【研報】化工行業大硅片專題報告：半導體“畫布”國內龍頭逐步突破-20200608[30頁].pdf

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1、 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正文之后的重要聲明重要聲明部分部分 證券研究報告證券研究報告/ /專題研究報告專題研究報告 20202020 年年 6 6 月月 8 8 日日 化工 大硅片專題報告：半導體“畫布” ，國內龍頭逐步突 破 評級：評級：買入買入（維持）（維持） 分析師：謝楠分析師：謝楠 執業證書編號：執業證書編號：S0740519110001 Email： 分析師：分析師：張波張波 執業證書編號執業證書編號：S0740520020001 Email： 基本狀況基本狀況 上市公司數 334 行業總市值(百萬元) 29837.3 行業流通市值(百萬元) 24309.3 行業行業- -市

2、場走勢對比市場走勢對比 相關報告相關報告 重點公司基本狀況重點公司基本狀況 簡稱 股價 (元) EPS PE 評級 2019 2020E 2021E 2022E 2019 2020E 2021E 2022E 滬硅產業 28.39 -0.05 0.00 0.03 0.06 - 22423 1041 485 - 中環股份 19.02 0.32 0.52 0.71 0.91 59 37 27 21 - 備注 盈利預測采用 wind 一致預期 投資要點投資要點 大硅片大硅片：半導體畫布半導體畫布。硅基半導體材料是目前產量最大、應用最廣的半 導體材料。目前，全球市場主流的硅片產品是 300mm 和 20

3、0mm 直徑 的半導體硅片。其中，300mm 主要應用在智能手機、計算機、云計算、 人工智能、SSD（固態存儲硬盤）等較為高端領域，出貨面積占比 60% 以上。200mm 硅片主要應用在移動通信、汽車電子、物聯網、工業電 子等領域，目前出貨面積 20%以上。根據制造工藝分類，半導體硅片 主要可以分為拋光片、外延片與以 SOI 硅片，拋光片為主流半導體硅 片。 半導體市場放量半導體市場放量，帶動全球帶動全球硅片硅片市場不斷增長市場不斷增長。在大數據、云計算、人 工智能、新能源汽車、區塊鏈等新興終端應用的帶動下，全球半導體市 場持續增長， 2012-2018 年復合增速 8.23%。 硅片材料在半

4、導體制造材 料中占比 33%，為占比最大的材料。2019 年全球硅片材料市場規模達到 112 億美元，出貨面積 11810 百萬平方英寸。其中，全球 12 寸硅片出 貨面積量達到 470 萬片/月，全球 8 寸硅片出貨量達到 430 萬片/月。 全球硅片市場寡頭壟斷全球硅片市場寡頭壟斷。由于半導體硅片行業具有技術難度高、研發周期 長、資本投入巨大、客戶認證周期長等特點，全球半導體硅片行業集中度 較高。 2018 年， 全球前五大半導體硅片企業信越化學、 SUMCO、 Siltronic、 環球晶圓、SK Siltron 合計銷售額占全球半導體硅片行業比重高達 93%。 國內大硅片有望發力。國內

5、大硅片有望發力。在國家相關政策以及產業基金的大力支持下，我 國大硅片業務迎來快速發展期。國內首條 12 英寸半導體硅片生產線由 杭州中芯晶圓于 2017 年 12 月建成。2018 年 11 月，上海新昇成為國 內第一個實現 300mm 硅片大規模量產的企業。目前國內已投產的 12 英寸晶圓產線已超 20 條，宣布在建的有 8 條，建成后產能將超 65 萬 片/月。 在國產替代的大趨勢之下， 國產 12 英寸硅片有望迎來快速發展。 投資建議投資建議。隨著下游半導體行業持續往中國轉移，相關硅片材料企業行業 有望打破國外壟斷快速放量，建議關注滬硅產業、立昂微電、中環股份。 風險提示事件：風險提示事

6、件：硅片材料研發不及預期，硅片材料下游客戶認證不及預期。 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正文之后的重要聲明重要聲明部分部分 - 2 - 專題研究報告專題研究報告 內容目錄內容目錄 硅片：半導體產業鏈的“畫布”硅片：半導體產業鏈的“畫布” . - 5 - 硅片概況 . - 5 - 半導體硅片分類 . - 6 - 硅片制作工藝 . - 8 - 下游應用帶動硅片市場不斷增長下游應用帶動硅片市場不斷增長 . - 10 - 硅片終端應用逐漸多元化 . - 10 - 芯片產能投放拉動硅片需求 . - 11 - 大硅片市場規模持續發展 . - 11 - 十二英寸硅片為主流方向 . - 13 - 全球寡頭壟斷

