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出品方/分析师:信达证券方竞李少青

一、硅片是半导体产业的核心原材料

1、硅片制造技术门槛高,国产化空间广阔

半导体硅片是半导体器件的主要载体。硅片是半导体产业的上游原料,下游产业通过对硅片进行光刻、刻蚀、离子注入等加工,可将硅片制成各类半导体器件用于后续加工,如集成电路、二极管、功率器件等。

硅片作为半导体材料绝缘性好,制成的半导体器件稳定性高,因而已被半导体产业所广泛使用。

据SEMI统计,年全球晶圆制造材料市场总额达亿美元。

其中,硅片和硅基材料的销售额占比达到36.64%,销售额约为亿元。半导体硅片在晶圆制造材料市场中占比最高,是半导体制造的核心材料。

光伏行业对硅片纯度要求低,仅需达到99.%,而用于半导体器件加工的硅片对纯度有着极高要求,需达到99.9%。

此外,半导体硅片还对硅片的平整度、光滑度有较高要求。正因如此,半导体硅片的提纯和加工技术门槛极高,全球的半导体硅片市场形成高度垄断。

据Siltronic统计,年全球前五大硅片制造商为日本信越、SUMCO、环球晶圆、SKSiltron和世创,他们共同占据着半导体硅片市场87%的份额。

我国硅片产业起步较晚,技术积累不及海外。

目前国内的半导体硅片企业主要生产6英寸及以下的半导体硅片,少数企业具有8英寸和12英寸半导体硅片的生产能力,在年以前,12英寸半导体硅片几乎全部依赖进口。

年,沪硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆首家实现12英寸硅片规模化销售的企业,打破了12英寸半导体硅片国产化率几乎长期为0%的局面。

近年来,国内厂商加快了半导体硅片的研发投入和建设,已经多家厂商实现了从8英寸到12英寸半导体硅片的突破,目前半导体硅片的国产替代空间巨大,未来国内厂商有望充分受益半导体硅片的国产化。

2、从尺寸和应用场景分类硅片

随着半导体行业的发展,半导体器件的终端需求量不断提升。作为半导体行业的核心原材料,硅片的尺寸和技术生产水平也在持续进步,产品种类也丰富起来。对于半导体硅片,目前可以依照尺寸、应用场景等做进一步分类。

(1)按硅片尺寸分类:硅片尺寸遵循摩尔定律不断增大。

年,2英寸(50mm)直径的硅片首次量产,随后30年里,4英寸(mm),6英寸(mm),8英寸(mm)硅片相继问世,再到0年12英寸(mm)硅片实现量产。硅片直径的提升使得硅片面积平方级增长,进而使得单块晶圆能产出的芯片数量也翻倍增长。

硅片直径越大,芯片的平均生产成本越低,进而提供更经济的规模效益。但与此同时,生产更大直径的硅片,其所需要的生产工艺改进成本、设备性能提升,也将在投产初期给厂商带来更高的固定成本投入。

硅片的尺寸越大,芯片单位成本越低,因而目前8英寸、12英寸的大尺寸硅片是行业主流,其中12英寸硅片格外受欢迎,出货面积连年保持增长。

据SEMI统计,年12英寸硅片的出货面积达79.3亿平方英寸,占全部半导体硅片出货面积的67.2%。根据ICInsights预测,年12英寸硅片产能占比有望提升至71.2%。

18寸(mm)硅片是12寸(mm)硅片发展的下一阶段,技术上目前已成功突破。但由于目前8寸和12寸的硅片已可以较好地满足目前的市场需求,且18寸硅片涉及的生产设备量产难度大,所需的固定成本投入高,产业链上下游对升级18寸硅片产线的动力非常有限。我们认为,在可预期的将来,市场的主流硅片尺寸仍将保持在8英寸和12英寸。

(2)按应用场景分类:从硅片在晶圆厂的应用场景来看,硅片可以分为挡片(DummyWafer)、控片(MonitorWafer)以及正片(PrimeWafer)。

其中挡片和控片一般是由晶棒两侧品质较差处所切割出来,用于调试机台、监控良率。随着晶圆厂制程的推进,基于精度要求及良率的考量,需要在生产过程中增加监控频率。

65nm制程每投10片正片,需要加6片挡控片,而28nm及以下制程,每10片正片需要加15-20片挡控片。

挡控片的用量巨大,为了避免浪费,晶圆厂往往会回收用过的挡片,经研磨抛光,重复使用,但挡片的循环次数有限,一旦超过门限值,则只能报废处理或当作光伏硅片使用。

而控片则需具体情况具体对待,用在某些特殊制程的控片无法回收使用,那些可以回收重复利用的挡控片又被称为可再生硅片(reclaimedwafer)。

3、半导体硅片的生产流程

半导体硅片生产流程复杂。

首先,沙子和矿石中的二氧化硅经过碳加热纯化,可制成纯度98%以上的工业级硅;在此基础上,通过化学反应将工业级硅生成三氯硅烷,再利用西门子方法,使用氢气将三氯硅烷还原为纯度达9-11个9的半导体级多晶硅。

