半導體行業深度研究：半導體產業鏈深度梳理及Chiplet應用價值-220811（21頁）.pdf

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1、 1/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 行業研究報告 慧博智能投研 半導體產業鏈深度梳理半導體產業鏈深度梳理及及 Chiplet應用價值應用價值 美國當地時間 7 月 28 日，眾議院正式通過了一項投入 2800 億美元、旨在增強美國制造業及技術產業的法案，其中包括對芯片行業的 520 億美元投資，以及 2000 億美元對科學研究的撥款，美國總統拜登已于 8 月 9 日簽署該法案。此次法案的提出意味著全球半導體產業競賽已經開啟，半導體制造和設備公司有望長期受益。美國“芯片法案”落地，將加劇全球半導體產業逆全球化發展，有望刺激中國半導體行業加快國產

2、化進程。下面我們從半導體產業鏈出發，對產業鏈上游中游下游相關進行詳細梳理，試圖從中了解半導體產業鏈當前新興技術發展、市場預期及相關公司等。一、一、半導半導體產業鏈體產業鏈概述概述 半導體是以半導體為基礎而發展起來的一個產業，位于電子產業鏈的最上游，其主要產品是集成電路芯片和各類分立器件，應用于電腦、移動終端、消費電子、汽車、工業控制等各種領域的終端市場。半導體產業鏈包括上游、中游和下游。上游是制造半導體所需的原材料和設備，中游是制造半導體的過程，主要包括集成電路（IC）設計、集成電路制造和封裝測試三個環節，下游是將集成電路應用于 PC、汽車、手機、物聯網等領域。2/21 2022 年年 8 月

3、月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 二二、半導體半導體產業上游產業鏈產業上游產業鏈 半導體材料半導體材料 半導體材料是半導體行業的物質基礎半導體材料是半導體行業的物質基礎，材料質量的好壞決定了最終集成電路芯片質量的優劣，并影響到下游應用端的性能。因此，半導體材料在整個產業鏈中有著重要地位。按制造工藝不同，半導體材料可以分為晶圓制造材料和封裝材料半導體材料可以分為晶圓制造材料和封裝材料。晶圓制造材料包含硅、掩膜版、光刻膠、電子氣體、CMP 拋光材料、濕化學品、濺射靶材等。晶圓制造材料由于技術要求高，生產難度大，是半導體材料的核心。在集成電路芯片制造過程中，每一個步驟都需要用到相

4、應的材料,如光刻過程需要用到光刻膠、掩膜版，硅片清洗過程需要用的各種濕化學品，化學機械平坦化過程需要用的拋光液和拋光墊等，這些都屬于半導體材料。半導體材料半導體材料品種多技術壁壘高。品種多技術壁壘高。下面我們就半導體材料中的晶圓制造材料部分晶圓制造材料部分展開分析。3XEYTUEZDVSZ4WFX7N9R9PoMrRnPsQjMnNwOiNmNpOaQrQpQwMoMqQvPoMxO 3/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 1.硅硅 硅是半導體行業中最重要最重要的材料，約占整個晶圓制造材料價值的三分之一。硅片是半導體器件的主要載硅片是半導體器件的主

5、要載體。硅片質量對半導體制造至關重要。體。硅片質量對半導體制造至關重要。在硅片上制造的芯片最終質量與采用硅片的質量有直接關系。按晶胞排列是否規律，硅可分為單晶硅和多晶硅。單晶硅晶胞在三維方向上整齊重復排列，而多晶硅晶胞則呈不規律排列。單晶硅在力學性質、電學性質等方面，都優于多晶硅。單晶硅在力學性質、電學性質等方面，都優于多晶硅。集成電路制造過程中使用的硅片都是單晶硅，因為晶胞重復的單晶結構能夠提供制作工藝和器件特性所要求的電學和機械性質。硅片的制備從晶體生長開始，形成單晶錠后經過修整和磨削再切片，再經過邊緣打磨、精研、拋光等步驟后，最后檢查得到的硅片是否合格。4/21 2022 年年 8 月月