7、，中國逐步發力全球寡頭壟斷，中國逐步發力 . - 18 - 全球硅片寡頭壟斷 . - 18 - 政策大力支持 . - 19 - 國內大硅片蓄勢待發 . - 20 - 海外巨頭各有所長海外巨頭各有所長 . - 22 - 信越化學：全球硅片龍頭 . - 22 - 勝高集團：專注半導體硅片龍頭. - 23 - 環球晶圓：并購助力公司快速發展 . - 23 - 德國世創：歐洲硅片龍頭 . - 24 - SK Siltron：韓國硅片龍頭 . - 24 - 國產企業快速發展國產企業快速發展 . - 25 - 滬硅產業：國內十二寸大硅片龍頭 . - 25 - 立昂微電：橫跨半導體分立器件和半導體硅材料 .

8、 - 26 - 中環股份：從光伏進軍半導體 . - 26 - 有研半導體 . - 27 - 超硅半導體 . - 28 - 風險提示風險提示 . - 29 - rQqPqRmPqNrQzQnPzRrNwO8OaO6MoMpPoMmMfQoOqOlOrQoO6MqQzQuOpPrOuOqRnO 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正文之后的重要聲明重要聲明部分部分 - 3 - 專題研究報告專題研究報告 表目錄表目錄 圖圖 1 1：半導體硅片：半導體硅片 . - 5 - 圖圖 2 2：硅片產業鏈：硅片產業鏈 . - 5 - 圖圖 3 3：半導體硅片技術演進史：半導體硅片技術演進史 . - 6 - 圖圖 4

9、 4：200mm200mm 硅片與硅片與 300mm300mm 硅片硅片 . - 6 - 圖圖 5 5：200mm200mm 及及 300mm300mm 硅片下游應用硅片下游應用 . - 6 - 圖圖 6 6：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積 . - 7 - 圖圖 7 7：全球不同尺寸半導體：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積占比硅片出貨面積占比 . - 7 - 圖圖 8 8：拋光片、外延片、：拋光片、外延片、SOISOI 硅片制造流程硅片制造流程 . - 7 - 圖圖 9 9：拋光片、外延片、：拋光片、外延片、SOISOI 硅片比較硅片比較 . - 8 - 圖圖 1

10、010：硅片制作流程：硅片制作流程. - 9 - 圖圖 1111：直拉法（：直拉法（CZCZ）原理示意圖）原理示意圖 . - 9 - 圖圖 1212：懸浮區熔法：懸浮區熔法(FZ)(FZ)原原理示意圖理示意圖 . - 9 - 圖圖 1313：半導體終端應用市場概況：半導體終端應用市場概況 . - 10 - 圖圖 1414：全球與中國芯片產能及增速：全球與中國芯片產能及增速 . - 11 - 圖圖 1515：全球半導體硅片出貨面積及增速：全球半導體硅片出貨面積及增速 . - 11 - 圖圖 1616：全球半導體市場及增速：全球半導體市場及增速 . - 11 - 圖圖 1717：國內半導體行業發展

11、迅速：國內半導體行業發展迅速 . - 11 - 圖圖 1818：全球各地區半導體材料市場占比：全球各地區半導體材料市場占比 . - 12 - 圖圖 1919：半導體制造材料占比：半導體制造材料占比. - 12 - 圖圖 2020：全球硅片市場規模及增速：全球硅片市場規模及增速 . - 12 - 圖圖 2121：全球半導體硅片出貨面積及增速：全球半導體硅片出貨面積及增速 . - 12 - 圖圖 2222：全球半導體硅片單價：全球半導體硅片單價. - 13 - 圖圖 2323：國內硅片市場規模及增速：國內硅片市場規模及增速 . - 13 - 圖圖 2424：20182018 年十二英寸硅片下游應用

12、年十二英寸硅片下游應用 . - 13 - 圖圖 2525：智能手機對十：智能手機對十二英寸硅片的需求二英寸硅片的需求 . - 13 - 圖圖 2626：全球：全球 DRAMDRAM 下游需求占比下游需求占比 . - 14 - 圖圖 2727：全球：全球 DRAM DRAM 需求預測（十億需求預測（十億 GbGb） . - 14 - 圖圖 2828：全球：全球 DRAM DRAM 各廠商份額各廠商份額 . - 14 - 圖圖 2929：全球：全球 DRAMDRAM 制程制程市占率市占率 . - 14 - 圖圖 3030：全球：全球 NAND NAND 下游需求占比下游需求占比 . - 15 -