半导体级多晶硅接着在石英坩埚中熔化,并掺入硼(P)、磷(B)等元素改变其导电能力,之后放入籽晶确定晶向,经过单晶生长,制成具有特定电性功能的单晶硅锭。

单晶硅锭再经过整型、切片、磨片倒角、刻蚀、抛光、清洗、检查、包装等工艺步骤,最终制造成为半导体硅片中最常见的抛光片。

在各生产环节中,半导体硅片需要尽可能地减少晶体缺陷,保持极高的平整度与表面洁净度,以保证集成电路或半导体器件的可靠性。

单晶生长是抛光片生产中最重要的一环工序,其技术主要分为直拉法(CZ)和区熔法(FZ)。

直拉法首先使用电阻或射频加热线圈,将多晶硅加热至熔化,再使用籽晶硅接触直拉装置与液体硅表面接触。接触后,由于温度差异,液体硅在晶种表面凝固,并生长产生相同晶体结构的单晶。与此同时,晶种以极缓慢的速度往上拉升,并伴随以一定的转速旋转,最终形成单晶晶棒。

该方案可以在拉晶过程中观察晶体的生长情况,但容易受到机械扰动的影响。区熔法通过加热丝在多晶硅锭局部形成熔融区,且该熔融区会从晶种端向硅锭末端慢慢移动。在凝固界面,杂质在熔融硅和晶体硅之间分布,并从晶种一侧被推向对面一侧。通过多次熔融精炼,最终就能获得高纯度的单晶硅。

但由于技术限制,区熔法仅能生产8寸(mm)及以下的硅片,且成本、产量、杂质控制等指标均不如直拉法,因而目前市场主流工艺均采取直拉法。区熔法生产的单晶硅大多用于功率晶体管、太阳能电池等。

除了最常见的抛光片,经过不同的加工工序,半导体硅片还有许多特殊产品,其中最主要的有外延片(EpitaxialWafer),绝缘体上硅(Silicon-On-InsulatorWafer)等。

外延片:

外延片的生产是将抛光片在外延炉中加热到1℃左右,然后让硅片与汽化的外延生长源相互接触,使硅片长上一层有一定厚度、以定电阻率、一定型号的新单晶。

常见的外延生长源主要为一氯化硅(SiCl)、二氯硅烷(SiHCl2)、三氯化硅(SiCl3)和四氯硅烷(SiHCl4)。相较抛光片,外延片具有更小的串联电阻,消除了CMOS的可控硅效应,以及许多在晶体生长和其后的晶片加工中所引入的表面/近表面缺陷。

SOI(绝缘体上硅):绝缘体上硅又称SOI,是一种新型结构的硅材料。

SOI呈三明治结构,最上面是顶层硅,中间是掩埋氧化层(BOX),下方是硅衬底。制备SOI的技术主要有注氧隔离(SIMOX)、键合减薄(BESOI)和智能剥离(Smart-Cut)等,当前最主流的技术是智能剥离。

SOI的优势有很多,包括速度高、功耗低、成本低、抗辐照特性好等。其中,SOI最为重要的优势在于,它可以通过氧化层实现高电绝缘性,进而大大减少硅片的寄生电容以及漏电现象。随着半导体制程工艺不断演进,SOI方案的优势逐渐凸显。

据MarketsandMarkets预估,SOI市场在至年期间平均复合成长率将达29.1%,年市场价值将有望达到18.6亿美元。

4、展望未来:三代半导正在崛起,但硅基器件仍为主流

半导体材料发展至今共有三代。第一代半导体以硅基、锗基半导体为首,技术成熟,应用广泛。第一代半导体材料的出现取代了电子管,引领了以集成电路为核心的微电子工业的发展和IT行业的飞跃。第二代半导体以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表。

一方面,第二代半导体的电子迁移率较硅基半导体更快,因此适用于高频传输,在无线通讯如手机、无线局域网、卫星定位等方面有应用。

另一方面,第二代半导体具有直接带隙,因此可适用发光领域,如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、光接收器(PIN)及太阳能电池等产品。

