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南大光电研究报告先进半导体材料平台,布局

(报告出品方/作者:中信证券,李超,陈旺)

公司概况:先进半导体材料平台型公司

历史沿革:江苏南大光电材料股份有限公司,成立于年,于年在深圳证券交易所创业板上市,是主要从事先进前驱体材料、电子特气、光刻胶及配套材料三大半导体材料产品生产、研发和销售的高新技术企业。在前驱体领域,公司依托“”计划项目成果,经数年发展,在技术水平、产品种类、市场拓展上均实现了跨越式发展。年南大光电为全球MO源市场占有率前二的厂商,市场占有率接近30%,并占据国内市场第一的份额。

在电子特气领域,公司于年获得国家“02专项”高纯特种电子气体研发与产业化项目,同年成立全椒南大光电材料有限责任公司,启动砷烷、磷烷等特种气体的研发工作,同时在含氟电子特气方面,公司于年收购飞源气体,该公司是全球含氟电子特气主要供应商,目前三氟化氮产量位居国内第二。在光刻胶领域,公司于年获得国家“02专项”nm光刻胶及配套材料的研发项目立项,年公司研发的ArF光刻胶产品成为国内通过产品验证的第一只国产ArF光刻胶,标志着国产光刻胶产品的产业化取得关键性的突破。

主营业务:公司的业务以前驱体、电子特气、光刻胶三大关键半导体材料产品生产、研发和销售为主。公司先进前驱体材料板块主要由MO源类产品构成,同时布局高纯ALD/CVD前驱体、高K三甲基铝、硅前驱体和OLED材料等产品。公司在MO源的合成制备、纯化技术、分析检测、封装容器等方面已全面达到国际先进水平,主要产品有三甲基镓、三甲基铟、三乙基镓、三甲基铝等,产品的纯度大于等于6N级别。

公司电子特气板块主要包括氢类电子特气产品和含氟电子特气产品。公司氢类电子特气主要包括磷烷、砷烷等,产品纯度已达到6N级别。公司子公司飞源气体是国内主要的含氟电子特气生产企业,产品主要包括三氟化氮、六氟化硫及其副产品。在光刻胶及配套材料板块,公司正在自主研发和产业化的ArF光刻胶(包含干式及浸没式)可以达到90nm-14nm的集成电路工艺节点,有望实现高端光刻胶材料的进口替代。

产业链介绍:MO源是光电产业的支撑材料之一,其纯度、品质对最终的光电器件或高频器件的质量和性能起着决定性作用。MO源行业的上游主要有镓、铟等稀有金属以及其他辅助原料,其中其他辅助原料均属于常规工业用品,国内供应比较充足。目前90%以上的MO源都被用来生产LED外延片。此外,MO源逐渐进入新一代太阳能电池领域如非晶硅薄膜太阳能电池、砷化镓太阳能电池等,在相变存储器、半导体激光器、射频集成电路芯片等其他高科技领域也逐步开展应用。

电子特气行业的上游主要是空气、工业废气以及基础化学材料,其纯度决定了产品质量。电子气体在电子产品制程工艺中广泛应用于离子注入、刻蚀、气相沉积、掺杂等工艺,被称为集成电路、液晶面板、LED及光伏等材料的“粮食”和“源”,半导体行业的高速发展是电子特气的主要推动力。光刻胶行业的上游主要是感光材料、树脂、溶剂等,公司所生产的高端光刻胶应用于半导体行业。

股权结构:截至年9月30日,公司前十大股东共持有1.5亿股,占总股本35%。第一大股东沈洁直接持股.16万股,占总股本10.23%。由于公司股权较为分散,单一股东持有或控制的公司股份比例均不超过30%,也没有单一股东能够决定半数以上董事会成员的选任,公司单个或存在同一控制下的董事或高级管理人员亦无法单独支配公司重大财务和经营决策,且公司前三大股东之间不存在关联关系,因此公司不存在控股股东和实际控制人。

营业收入与净利润:公司年前三季度实现营收7.09亿元,同比增长65.11%;归母净利润1.24亿元,同比增长38.58%。年实现营收5.95亿元,同比增长85.13%;归母净利润.63万元,同比增长58.18%。

业务占比:公司业务主要包括MO源、电子特气以及其他主营业务,其中MO源以三甲基铟和三甲基镓为主。从公司收入占比来看,从年到年,公司收入主要来自于MO源产品。年电子特气业务开始发力,高纯砷烷、磷烷产品成功进入了国内主要LED客户的大规模生产中。年公司收购飞源气体,电子特气营收首次超过MO源产品营收,年电子特气业务收入4.29亿元,占比72.18%,成为公司的核心收入来源。年,三甲基镓、三甲基铟、三甲基铝、三乙基镓等合并为MO源产品,共占比20.21%。

