Table_Yemei0 行业研究 ·深度报告 2020 年 08 月 27 日 Table_Title1 半导体设备和材料 受益本土客户扩张 硅片国产化已现曙光 Table_summary1 半导体材料处于产业链上游，细分领域众多，硅片是其中市场规模最大的一类 材料 。 半导体材料广泛应用于制造和封测过程， 2019 年全球半导体材料的规模为 520 亿美元，半导体制造具有高度精细化和专业化的特点，涉及到的材料品类众多且各个子行业各有其技术壁垒，子行业企业彼此之间竞争关系较弱。半导体硅片是制作芯片等的衬底材料，全球半导体硅片市场规模在百亿美元级别，是市场规模最大的一类半导体材料。 全球硅片供给高度集中，已走出产能过剩的低谷期 。 全球半导体硅片高度集中在前五家厂商，合计市占率约 90%，前两大日本企业市占率约 50%，产品品质和多样性有明显领先优势。 2006-2007 年基于对半导体市 场的乐观预期，各大硅片厂均开启了扩产，但此后市场需求大幅低预期，硅片行业供需失衡明显，产品价格、开工率全面下滑，一线企业甚至出现过负毛利率的情况。直到 2017-2018年硅片价格开始回升，全行业经历了漫长的低谷期，逐渐开始新一轮扩产。 国内半导体产业的发展会带动材料国产化，半导体硅片已有大量规划产能。半导体制造的供应体系是相对稳定和封闭的，而半导体硅片本就是国产化相对薄弱的环节，近年来国内有大量晶圆制造的新增产能，这些企业对半导体硅片的采购仍以进口为主， 8 寸片国产化率约 10%， 12 寸片基本完全依赖进口，国产替代有很大的空间。从产业安全的角度考虑，支持国产硅片的发展具有迫切性。近年来在政策与市场的刺激下，国内 8 寸片和 12寸片已有上千亿的项目投资规划，融资需求较大。 业务建议及风险分析 。（ 1） 建议关注 12 寸片项目国产化的突破，重点布局配套成熟制程，在细分领域定位清晰的 8 寸片项目 。 （ 2）关注海外并购机会 。（ 本段有删节， 招商银行各部如需报告原文请以文末联系方式联系招商银行研究院。） Table_Author1 龙云露 行业研究员 ： 0755-82904130 ： longyunlucmbchina 相关研究报告 半导体行业报告（上篇） 产业转移持续深入，进口替代分阶突破 半导体行业报告（下篇） 深耕行业龙头，重点把握晶圆制造业机会 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei1 行业研究 ·深度报告 1/3 目 录 1硅片是市场规模最大的一类半导体材料 . 1 2硅片行业规模主要受价格影响，全球供给高度集中 . 6 2.1 需求短 期受疫情影响，中长期应用领域正在拓展 . 6 2.2 通信、汽车电子的发展是拉动需求的主要力量 . 8 2.3 行业呈现高集中度、长周期的特征 . 11 3国产替代空间巨大，产能规划宏大 . 14 3.1 国内半导体产业的发展将全面 带动上游材料的需求 . 14 3.2 进口替代与产业安全视角下，半导体硅片迎来发展期 . 16 3.3 国内大硅片产能规划宏大 . 16 4业务建议及风险分析 . 19 4.1 业务建议 . 19 4.2 风险分析 . 19 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei1 行业研究 ·深度报告 2/3 图目录 图 1：半导体和集成电路市场规模结构 . 1 图 2：集成电路三大核心环节介绍 . 1 图 3：半导体硅片产业链及市场规模（ 2019 年） . 2 图 4： 2018 年全球半导体材料市场结构 . 2 图 5：半导体硅片（抛光片及外 延片）制作流程 . 4 图 6：半导体硅片尺寸演进 . 4 图 7： 8 寸片与 12 寸片可使用面积对比 . 4 图 8：半导体硅片出货面积 . 5 图 9：半导体硅片份额：按尺寸 . 5 图 10：不同尺寸产品、工艺制程及主力晶圆尺寸 . 5 图 11：硅片按工艺分类 . 