第三代半导体材料,主要包括SiC、GaN、金刚石等,因其禁带宽度(Eg)大于或等于2.3电子伏特(eV),又被称为宽禁带半导体材料。

第三代半导体材料目前研究重点多集中于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)技术,其中SiC技术进展最快,意法半导体目前已实现8英寸SiC的量产,预计在年,8英寸的SiC将会大批量出货。

硅基半导体始终是市场首选。

三代半导体材料之间并非替代关系,而是根据不同的特性,彼此相互补充,各自具有不同的应用场景。

硅片主要用于制造各类集成电路,技术成熟,成本稳定,应用广泛,是目前市场的主流选择。以SiC、GaN为首的第三代半导体材料在高温、高功率、高频和抗辐射等环境里表现更好,目前在射频器件、功率器件等方面得到广泛应用。

据Yole数据,年以SiC、GaN的第三代半导体的市场规模为14.93亿美元,但据MordorIntelligence数据,年半导体硅片的市场规模已达到.9亿美元。从市场规模来看,硅片仍是半导体材料的绝对主流。

二、需求分析:半导体终端需求旺盛,赋能硅片成长动力

全球硅片需求主要由半导体行业需求带动。硅片是半导体行业最重要的原材料,在硅基板上的生产的半导体器件应用于各种消费电子产品、汽车电子及工业控制领域,根据Gartner计,半导体行业下游市场主要可分为计算、无线通信、消费电子、汽车电子、工业电子、存储、有线通信七大类,年占比分别为30.8%、27.5%、10.5%、10.5%、8.3%、7.4%、4.8%,预计年全年销售额增速为9.5%。

1、12英寸与8英寸硅片需求均维持长期增长趋势

分器件来看,用8英寸晶圆与12英寸晶圆生产的半导体器件有所不同。

由于先进制程工艺主要在12英寸Fab厂进行生产,12英寸晶圆主要用于生产高算力的逻辑器件、DRAM存储器、3DNAND存储器、CMOS图像传感器等;8英寸晶圆主要用于生产CMOS图像传感器、功率分立器件、MCU、模拟器件、电源管理芯片、显示驱动芯片等成熟制程芯片。

由于用8英寸晶圆和12英寸晶圆所生产的半导体器件不同,其终端应用领域也有较大差别。

从终端应用市场规模来看,8英寸晶圆下游主要应用领域为汽车、工业、智能手机、白色家电、IoT等,其中汽车占比为33%,工业占比为27%,智能手机占比为19%;

12英寸晶圆下游主要应用领域为智能手机、PC、平板电脑、服务器、游戏、汽车、工业等,其中智能手机占比最大,达到32%,PC、服务器分别占比为20%、18%。

12英寸硅片:终端需求旺盛带动12寸硅片需求长期增长

从晶圆面积需求来看,终端需求的旺盛将带动半导体行业对晶圆面积需求的长期增长。

根据Siltronic统计数据,年12英寸晶圆面积需求最大的终端市场为智能手机市场,占比25%,其次为PC、工业、服务器、汽车市场。对晶圆面积需求最大的半导体器件为逻辑器件,占比34%,其次为3DNAND存储器、DRAM存储器、功率等其他器件。

自年下半年以来,全球缺芯潮带动了半导体行业景气度高涨,直接带动了行业对上游硅片需求增长。SEMI发布报告称,年第二季度全球硅晶圆出货面积再创新高,达到百万平方英寸,同比增长12%。

在多种终端应用的推动下,全球硅片的供需仍将保持紧张趋势,我们认为,5G手机、汽车电动化、ADAS、数据中心、IoT等行业趋势将带动半导体行业需求结构性改善,从而带动硅片需求的长期增长。

据SUMCO统计,2Q21全球12英寸硅片需求超过万片/月。

根据SUMCO发布的全球12英寸晶圆需求预测数据,年全球12英寸晶圆需求将达到万片/月,到年将达到万片/月,其中需求占比最大的终端应用为智能手机,其次为数据中心、PC/平板电脑、汽车,数据中心和汽车对12英寸晶圆的需求增长最为快速。

8英寸硅片需求:低扩产力度下8英寸硅片需求稳定增长

根据SUMCO数据显示,2Q21全球8英寸晶圆需求达到万片/月,受上述产业趋势的带动,模拟器件、功率分立器件、CMOS图像传感器等细分市场规模将稳步增长,为8英寸硅片需求增长提供长期稳定的驱动力。

