2022年我国半导体行业产业链深度分析，细分领域竞争格局分析

半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体是许多工业整机设备的核心，如今大部分的电子产品的核心单元都和半导体有着极为密切的关连，已经成为我们生活的一部分。常见的半导体材料有硅、碳化硅、氮化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。

从半导体整个产业链来看，半导体材料和设备属于最上游，原材料当中分为前道制造材料和厚道封装材料。设备领域有单晶炉、刻蚀机、光刻机等。中游为制造链，半导体制造产业链包含设计、制造和封装测试环节，根据产品类型分为集成电路、光电器件、分立器件和传感器，其中集成电路在全球总销售额中的占比高达80%以上，是半导体产业链的核心领域。下游为应用市场，主要包括通信设备、消费类电子和汽电子等核心领域。

一、半导体上游原材料

1、硅片

半导体硅片也称硅晶圆，是全球90%以上半导体器件的基石性材料。也是晶圆制造过程中占比最大的材料，成本占比高达38%。

硅片主要的化学元素是硅。硅元素在自然界中以二氧化硅为主要存在形式，也就是我常见的沙子。石英砂通过化学还原生成多晶硅材料，之后再进行提纯。光伏用多晶硅材料纯度要求为 6-9 个9之间（99.9999%-99.9999999%），半导体用纯度要求 11 个9以上（99.999999999%)。把多晶硅通过提拉成单晶硅棒，再截断、滚圆、切片、倒角、研磨等众多流程最终得到硅片。

在摩尔定律影响下，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展，目前8 英寸和 12 英寸是主流产品，合计出货面积占比超过90%。

半导体硅片产业起始于美国，随着IC产业重心转移，日本厂商后来居上，韩国和中国台湾企业也在全球占有一席之地。2020年日本信越和法国SUMCO市占率分别为28%、22%，中国台湾环球晶圆市占率15%，德国世创电子市占率11%，韩国SKSiltron市占率11%。

与海外半导体硅片企业相比，国内企业进入半导体硅片行业时间较晚，规模化量产时间落后十年以上。国内主要企业有沪硅产业、金瑞泓（未上市）、中环股份、立昂微等。从2021年相关营收排名情况来看，沪硅产业为国内半导体硅片龙头。

2、电子特种气体

半导体电子特气是晶圆制造中最常用的制造材料，作为半导体材料中的核心原料之一，消耗金额是除硅晶圆之外的第一大材料。常常使用在气相沉积、光刻、刻蚀等步骤。特别是在集成电路制造环节，高纯大宗气体如氮气、氢气、氩气、氦气等，常常使用在高温热退火、保护气体、清洗气体等环节。因此电子气体被称为半导体材料的粮食。

电子特气具有高技术、高附加值的特点，是半导体、液晶显示面板、光伏等电子工业生产中必不可少的原材料，随着新兴产业的投资加速和国产化替代深入推进，得加解决卡脖子问题等政策的定向支持，预计未来三年复合增速有望保持15%-20%。

竞争格局方面，目前我国半导体电子特气主要由美国空气化工、普莱克斯、林德、等海外其他巨头主导，累计市场份额在85%以上，国内企业占比较小。主要玩家有华特气体、南大光电、雅克科技等。

3、光刻胶

光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，1954 年由明斯克等人首先研究成功。根据应用领域可分为印刷电路板（PCB）光刻胶、液晶显示（LCD）光刻胶、半导体光刻胶和其他用途光刻胶。占比分别为 27.8%、23.0%，21.9%。

PCB光刻胶和LCD光刻胶本文不作重点探讨。

半导体光刻胶按照曝光波长不同可分为g线（436nm）、i线（365nm）、 KrF（248nm）、ArF（193nm）以及新兴起的EUV 光刻胶5大类，其中g线和i线为低端光刻胶，KrF、ArF 和 EUV 为中高端光刻胶，等级越往上其极限分辨率越高，同一面积的硅晶圆布线密度越大，性能越好。

目前大陆企业在g/i 线光刻胶已形成一定规模的销售，其中彤程新材旗下的北京科华 g线光刻胶的市场占有率达到 60%，是该领域龙头，其次是晶瑞电材，容大感光在g线光刻胶也有涉猎。中高端KrF光刻胶方面，彤程新材的光刻胶产品已批量供应国内晶圆厂，上海新阳也有订单客户超3家，晶瑞电材在加紧建设中。在ArF光刻胶方面南大光电ArF 产品已通过下游客户验证，有望在未来形成销售。而EUV光刻胶领域目前仍处于空白状态。