毛利率情况:公司-年销售毛利率整体维持在40%以上。公司年销售毛利率41.09%,其中电子特气业务毛利率43.59%,MO源产品整体毛利率为29.30%。

费率情况:年以来,公司总费用率整体呈下降趋势,年公司的总费用率为40.43%,年总费用率为35.66%。年公司研发费用率10.63%,较去年同期下降1.51个百分点;年管理费用率19.13%,较上年同期上升4.84个百分点,主要是公司因经营成果计提绩效奖金增加、新增管理用固定资产及暂时未投产固定资产计提折旧及非同一控制下企业合并子公司合并期间比上期增加综合影响所致;年销售费用率为5.51%,较上年同期下降1.3个百分点。公司财务费用率一直维持在较低水平。(报告来源:未来智库)

卡位半导体核心材料MO源,技术领先龙头地位凸显

LED需求+新兴应用拉动,MO源市场稳健增长

MO源是现代化合物半导体产业的支撑原材料。MO源即高纯金属有机源,是利用先进的金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺生成化合物半导体材料的关键支撑原材料,因而又被称为MOCVD的“前驱体”。主要产品包括:三甲基镓、三甲基铟、三甲基铝、三乙基铝、三乙基镓、二乙基锌、二甲基锌、二茂镁、二乙基碲、二叔丁基碲、三甲基锑、三乙基锑、四氯化碳、四溴化碳、液态二茂镁、二茂铁、硼酸三乙酯、三乙基硼,其中三甲基镓、三甲基铟和三甲基铝等四五种用量较大。MO源是制备LED、新一代太阳能电池、相变存储器、半导体激光器、射频集成电路芯片等的核心原材料,在半导体照明、信息通讯、航天等领域有着极其重要的作用。MO源的质量直接决定了最终器件的性能,因此MOCVD工艺对MO源的质量要求很高,其中纯度是衡量MO源质量的关键指标。

生产MO源的工艺过程主要包括合成、纯化、分析和灌装四个环节。大多数MO源化合物对氧气、水汽极其敏感,遇空气会发生自燃,遇水可发生爆炸,且毒性大。因此,MO源实现从研发到生产的转化需要极为苛刻的条件支持。南大光电的合成环节采用独特的合金法,该方法和卤化物法相比工艺简单,原料无腐蚀性,副产物少,且价格便宜,有效解决MO源污染严重的问题。

四大企业占据MO源行业主要市场份额。目前全球范围内MO源的生产厂商较少,只有中国、美国、欧洲、日本四个区域的少数几个公司拥有产业化生产的能力。现阶段,全球范围内市场份额占比高的MO源生产企业主要为中国南大光电(Nata)、美国陶氏化学(Dow)、德国默克旗下Sigma-Aldrich、荷兰阿克苏诺贝尔(AkzoNobel)等,这四家企业合计市场份额占比达到95%左右。年南大光电的市场占有率达30%左右,国内市占率第一。

LED是目前MO源的主要应用。在MO源的下游应用中,有超过90%的产品被用于生产LED外延片。LED生产包括外延片生长、芯片加工和芯片封装三个步骤,其中外延片生长是三个环节中附加值最高、技术难度最大的环节,MOCVD也是外延片生长的主流工艺,核心材料即为MO源。得益于下游LED行业的发展和制造LED所需制造外延片需要的MOCVD设备市场的增长,MO源市场规模保持稳健增长。中国MOCVD设备拥有量占全球70%以上,随着LED产业链逐渐向大陆转移,该比重仍有上升趋势。年大陆MOCVD保有量台,同比增长16.71%,整体保持较快增速。

LED照明领域面临压力。在国内LED市场,目前LED的主要应用领域仍是通用照明领域。年通用照明LED应用占总规模的42.40%。近十年,受益于全球LED行业的高景气度以及节能环保理念的普及,国内LED产值总体保持在15%以上的增速。近三年,由于全球景气度下降以及国内产能过剩,增速逐渐回落,年受新冠疫情影响,全球经济发展和消费市场均受到了严重冲击,叠加照明行业激烈的市场竞争态势,LED照明企业普遍面临巨大的经营压力。年全国LED总产值亿元,同比下降26.97%。从全球LED照明市场来看,在节能环保理念传播下,LED照明市场总体保持在10%以上增速,年全球LED照明产业规模达到亿美元,同比增长14.2%,但近几年增速亦明显放缓。长期来看,预计LED照明渗透率仍有上升空间,行业景气度随着行业内资源整合和疫情后经济复苏会有回升。

