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1、 请务必阅读正文之后的请务必阅读正文之后的重要声明重要声明部分部分 证券研究报告证券研究报告/ /专题研究报告专题研究报告 20202020 年年 6 6 月月 8 8 日日 化工 大硅片专题报告:半导体“画布” ,国内龙头逐步突 破 评级:评级:买入买入(维持)(维持) 分析师:谢楠分析师:谢楠 执业证书编号:执业证书编号:S0740519110001 Email: 分析师:分析师:张波张波 执业证书编号执业证书编号:S0740520020001 Email: 基本状况基本状况 上市公司数 334 行业总市值(百万元) 29837.3 行业流通市值(百万元) 24309.3 行业行业- -市
2、场走势对比市场走势对比 相关报告相关报告 重点公司基本状况重点公司基本状况 简称 股价 (元) EPS PE 评级 2019 2020E 2021E 2022E 2019 2020E 2021E 2022E 沪硅产业 28.39 -0.05 0.00 0.03 0.06 - 22423 1041 485 - 中环股份 19.02 0.32 0.52 0.71 0.91 59 37 27 21 - 备注 盈利预测采用 wind 一致预期 投资要点投资要点 大硅片大硅片:半导体画布半导体画布。硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半 导体材料。目前,全球市场主流的硅片产品是 300mm 和 20
3、0mm 直径 的半导体硅片。其中,300mm 主要应用在智能手机、计算机、云计算、 人工智能、SSD(固态存储硬盘)等较为高端领域,出货面积占比 60% 以上。200mm 硅片主要应用在移动通信、汽车电子、物联网、工业电 子等领域,目前出货面积 20%以上。根据制造工艺分类,半导体硅片 主要可以分为抛光片、外延片与以 SOI 硅片,抛光片为主流半导体硅 片。 半导体市场放量半导体市场放量,带动全球带动全球硅片硅片市场不断增长市场不断增长。在大数据、云计算、人 工智能、新能源汽车、区块链等新兴终端应用的带动下,全球半导体市 场持续增长, 2012-2018 年复合增速 8.23%。 硅片材料在半
4、导体制造材 料中占比 33%,为占比最大的材料。2019 年全球硅片材料市场规模达到 112 亿美元,出货面积 11810 百万平方英寸。其中,全球 12 寸硅片出 货面积量达到 470 万片/月,全球 8 寸硅片出货量达到 430 万片/月。 全球硅片市场寡头垄断全球硅片市场寡头垄断。由于半导体硅片行业具有技术难度高、研发周期 长、资本投入巨大、客户认证周期长等特点,全球半导体硅片行业集中度 较高。 2018 年, 全球前五大半导体硅片企业信越化学、 SUMCO、 Siltronic、 环球晶圆、SK Siltron 合计销售额占全球半导体硅片行业比重高达 93%。 国内大硅片有望发力。国内
5、大硅片有望发力。在国家相关政策以及产业基金的大力支持下,我 国大硅片业务迎来快速发展期。国内首条 12 英寸半导体硅片生产线由 杭州中芯晶圆于 2017 年 12 月建成。2018 年 11 月,上海新昇成为国 内第一个实现 300mm 硅片大规模量产的企业。目前国内已投产的 12 英寸晶圆产线已超 20 条,宣布在建的有 8 条,建成后产能将超 65 万 片/月。 在国产替代的大趋势之下, 国产 12 英寸硅片有望迎来快速发展。 投资建议投资建议。随着下游半导体行业持续往中国转移,相关硅片材料企业行业 有望打破国外垄断快速放量,建议关注沪硅产业、立昂微电、中环股份。 风险提示事件:风险提示事
6、件:硅片材料研发不及预期,硅片材料下游客户认证不及预期。 请务必阅读正文之后的请务必阅读正文之后的重要声明重要声明部分部分 - 2 - 专题研究报告专题研究报告 内容目录内容目录 硅片:半导体产业链的“画布”硅片:半导体产业链的“画布” . - 5 - 硅片概况 . - 5 - 半导体硅片分类 . - 6 - 硅片制作工艺 . - 8 - 下游应用带动硅片市场不断增长下游应用带动硅片市场不断增长 . - 10 - 硅片终端应用逐渐多元化 . - 10 - 芯片产能投放拉动硅片需求 . - 11 - 大硅片市场规模持续发展 . - 11 - 十二英寸硅片为主流方向 . - 13 - 全球寡头垄断
7、,中国逐步发力全球寡头垄断,中国逐步发力 . - 18 - 全球硅片寡头垄断 . - 18 - 政策大力支持 . - 19 - 国内大硅片蓄势待发 . - 20 - 海外巨头各有所长海外巨头各有所长 . - 22 - 信越化学:全球硅片龙头 . - 22 - 胜高集团:专注半导体硅片龙头. - 23 - 环球晶圆:并购助力公司快速发展 . - 23 - 德国世创:欧洲硅片龙头 . - 24 - SK Siltron:韩国硅片龙头 . - 24 - 国产企业快速发展国产企业快速发展 . - 25 - 沪硅产业:国内十二寸大硅片龙头 . - 25 - 立昂微电:横跨半导体分立器件和半导体硅材料 .