13、圖圖 3131：全球：全球 NAND NAND 需求（十億需求（十億 GbGb）. - 15 - 圖圖 3232：全球：全球 NANDNAND 各廠商份額各廠商份額 . - 15 - 圖圖 3333：全球：全球 3D3D 及及 2D NA2D NANDND 市占率市占率 . - 15 - 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正文之后的重要聲明重要聲明部分部分 - 4 - 專題研究報告專題研究報告 圖圖 3434：全球邏輯芯片銷售額及增速：全球邏輯芯片銷售額及增速 . - 16 - 圖圖 3535：全球芯片制造產能分布（按制程）：全球芯片制造產能分布（按制程） . - 16 - 圖圖 3636：全球：

14、全球 1212 寸硅片產能供需（千片寸硅片產能供需（千片/ /月）月） . - 16 - 圖圖 3737：全球：全球 1212 寸硅片客戶庫存寸硅片客戶庫存 . - 17 - 圖圖 3838：全球大硅片市場格局：全球大硅片市場格局. - 18 - 圖圖 3939：全球前五大硅片供應商：全球前五大硅片供應商 . - 18 - 圖圖 4040：全球半導體硅片行業主要企業經營情況：全球半導體硅片行業主要企業經營情況 . - 19 - 圖圖 4141：全球大硅片市場格局：全球大硅片市場格局. - 19 - 圖圖 4242：相關政策扶植大硅片落地：相關政策扶植大硅片落地 . - 19 - 圖圖 4343

15、：國際及國內大硅片進展：國際及國內大硅片進展 . - 20 - 圖圖 4444：中國：中國 8/12 8/12 英尺大硅片規劃產能情況（千片英尺大硅片規劃產能情況（千片/ /月）月） . - 21 - 圖圖 4545：信越化學營業收入及增速：信越化學營業收入及增速 . - 22 - 圖圖 4646：信越化學歸母凈利潤及增速：信越化學歸母凈利潤及增速 . - 22 - 圖圖 4747：信越化學營業收入占比：信越化學營業收入占比 . - 22 - 圖圖 4848：信越化學營業利潤占比：信越化學營業利潤占比 . - 22 - 圖圖 4949：勝高集團營業收入及增速：勝高集團營業收入及增速 . - 2

16、3 - 圖圖 5050：勝高集團歸母凈利潤及增速：勝高集團歸母凈利潤及增速 . - 23 - 圖圖 5151：環球晶圓營業收入：環球晶圓營業收入及增速及增速 . - 23 - 圖圖 5252：環球晶圓歸母凈利潤及增速：環球晶圓歸母凈利潤及增速 . - 23 - 圖圖 5353：滬硅產業營業收入及增速：滬硅產業營業收入及增速 . - 25 - 圖圖 5454：滬硅產業歸母凈利潤及增速：滬硅產業歸母凈利潤及增速 . - 25 - 圖圖 5555：公司硅片業務發展：公司硅片業務發展歷程歷程 . - 25 - 圖圖 5656：立昂微電營業收入及增速：立昂微電營業收入及增速 . - 26 - 圖圖 57

17、57：立昂微電歸母凈利潤及增速：立昂微電歸母凈利潤及增速 . - 26 - 圖圖 5858：中環股份營業收入及增速：中環股份營業收入及增速 . - 27 - 圖圖 5959：中環股份歸母凈利潤及增速：中環股份歸母凈利潤及增速 . - 27 - 圖圖 6060：有研半導體主要產：有研半導體主要產品品. - 27 - 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正文之后的重要聲明重要聲明部分部分 - 5 - 專題研究報告專題研究報告 硅片：半導體產業鏈的硅片：半導體產業鏈的“畫布”“畫布” 硅片概況硅片概況 常見的半導體材料包括硅（Si） 、鍺（Ge）等元素半導體及砷化鎵（GaAs） 、氮化 鎵（GaN）等化合

18、物半導體。相較于鍺，硅的熔點為 1415，高于鍺的熔點 937， 較高的熔點使硅可以廣泛應用于高溫加工工藝中； 硅的禁帶寬度大于鍺， 更適合制作高 壓器件。相較于砷化鎵，硅安全無毒、對環境無害，而砷元素為有毒物質；并且鍺、砷 化鎵均沒有天然的氧化物， 在晶圓制造時還需要在表面沉積多層絕緣體， 這會導致下游 晶圓制造的生產步驟增加從而使生產成本提高。 硅基半導體材料是目前產量最大、應用最廣的半導體材料，硅基半導體材料是目前產量最大、應用最廣的半導體材料，90%以上的半導體產以上的半導體產 品是用硅基材料制作的。品是用硅基材料制作的。 硅在地殼中占比約 27%， 是除了氧元素之外第二豐富的元素，