6 图 12：全球半导体市场规模和硅片出货面积 . 7 图 13：全球半导体硅片价格 . 7 图 14： 12 寸硅片客户库存水平 . 8 图 15： 2018 年 12 寸硅片下游应用占比 . 9 图 16： 4G 手机与 5G 手机芯片用量对比 . 9 图 17： 4G 手机与 5G 手机单机硅片面积对比 . 9 图 18： 5G 手机换代对硅片需求的拉动（等效为 12 寸片 ） . 10 图 19： 8 寸片下游直接应用 . 10 图 20： 8 寸片终端应用场景 . 10 图 21：汽车自动驾驶系统市场规模 . 11 图 22：自动驾驶对硅片需求的拉动 . 11 图 23：全球半导体硅片市占率 . 11 图 24： SUMCO 营业收入及营业利润 . 12 图 25：合晶科技营业收入及营业利润（合晶科技主营 8 寸及以下尺寸硅片） . 12 图 26： 12 寸片月度产能（ k wafer/month） . 13 图 27： 8 寸片月度产能（ k wafer/month） . 13 图 28：海外企业 12 寸硅片扩产计划 . 13 图 29： 2020 年 Siltronic 资本开支计划较 2019 年明显缩减 . 14 图 30：中国大陆芯片制造产能分布 . 14 图 31：中国大陆晶圆厂项目情况 . 14 图 32：半导体工艺发展：摩尔定律与超 越摩尔定律 . 15 图 33： 8 寸晶圆厂每 1 万片月产能所需设备数量明显低于 12 寸产线 . 15 图 34： 2018 年中国 MOSFET 销售额占比 . 18 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei1 行业研究 ·深度报告 3/3 表目录 表 1：国内半导体硅片产线梳理（包含规划中产线） . 17 表 2：国内可用于功率器件制造的晶圆产能集中在 8 寸及以下 . 18 附录 附录 1 ：近年新建及规划的主要晶圆厂（不含现厂扩产）一览 . 1 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei2 行业研究 ·深度报告 1/19 1硅片是市场规模最大的一类半导体材料 半导体设备和材料的市场规模都在百亿美元级别，但支撑着 10 倍于自身规模的半导体制造，而半导体制造又是发展电子信息通讯等各个产业的关键。2019 年全球半导体销售额 4121 亿美元，其中集成电路（ IC）产业销售额占比超过 80%，是半导体产业的核心。半导体设备和材料广泛应用于 IC、 LED、MEMS、分立器件等领域，其中 IC 领域应用占比和难度最大。 图 1：半导体和集成电路市场规模结构 资料来源：全球半导体贸易统计组织（ WSTS），招商银行研究院 IC 产业技术工艺复杂，尤其随着先进制程的发展，工艺精细度要求越来越高，这使得几十年发展下来，形成了高度专业化的分工，不仅有 IC 设计、晶圆制造和封装测试 三大核心环节，这三大环节也有进一步分工，并延伸出了相应的产业链。例如 IC 设计的上游有专业的 IP 和 EDA 公司，晶圆制造和封测也需要配套的各类设备和材料供应商。半导体硅片就是典型的制造材料。 图 2：集成电路三大核心环节介绍 资料来源：硅产业，招商银行研究院 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei2 行业研究 ·深度报告 2/19 图 3：半导体硅片产业链及市场规模（ 2019 年） 资料来源： Siltronic，招商银行研究院 作为百亿美元级别的行业，半导体材料的市场规模不算很大，但其内部材料种类繁多，单一产品市场规模小、技术要求高、子行业之间差异较大。全球范围来看，不存在纯粹只提供半导体材料的龙头公司，规模较大的材料企业除半导体材料外，主营业务往往还涉及其他化学品领域。不同细分行业的龙头企业之间竞争关系也比较弱，例如硅晶圆和光刻胶的代表企业信越化学和杜邦公司，半导体材料都只是他们业务的一部分。