我国LED显示屏行业发展迅速。我国LED显示屏行业发展起步较晚,早期产品主要以单、双色显示屏为主。随着LED器件材料的发展与LED显示屏控制技术的突破,LED全彩显示屏市场发展迅速,应用领域不断得到延伸,逐步取代单双色屏、投影等传统显示产品成为室内外主流大屏幕显示产品。年LED显示应用规模占总应用规模的17%,市场规模达亿元,同比上升20%。年LED显示领域产值亿元,同比上升14.99%。

LED显示应用迎来新的发展机遇。随着文旅经济、室内高清显示屏、车用显示屏等对显示产品的进一步需求,小间距及MiniLED、MicroLED、IRLED、UVLED还将存在广阔的市场空间,LED显示应用有新的发展机遇。年,苹果、华为、创维、TCL、三星等大厂纷纷在电视、笔记本电脑等产品中应用MiniLED技术。下游巨头全面入局,有望加速产业链的发展。根据Arizton数据,年全球MiniLED市场规模有望达到23.22亿美元,6年的复合增速将达到.92%。

新型应用场景驱动化合物半导体快速成长,为MO源注入新动能。除LED外,MO源逐渐进入新一代太阳能电池领域如非晶硅薄膜太阳能电池、砷化镓太阳能电池等;在相变存储器、半导体激光器、射频集成电路芯片等其他高科技领域也逐步开展应用。氮化镓、砷化镓等化合物半导体(即“新一代半导体”)近年来开始在通信器件、电力电子器件、新型光电器件等领域显现出重要作用。MO源是制备新一代半导体的重要材料。新一代半导体所需要的MO源纯度要求更高,杂质更低,这对MO源超纯化和超纯分析技术提出了更高的要求。在攻克技术条件的前提下,随着第三代半导体的蓬勃发展,MO源有望在这一新领域迎来新的机会。

PERC工艺的普及提升了MO源在光伏领域的应用。在PERC结构中Al2O3钝化层是提高效率的关键,而Al2O3薄膜的制备采用PECVD或者ALD沉积工艺并使用三甲基铝(TMA)为原料,这进一步为MO源的应用打开了空间。在砷化镓太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池等新一代太阳能电池中,MO源也是核心原材料,其质量是决定太阳能电池质量的关键。随着新一代太阳能电池制造的PERC技术迎来突飞猛进的发展,MO源在光伏领域的应用进一步提升。

砷化镓太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池的普及应用将给MO源行业的发展带来新的动力。薄膜太阳能电池占太阳能电池份额较小,但经过40多年的发展,目前全球薄膜电池的年出货量也达到GW量级,成为光伏市场的重要补充。年晶体硅太阳能电池依然是太阳能电池的主导产品,其产量占全部太阳能电池产量的比重为95.37%,薄膜电池产量占全部太阳能电池产量的4.63%。随着技术的发展,新兴太阳能电池近年来也将有所发展。

全球MO源市场仍将保持快速上升态。受益于LED、太阳能电池、相变存储器等行业发展的拉动,全球MOCVD设备保有量不断增多,生产能力不断增强,带动MO源需求量持续快速增长。根据Marketsandresearch.biz数据,-年,全球MO源市场需求量年均复合增长率达到40%以上。受消费电子、家电市场饱和度不断提高,以及光伏发电新增装机量增速下滑等因素影响,-年,全球MO源市场需求增速有所下降,但仍保持上升态势。根据Marketsandresearch.biz的数据,年全球MO源市场规模在1.1亿美元左右。我们预计到年,全球MO源市场规模将达到约1.8亿美元,对应-年复合增长率为8.3%。

公司MO源技术优势显著,客户覆盖度高

我国MO源行业发展势头强劲。现阶段,我国已经具备MO源自主生产能力,南大光电是我国MO源行业中的领先企业,其MO源产品布局较为全面,已经进入全球半导体市场供应链,得到欧美日韩等国家与地区企业认可。年,南大光电MO源产品销量达到29.2吨,同比增长9.29%。

南大光电在MO源制备中形成了系统的技术优势。以MO源的合成技术为例,卤化物法是国际上最为通用的方法,该方法由于副产物过多,合成效率不高,且其原料具有腐蚀性,生产过程对安全要求非常高。南大光电经过多年的研究开发,已掌握了卤化物法,在产业化过程中,针对卤化物法所存在的弊端,逐步开发完善了具备更多优势的合金法生产技术,最终实现了独特的合金法生产工艺,该方法原料无腐蚀性且价格便宜;副产物较少,合成效率相对较高;原料和副产物安全,降低了生产过程中的危险系数,是一种既安全又清洁高效的生产方法。另外,南大光电在纯化、分析、封装等生产技术和工艺方面持续自主创新,并全面达到国际先进水平,从而形成了系统的技术优势。