19、硅元素以二氧化硅和硅酸鹽的形式大量存在于沙子、巖石、礦物中，儲量豐富并且易于 取得。通常將 95-99%純度的硅稱為工業硅。沙子、礦石中的二氧化硅經過純化，可制 成純度 98%以上的硅；高純度硅經過進一步提純變為純度達 99.9999999%至 99.999999999%（9-11 個 9）的超純多晶硅；超純多晶硅在石英坩堝中熔化，并摻入 硼（P） 、磷（B）等元素改變其導電能力，放入籽晶確定晶向，經過單晶生長，制成具 有特定電性功能的單晶硅錠。熔體的溫度、提拉速度和籽晶/石英坩堝的旋轉速度決定 了單晶硅錠的尺寸和晶體質量，而熔體中的硼（P） 、磷（B）等雜質元素的濃度決定了 單晶硅錠的電特性

20、。 單晶硅錠經過切片、研磨、蝕刻、拋光、外延（如有） 、鍵合（如有） 、清洗等工藝 步驟，制造成為半導體硅片。在生產環節中，半導體硅片需要盡可能地減少晶體缺陷， 保持極高的平整度與表面潔凈度，以保證集成電路或半導體器件的可靠性。 在半導體硅片上可布設晶體管及多層互聯線， 使之成為具有特定功能的集成電路或 半導體器件產品，下游主要包括手機與平板電腦、物聯網、汽車電子、人工智能、工業 電子、軍事太空等領域。 圖圖 1 1：半導體硅片半導體硅片 圖圖 2 2：硅片硅片產業鏈產業鏈 資料來源：半導體行業觀察、中泰證券研究所 資料來源：滬硅產業招股說明書、中泰證券研究所 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正

21、文之后的重要聲明重要聲明部分部分 - 6 - 專題研究報告專題研究報告 半導體硅片分類半導體硅片分類 根據尺寸分類， 半導體硅片的尺寸 （以直徑計算） 主要有 50mm（2 英寸） 、 75mm （3 英寸） 、100mm（4 英寸） 、150mm（6 英寸） 、200mm（8 英寸）與 300mm（12 英寸）等規格。 1965 年，戈登摩爾提出摩爾定律：集成電路上所集成的晶體管數量，每隔 18 個 月就提升一倍，相應的集成電路性能增強一倍，成本隨之下降一半。對于芯片制造企業 而言， 這意味著需要不斷提升單片硅片可生產的芯片數量、 降低單片硅片的制造成本以 便與摩爾定律同步。半導體硅片的直徑

22、越大，在單片硅片上可制造的芯片數量就越多， 單位芯片的成本隨之降低。 在摩爾定律的影響下， 半導體硅片正在不斷向大尺寸的方向 發展。硅片的尺寸越大，相對而言硅片邊緣的損失會越小，有利于進一步降低芯片的成 本。例如，在同樣的工藝條件下，300mm 半導體硅片的可使用面積超過 200mm 硅 片的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產的芯片數量的指標）是 200mm 硅片 的 2.5 倍左右。 圖圖 3 3：半導體：半導體硅片技術演進史硅片技術演進史 圖圖 4 4：2 200mm00mm 硅片與硅片與 300mm300mm 硅片硅片 資料來源： 芯片制造 、中泰證券研究所 資料來源：臺灣聯華電子官

23、網、中泰證券研究所 圖圖 5 5：200mm200mm 及及 300mm300mm 硅片下游應用硅片下游應用 尺寸尺寸 下游應用下游應用 終端應用領域終端應用領域 200mm 及以下及以下 功率器件、電源管理器、非易失性存儲器、 MEMS、顯示驅動芯片與指 紋識別芯片、高精度模擬電路、射頻前端芯片、嵌入式存儲器、 CMOS （互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器、高壓 MOS 等 移動通信、汽車電子、物聯網、工業 電子 300mm 存儲芯片、圖像處理芯片、通用處理器芯片、高性能 FPGA（現場可編 程門陣列）與 ASIC（專用集成電路） 智能手機、計算機、云計算、人工智 能、SSD（固態存儲硬盤）