从下游晶圆厂产能扩张来看,由于8英寸晶圆设备供应不足、二手设备难寻、晶圆厂扩张8英寸产能意愿不强等因素,全球8英寸晶圆产能扩产力度较小。

我们根据SEMI年2月份对全球8英寸晶圆产能展望,预计年全球8英寸晶圆产能将达到万片/月,年达到万片/月。

2、智能手机:5G手机渗透率提升带动硅片需求长期增长

智能手机市场对硅片需求增长的驱动力来自5G手机替换潮。随着5G通信的商业化应用铺开,5G手机的市场渗透率也不断提高。

相比4G手机而言,5G手机拥有更快的数据传输速度、更高的计算性能、更大的存储容量、更优秀的高清视频处理能力等优势,在处理器SoC、DRAM存储器、NANDFlash存储器、CMOS图像传感器、基带处理器、射频前端、电源管理芯片等芯片的性能需求上有较大的提升。

据SUMCO数据显示,5G手机比4G手机单机硅片面积需求量提升了70%,带动了智能手机市场对硅片的需求大幅增长。

5G手机市场渗透率不断提升将带动硅片需求长期增长。

年是5G手机大规模普及的元年,但由于疫情影响,全球智能手机销量有所下降,5G手机的普及速度也不及预期,全年渗透率不及20%。

但随着全球手机市场回暖、5G手机渗透率的不断提升,预计今年全球5G智能手机渗透率将提升至40%,智能手机市场将长期驱动硅片需求增长。据SUMCO预测,年全球智能手机市场对12英寸硅片的需求将超过万片/月。

3、PC/数据中心:疫情助推短期需求增长,长期动力源自数据流量

疫情引起“宅经济”,催动PC、平板电脑需求增长。年的疫情使得人们的学生、生活方式发生了一定改变,人们对远程居家办公、在线教育、线上娱乐的需求带动了PC、平板电脑需求增长,自2Q20起,全球PC、平板电脑的销量逐步提升,4Q20全球PC销量达万台,平板电脑销量达万台,均创近年来历史记录。

虽然由于PC市场季节性影响,1Q21出货量环比下降8.3%,但此次为年以来第一季度跌幅最小的一次。

根据SUMCO预测数据,年全球PC+平板电脑出货量将达未来五年峰值水平,PC出货量将超过3亿台,带动PC+平板电脑对全球12英寸硅片需求将在年有大幅增长,达到超过万片/月,其中NAND存储器在PC中的需求增长最大。

但随着3DNAND存储器的堆叠层数不断提高,单位晶圆面积的存储容量也将不断提升,因此后续PC市场NAND存储器对12英寸硅片需求贡献度将有小幅下滑。

数据中心需求增长是12英寸硅片需求长期增长的另一大动力。

短期来看,年疫情影响,在线会议、在线网课等需求带动全球服务器出货量在年Q2快速攀升,同比增长达18%。下半年随着疫情好转,服务器市场进入去库存阶段,出货量同比持平且略有下滑。

长期来看,随着云服务、5G通信、AI、IoT等产业趋势的快速发展,全球数据流量呈现爆发式增长,据SUMCO与CISCO预测,年全球IP流量将达到年的2倍。

从云厂商的资本支出来看,年FAAMG与中国BAT八大云服务厂商的资本支出不断走高,在年Q4资本支出共超过亿美元,创下历史记录。

这显示出云厂商对未来数据中心需求的预期一致乐观,对未来数据流量维持长期增长的信心。

数据中心对DRAM存储器、NAND存储器、CPU/GPU等处理器芯片的需求将驱动硅片需求保持长期增长趋势,根据SUMCO预测数据,年全球数据中心对12英寸硅片需求将超过万片/月,-年6年间CAGR约为10.8%。

4、汽车电子:电动化、智能化带动汽车硅含量长期增长

汽车电动化趋势将带动单车硅含量大幅提升。相较于传统内燃机汽车,新能源汽车对MCU、传感器、功率半导体等器件的需求大增,尤其是功率半导体器件增量最大。

汽车内部的电力输出需要通过MOSFET等功率器件转换实现,另外,IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用,是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。

根据StrategyAnalytics和英飞凌统计,48V轻混动汽车单车功率器件价值量约为90美金,而全插电混合动力汽车和纯电动汽车(BEV)中功率器件的单车价值量约为美金,是前者的接近4倍。

