新動力源自下游晶圓的技術(shù)更新。晶圓制程工藝不斷提升，從10nm到現(xiàn)在5nm、3nm，工藝制程迭代速度極快。為了滿足精細(xì)化程度更高的工藝制程，對CMP材料的要求也隨之變高。當(dāng)前IC芯片要求全局平整落差100A°-1000A°（約等于原子級10-100nm）的超高平整度。配方的調(diào)配為一大技術(shù)難點。由于CMP拋光液應(yīng)用眾多，不同的客戶有不同的需求，專用性較強(qiáng)，且需要加入氧化劑、絡(luò)合劑、表面活性劑、緩蝕劑等多種添加試劑，如何調(diào)配出合適的拋光液配方需要企業(yè)長時間的技術(shù)積累和不斷的研發(fā)嘗試。目前許多配方受到專利保護(hù)，行業(yè)研發(fā)壁壘高。試錯成本高、認(rèn)證時間長。企業(yè)需要不斷找到合適配方、穩(wěn)定制作工藝及設(shè)計圖案，從而獲得較好的、穩(wěn)定的拋光速率和拋光效果，因此CMP材料的研究消耗時間成本較高，需要較長時間來試錯摸索工藝指標(biāo)、產(chǎn)品配方等對物理參數(shù)及性能的影響，形成較高的行業(yè)know-how壁壘。（四）競爭格局高度集中，國內(nèi)廠商加速追趕CMP拋光液市場，美國Carbot是國際龍頭，安集科技為國內(nèi)龍頭。目前全球拋光液市場主要由美日廠商壟斷，美國Cabot、美國Versum、日本日立、日本Fujimi和美國陶氏杜邦五家美日廠商占據(jù)全球拋光液近八成的市場份額，安集科技僅占約3%。國內(nèi)市場中，美國Cabot占約64%，安集科技市占率為22%。全球拋光墊市場一家獨大，穩(wěn)步前進(jìn)。當(dāng)前全球拋光墊市場主要由美國的陶氏杜邦壟斷，市占率高達(dá)79%，其他公司如美國Cabot、日本Fujimi、日本Hitachi等市占率在5%以內(nèi)。內(nèi)資企業(yè)中，鼎龍股份、江豐電子和萬華化學(xué)具備相應(yīng)的生產(chǎn)力。其中，鼎龍股份為國內(nèi)拋光墊龍頭企業(yè)，生產(chǎn)的拋光墊意在對標(biāo)美國陶氏杜邦集團(tuán)。隨著國內(nèi)晶圓廠擴(kuò)張，需求提升，為確保供應(yīng)鏈的穩(wěn)定，內(nèi)資企業(yè)迎來發(fā)展潮。MEMS行業(yè)的新技術(shù)發(fā)展情況與趨勢（一）MEMS行業(yè)產(chǎn)品尺寸微型化發(fā)展趨勢基于MEMS傳感器下游的電子消費行業(yè)對器件尺寸小型化、低功耗化的需求，MEMS傳感器生產(chǎn)廠商利用系統(tǒng)封裝等技術(shù)將IC芯片和被動元器件進(jìn)行整合，進(jìn)一步縮小了傳感器芯片的尺寸。與此同時，在單片晶圓上所能產(chǎn)出的芯片數(shù)量也隨芯片尺寸的減小而增多，MEMS傳感器芯片的成本也能夠得到有效降低。然而，MEMS制造工藝也并非一味追求更小的尺寸與更高的集成度，而是更加注重材料的結(jié)構(gòu)機(jī)械特性、材質(zhì)化學(xué)特性以及刻蝕深度、精度、應(yīng)力控制等每一步工藝的準(zhǔn)確實現(xiàn)。通過革新技術(shù)，在保障產(chǎn)品高性能的同時縮小產(chǎn)品尺寸和降低功耗是MEMS傳感器行業(yè)的重要發(fā)展方向。（二）MEMS行業(yè)多傳感器集成發(fā)展趨勢隨著設(shè)備智能化程度的不斷提升，單設(shè)備中含傳感器數(shù)量不斷增多，多傳感器的協(xié)同合作變得尤為重要。傳感器集成化程度的提高，提升了信號識別與收集的效果，也提高了智能設(shè)備的集成化程度。近年來，在慣性傳感器領(lǐng)域，出現(xiàn)了融合加速度計、陀螺儀、GPS等多功能的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，在消費電子和汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。智能手機(jī)中的MEMS麥克風(fēng)數(shù)量不斷增加，通過麥克風(fēng)陣列中多個麥克風(fēng)的協(xié)同工作，能夠根據(jù)不同位置的麥克風(fēng)之間的延遲和功率差異對聲源進(jìn)行更精確的定位，并對噪聲進(jìn)行濾除，實現(xiàn)主動降噪和增強(qiáng)信號的功能，有效提升了麥克風(fēng)的信噪比。