在主要制造材料中（即硅片、光刻胶及配套化学品、电子气体、光掩模、抛光材料、湿法化学品与溅射 靶材），硅片的市场份额约 36%，是规模最大的一类半导体材料 。 图 4： 2018 年全球半导体材料市场结构 资料来源： SEMI，招商银行研究院 硅片37%电子气体13%光掩模12%光刻胶配套化学品7%抛光材料7%湿法化学品6%光刻胶5%溅镀靶材2%其他11%敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei2 行业研究 ·深度报告 3/19 第一代半导体材料包括硅（ Si）、锗（ Ge）；第二代半导体材料包括砷化镓（ GaAs）锑化铟（ InSb）； GaAsAl、 GaAsP 等化合物半导体；第三代半导体材料包括碳化硅（ SiC）、氮化镓（ GaN）、氧化锌（ ZnO）为代表的宽禁带材料。在材料领域第一、第二和第三代的分类并不代表“后一代优于前一代”，第三代半导体正在高速发展中，第一、二代材料也仍在产业中大规模应用。 目前 90%以上的 IC 产品和太阳能产品是由硅基材料制作。作为衬底材料，硅片主要应用于太阳能与半导体两大领域，在半导体行业中硅片也被称为硅晶圆，应用于 这两大领域的硅片的主要差异有： 1、外观差异，硅晶圆为圆片，一般以直径区分规格，具体从 50.8mm 到450mm 不等，通常被称为 6 寸片、 8 寸片 (200mm)、 12 寸片 (300mm)、 18 寸片 (450mm)。太阳能硅片为了便于定型和安装，外观为方片或准方片，一般以边长区分规格，具体有 M2（ 156.75mm）、 G1（ 158.75mm）、 M6（ 166mm）、 M10（ 182mm） G12（ 210mm）等。 2、原料差异，生产半导体硅片需要用到电子级多晶硅，电子级多晶硅料的纯度至少要求 9 个 9，部分工艺甚至要求 12 个 9 及以上。太阳能级多晶硅纯度 6-9 个 9 即可。此外电子级硅料对杂质控制有苛刻要求，例如三氯氢硅除硼就是国内电子级多晶硅材料生产的技术瓶颈之一。 3、衡量半导体硅片的参数更多，硅晶圆不仅在平整度、光滑度、洁净度方面比光伏硅片要求更高，还由于半导体产品的多样性，客户会根据产品特点对硅晶圆的参数提出偏定制化的要求。制作方面硅晶圆需要经过抛光、反复清洗等环节，部分特殊工艺的硅晶圆制造过程还需要外延等进一步加工。 半导体硅片的制造过程大致为：超纯多晶硅熔化后，掺入硼（ P）、磷（ B）等元素改变导电能力，放入籽晶经过单晶 生长制成单晶硅锭，单晶硅锭经过切片、研磨、蚀刻、抛光、外延（如有）、键合（如有）、清洗等工艺步骤，制造成为半导体硅片。芯片制造的过程是通过在硅片上反复循环光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积等前道工艺，改变材料的导电性和构建电晶体结构，最终形成半导体器件，因此硅片的各项参数和品质对芯片质量和良率会产生直接影响。 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei2 行业研究 ·深度报告 4/19 图 5：半导体硅片（抛光片及外延片）制作流程 资料来源：硅产业招股说明书，招商银行研究院 半导体硅片一般按照尺寸、工艺和使用场景分类 。 半导体硅片的尺寸（以直径计算）主要有： 50mm（ 2 英寸）、 75mm（ 3英寸）、 100mm（ 4 英寸）、 150mm（ 6 英寸）、 200mm（ 8 英寸）与300mm（ 12 英寸）等规格。 尺寸方面， 大尺寸是硅片制造技术进步的方向 。半导体硅片的直径越大，在单片硅片上可制造的芯片数量就越多，分摊的单位成本下降。此外在圆形的硅片上制造矩形的芯片会使硅片边缘一些区域无法被利用，而大直径硅片可以有效减少边缘区域，进而提高可使用率，在同样的工艺条件下， 12 寸片的可使用率（衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标）是 8 寸片的 2.5 倍左右。 