汽车智能化程度的提升对汽车芯片性能提出了更高要求。

随着汽车智能化及车联网的发展,ADAS、座舱娱乐、V2X都对汽车芯片的运算能力和连接能力有更高的要求,因为自动驾驶技术需要处理大量图像信号、雷达信号等并在极短的时间内进行数据的运算、融合、决策,座舱娱乐需要智能手机、平板电脑级的处理器芯片,V2X需要汽车在极短的延迟时间内与其他车辆或路端、云端进行实时连接。

自动驾驶级别的增长要求算力指数级别的增长和传感器等感知芯片的数量增长,从而带动汽车所需芯片面积的增长。

从整车角度来看,新能源汽车单车对硅片面积的需求将是内燃机汽车的2倍。

据SUMCO测算数据,内燃机汽车单车对硅片面积需求约为8.9平方英寸,混合动力汽车对硅片面积需求约为19.4平方英寸,纯电动汽车对硅片面积需求约为17.9平方英寸,ADAS对硅片面积需求约为4.4平方英寸。

时代潮流浩浩荡荡,新能源汽车将逐步取代内燃机汽车。

由于环保减碳需求的驱动,世界主要国家均出台了内燃机汽车禁售规划,预计到年,全球主要国家将不再销售新的内燃机汽车,混合动力汽车、电动汽车将全面取而代之。

随着新能源汽车、ADAS市场渗透率逐步提升,全球汽车市场对硅片的需求量也将稳步提升。

根据SUMCO预测数据,预计到年全球汽车市场对硅片的需求量将超过万片/月等效8英寸晶圆。

分晶圆尺寸来看,8英寸晶圆需求增长最大,年将达到万片/月;而12英寸晶圆年需求将达到37万片/月。

三、供给分析:海外厂商主导,国产替代空间广阔

1、全球竞争格局稳定,海外厂商主导,国产替代空间大全球硅片出货量8年至今整体呈波动上涨趋势。

8年经济危机使得硅片产业受挫,9年全球硅片出货量同比下滑17.57%。-年全球经济逐渐复苏,支撑硅片产业反弹,但由于全球经济仍然低迷,四年来出货量维持相对稳定水平。

年至今,受到下游新兴应用领域崛起及12英寸半导体硅片技术的普及,出货量整体逐步攀升,年达到.33亿平方英寸。

年全球硅片出货量同比下降7.25%至.1亿平方英寸,主要由于存储器市场疲软和库存正常化所致,年市场出货量同比上升5.06%。

年开始硅片价格重回上升通道。

9-年在后金融危机影响下,全球主要硅片制造商取消扩产计划导致供给端收缩,因此硅片价格呈小幅上升趋势。

但年开始,硅片价格开始不断下滑,硅片价格由年的0.96美元/平方英寸下降至年的0.67美元/平方英寸,主要由于制造商扩产计划顺利实施使得硅片市场产能过剩。

在经历了六年的持续下滑后,硅片价格在年重回上升通道,-年硅片价格由0.74美元/平方英寸上涨至0.95美元/平方英寸,主要由于新能源汽车等新兴市场快速发展、5G手机的快速渗透带来半导体终端市场需求强劲,市场供需结构发生变化。

年下半年以来,全球半导体行业景气度持续高涨,上游硅片市场亦不例外。

受益于下游需求持续旺盛,全球半导体硅片大厂自年底纷纷表示涨价意愿。

年12月,环球晶圆率先提出提高现货市场硅晶圆价格的意向,并表示公司12英寸、8英寸、6英寸晶圆生产线均处在满负荷运行。

年3月,全球第一大半导体硅片厂商信越化学宣布从4月起对其所有硅产品价格提高10%-20%,主要由于硅酮主要原材料金属硅成本上升及中国市场需求的强劲增长导致供应短缺,这也是信越化学自年1月以来的首度涨价。

硅片大厂扩产谨慎,头部玩家格局稳定。

8年金融危机爆发,使得电子产业受到冲击,芯片需求量大幅下降,硅片大厂SUMCO取消了至年产能扩充计划。

年全球经济逐步复苏,带动全球厂商开始恢复扩产,但受到此前客户需求预测指引,产能过剩且市场复苏进度缓慢使得全球硅片厂商扩产相对谨慎。

年起供需结构生变,硅片价格逐步回升;年市场开始供不应求,全球硅片主流厂商纷纷恢复扩产计划,主流供应商一方面通过购置设备及对工艺改进扩产,另一方面通过新建厂房实现扩产,但新建厂房周期较长,平均需要2-3年,因此部分新建厂房产能从年开始逐步释放。

