半导体行业深度：半导体硅片行业全攻略

1 行业及产业 行业研究/行业深度 证券研究报告 电子/ 半导体 2020 年 09 月 24 日 半导体硅片行业全攻略 看好 ——半导体行业深度 相关研究 "集成电路全产业链迎新政策红利-《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》解读" 2020 年 8 月5 日 证券分析师 杨海燕 A0230518070003 yanghy@swsresearch.com 联系人 杨海燕 (8621)23297818×7467 yanghy@swsresearch.com 本期投资提示：  半导体产业内涵丰富，涵盖材料至芯片。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。提尔在德仪用拉单晶方法制成了世界上第一枚硅晶体管，才开启了硅为主体的固态电子时代。除硅、锗等单元素半导体外，通过结合元素周期表第四族两边的元素，改变晶体的原子结构，形成 GaAs、SiC、GaN 等二元化合物半导体材料。化合物半导体的优越性能主要体现在速度、感光性以及功率三个方面。  半导体硅片是生产集成电路、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料，目前 90%以上的半导体产品使用硅基材料制造。硅作为半导体材料的优势：1）硅在地球上储量达到26.8%，仅次于氧；2）硅的能隙较大，使其具有较高的操作温度及较低的漏电流；3）硅片表面的 SiO2 层能耐高温，对硅片起保护作用。半导体硅片是生产集成电路、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料。  硅晶圆厂商将多晶硅加工成硅片。硅晶圆制造厂将此多晶硅加热融解，并于熔融液掺入一小粒的硅晶体晶种，将其缓慢地拉出成形，让多晶硅被拉成不同直径大小的单晶硅晶棒，因硅晶棒是由一颗小晶粒在熔融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为长晶。硅晶棒再经过切片、磨片、倒角、热处理、抛光、清洗等加工制程，即可成为集成电路产业重要原料硅晶圆（硅片），硅片表面的平坦度为 1 微米以下。  半导体硅片占半导体制造材料市场规模比重约 37%，位于半导体制造三大核心材料之首。每块空白硅晶圆经过复杂的化学和电子制程后，可布设多层精细的电子电路，在晶圆厂内制造芯片电路后，再经切割、测试、封装等程序，即成为一颗颗 IC。半导体材料材料按应用领域分为晶圆制造材料和封装材料。晶圆制造端材料包括硅晶圆、光刻胶、光掩膜版、特种气体、CMP 抛光材料、湿电子化学品、溅射靶材等组成，后端封装材料包括导线架和基板、陶瓷封装、封装树脂、焊线和黏合剂等。其中，硅晶圆、特种气体、掩膜版的市场规模占比较大，且以美日企业为主导。  硅晶圆市场周期性存在以下主要特点: 1)12“硅晶圆需求景气主要由手机、PC、Tablet 等消费电子产品创新周期驱动，8”硅晶圆需求由汽车电子、功率、指纹识别等产品需求。2）由于下游电子产品对硅片需求不断增长，全球 12 英寸出货量呈现稳定上升趋势。2013-2019，全球 12”硅晶圆月出货量从 4KK 提升到 6KK。3）硅晶圆行业价格受开工率、客户库存以及终端产品价格等因素影响，由于重资产属性，硅晶圆代表企业盈利能力也受波动影响。4）由于硅晶圆供应商 50%以上集中于日本，而半导体产业相对分散于全球，因此日元汇率也是造成硅晶圆与半导体市场周期背离的重要原因。2019Q4 季度，8”及 12”硅晶圆市场需求均见底，自 2020Q1 起 200mm/300mm 需求稳步回升。  建议重点关注国产替代的沪硅产业、中环股份、神工股份，国内硅晶圆产业起点低、起步晚，在下游晶圆厂及 IC 设计国产化趋势下，上升空间巨大。  风险提示：技术追赶进度、新产品送样不及预期。 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 2 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 2 页 共 30 页 简单金融 成就梦想 投资案件 结论和投资建议 半导体材料技术壁垒高，半导体行业国产化必然引发硅材料国产化需求。建议重点关注国产替代三个上市标的沪硅产业、中环股份、神工股份。 原因及逻辑 1）跟随摩尔定律演进，集成电路制造所用的主流晶圆直径从 4 英寸、6 英寸、8英寸发展到 12 英寸。新兴需求迭起，8 寸晶圆厂出现阶段性产能紧张；此外，450mm晶圆投产节奏一再低于预期，节奏上给后进厂商追赶机会。 2）从硅晶圆材料到芯片的国产化率均较低，12 英寸晶圆从 2018 年才开始有所突破。8 英寸晶圆在成熟制程及特殊制程具有优势，需求占比预计将维持 20%以上。8 英寸产线因折旧完毕具有成本优势，同时在模拟电路、高功率等晶圆生产具有优势。据SEMI 最新报告，2019 年底有 15 个新 Fab 厂开工建设，总投资金额达 380 亿美元，其中约有一半用于 8 英寸晶圆尺寸，为国产化提供了条件。 有别于大众的认识 市场认为国内硅晶圆会过度投资，我们认为国内硅晶圆产业起点低、起步晚，且长晶技术是决定硅片参数的核心环节，主要体现在炉内温度的热场和控制晶体生长形状的磁场设计能力。硅抛光晶圆的主要技术指标包括直径、晶体工艺、掺杂剂、晶向、电阻率、厚度等，其他质量指标包括缺陷密度、氧含量、碳含量、翘曲度等，其中大部分参数由长晶技术决定。下游芯片制程的技术节点越先进，对应的硅片上述指标控制越严格，不同的技术节点对应的指标控制参数会有相差。因此，硅晶圆产业技术难度决定了产业链公司从研发到具有市场竞争力，仍然是漫长的过程，只有技术积累和人才优势的厂商可以实现率先量产，此外扩产周期也受到半导体市场周期影响，因此只有少数公司可以在国产化实现弯道超车。 风险提示：技术追赶进度、新产品送样不及预期。 sPqMsQvNyQaQ8QbRoMnNpNnNkPnNuNfQtRtO7NnMrPNZnMsRNZoPvN3 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 3 页 共 30 页 简单金融 成就梦想 1.硅片，从沙石到电路的载体 ............................................... 6 1.1 半导体材料纵观 ............................................................................................. 6 1.2 从矿石到芯片 ................................................................................................. 6 2.硅晶圆的三种重要分类....................................................... 9 2.1 按制程分类 ..................................................................................................... 9 2.1.1 抛光晶圆