8、 - 26 - 中环股份:从光伏进军半导体 . - 26 - 有研半导体 . - 27 - 超硅半导体 . - 28 - 风险提示风险提示 . - 29 - rQqPqRmPqNrQzQnPzRrNwO8OaO6MoMpPoMmMfQoOqOlOrQoO6MqQzQuOpPrOuOqRnO 请务必阅读正文之后的请务必阅读正文之后的重要声明重要声明部分部分 - 3 - 专题研究报告专题研究报告 表目录表目录 图图 1 1:半导体硅片:半导体硅片 . - 5 - 图图 2 2:硅片产业链:硅片产业链 . - 5 - 图图 3 3:半导体硅片技术演进史:半导体硅片技术演进史 . - 6 - 图图 4
9、 4:200mm200mm 硅片与硅片与 300mm300mm 硅片硅片 . - 6 - 图图 5 5:200mm200mm 及及 300mm300mm 硅片下游应用硅片下游应用 . - 6 - 图图 6 6:全球不同尺寸半导体硅片出货面积:全球不同尺寸半导体硅片出货面积 . - 7 - 图图 7 7:全球不同尺寸半导体:全球不同尺寸半导体硅片出货面积占比硅片出货面积占比 . - 7 - 图图 8 8:抛光片、外延片、:抛光片、外延片、SOISOI 硅片制造流程硅片制造流程 . - 7 - 图图 9 9:抛光片、外延片、:抛光片、外延片、SOISOI 硅片比较硅片比较 . - 8 - 图图 1
10、010:硅片制作流程:硅片制作流程. - 9 - 图图 1111:直拉法(:直拉法(CZCZ)原理示意图)原理示意图 . - 9 - 图图 1212:悬浮区熔法:悬浮区熔法(FZ)(FZ)原原理示意图理示意图 . - 9 - 图图 1313:半导体终端应用市场概况:半导体终端应用市场概况 . - 10 - 图图 1414:全球与中国芯片产能及增速:全球与中国芯片产能及增速 . - 11 - 图图 1515:全球半导体硅片出货面积及增速:全球半导体硅片出货面积及增速 . - 11 - 图图 1616:全球半导体市场及增速:全球半导体市场及增速 . - 11 - 图图 1717:国内半导体行业发展
11、迅速:国内半导体行业发展迅速 . - 11 - 图图 1818:全球各地区半导体材料市场占比:全球各地区半导体材料市场占比 . - 12 - 图图 1919:半导体制造材料占比:半导体制造材料占比. - 12 - 图图 2020:全球硅片市场规模及增速:全球硅片市场规模及增速 . - 12 - 图图 2121:全球半导体硅片出货面积及增速:全球半导体硅片出货面积及增速 . - 12 - 图图 2222:全球半导体硅片单价:全球半导体硅片单价. - 13 - 图图 2323:国内硅片市场规模及增速:国内硅片市场规模及增速 . - 13 - 图图 2424:20182018 年十二英寸硅片下游应用
12、年十二英寸硅片下游应用 . - 13 - 图图 2525:智能手机对十:智能手机对十二英寸硅片的需求二英寸硅片的需求 . - 13 - 图图 2626:全球:全球 DRAMDRAM 下游需求占比下游需求占比 . - 14 - 图图 2727:全球:全球 DRAM DRAM 需求预测(十亿需求预测(十亿 GbGb) . - 14 - 图图 2828:全球:全球 DRAM DRAM 各厂商份额各厂商份额 . - 14 - 图图 2929:全球:全球 DRAMDRAM 制程制程市占率市占率 . - 14 - 图图 3030:全球:全球 NAND NAND 下游需求占比下游需求占比 . - 15 -
13、图图 3131:全球:全球 NAND NAND 需求(十亿需求(十亿 GbGb). - 15 - 图图 3232:全球:全球 NANDNAND 各厂商份额各厂商份额 . - 15 - 图图 3333:全球:全球 3D3D 及及 2D NA2D NANDND 市占率市占率 . - 15 - 请务必阅读正文之后的请务必阅读正文之后的重要声明重要声明部分部分 - 4 - 专题研究报告专题研究报告 图图 3434:全球逻辑芯片销售额及增速:全球逻辑芯片销售额及增速 . - 16 - 图图 3535:全球芯片制造产能分布(按制程):全球芯片制造产能分布(按制程) . - 16 - 图图 3636:全球:
