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半导体材料贯穿半导体生产流程，晶圆制造材料占比不断提升半导体材料是半导体产业的基石。半导体产业链一般分为设计、制造和应用三个环节。半导体材料在半导体产业链中位于制造环节上游，和半导体设备一起构成了制造环节的核心上游供应链，是推动半导体产业链发展的基石。
半导体材料贯穿了半导体生产的整个流程。按照应用环节半导体材料可以分为制造材料与封测材料。其中，晶圆制造材料主要包括硅片、特种气体、掩膜版、光刻胶及配套材料、湿电子化学品、靶材、CMP 抛光液&抛光垫等；封装材料主要包括封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷基板、芯片粘接材料等。
晶圆制造材料中，硅片为晶圆基底材料；掩膜版用于光刻工艺底板；光刻胶用于将掩膜版上的图案转移到硅片上；靶材用于薄膜沉积；电子特气用于氧化、还原、除杂；湿电子化学品用于清洗、刻蚀；抛光材料用于实现平坦化。封装材料中，封装基板与引线框架用于保护、支撑芯片及建立芯片与PCB间的连接；键合丝用于连接芯片和引线框架；粘合材料用于芯片贴片；陶瓷封装体用于绝缘打包。
细分市场中，制造材料市场占比 63%，硅片在制造材料中占比最高。2021年半导体材料全球整体市场空间约 643 亿美元。其中制造材料市场规模约404 亿美元，占比 63%；封测材料市场规模约 239 亿美元，占比37%。2021 年晶圆制造材料市场细分占比中，硅片占比 41%最高，市场份额约126亿美元；掩膜版、电子特气分别占比 16%、15%，市场份额约49CMP 材料、光刻胶、湿电子化学品、靶材分别占比10%、8%、6%、4%，市场份额分别为 30 亿美元、25 亿美元、20 亿美元和 11 亿美元。
全球半导体材料行业市场规模整体呈上升态势。根据SEMI 数据，2015-2021年全球半导体材料行业市场规模整体呈不断上涨态势，2015 年市场规模为432.9亿美元，2021 年增长到 643 亿美元，CAGR 为 6.8%。2019 年全球半导体材料行业市场相比 2018 年下降 1.12%，主要系 2019 年下游增速放缓，叠加贸易摩擦，使得半导体产业整体低迷，增速下滑。2020 与 2021 年由于5G 和新能源的快速发展，大幅提升了半导体产业的市场需求，半导体材料市场规模快速上升，2021 年达到643亿美元，同比增长 15.86%。分产品的市场规模来看，晶圆制造材料占比不断提升。2011 年到2020 年，晶圆制造材料占比较封装材料不断上升，2011 年晶圆制造材料和封装材料占比分别为50.63%和 49.37%，2020 年晶圆制造材料和封装材料占比分别为63.11%和36.89%。晶圆制造材料占比提升的原因是先进制造的持续发展，对晶圆制造环节的材料提出了更高的要求，加工工艺步骤的不断增加也提升了晶圆制造材料的消耗量。
中国集成电路市场保持高增速，国内半导体材料的市场空间广阔。根据中国半导体行业协会发布的统计数据显示，2021 年中国集成电路产业销售额为10458.3亿元，同比增长 18.2%。其中，设计业销售额为 4519 亿元，同比增长19.6%；制造业销售额为 3176.3 亿元，同比增长 24.1%；封装测试业销售额2763 亿元，同比增长 10.1%。
制程提升增加工艺难度和加工步骤数，对上游材料需求提升。IC insights在2020年的《Mc clean》报告指出，在过去的 50 年中，DRAM、闪存、微处理器和图形处理器增长趋势仍依照摩尔定律，即每隔 18-24 个月，芯片上集成的晶体管数目就会增加一倍，随着制程和集成度的提升，工艺难度和加工步骤数相应增加，对上游材料的需求和性能要求也相应提高。