中国的半导体光刻胶领域与世界先进水平仍有2-3代的差距，国产替代之路任重道远。

4、掩膜版

掩膜版又称光罩，是微电子制造过程中的图形转移工具或母版，功能类似于传统照相机的底片。掩膜版主要应用于芯片制造(IC）、液晶显示器（ LCD）和 OLED等领域。结构占比分别为60%、23%和5%。

掩膜版主要由基板和遮光膜两个部分组成。基板分为树脂基板和玻璃基板，玻璃基板主要包括石英基板和苏打基板，近年来，石英掩膜版凭借其精密度较高的优势成为了掩膜版行业主流产品。遮光膜可以分为硬质遮光膜和乳胶。

石英基板上游原材厂商主要集中在日本和韩国，国内有数家企业有能力生产，高纯石英材料龙头为菲利华，其次是石英股份；而石英掩膜版市场方面，日本企业占据主要份额，我国企业仅有清溢光电上榜。

5、CMP材料

CMP 全称为化学机械抛光，是普通抛光技术的高端升级版本。CMP主要由抛光垫、抛光液、调节器等部分组成。CMP 材料是芯片制造的核心耗材，占芯片制造成本约 7%，其中抛光垫价值量占 CMP 耗材的 33%左右。拆解晶圆制造成本进行，CMP 材料占比较大，约为 6.7%。价值量与光刻胶相近。其中抛光液和抛光垫是最核心的材料，占比分别为 49%和 33%。

CMP 抛光垫行业集中度极高。目前全球 CMP 抛光垫市场格局主要被 Dow、 Cabot、Thomas West 等外资厂商垄断，前 5 大公司垄断约 90%市场份额。国内厂商在 CMP 抛光垫领域具有较为广阔的替代空间。

国内企业方面，鼎龙股份：CMP抛光垫打破国外垄断，迎来 1-N 跨越式发展，成为国内抛光垫龙头；安集科技打破了国外厂商对集成电路领域化学机械抛光液的垄断，位列国内半导体材料第一梯队。

6、湿电子化学品

湿电子化学品，又称超净高纯试剂或工艺化学品，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，是重要的晶圆制造材料之一，2020 年市场规模占比 4%。

行业集中度较高，从供应角度看，全球供应地区仍以产业早期转移源头地区为主，包括欧美地区、日本、韩国和中国，2019 年市场份额合计达到 98%。主要企业包括德国巴斯夫、美国亚什兰化学、Arch 化学，日本关东化学等。

中国大陆市场集中度较低，湿电子化学品生产企业共有40余家，具有规模化的企业有30余家，各公司产量较小，按照销售规模计算，湿电子化学品龙头公司江化微和格林达，2019年市占率仅为4.8%和5.1%。

二、半导体设备

半导体设备是半导体制造的基石，是行业的基础和核心。半导体工艺流程主要包括硅片制造、IC设计、芯片制造和芯片封测，从产业链来看，半导体设备在硅片制造以及芯片制造的前道和后道工艺中均发挥着重要作用。

目前半导体设备主要为晶圆制造设备，市场占有率超过85%。在这些晶圆加工设备中，以光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备为主，这三类半导体设备分别约占市面上半导体设备的24%、20%和20%。

我国是全球半导体设备最大市场，2021年市场规模达到296亿美元，占全球市场的比重为29%，但是我国在半导体设备领域技术水平依旧比较落后。先进半导体设备技术仍由美欧日等国主导，其中美国的刻蚀设备、离子注入机、薄膜沉积设备、测试设备、程序控制、CMP等设备的制造技术位于世界前列；日本在刻蚀设备、清洗设备、测试设备等方面具有竞争优势。荷兰凭借阿斯麦ASML的高端光刻机在全球处于领先地位；我国仅在刻蚀机领域具备一定的实力。

从公司实力来看，应用材料2021年依旧位居世界第一，市占率23.56%。其次是阿斯麦和东京电子，市占率分别为18.14%和16.84%。

从国内市场竞争格局来看，按营收排名，北方华创毫无疑问是半导体设备领域的总龙头。2021年相关营收为79.5亿元。其次是中微公司，作为国内刻蚀机细分领域的龙头，其技术在国际上具有一定影响力，2021年设备营收31.1亿，其他企业有清洗设备龙头盛美上海、涂胶彰显设备龙头芯源微，检测设备精测电子等。