14、全球 1212 寸硅片产能供需(千片寸硅片产能供需(千片/ /月)月) . - 16 - 图图 3737:全球:全球 1212 寸硅片客户库存寸硅片客户库存 . - 17 - 图图 3838:全球大硅片市场格局:全球大硅片市场格局. - 18 - 图图 3939:全球前五大硅片供应商:全球前五大硅片供应商 . - 18 - 图图 4040:全球半导体硅片行业主要企业经营情况:全球半导体硅片行业主要企业经营情况 . - 19 - 图图 4141:全球大硅片市场格局:全球大硅片市场格局. - 19 - 图图 4242:相关政策扶植大硅片落地:相关政策扶植大硅片落地 . - 19 - 图图 4343
15、:国际及国内大硅片进展:国际及国内大硅片进展 . - 20 - 图图 4444:中国:中国 8/12 8/12 英尺大硅片规划产能情况(千片英尺大硅片规划产能情况(千片/ /月)月) . - 21 - 图图 4545:信越化学营业收入及增速:信越化学营业收入及增速 . - 22 - 图图 4646:信越化学归母净利润及增速:信越化学归母净利润及增速 . - 22 - 图图 4747:信越化学营业收入占比:信越化学营业收入占比 . - 22 - 图图 4848:信越化学营业利润占比:信越化学营业利润占比 . - 22 - 图图 4949:胜高集团营业收入及增速:胜高集团营业收入及增速 . - 2
16、3 - 图图 5050:胜高集团归母净利润及增速:胜高集团归母净利润及增速 . - 23 - 图图 5151:环球晶圆营业收入:环球晶圆营业收入及增速及增速 . - 23 - 图图 5252:环球晶圆归母净利润及增速:环球晶圆归母净利润及增速 . - 23 - 图图 5353:沪硅产业营业收入及增速:沪硅产业营业收入及增速 . - 25 - 图图 5454:沪硅产业归母净利润及增速:沪硅产业归母净利润及增速 . - 25 - 图图 5555:公司硅片业务发展:公司硅片业务发展历程历程 . - 25 - 图图 5656:立昂微电营业收入及增速:立昂微电营业收入及增速 . - 26 - 图图 57
17、57:立昂微电归母净利润及增速:立昂微电归母净利润及增速 . - 26 - 图图 5858:中环股份营业收入及增速:中环股份营业收入及增速 . - 27 - 图图 5959:中环股份归母净利润及增速:中环股份归母净利润及增速 . - 27 - 图图 6060:有研半导体主要产:有研半导体主要产品品. - 27 - 请务必阅读正文之后的请务必阅读正文之后的重要声明重要声明部分部分 - 5 - 专题研究报告专题研究报告 硅片:半导体产业链的硅片:半导体产业链的“画布”“画布” 硅片概况硅片概况 常见的半导体材料包括硅(Si) 、锗(Ge)等元素半导体及砷化镓(GaAs) 、氮化 镓(GaN)等化合
18、物半导体。相较于锗,硅的熔点为 1415,高于锗的熔点 937, 较高的熔点使硅可以广泛应用于高温加工工艺中; 硅的禁带宽度大于锗, 更适合制作高 压器件。相较于砷化镓,硅安全无毒、对环境无害,而砷元素为有毒物质;并且锗、砷 化镓均没有天然的氧化物, 在晶圆制造时还需要在表面沉积多层绝缘体, 这会导致下游 晶圆制造的生产步骤增加从而使生产成本提高。 硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料,硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料,90%以上的半导体产以上的半导体产 品是用硅基材料制作的。品是用硅基材料制作的。 硅在地壳中占比约 27%, 是除了氧元素之外第二丰富的元素,