6、 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 大尺寸硅片是硅片未來發展的趨勢。大尺寸硅片是硅片未來發展的趨勢。大尺寸硅片帶來的優點有兩個：單片硅片制造的芯片數目越多；利用率更高。隨著半導體技術的發展和市場需求的變化，大尺寸硅片占比將逐漸提升。2.光刻膠光刻膠 光刻是整個集成電路制造過程中耗時最長、難度最大的工藝，光刻膠是光刻過程最重要的耗材。根據化學反應機理和顯影原理的不同，光刻膠可以分為負性膠和正性膠。從需求端來看，光刻膠可分為半導體光刻膠、面板光刻膠和 PCB 光刻膠。其中，半導體光刻膠的技術壁壘最高。光刻膠是半導體材料中技術壁壘最高的品種之一光刻膠是半導體材料中技術壁壘最高的品種之

7、一。光刻膠一般由 4 種成分組成：樹脂型聚合物、光活性物質、溶劑和添加劑。分辨率、對比度和敏感度是光刻膠的核心技術參數。3.掩膜版掩膜版 掩膜版（Photo mask），又稱光罩、光掩膜、光刻掩膜版、掩模版等，是下游行業產品制造過程中的圖形“底片”，是承載圖形設計和工藝技術等知識產權信息的載體。在光刻過程中，掩膜版是設計圖形的載體。通過光刻，將掩膜版上的設計圖形轉移到光刻膠上，再經過刻蝕，將圖形刻到襯底上，從而實現圖形到硅片的轉移。掩膜版是光刻過程中的重要部件，其性能的好壞對光刻有著重要影響。4.電子氣體電子氣體 電子氣體是超大規模集成電路、平面顯示器件、化合物半導體器件、太陽能電池、光纖等電

8、子工業生產不可缺少的原材料，它們廣泛應用于薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等工藝。在半導體制造過程中，在半導體制造過程中，幾乎每一步都離不開電子氣體，其質量對半導體器件的性能有著重要影響。幾乎每一步都離不開電子氣體，其質量對半導體器件的性能有著重要影響。半導體制造領域，一個硅片需要經過外延、成膜、摻雜、蝕刻、清洗、封裝等多項工藝，這個過程需要的高純電子化學氣體及電子混合氣高達 30 多種以上，且每一種氣體應用在特定的工藝步驟中。5/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 電子氣體的技術壁壘極高，最核心的技術是氣體提純技術。電子氣體的技術壁壘極高，最核心

9、的技術是氣體提純技術。此外超高純氣體的包裝和儲運也是一大難題。在半導體制造中，電子氣體純度每提升一個數量級，都會促進器件性能的有效提升。5.濕化學品濕化學品 濕化學品（Wet Chemicals），是微電子、光電子濕法工藝制程中使用的各種電子化工材料。濕化學品在半導體領域主要應用于集成電路制造過程中的清洗和腐蝕步驟，其純度和潔凈度影響著集成電路的性能及可靠性。按應用領域劃分，濕化學品主要應用于半導體、平板顯示、太陽能以及 LED 等領域。其中，半導體制半導體制造領域對濕化學品的要求最高，技術難度最大。造領域對濕化學品的要求最高，技術難度最大。6.濺射靶材濺射靶材 濺射靶材是物理氣相沉積（PVD

10、）工藝步驟中所必需的材料，是制備薄膜的關鍵材料。濺射靶材的應用領域廣泛，由于應用領域不同，濺射靶材對金屬材料的選擇和性能要求都有所不同。其中，半導體芯片對靶材的技術要求最高，對金屬的純度、內部微觀結構等都有極高的標準。半導體芯片對靶材的技術要求最高，對金屬的純度、內部微觀結構等都有極高的標準。7.CMP 拋光材料拋光材料 化學機械拋光（CMP，Chemical Mechanical Polishing）是集成電路制造過程中實現晶圓表面平坦化的關鍵工藝。CMP 技術是使用效果最好，應用最廣泛的平坦化技術，同時也是目前實現全局平坦化的唯一技術。CMP 工藝是機械拋光和化學拋光相結合的技術。6/21