根据SUMCO的预测,未来全球12英寸硅片产能规模仍会持续扩张,但硅片大厂整体扩产较为谨慎,产能增速平缓,叠加下游需求快速增长,因此供需关系在未来3-4年内整体偏紧。SUMCO、信越及世创三家主流硅片厂商资本开支也印证了上述观点,年三家资本开支分别同比下降9.36%、13.67%和48.48%,说明半导体硅片海外主要供应商扩产相对谨慎。

回顾硅片产业的发展,并购是最有效的扩张方式。

无论是信越、SUMCO还是环球晶圆等,均通过并购不断扩大市占率。其中,信越在年并购了HITACHI,就此一跃成为全球硅片行业龙头。

SUMCO前身为SiliconUnitedManufacturingCorp.,于2年并购SUMITOMO和MITSUBISHI后正式更名,后于6年进一步并购了KOMATSU。

SKSiltron于年收购LGSiltron,年收购杜邦SiC晶圆事业部。

环球晶圆在年从中美硅晶分割独立后,先后于年、年收购CoorsTek、Topsil和SEMI,年11月环球晶圆宣布收购世创,完成合并后环球晶圆将成为仅次于信越的全球第二大硅片厂商,进一步提升了硅片市场集中度,至此全球前五大硅片供应商变为四大,分别为日本信越、环球晶圆、SUMCO和SKSiltron,年合计占据全球硅片市场87%的市场份额。

2、半导体材料国产化势在必行,本土硅片厂商加速布局

在当前硅片制造市场中,以信越、SUMCO等国外及中国台湾环球晶圆为代表的硅片厂商仍占据主要市场份额。根据芯思想和沪硅产业招股说明书统计,-年全球前五大硅制造商近三年合计占比分为别92.57%、88%和87%。

但从趋势来看,全球前五大硅片制造商合计占比逐步下降,中国大陆硅片制造商加速扩产挤压头部厂商份额。

目前国内晶圆需求端占据全球市场6%左右,若包括国外在大陆建厂的晶圆厂商,总体需求占比约为全球晶圆需求的15%。

根据SUMCO预测,未来需求仍会持续稳定提升。根据芯思想统计,国内对12英寸硅片需求量为每月万片,预计到年12月能达到-万片。

根据SEMI的预测,全球的半导体制造商预计将在年前开建29座高产能晶圆厂,其中16家分布在中国大陆和中国台湾,而其中绝大部分将为12英寸晶圆厂,因此晶圆厂对12英寸硅片的需求不断增长。

由于硅片面积越大,使用率越高,能有效降低单位成本的特点,大尺寸硅片逐渐成为主流,目前全球硅片供给市场以8英寸和12英寸硅片为主。

但国内硅片制造由于受到技术工艺和成本影响,大多企业供应6英寸以下硅片。目前国内硅片厂商中仅有部分企业拥有8英寸和12英寸硅片产能,但长远看整体发展趋势良好。根据芯思想统计,年中国内地8英寸抛光片和外延片装机产能分别为万片/月和.5万片/月,预计年将分别达到万片/月和万片/月,预计分别同比增长26.7%和8.86%。

国内12英寸硅片产线大部分还未大规模投产使用,但随着12英寸硅片生产技术的逐步成熟及CPU/GPU等逻辑芯片和存储芯片的需求增加,未来将逐步向12英寸硅晶圆过渡。

国内具备12英寸硅片供应的厂商有沪硅产业(上海新昇)、重庆超硅、西安奕斯伟、中欣晶圆、中环领先、立昂微(金瑞泓)等6家公司,拥有12寸生产线的厂商超过15家。

根据芯思想统计,年中国内地12英寸抛光片和外延片装机产能分别为41.5万片/月和7.5万片/月,预计年分别达到.5万片/月和23.5万片/月,增长迅速。

据ICInsights统计数据,年中国硅晶圆产能万片/月,中国大陆硅晶圆产能占全球硅晶圆产能12.5%。

中国政府鼓励半导体材料国产化,支持我国厂商进行研发,使得国内硅片技术不断进步。随着半导体制造硅晶圆产能持续向中国转移,ICInsights预计年中国大陆晶圆厂产能将达万片/月,占全球产能17.15%。

国内硅片厂商不断崛起,8英寸及12英寸硅片产能在全国各地分布广泛,本土制造商如雨后春笋般涌现。中国内地8/12英寸抛光片、外延片相关布局如下:

四、把握国产替代东风,国产厂商加速扩产

目前全球半导体硅片市场被日本、德国、韩国、中国台湾等国家和地区的五家厂商垄断近九成市场份额。国内半导体硅片行业起步较晚,年以前12英寸半导体硅片几乎全部依赖进口。

年沪硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先实现12英寸硅片规模化销售的企业,打破了12英寸半导体硅片国产化率几乎为0%的局面。

中国大陆硅片整体产能加大投入,目前从事硅片生产的厂商主要有沪硅产业、中环股份、立昂微、中欣晶圆、超硅、神工股份等十余家。

各硅片厂商纷纷投产8英寸及12英寸大硅片项目,其中沪硅产业8英寸硅片产能达到45万片/月,其中包括外延片及抛光片合计产能40万片/月,及SOI硅片5万片/月,12英寸硅片达到25万片/月;

中欣晶圆8英寸和12英寸硅片产能分别达到45万片/月和10万片/月;

中环天津和宜兴工厂8英寸硅片产能合计60万片/月,12英寸硅片产能分别为2万片/月和5-10万片/月,且江苏基地将启动二期项目,持续为未来大尺寸硅片扩产助力。

行业公司:沪硅产业、立昂微、中环股份和超硅股份等国内主要硅片制造厂商,其他中国大陆硅片制造厂商中神工股份、中欣晶圆等。

1、沪硅产业:半导体硅片龙头,引领国产替代之路

公司主营业务为半导体硅片的研发、生产和销售,是我国大陆地区率先实现SOI硅片和12英寸硅片规模化销售的企业。公司提供的产品类型涵盖12英寸抛光片及外延片、8英寸及以下抛光片、外延片及SOI硅片。

公司拥有众多国内外知名客户,包括台积电、台联电、格罗方德等国际芯片厂商以及中芯国际、华虹宏力等国内所有主要芯片制造企业,客户遍布全球各地。目前沪硅产业占全球半导体硅片市场份额2.18%。

国内首个SOI硅片生产厂商,实现12英寸硅片国产化。

年10月成功拉出第一根12英寸单晶硅锭,公司子公司新傲科技采用Soitec专有SmartCut技术制作8英寸SOI晶圆生产成功,实现年产能18万片。年打通了12英寸半导体硅片全工艺流程,年最终实现了12英寸半导体硅片规模化生产,填补了中国大陆12英寸半导体硅片产业化的空白。

公司目前能供应4英寸到12英寸的半导体硅片,其中12英寸半导体硅片产品已实现14nm及以上技术节点的全覆盖和国内12英寸客户全覆盖。

公司-年12英寸硅片产能分别为10万片/月、15万片/月和20万片/月,根据公司半年报,年12英寸硅片产能将增长至30万片/月,同比增长50%。

公司年8英寸硅片产销量分别为万片亿元和.04万片,同比分别上涨24.25%和13.65%,12英寸硅片产销量分别为.36万片和90.46万片,同比分别上涨43.58%和32.19%。

从营收来看,公司年8英寸硅片营收占比69.29%,仍为公司主要收入来源,但12英寸硅片营收同比高速增长46.85%。未来随12英寸硅片制程加快,产能不断增加,12英寸硅片产销量及营收将快速提升。

2、中环股份:光伏+半导体双轮驱动,半导体业务进展顺利

公司主营业务围绕硅材料展开,专注单晶硅的研发和生产,以单晶硅为起点和基础,定位战略新兴产业,朝着纵深化、延展化方向发展。纵向在半导体制造和新能源制造领域延伸,形成半导体板块,包括半导体材料、半导体器件、半导体封装。

中环股份年启动8-12英寸大直径硅片项目建设,规划8英寸、12英寸硅片产能为万片/月和62万片/月。年天津工厂已实现8英寸硅片产能30万片/月,宜兴工厂也预计达到30万片/月,12英寸硅片产能分别为2万片/月和5-10万片/月。

目前公司集成电路用8-12英寸半导体硅片生产线项目募集资金总额45亿元,截至年项目进度已达51.16%。

公司计划在年度实现中环领先内蒙古基地Fab2晶体生长工厂的投产,天津基地8英寸功率半导体产品的进一步扩能,江苏基地8-12英寸二期项目的启动,扩大在该领域的市场份额,公司预计年12英寸硅片产能将达到17万片/月。

公司-年半导体材料营收分别为10.13亿元、10.97亿元和13.51亿元,占总营收比例分别为7.36%、6.5%和7.09%,营收占比不大,但营收整体呈增长趋势。

