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申万宏源:半导体硅片行业全攻略

时间:20-09-28 14:09    来源:新浪

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原标题 半导体硅片行业全攻略——半导体行业深度

来源 申万宏源

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(002129)、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。

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。

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