南大光电拥有经验丰富的研发和管理团队。公司汇聚了一批国内MO源领域最顶尖的技术专家和管理专家。公司董事长孙祥祯教授先后主持国家计划MO源项目、MO源国家重点科技攻关项目等研究工作,是国家计划新材料MO源研究开发中心创始人,曾获国家科技部授予的“八六三计划先进个人”称号、国家科委授予的“八六三”计划先进工作者一等奖、并作为MO源项目第一完成人获得国家教委授予的科学技术进步二等奖。公司的核心技术人员吕宝源先生、陈化冰先生、许从应先生、吉敏坤先生等均具有十年以上的MO源研究、产业化实践和企业管理经验。公司总经理李建华先生具有丰富的大型制造类企业经营管理经验以及海外市场拓展经验。公司稳定高效的核心管理团队均持有公司股份。

公司产品远销亚太、欧美等主流市场,高端客户群不断壮大。公司高端客户主要包括欧洲的Osram,日本的ToyodaGosei,中国台湾的晶元光电、广镓光电,韩国的首尔半导体、LG等。公司产品在中国大陆市场处于优势地位,大陆主要外延片厂商都与公司建立了长期合作关系。(报告来源:未来智库)

国产光刻胶先行者,ArF通过产品验证

技术壁垒高企,海外巨头垄断光刻胶市场

光刻胶行业具有较高的技术壁垒。光刻胶由树脂、溶剂、光引发剂、添加剂四部分组成。光刻胶产品种类多、专用性强,需要长期技术积累,对企业研发人员素质、行业经验、技术储备等都具有极高要求,企业需要具备光化学、有机合成、高分子合成、精制提纯、微量分析、性能评价等技术,具有较高的技术壁垒。

光刻胶是光刻环节的重要耗材。光刻是将IC设计好的图形由掩膜版转移至硅片后再进行下一步刻蚀的工艺,成本占芯片制造的30%,时间占50%,是IC制造中耗时最大、难度最高的工艺。光刻时会在硅片上涂一层光刻胶,经紫外线曝光后,光刻胶化学性质发生变化,再经显影后将曝光的光刻胶去除,实现图形从掩膜版到硅片的转移。光刻胶作为光刻环节的重要耗材,其质量和性能直接影响IC产线良率,是IC制造的核心材料之一。

光刻胶品类繁多。光刻胶的品种很多,使用的工艺条件依光刻胶的品种不同而有很大的不同。按曝光波长不同可分为紫外(~nm)光刻胶、深紫外(~nm)光刻胶、电子束光刻胶(0.01~0.nm)、离子束光刻胶(<0.nm)、x射线光刻胶等。随着曝光波长变化,光刻胶中的关键组分,如成膜树脂、感光剂、添加剂也随之发生相应的变化,光刻胶的综合性能也不断提高。

ArF光刻胶目前是光刻胶的重要应用品类。随着摩尔定律的发展,晶圆上需要容纳的二极管越来越多,在晶圆上刻画电路的精度和难度也相应提高。为满足更高集成度更精密的集成电路制造,光刻环节必须采用更短波长的光源,光刻分辨率也相应提高——光刻机的曝光光源从宽谱紫外线发展到I线(nm)、KrF线(nm)、ArF线(nm)以及目前最前沿的EUV(13.5nm)光源,而不同的光源需要使用不同的光刻胶。ArF(nm)光源对应曝光的是ArF光刻胶,而集成电路工艺在从90nm节点拓展到7nm节点的过程中,几乎都采用ArF工艺做为关键层工艺,以满足其对于分辨率及套刻精度的要求。

为适应光刻工艺,ArF光刻胶逐渐由干法ArF光刻胶发展为湿法ArF光刻胶。根据光刻条件下使用的折射介质的不同,ArF光刻胶可分为干法光刻胶与湿法(浸没式)光刻胶:干法工艺的折射介质是空气,应用于45nm以上技术节点;而湿法工艺的折射介质是水,45nm及以下技术节点主要采用湿法工艺来满足更小的分辨率需求。

首先得到推广的是干法ArF光刻胶。ArF光刻胶属于化学放大型光刻胶的一种,其雏形源自IBM公司,由于KrF光刻胶所使用的聚对羟基苯乙烯体系对波长更短的nm深紫外ArF光有强烈的吸收(主要源自其结构中的苯环),因此该体系不适用于ArF光刻。为解决这一问题,年IBM公司设计出ArF光刻胶的原型——甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸丁酯(TBMA)和甲基丙烯酸(MAA)三元共聚物,通过调整各组分的比例可以实现对光刻胶性能的微调。

随着光刻工艺步入45nm及以下的节点,干法ArF光刻胶难以满足此时的需求,湿法ArF光刻胶(也称“浸没式ArF光刻胶”)则顺势而起。浸没式ArF光刻技术凭借在65nm及以下的工艺节点开始取得巨大的突破而收到更多


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