11、 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 半導體設備半導體設備 半導體設備指生產半導體相關產品的專用設備，半導體設備是半導體行業的支撐行業，主要應用于半導體設備指生產半導體相關產品的專用設備，半導體設備是半導體行業的支撐行業，主要應用于 IC制造（前端設備）、制造（前端設備）、IC 封測（后端設備）兩大領域封測（后端設備）兩大領域。其中，IC 制造設備又包括晶圓制造設備和晶圓加工設備。其中晶圓制造設備主要由硅片廠進行采購，最終產品為硅片；晶圓加工設備主要由代工廠或IDM 企業進行采購，最終產品為芯片；IC 封測設備通常由專門的封測廠進行采購，包括揀選、測試、

12、貼片、鍵合等多個環節。制作硅晶圓需要的半導體設備大致有十個制作硅晶圓需要的半導體設備大致有十個，它們分別是單晶爐、氣相外延爐、氧化爐、磁控濺射臺、化學機械拋光機、光刻機、離子注入機、引線鍵合機、晶圓劃片機、晶圓減薄機。其中，光刻、刻蝕及清洗、薄膜、過程控制及檢測是前端 IC 制造的四大核心領域，設備價值量在晶圓廠單條產線成本中占到90%以上。7/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 從整個半導體工藝流程來看，主要包括單晶硅片制造，IC 設計，IC 制造和 IC 封測。單晶硅片制造需要單晶爐等設備，IC 制造需要光刻機、刻蝕機、薄膜設備、擴散離子注入設

13、備、濕法設備、過程檢測等六大類設備。半導體設備中，晶圓代工廠設備采購額約占 80%，檢測設備約占 8%，封裝設備約占 7%，硅片廠設備等其他約占 5%。8/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 之前光刻機、刻蝕、鍍膜、量測、清洗、離子注入等核心設備的國產率普遍較低。經過多年培育，國產半導體設備已經取得較大進展，整體水平達到 28nm，并在 14nm 和 7nm 實現了部分設備的突破。國產替代持續進行，未來有望持續受益于國內晶圓廠擴產所帶來的需求增加以及設備國產化進程。三三、半導體半導體產業中游產業鏈產業中游產業鏈 半導體半導體產業主要由產業主要由 I

14、C 設計、設計、IC 制造以及制造以及 IC 封測三大板塊組成。封測三大板塊組成。1.IC 設計設計 提及 IC 設計我們就不能夠繞開 EDA。EDA 是什么呢？簡單地說，EDA 就是 IC 設計生產的工業軟件。EDA 是電子設計自動化(Electronic Design Automation)的簡稱，是從計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助測試(CAT)和計算機輔助工程(CAE)的概念發展而來的。利用 EDA 工具，工程師將芯片的電路設計、性能分析、設計出 IC 版圖的整個過程交由計算機自動處理完成。EDA 工具作為集成電路設計和制造流程的支撐，是集成電路產業發展的

15、必要工業軟件。9/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 整個半導體產業，貫穿而下的大致產業鏈條是：原材料（晶圓廠）用工具設計（EDA）設計（Fabless）加工制造（Foundry）。所以，專門為芯片設計工程師提供仿真和驗證工具的所以，專門為芯片設計工程師提供仿真和驗證工具的 EDA 細細分行業是整個半導體行業生態鏈中最上游，最高端的節點。分行業是整個半導體行業生態鏈中最上游，最高端的節點。制造類 EDA 工具應用在工藝平臺開發階段和晶圓生產階段。設計類 EDA 工具應用在集成電路設計階段。EDA 工具貫穿于集成電路設計和制造的過程。工具貫穿于集成電