目前我国半导体设备技术和欧美日国家仍具有较大差距，国产化率很低，特别是高端领域，仍主要依赖进口。

1、刻蚀机

刻蚀机就是去除硅片表面不需要的材料。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀市场占比超90%。刻蚀设备市场集中度高，被三家龙头企业垄断，其中泛林半导体技术实力最强，占据44.7%的市场份额，东京电子和应用材料分别占据 28%和 18%。从国内市场来看，刻蚀机是我国最具优势的半导体设备领域，中微公司与北方华创处于国内领先地位。

2、薄膜沉积设备

薄膜沉积是指在硅片衬底上沉积一层待处理的薄膜材料，根据技术原理可以分为化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、原子层沉积（ALD）等，每类设备也包括多种细分子类，以满足不同应用场景需求。CVD 按反应压强和前驱体等不同主要分为APCVD、LPCVD、PECVD等，每一代设备随薄膜性能越来越高的要求而迭代，目前PECVD 应用最广泛，占比。

薄膜沉积设备市场主要被海外大厂垄断，市场集中度较高。薄膜设备壁垒较高，叠加海外公司布局较早，因此全球市场主要被应用材料、泛林半导体、东京电子等几家垄断，国产化率不足5%。

国内企业方面，在该领域不存在竞争关系。拓荆科技具备CVD、ALD供应能力，其中主力产品为PECVD，北方华创薄膜沉积产品线较为全面，具备PVD、CVD、ALD产品供应能力，在PVD设备领域竞争优势显著，国内产线导入的国产PVD设备基本均出自北方华创。

3、光刻机

光刻环节是晶圆制造中最核心工艺，占晶圆制造耗时40%-50%，占芯片成本30%。作为光刻工艺的核心设备，光刻机结构非常复杂，一台EUV光刻机重量达到180吨，超过10万个零件，需要40个集装箱运输，安装调试都要一年的时间。EUV光刻机几乎逼近物理学、材料学以及精密制造的极限，被誉为人类科学技术的顶峰。另外，成本极高，一台EUV光刻机价格高达1.2亿美元,比一架波音737都贵。

目前，阿斯麦垄断全球高端光刻市场，浸没式DUV全球市占率达93%，EUV光刻机全球市占率达100%。

阿斯麦有大约5000个供应商，与产品直接相关的共790家，占阿斯麦总开支的66%，其中德国蔡司、美国Cymer等厂商几乎垄断全球高端物镜、极紫外光源等技术。受《瓦森纳协议》等国外技术管制影响，国产高端光刻机无法像阿斯麦一样通过全球合作、并购突破，只能依托本土光刻组件和配套设施产业链自主研发实现突破。

近年来，在国家政策的扶持下，我国光刻机技术也开始了飞速的发展，上海微电子目前已可量产90nm分辨率的 ArF光刻机，28nm分辨率的光刻机也有望取得突破。

其他设备领域还包括单晶炉、CMP抛光设备、封装设备和测试设备等等。其中晶盛机电是国内单晶炉龙头，华海清科为CMP抛光设备龙头，精测电子为检测设备龙头等等。

总体而言，虽然我国在半导体材料和设备领域的技术水平仍然比较落后，且一直受到美欧国家的技术封锁，追赶之路仍较为遥远。

三、中游制造链

集成电路是半导体产业的核心组成，占据了半导体市场的半壁江山，2020 年集成电路销售额达3,612亿美元，占全球半导体产业销售额的比例超80%，是当之无愧的半导体支柱型产品。集成电路主要以芯片为载体，主要可分为设计、制造、封测三大环节。2021年结构占比分别为36.0%、50.56%和13.44%。

1、芯片设计

芯片设计，又称集成电路设计，是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程。主要利用工具为EDA，EDA全称是电子设计自动化，是用于辅助完成超大规模集成电路芯片设计、制造、封装、测试整个流程的计算机软件。被称为芯片之母。

随着芯片设计的复杂程度不断提升，EDA已经渗透到芯片设计生产的各个环节，不借助EDA已经无法完成芯片设计。EDA杠杆效应显著，2020年全球EDA市场规模仅为115亿美元，却撬动着4404亿美元市场规模的半导体行业，一旦EDA这一产业链基础出现问题，整个集成电路产业都会受到重大影响，EDA行业也是最容易被卡脖子的关键领域。