（三）MEMS行業(yè)多元場景應(yīng)用發(fā)展趨勢MEMS傳感器目前已經(jīng)廣泛運用于消費電子、汽車電子、工業(yè)控制、醫(yī)療、國防和航空航天、通信等各個領(lǐng)域，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，MEMS傳感器的應(yīng)用場景將更加多元。MEMS傳感器是人工智能重要的底層硬件之一，傳感器收集的數(shù)據(jù)越豐富和精準(zhǔn)，人工智能的功能才會越完善。物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的核心是傳感、連接和計算，隨著聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的不斷增長，對智能傳感器數(shù)量和智能化程度的要求也不斷提升。未來，智能家居、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智能城市等新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都將為MEMS傳感器行業(yè)帶來更廣闊的市場空間。半導(dǎo)體材料景氣持續(xù)，市場空間廣闊半導(dǎo)體是指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。無論從科技或經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來看，半導(dǎo)體都至關(guān)重要。2010年以來，全球半導(dǎo)體行業(yè)從PC時代進(jìn)入智能手機(jī)時代，成為全球創(chuàng)新最為活躍的領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、消費類電子、網(wǎng)絡(luò)通信和汽車電子等核心領(lǐng)域。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要由集成電路、光電子、分立器件和傳感器組成，據(jù)WSTS世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織預(yù)測，到2022年全球集成電路占比84．22%，光電子器件、分立器件、傳感器占比分別為7．41%、5．10%和3．26%。半導(dǎo)體工藝復(fù)雜，技術(shù)壁壘極高。芯片生產(chǎn)大體可分為硅片制造、芯片制造和封裝測試三個流程。其中硅片制造包括提純、拉單晶、磨外圓、切片、倒角、磨削、CMP、外延生長等工藝，芯片制造包括清洗、沉積、氧化、光刻、刻蝕、摻雜、CMP、金屬化等工藝，封裝測試包括減薄、切割、貼片、引線鍵合、模塑、電鍍、切筋成型、終測等工藝。整體而言，硅片制造和芯片制造兩個環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘極高。目前多晶硅廠商多采用三氯氫硅改良西門子法進(jìn)行多晶硅生產(chǎn)。具體工藝是將氯化氫和工業(yè)硅粉在沸騰爐內(nèi)合成三氯氫硅，通過精餾進(jìn)一步提純高純?nèi)葰涔瑁笤?100℃左右用高純氫還原高純?nèi)葰涔?，生成多晶硅沉積在硅芯上，進(jìn)而得到電子級多晶硅。目前8寸和12寸硅片大多通過直拉法制備，部分6寸和8寸硅片則通過區(qū)熔法制得。直拉法是將高純多晶硅放入石英坩堝內(nèi)，通過外圍的石墨加熱器加熱至1400℃，隨后坩堝帶著多晶硅融化物旋轉(zhuǎn)，將一顆籽晶浸入其中后，由控制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時慢慢地、垂直地由硅融化物中向上拉出，并在拉出后和冷卻后生長成了與籽晶內(nèi)部晶格方向相同的單晶硅棒。區(qū)熔法利用高頻線圈在多晶硅棒靠近籽晶一端形成熔化區(qū)，移動硅棒或線圈使熔化區(qū)超晶體生長方向不斷移動，向下拉出得到單晶硅棒。單晶硅棒研磨成相同直徑，然后根據(jù)客戶要求的電阻率，多采用線切割將晶棒切成約1mm厚的晶圓薄片。半導(dǎo)體景氣度超預(yù)期，晶圓廠商積極擴(kuò)產(chǎn)目前部分終端需求仍然強(qiáng)勁，晶圓代工廠產(chǎn)能利用率維持歷史高位，預(yù)計全年來看結(jié)構(gòu)性缺貨狀態(tài)依舊嚴(yán)峻。據(jù)SEMI于2022年3月23日發(fā)布的最新一季全球晶圓廠預(yù)測報告，全球用于前道設(shè)施的晶圓廠設(shè)備支出預(yù)計將同比增長18%，并在2022年達(dá)到1070億美元的歷史新高。