19、硅元素以二氧化硅和硅酸盐的形式大量存在于沙子、岩石、矿物中,储量丰富并且易于 取得。通常将 95-99%纯度的硅称为工业硅。沙子、矿石中的二氧化硅经过纯化,可制 成纯度 98%以上的硅;高纯度硅经过进一步提纯变为纯度达 99.9999999%至 99.999999999%(9-11 个 9)的超纯多晶硅;超纯多晶硅在石英坩埚中熔化,并掺入 硼(P) 、磷(B)等元素改变其导电能力,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。熔体的温度、提拉速度和籽晶/石英坩埚的旋转速度决定 了单晶硅锭的尺寸和晶体质量,而熔体中的硼(P) 、磷(B)等杂质元素的浓度决定了 单晶硅锭的电特性
20、。 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。在生产环节中,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。 在半导体硅片上可布设晶体管及多层互联线, 使之成为具有特定功能的集成电路或 半导体器件产品,下游主要包括手机与平板电脑、物联网、汽车电子、人工智能、工业 电子、军事太空等领域。 图图 1 1:半导体硅片半导体硅片 图图 2 2:硅片硅片产业链产业链 资料来源:半导体行业观察、中泰证券研究所 资料来源:沪硅产业招股说明书、中泰证券研究所 请务必阅读正文之后的请务必阅读正
21、文之后的重要声明重要声明部分部分 - 6 - 专题研究报告专题研究报告 半导体硅片分类半导体硅片分类 根据尺寸分类, 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。 1965 年,戈登摩尔提出摩尔定律:集成电路上所集成的晶体管数量,每隔 18 个 月就提升一倍,相应的集成电路性能增强一倍,成本随之下降一半。对于芯片制造企业 而言, 这意味着需要不断提升单片硅片可生产的芯片数量、 降低单片硅片的制造成本以 便与摩尔定律同步。半导体硅片的直径
22、越大,在单片硅片上可制造的芯片数量就越多, 单位芯片的成本随之降低。 在摩尔定律的影响下, 半导体硅片正在不断向大尺寸的方向 发展。硅片的尺寸越大,相对而言硅片边缘的损失会越小,有利于进一步降低芯片的成 本。例如,在同样的工艺条件下,300mm 半导体硅片的可使用面积超过 200mm 硅 片的两倍以上,可使用率(衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标)是 200mm 硅片 的 2.5 倍左右。 图图 3 3:半导体:半导体硅片技术演进史硅片技术演进史 图图 4 4:2 200mm00mm 硅片与硅片与 300mm300mm 硅片硅片 资料来源: 芯片制造 、中泰证券研究所 资料来源:台湾联华电子官
23、网、中泰证券研究所 图图 5 5:200mm200mm 及及 300mm300mm 硅片下游应用硅片下游应用 尺寸尺寸 下游应用下游应用 终端应用领域终端应用领域 200mm 及以下及以下 功率器件、电源管理器、非易失性存储器、 MEMS、显示驱动芯片与指 纹识别芯片、高精度模拟电路、射频前端芯片、嵌入式存储器、 CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器、高压 MOS 等 移动通信、汽车电子、物联网、工业 电子 300mm 存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片、高性能 FPGA(现场可编 程门阵列)与 ASIC(专用集成电路) 智能手机、计算机、云计算、人工智 能、SSD(固态存储硬盘)