晶圆厂扩产推动材料需求上升，中国是全球新建晶圆厂数量最多的国家。SEMI预计，2020 年至 2024 年间将有众多晶圆厂上线 英寸晶圆厂，其中中国是新增数量最多的国家，中国国内新增14 座8英寸和15 座 12 英寸，中国新增 2 座 8 英寸和 15 座 12 英寸，在新建8 英寸晶圆厂方面，中国国内的数量远远超过其他国家/地区。2021、2022 年中国国内新建数量分别为 5 座和 3 座，2024 年中国国内的 12 英寸寸晶圆厂市场份额上升至20%，相较于 2015 年增长 12%，产能达到 150 万片/月。晶圆厂的扩产将刺激上游半导体材料行业的市场需求。
根据 IC insights 预计，2022 年全球新投产 10 座12 英寸晶圆厂，将带来全球晶圆产能 8.7%的增幅，高于 21 年的 8.5%，并预计 2022 年全球晶圆厂的产能利用率仍将超过 90%，预计为 93%。根据 Knometa Research 数据，2021 年全球的晶圆产能达到了 2143 万片/月（按 8 寸晶圆当量），其中中国国内月产能为350万片，仅占全球产能的 16%。中国国内的产能份额在过去两年中每年增加1pct，自2011年以来累计增加 7pct，预计到 2024 年中国在全球IC 晶圆产能中的份额将达到近19%。根据 SEMI 数据，2021 年，中国地区仍拥有全球半导体材料最大的市场。但中国国内市场增速最快，2021 年增长 21.90%至119 亿美元，占全球市场的18.56%。
中国集成电路仍以进口为主，国产替代空间巨大。根据中国海关总署数据，2021年中国进口的芯片总量为 6354.8 亿个，同比增长了16.9%；进口金额突破到了近4326 亿美元，同比增长 23.6%，均创下历史新高。2017-2021 年，我国集成电路进口数量约为出口数量 2 倍，进口金额约为出口金额4 倍，总体仍高度依赖进口。
美国制裁新规将进一步刺激国产替代需求。美国 BIS 于2022 年10 月7 日出台管制新规，管制措施适用于将美国设备或零部件出口到中国国内的特定先进逻辑或存储芯片晶圆厂，主要是 16/14nm 以下节点的逻辑集成电路、128 层以上的NAND存储器集成电路、18nm 及以下的 DRAM 集成电路。进一步限制中国集成电路产业发展，短期来看对整个产业链存在较大影响，但长期来集成电路产业必将走上独立自主创新之路，管制新规将进一步催化设备及材料端国产化趋势，预计相关国产材料及设备能够得到更多的验证资源和机会，缩短国产替代周期。
硅片是半导体器件的主要载体，在半导体材料占比最高。硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料，多晶硅是单质硅的一种形态。通常按照纯度不 同 ， 将 多 晶 硅 分 为 工 业 级 （ 纯 度 在 95%-99% ）、太阳能级（纯度在99.99%-99.9999%）和电子级（纯度在 99.9999999%-99.999999999%）。电子级的多晶硅经过拉单晶硅锭、切割和后续一系列加工后，成为半导体硅片。
硅片位于半导体制造产业链上游。在半导体制造产业链中，硅片是基础材料，位于制造产业链的上游，集成电路结构是以硅片为基础搭建而成的，硅片是芯片制造的核心原材料。
半导体硅片制造流程复杂，主要包括拉单晶和硅片的切磨抛外延等工艺。半导体硅片的生产流程复杂，涉及工序较多。研磨片工序包括拉单晶、截断、滚圆、切片、倒角、研磨等，抛光片是在研磨片的基础上经边缘抛光、表面抛光等工序制造而来；抛光片经外延工艺制造出硅外延片，经退火热处理制造出硅退火片，经特殊工艺制造出绝缘体上硅 SOI。硅片制造过程中需要经过多次清洗，在销售给客户之前还需要经过检验和包装。