按应用场景，EDA工具通常可以分为数字设计类、模拟设计类、晶圆制造类、封装类、服务等五大类。其中数字设计类和模拟设计类EDA工具占整个市场的比例位居前列，2020年市场份额分别达到64.96%和17.09%。

从全球EDA市场竞争格局来看，市场份额主要由三大巨头Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登电子）和SimensEDA（西门子）分食，合计占比接近80%。整个EDA大约有40个细分领域，三大国际巨头目前实现了全产业链覆盖。

对于EDA的国产化情况，整体国产化率在10%左右，国内相关企业有华大九天、概伦电子、广立微等，其中华大九天是国内EDA行业龙头，其次为概伦电子。作为半导体设计和制造环节的基础，EDA国产替代具有较大意义。

2021年全球EDA市场规模为132.75亿美元，同比增长15.77%。受益于半导体产业向中国转移的趋势，中国EDA市场规模实现较快增长。根据中国半导体行业协会预测，2025年中国EDA市场规模将达到184.9亿元，2020-2025年年均复合增速为14.71%。

2、晶圆制造

晶圆制造环节是将设计版图制成光罩，将光罩上的电路图形信息转移至硅片上，在晶圆上形成电路的过程。

晶圆整体制造工艺复杂，大约涉及到300-400 道工序，主要有晶圆清洗、光刻、化学气相沉积、晶圆检测等环节。所需设备种类广泛，设备精密度、厂房建设等要求极高，整体生产难度高、成本投入大、技术壁垒高，是半导体产业桂冠上的一颗明珠，亦是各国半导体产业争相争夺的产业高地。

目前，全球最先进的、可实现量产的晶圆制造工艺已经在 EUV 技术的支撑下达到 7nm，台积电的3nm 技术则有望在2022年前后进入市场。而大陆的中芯国际目前最先进的工艺制程为14nm，追赶之路依然漫长。

晶圆制造主要有两种主要的模式，一种是全面覆盖各个环节、可以独立完成从芯片设计、生产和销售各个环节的 IDM 模式。一种是仅负责晶圆制造环节，不涉及设计和封测的Foundry 模式：目前采用IDM 模式典型玩家有Intel、三星、华润微、士兰微等。全球主要的 Foundry 工厂有台积电、Global Foundry、联华电子和中芯国际等。

另外还存在只负责芯片设计的Fabless模式，该模式的主要企业有海思、联发科(MTK)、博通(Broadcom)、兆易创新等。这些生产模式各有优劣，在多年发展下也培育出了一批全球龙头企业。

全球晶圆代工市场集中度高，排名前十的晶圆代工厂共占据全球晶圆代工市场93.4% 的市场份额。中国成为这一领域的绝对霸主，全球前十大代工企业中，有7家企稳进入前十，中国大陆地区三家厂商榜上有名，分别为中芯国际、华虹半导体、晶合集成，市场份额分别为4.9%、1.5%、0.8%。中国台湾有四家，台积电是这一领域龙头。2021年占据全球市场51.6%的市场份额。

我国近几年通过集成电路大基金的资金扶持、资源调配和企业整合，在芯片细分领域诞生了一批优秀的企业，其中包括国内功率半导体龙头闻泰科技，CMOS 图像传感器国内龙头韦尔股份，LED芯片和化合物半导体龙头三安光电等等。

3、封测

集成电路封测是集成电路产品制造的后道工序。封测企业根据客户要求的封装类型和技术参数，将芯片裸晶加工成可直接装配在PCB 电路板上的集成电路元器件。封装完成后，根据客户要求，对芯片产品的各项参数进行专业测试。完成晶圆芯片的封装加工和测试后，封测企业将芯片成品交付给客户。

封装按技术工艺可分为传统封装和先进封装。近期二级市场热炒的Chiplet封装技术就是先进封装的一种。随着新一代信息技术领域快速发展，新兴应用场景带来对半导体产品的性能、功耗要求提升，半导体产品纷纷从传统封装向先进封装转变，先进封装市场需求将维持较高速的增长，封装企业的先进封装业务占比业越拉越大。根据赛迪顾问统计，2021年国内规模以上的集成电路封装测试企业先进封装产品的销售额占整个封装产业的36%左右。