24、等较为高端领域 资料来源:沪硅产业招股说明书、中泰证券研究所 目前,全球市场主流的产品是 300mm 和 200mm 直径的半导体硅片。终端应用领 域来看,300mm 主要应用在智能手机、计算机、云计算、人工智能、 SSD(固态存 请务必阅读正文之后的请务必阅读正文之后的重要声明重要声明部分部分 - 7 - 专题研究报告专题研究报告 储硬盘)等较为高端领域,目前出货面积占比 60%以上。200mm 硅片主要应用在移动 通信、汽车电子、物联网、工业电子等领域,目前出货面积 20%以上。 图图 6 6:全球不同尺寸半导体硅片出货面积全球不同尺寸半导体硅片出货面积 图图 7 7:全球不同尺寸半导体硅
25、片出货面积占比全球不同尺寸半导体硅片出货面积占比 资料来源:沪硅产业招股说明书、中泰证券研究所 资料来源:沪硅产业招股说明书、中泰证券研究所 根据制造工艺分类,半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以 SOI 硅片为代 表的高端硅基材料。单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。抛光片经过外 延生长形成外延片,抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成 SOI 硅片。 图图 8 8:抛光片、外延片、抛光片、外延片、SOISOI 硅片制造流程硅片制造流程 资料来源:沪硅产业招股说明书、中泰证券研究所 请务必阅读正文之后的请务必阅读正文之后的重要声明重要声明部分部分 - 8 - 专题研究报
26、告专题研究报告 图图 9 9:抛光片、外延片、抛光片、外延片、SOISOI 硅片比较硅片比较 种类种类 核心优势核心优势 应用应用 抛光片抛光片 硅片表面平坦化,并进一步减小硅片的表面粗糙度 以满足芯片制造工艺对硅片平整度和表面颗粒度的要求 直接用于制作半导体器件, 广泛应用于存 储芯片与功率器件等。作为外延片、SOI 硅片 的衬底材料 外延片外延片 含氧量、含碳量、缺陷密度更低,提高了栅氧化层 的完整性,改善了沟道中的漏电现象,从而提升了集成电 路的可靠性。 硅衬底的低电阻率可降低导通电阻,高电阻率的外 延层可以提高器件的击穿电压。外延片提升了器件的可靠 性,并减少了器件的能耗 常在 CMO
27、S 电路中使用,如通用处理器芯 片、图形处理器芯片等 二极管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等 功率器件的制造 SOI 硅片硅片 通过绝缘埋层实现全介质隔离,这将大幅减少硅片 的寄生电容以及漏电现象,并消除了闩锁效应。SOI 硅片 具有寄生电容小、短沟道效应小、低压低功耗、集成密度 高、速度快、工艺简单、抗宇宙射线粒子的能力强 耐高压、耐恶劣环境、低功耗、集成度高 的芯片上,如射频前端芯片、功率器件、汽车 电子、传感器以及星载芯片等 资料来源:沪硅产业招股说明书、中泰证券研究所 硅片硅片制作制作流程流程 半导体硅片的生产流程包括拉晶滚磨线切割倒角研磨腐蚀热 处理边缘抛光正面抛光清洗检测外延等步
28、骤。其中拉晶、研磨和抛光 是保证半导体硅片质量的关键。 单晶生长技术的重点在于保证拉制出的硅锭保持极高纯度水平(纯度至少为 99.999999999%)的同时,有效控制晶体缺陷的密度。当前制备单晶硅技术主要分为 悬浮区熔法(FZ 法)和直拉法(CZ 法)两种。 1)直拉法 该方法可以有效的控制晶体的微缺陷密度, 提高晶体质量以满足各技术节点对硅片 的技术要求;有效的控制晶体中的杂质含量,特别是氧、碳含量;并最大程度降低对操 作工人的依赖,保证拉制晶体质量的重复性、稳定性和一致性。相比悬浮区熔法,直拉 法成本更低,生长速率较快,更适合大尺寸(12 英寸)单晶硅棒的拉制,目前约 85% 单晶硅片皆由直拉法制成,主要应用在逻辑,存储器芯片中。直拉法的原理是将高纯度 的多晶硅原料放置在石英坩埚中加热熔化, 再将单晶硅籽晶插入熔体表面, 待籽晶与熔 体熔和后,慢慢向上拉籽晶,晶体便会在籽晶下端生长,并随着籽晶的提拉晶体逐渐生 长形成晶棒。 请务必阅读正文之后的请务必阅读正文之后的重要声明重要声明部分部分 -