16、路設計和制造的過程。EDA 作為集成電路產業最上游的子行業，同時也滲透進入教學、科研等其他行業。后摩爾時代 EDA 行業將與芯片同步發展。后摩爾時代芯片設計制造的難度大大增加，小型化和多樣化的需求也對 EDA 工具提出更高的要求，推動 EDA 行業同步發展。一方面是工藝節點的迭代推進對EDA 工具提出更高要求，一方面是同一節點下工藝潛能的挖掘對 EDA 工具提出新的要求。創新型設計方法平抑芯片設計成本。EDA 工具技術的進步和應用的推廣使得芯片設計成本保持在合理范圍的重要方式，根據華大九天招股書，2011 年設計一款消費級應用處理器芯片的成本約為 4000 萬美元，如果沒有 EDA 工具的進步

17、，其相關設計成本或將達到 77 億美元，EDA 的進步使得設計效率提升了接近200 倍?？梢哉f，EDA 的應用對于節省芯片設計成本起著舉足輕重的作用。的應用對于節省芯片設計成本起著舉足輕重的作用。人工智能賦能 EDA。目前芯片設計基礎數據規模在不斷提升，同時芯片復雜度的提升以及設計效率需求在提高，需求的提升使得人工智能技術在 EDA 領域的應用出現了新的發展契機。從產品的角度來看，從產品的角度來看，EDA 企業可以分為三個梯隊企業可以分為三個梯隊。新思科技（Synopsys）、鏗騰電子（Cadence）和西門子 EDA（Siemens EDA）憑借具有行業領導地位的全流程解決方案以及具備核心競

18、爭優勢的點工具穩居第一梯隊；第二梯隊則是通過核心優勢產品在行業內形成局部壟斷，同時能夠提供芯片設計關鍵流程解決方案；第三梯隊則是通過深耕點工具方案或部分設計全流程方案的新型 EDA 企業，目前在部分關鍵流程或特定工藝的全流程解決方案上具備較強競爭力。從渠道的角度來看，第一梯隊公司通常都會 10/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 在全球構建銷售網絡，同時會與頭部 IDM、晶圓廠以及芯片設計企業形成長期合作；第二梯隊公司則是以公司所在國家為核心，逐步向全球擴張，客戶則主要為本國客戶以及部分頭部廠商；第三梯隊業務主要布局在本國，部分優勢業務打入國際市場

19、。我國我國 EDA 發展歷程發展歷程：受巴黎統籌委員會對中國實施禁運的影響，自建國以后 EDA 核心技術一直無法進入中國。1986 年，我國開始進行 EDA 技術的自主研發與攻關，并于 20 世紀 90 年代初成功研發出“熊貓 ICCAD 系統”。然而，1994 年巴黎統籌委員會的解散使得國外大量 EDA 工具進入中國，“造不如買，買不如租”的趨勢使得我國 EDA 發展一度陷入停滯。直到 2008 年 4 月國務院常務會議通過國家科技重大專項“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品”實施方案時，本土 EDA 企業才重新獲得了鼓勵和扶持，開始涌現出諸如華大九天、概倫電子、廣立微電子等優質 ED

20、A 企業。2020 年，國務院印發新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策，首次將 EDA 寫入國家集成電路產業政策中，標志著我國 EDA 產業正式步入高速發展階段。2008 年以前，由于缺乏產業發展動能，布局 EDA 行業的企業數量不多。自 2008 年開始，隨著政策的不斷落地，我國 EDA 企業如雨后春筍般出現,截至 2020 年，我國 EDA 企業數量已達 28 家。隨著國家和地方政府政策支持的逐步落地，我國 EDA 企業數量將迎來井噴式增長。從國內市場來看，三巨頭仍然是我國 EDA 市場的第一梯隊玩家，2018-2020 年在我國的市場份額始終保持在 70%以上。不過近年來

21、，我國 EDA 企業逐步在特定領域全流程以及部分點工具上形成了突破，逐步獲取了一定的市場份額。其中，華大九天已實現模擬電路的全流程工具覆蓋華大九天已實現模擬電路的全流程工具覆蓋，同時，華大九天也擁有全球領先的全流程平板顯示（FPD）開發平臺。2020 年，華大九天超過 Ansys 和 Keysight Eesof 成為我國第四大 EDA 軟件供應商，市場份額 6%左右。概倫電子在我國的市場份額約在 1%。伴隨我國EDA 企業的技術突破，結合國內集成電路發展的高景氣度，國產 EDA 市場空間將打開。11/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 全球全球