公司年半导体产销量分别为6.31亿平方英寸和6.27亿平方英寸,同比分别增加37.65%和38.74%,主要由于公司12英寸晶圆在关键技术、产品性能质量取得重大突破,已量产供应国内主要数字逻辑芯片、存储芯片生产商,同时,5寸、6寸及8寸业务增长稳定。

年公司将持续加大对中环领先内蒙古基地、天津基地和江苏基地的投资和资产结构调整,扩大半导体硅片领域市场份额。

3、立昂微:三驾马车齐拉动,产业一体化优势明显

公司主营业务微半导体硅片和半导体分立器件芯片的研发、生产和销售,以及半导体分立器件成品的生产和销售。

公司子公司浙江金瑞泓、衢州金瑞泓主要从事半导体硅片业务(不包括12英寸半导体硅片),主要产品包括硅研磨片、硅抛光片、硅外延片等。公司半导体硅片-年营收分别为7.98亿元、7.59亿元和9.73亿元,占总营收比例均为65%左右,较为稳定。

公司拥有完备的4英寸、5英寸、6英寸及8英寸硅片产品结构,年产能达到近万片。立昂微于4年量产销售6英寸半导体硅片,9年量产销售8英寸硅片。

年已具备全系列硅片批量生产能力并开发12英寸单晶生长核心技术。年已具备12万片/月的8英寸硅片生产能力,今年将加大现有6英寸硅片生产线技术改造,并完成衢州基地8英寸及12英寸扩建,进一步扩充产能。

公司预计年资本支出主要依然集中在硅片项目上,对12英寸硅片发展愈加重视,预计“年产万片集成电路用12英寸硅片项目产能建设”在资本支出中占比59%。公司预计年12英寸硅片年产能达到万片。

4、神工股份:刻蚀用单晶硅材料领军者,积极布局硅片市场

公司主营业务为单晶硅材料、硅零部件、半导体级大尺寸硅片及其应用产品的研发、生产和销售。公司以生产技术门槛高,市场容量比较大的轻掺低缺陷抛光硅片为目标。

公司8英寸半导体级轻掺低缺陷单晶硅材料研发项目进展顺利。研发团队实现热系统封闭、多段晶体电阻率区间控制、晶体稳态化控制,目前已成功完成晶体生长;晶体的COP等原生缺陷已得到有效控制,可以初步满足集成电路客户对硅片缺陷密度的需求。

公司已经打通抛光硅片的产线,8英寸半导体级硅抛光片项目有序推进。

神工股份年半导体单晶硅及相关产品营业收入为1.83亿元,毛利率为76.71%。

神工股份募投项目新增年产万片8英寸半导体级硅单晶抛光片以及36万片半导体级硅单晶陪片,年实现8,片/月的生产规模。未来产能规模扩张值得期待。

5、超硅股份:中国大陆领先的大尺寸硅片生产厂商

超硅(AST)目前拥有上海超硅半导体有限公司和重庆超硅半导体有限公司。重庆超硅半导体目前设计产能为50万片/月,目前公司产品包含了6英寸、8英寸、12英寸和18英寸硅片。

年4月重庆超硅开始建设大陆第一条规模化8英寸返抛与测试片生产线,年8月成功拉出直径80mm的单晶硅棒。

年“极大规模集成电路用mm(含mm)单晶硅晶体生长与抛光硅片及延伸产品”项目开工。年5月成功拉出8英寸单晶硅棒,9月成功拉出12英寸单晶硅棒,第一批IC级单晶硅顺利下单,共计投资50亿元,年产达到万片,年第一批8英寸硅片产品出厂发货。

上海超硅成立于8年7月,主要产品包括mm的抛光片、氩气退火片和外延片,mm的抛光片等。

上海超硅目前拥有先进的mm硅片全自动智能化生产线,并通过自主研发掌握了大尺寸单晶硅晶体生长技术。此外,公司核心设备晶体生长炉也由其自主设计制造。

年7月,公司mm全自动智能化生产线项目正式开工建设,该项目总投资约亿元,项目包括AST综合研究院、mm全自动智能化生产线、mm中试生产线、先进装备研发中心、人工晶体研发中心等。

根据规划,项目建成后将形成年产万片mm抛光片和外延片,以及12万片mm抛光片生产能力。

五、风险因素

1、宏观经济及国际环境变化的风险。

2、终端需求不及预期的风险。

3、硅片行业竞争加剧风险。

4、技术更迭的风险。

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