步骤一：拉单晶。拉单晶是半导体硅片生产工序中最为核心的技术，常用方法有直拉法（Czochralsk，CZ 法）和区熔法（Float-Zone，FZ 法）两种。FZ法纯度高，氧含量低，电阻率较高，能耐高压，但工艺难度大，大尺寸硅片制备困难且成本高，因此主要以 8 英寸及以下尺寸为主，主要用于中高端功率器件。CZ法氧含量高，更容易生产出大尺寸单晶硅棒，工艺也已成熟，成本较低，因此目前半导体行业主要采用 CZ 法拉制单晶硅棒。拉单晶技术直接决定了位错、COP（crystaloriginated pit,晶体原生凹坑）、旋涡等晶体原生缺陷的密度及电阻率、电阻率梯度、氧、碳含量等晶体技术指标的好坏，是半导体硅片生产工序中最为核心的技术。
步骤二：切片。单晶硅棒磨成相同直径，然后根据客户要求的电阻率，用内径锯或线mm 厚的薄片，形成晶圆。根据目前的工艺、技术水平，为了降低硅材料的损耗、提高生产效率和表面质量，一般采用线切割方法进行切片。
步骤三：倒角：硅片倒角加工的目的是消除硅片边缘表面经切割加工所产生的的棱角、裂缝、毛刺、崩边或其他的缺陷以及各种边缘表面污染，从而降低硅片边缘表面的粗糙度，增加硅片边缘表面的机械强度、减少颗粒的表面沾污。
步骤四：研磨。在研磨机上用磨料将切片抛光到所需的厚度，同时提高表面平整度。研磨的目的是为了去除在切片工序中，硅片表面因切割产生的深度约20~25um的表面机械应力损伤层和表面的各种金属离子等杂质污染，并使硅片具有一定的平坦表面。
步骤五：蚀刻和抛光。通过化学蚀刻去除前面步骤对晶圆表面造成的机械损伤，然后采用硅溶胶机械化学抛光法使晶圆表面更加平整和光洁。
步骤六：清洁和检查。清洁后，对产品进行严格的质量检查，合格后销售给客户。也可进一步用来制作 SOI、外延片等特殊硅片。
根据掺杂程度不同，半导体硅片可分为轻掺和重掺。重掺硅片的掺杂元素掺入量大，电阻率低,一般用于功率器件等领域产品；轻掺硅片掺杂浓度低，一般用于集成电路领域，技术难度和产品质量要求更高。由于集成电路在全球半导体市场中占比超过 80%，全球对轻掺硅片需求更大。根据工艺，半导体硅片可分为研磨片、抛光片及基于抛光片制造的特殊硅片外延片、SOI 等。研磨片可用于制造分立器件；轻掺抛光片可用于制造大规模集成电路或作为外延片的衬底材料，重掺抛光片一般用作外延片的衬底材料。相比研磨片，抛光片具有更优的表面平整度和洁净度。在抛光片的基础上，可以制造出退火片、外延片、SOI 硅片和结隔离硅片。退火片在氢气或氩气环境下对抛光片进行高温热处理，以去除晶圆表面附近的氧气，可以提高表面晶体的完整性。外延片是在抛光片表面形成一层气相生长的单晶硅，可 满 足 需 要 晶 体 完 整 性 或 不 同 电 阻 率 的 多层结构的需求。SOI硅片（Silicon-On-Insulator）是在两个抛光片之间插入高电绝缘氧化膜层，可以实现器件的高集成度、低功耗、高速和高可靠性，在活性层表面也可以形成砷或砷的扩散层。结隔离硅片是根据客户的设计，利用曝光、离子注入和热扩散技术在晶圆表面预形成 IC 嵌入层，然后再在上面生长一层外延层。
应用最广的三类硅片是抛光片、外延片与以 SOI 硅片。抛光片直接用于制作半导体器件，广泛应用于存储芯片与功率器件等，也可作为外延片、SOI 硅片的衬底材料；外延片是由抛光片经过外延生长而形成，常在CMOS 电路中使用，如通用处理器芯片、图形处理器芯片等，也应用于应用于二极管、IGBT 等功率器件的制造；SOI 硅片是由抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成，具备耐高压、耐恶劣环境、低功耗、集成度高等特点，主要应用于智能手机、WiFi 等无线通信设备的射频前端芯片，也应用于功率器件、传感器、硅光子器件等芯片产品，价格是一般硅片的 4-5 倍。
根据应用场景不同，半导体硅片可分为正片、假（陪）片。正片用于半导体产品的制造，假片用来暖机、填充空缺、测试生产设备的工艺状态或某一工艺的质量状况。假片一般由晶棒两侧品质较差部分切割而来，由于用量巨大，在符合条件的情况下部分产品会回收再利。