24、等較為高端領域 資料來源：滬硅產業招股說明書、中泰證券研究所 目前，全球市場主流的產品是 300mm 和 200mm 直徑的半導體硅片。終端應用領 域來看，300mm 主要應用在智能手機、計算機、云計算、人工智能、 SSD（固態存 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正文之后的重要聲明重要聲明部分部分 - 7 - 專題研究報告專題研究報告 儲硬盤）等較為高端領域，目前出貨面積占比 60%以上。200mm 硅片主要應用在移動 通信、汽車電子、物聯網、工業電子等領域，目前出貨面積 20%以上。 圖圖 6 6：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積全球不同尺寸半導體硅片出貨面積 圖圖 7 7：全球不同尺寸半導體硅

25、片出貨面積占比全球不同尺寸半導體硅片出貨面積占比 資料來源：滬硅產業招股說明書、中泰證券研究所 資料來源：滬硅產業招股說明書、中泰證券研究所 根據制造工藝分類，半導體硅片主要可以分為拋光片、外延片與以 SOI 硅片為代 表的高端硅基材料。單晶硅錠經過切割、研磨和拋光處理后得到拋光片。拋光片經過外 延生長形成外延片，拋光片經過氧化、鍵合或離子注入等工藝處理后形成 SOI 硅片。 圖圖 8 8：拋光片、外延片、拋光片、外延片、SOISOI 硅片制造流程硅片制造流程 資料來源：滬硅產業招股說明書、中泰證券研究所 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正文之后的重要聲明重要聲明部分部分 - 8 - 專題研究報

26、告專題研究報告 圖圖 9 9：拋光片、外延片、拋光片、外延片、SOISOI 硅片比較硅片比較 種類種類 核心優勢核心優勢 應用應用 拋光片拋光片 硅片表面平坦化，并進一步減小硅片的表面粗糙度 以滿足芯片制造工藝對硅片平整度和表面顆粒度的要求 直接用于制作半導體器件， 廣泛應用于存 儲芯片與功率器件等。作為外延片、SOI 硅片 的襯底材料 外延片外延片 含氧量、含碳量、缺陷密度更低，提高了柵氧化層 的完整性，改善了溝道中的漏電現象，從而提升了集成電 路的可靠性。 硅襯底的低電阻率可降低導通電阻，高電阻率的外 延層可以提高器件的擊穿電壓。外延片提升了器件的可靠 性，并減少了器件的能耗 常在 CMO

27、S 電路中使用，如通用處理器芯 片、圖形處理器芯片等 二極管、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）等 功率器件的制造 SOI 硅片硅片 通過絕緣埋層實現全介質隔離，這將大幅減少硅片 的寄生電容以及漏電現象，并消除了閂鎖效應。SOI 硅片 具有寄生電容小、短溝道效應小、低壓低功耗、集成密度 高、速度快、工藝簡單、抗宇宙射線粒子的能力強 耐高壓、耐惡劣環境、低功耗、集成度高 的芯片上，如射頻前端芯片、功率器件、汽車 電子、傳感器以及星載芯片等 資料來源：滬硅產業招股說明書、中泰證券研究所 硅片硅片制作制作流程流程 半導體硅片的生產流程包括拉晶滾磨線切割倒角研磨腐蝕熱 處理邊緣拋光正面拋光清洗檢測外延等步

28、驟。其中拉晶、研磨和拋光 是保證半導體硅片質量的關鍵。 單晶生長技術的重點在于保證拉制出的硅錠保持極高純度水平（純度至少為 99.999999999%）的同時，有效控制晶體缺陷的密度。當前制備單晶硅技術主要分為 懸浮區熔法（FZ 法）和直拉法（CZ 法）兩種。 1）直拉法 該方法可以有效的控制晶體的微缺陷密度， 提高晶體質量以滿足各技術節點對硅片 的技術要求；有效的控制晶體中的雜質含量，特別是氧、碳含量；并最大程度降低對操 作工人的依賴，保證拉制晶體質量的重復性、穩定性和一致性。相比懸浮區熔法，直拉 法成本更低，生長速率較快，更適合大尺寸（12 英寸）單晶硅棒的拉制，目前約 85% 單晶硅片皆由直拉法制成，主要應用在邏輯，存儲器芯片中。直拉法的原理是將高純度 的多晶硅原料放置在石英坩堝中加熱熔化， 再將單晶硅籽晶插入熔體表面， 待籽晶與熔 體熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶體便會在籽晶下端生長，并隨著籽晶的提拉晶體逐漸生 長形成晶棒。 請務必閱讀正文之后的請務必閱讀正文之后的重要聲明重要聲明部分部分 -