由于半導(dǎo)體材料與下游晶圓廠具有伴生性特點，本土材料廠商將直接受益于中國大陸晶圓制造產(chǎn)能的大幅擴(kuò)張。成熟制程供需持續(xù)緊張，國內(nèi)晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模維持高位。受益于成熟制程旺盛需求及大陸地區(qū)穩(wěn)定的供應(yīng)鏈，大陸晶圓廠快速擴(kuò)產(chǎn)。根據(jù)SEMI報告，2022年全球有75個正在進(jìn)行的晶圓廠建設(shè)項目，計劃在2023年建設(shè)62個。2022年有28個新的量產(chǎn)晶圓廠開始建設(shè)，其中包括23個12英寸晶圓廠和5個8英寸及以下晶圓廠。分區(qū)域來看，中國晶圓產(chǎn)能增速全球最快，預(yù)計22年8寸及以下晶圓產(chǎn)能增加9%，12寸晶圓產(chǎn)能增加17%。功率器件行業(yè)發(fā)展情況（一）功率器件行業(yè)的新技術(shù)發(fā)展情況與趨勢1、模塊化功率器件行業(yè)集成化的技術(shù)發(fā)展趨勢隨著功率器件應(yīng)用場景不斷拓展，下游產(chǎn)品對其電能轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性、高壓大功率需求及復(fù)雜度提出了更高要求。功率器件的組裝模塊化和集成化能有效滿足要求，有助于優(yōu)化客戶使用體驗并保障產(chǎn)品配套性和穩(wěn)定性，功率器件的組裝模塊化和集成化將成為行業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流趨勢。同時，隨著工藝技術(shù)的不斷升級，更高性能、更小體積的功率器件為模塊化和集成化創(chuàng)造了技術(shù)條件。2、第三代半導(dǎo)體材料有望實現(xiàn)突破當(dāng)前功率器件產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生深刻的變革，其中新材料成為產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展重心。以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等材料因其寬禁帶、高飽和漂移速度、高臨界擊穿電場等優(yōu)異的性能成為新型的半導(dǎo)體材料，屬于新興領(lǐng)域，具有極強(qiáng)的應(yīng)用戰(zhàn)略性和前瞻性。目前美歐、日韓及中國臺灣等地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)SiC、GaN等新材料功率器件的量產(chǎn)。部分境內(nèi)企業(yè)通過多年的技術(shù)和資本積累，依托國家產(chǎn)業(yè)政策的重點扶持，也已開始布局新型半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。由于新型半導(dǎo)體材料屬于新興領(lǐng)域，國內(nèi)廠商與國際巨頭企業(yè)的技術(shù)差距不斷縮小，因此有望抓住機(jī)遇、實現(xiàn)突破并搶占未來市場。（二）功率器件行業(yè)的新產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況1、功率器件行業(yè)新能源汽車與充電樁發(fā)展情況新能源汽車普遍采用高壓電路，需要頻繁進(jìn)行電壓變化，對電壓轉(zhuǎn)換電路需求大幅提升。IGBT、MOSFET等功率器件用于主驅(qū)動系統(tǒng)的逆變器、變壓器、換流器等，其需求相應(yīng)增大。除了動力系統(tǒng)，功率器件在新能源汽車上應(yīng)用還涵蓋了安全配置、電動門窗及后視鏡、人車交互系統(tǒng)、儀表盤、車燈、娛樂系統(tǒng)及底盤系統(tǒng)等。汽車電子隨著新能源汽車的發(fā)展呈越來越熱的趨勢，汽車內(nèi)部電子系統(tǒng)數(shù)量的需求不斷攀升，越來越多汽車制造商都在逐步加大電動汽車技術(shù)的研發(fā)投入。新能源汽車充電樁為功率器件另一大增量，根據(jù)中國汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟的統(tǒng)計，2016年至2021年，我國公共充電樁和專用充電樁的保有量由5．88萬個增長至1