图 6：半导体硅片尺寸演进 图 7： 8 寸片与 12 寸片可使用面积对比 资料来源： 芯片制造，招商银行研究院 资料来源：联华电子官网，招商银行研究院 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei2 行业研究 ·深度报告 5/19 目前 8 寸片与 12 寸片是市场主流产品。 2018 年全球硅片出货量中 8 寸和12 寸片占比分别为 26%、 64%，晶圆制造产线的制程和尺寸这两个参数一旦确定下来一般无法更改， 8 寸和 12 寸晶圆针对的主力产品不同，但部分需求也有交叉。 12 寸作为最主流的晶圆尺寸，主要用于制造 CPU、逻辑 IC、存储器、高性能 FPGA 与 ASIC 等高性能芯片。 8 英寸则应用于特色技术或差异化技术，产品主要是模拟芯片、电源产品、摄影 /指纹识别等传感器、 MCU 等。 图 8：半导体硅片出货面积 图 9：半导体硅片份额：按尺寸 资料来源： 硅产业招股说明书， SEMI，招商银行研究院（不包含 SOI 硅片） 资料来源： SEMI，招商银行研究院 图 10：不同尺寸产品、工艺制程及主力晶圆尺寸 资料来源： SMIC，招商银行研究院 18 寸片（ 450mm）是大尺寸方向下一阶段的目标。早在 2011 年全球五大半导体厂商台积电、 IBM、英特尔、三星和 Global Foundries 就共同成立了450mm 联盟（ G450C），表态要推进 450mm 的应用，全球范围内还有EEMI450， Metro450 等推动 18 寸晶圆的计划。但由于 18 寸晶圆的设备研发难度大，产线投资额极高，设备和制造厂商推动力度并不充足。目前从下游客户的情况来看， 12 寸片也基本可以满足制造工艺的需求，其主力尺寸的地位仍将延续。 66.20%26.60%7.30%12寸片 8寸片 其他敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei2 行业研究 ·深度报告 6/19 按工艺分类，半导体硅片除了基础的抛光片（ Polish Wafer）之外，还有退火片（ Annealed Wafer）、外延片（ Epitaxial Wafer）、 SOI 片（ Silicon-On-Insulator Wafer）等特色工艺产品。目前主流厂商可以批量供应的包括 12寸 /8 寸抛光片、退火片、外延片，少部分企业可以供应 SOI 片。 图 11：硅片按工艺分类 资料来源： SUMCO，硅产业招股说明书，招商银行研究院 按场景分类，硅片可以分为正片和测试片 /挡控片，其中只有正片是直接用于晶圆制造，测试片作为过渡性产品主要用来测试机台、监控良率等。挡控片的出现主要是因为晶圆制造企业对精度和良率要求越来越高，因此越是先进制程的产线越需要挡控片的应用。 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。尽管挡控片耗费量很大，但价格远低于正片，晶圆厂还可以回收利用挡控片，作为过渡产品的挡控片市场规模实际有限。但对于新进入的硅片供应商，一般会先为客户提供挡控片做测试样片 ，其后才能逐步导入正片产品。 2硅片行业规模主要受价格影响，全球供给高度集中 2.1 需求短期受疫情影响，中长期应用领域正在拓展 硅片的市场需求与半导体行业景气高度相关，而半导体行业的景气度又与全球 GDP 增速息息相关。由于制程的演进，硅片出货面积的增速并不完全匹配半导体市场的增速。先进制程的发展发会使得芯片的特征尺寸不断减小，进而缩小芯片面积，降低对硅片的需求量。 所以从量的角度来看，摩尔定律的持续推进，会使得硅片销售面积增速低于芯片出货量增速，但二者的景气趋势高度一致 。 2019 年全球半导体销售额 4122 亿 美元同比下降 12.0%，根据世界