22、EDA 高度集中，國產化加速勢在必行高度集中，國產化加速勢在必行。據外媒 Protocaol 報道，美國政府將對用于設計半導體的特定類型 EDA 軟件實施新的出口限制。此前，美國已禁止向中國銷售 10 納米和更先進芯片的 EDA 工具，此次禁令范圍進一步擴大到了 14 納米。該類型 EDA 軟件是使用“Gate-all-around”（環繞柵極，GAA）新技術制造芯片的必需工具，目前已應用于三星 3nm 芯片的制造。預計該禁令將進一步削弱國內企業在利用 GAA 技術構建芯片上的能力以及進程。此次禁令的生效范圍不僅包括中芯國際，還包括所有中國大陸地區進行芯片生產的廠商，臺積電也在名單之中。2.I

23、C 制造制造 IC 制造是集成電路產業極為重要一環，肩負著將 IC 設計的芯片變成“實物”的重任。電腦 CPU、手機SOC/基帶等高端芯片，國內已有替代，即便性能與國際巨頭最好產品仍有差距，但至少可以“將就著用”。但是，如果沒有 IC 制造能力，就算中國大陸的芯片設計公司能夠設計出跟國際媲美的芯片，那也只是“一堆數據”，而無法形成產品。從集成電路產業鏈各環節國產化的難度來看，制造封裝設計也是不爭的事實。所以 IC 制造迫切應該成為中國集成電路發展的核心關注點。12/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 3.IC 封測封測 提到 IC 封測，我們就不得

24、不提到一種封測新型技術Chiplet。后摩爾時代經濟效能提升出現瓶頸，Chiplet 技術應運而生。隨著半導體制程節點的持續演進，短溝道效應以及量子隧穿效應帶來的發熱、漏電等問題愈發嚴重，追求經濟效能的摩爾定律日趨放緩。在此背景下，產業開始思考將不同工藝的模塊化芯片，像拼接樂高積木一樣的方式用先進封裝技術整合在一起，成為一個異構集成芯片，在提升性能的同時實現低成本和高良率，至此應運而生了芯粒（Chiplet）技術。Chiplet 憑借靈活的封裝形式，在同等面積下能夠實現更強的芯片性能。Chiplet 模式可以自由選擇不同分區的工藝節點。模式可以自由選擇不同分區的工藝節點。傳統的 SoC 芯片在

25、制造上必須選擇相同的工藝節點，然而不同的芯片的工藝需求不同。如邏輯芯片、模擬芯片、射頻芯片、存儲器等往往成熟制程節點是不同的，模擬芯片如果采用高級制程可能會導致漏電、噪聲等問題，SoC 芯片統一采用相同的制程則會造成一定的麻煩。而 Chiplet 模式則可以自由選擇不同裸芯片的工藝，然后通過先進封裝來進行組裝，相比 SoC 則更具靈活性，優勢明顯。Chiplet 模式有利于提高良率，降低制造降低成本。模式有利于提高良率，降低制造降低成本。傳統 SoC 架構會增大單芯片面積，這會增大芯片制造過程中的難度，由缺陷密度帶來的良率損失會增加，從而導致 SoC 芯片的制造成本提升。而 Chiplet 方

26、案將大芯片分為多個裸芯片，單位面積較小，相對而言良率會有所提升，從而降低其制造成本。Chiplet 模式可以實現產品重復使用，模式可以實現產品重復使用，縮短產品上市周期?？s短產品上市周期。由于 SoC 方案采用統一的工藝制程，導致 SoC 芯片上的各部分要同步進行迭代，這使得 SoC 芯片的迭代進程放緩。Chiplet 模式可以對芯片的不同單元進行選擇性迭代，迭代部分裸芯片后便可制作出下一代產品，大幅縮短產品上市周期。13/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 Chiplet 模式目前還暫時存在對先進封裝技術要求高、散熱能力差等問題。模式目前還暫時存

27、在對先進封裝技術要求高、散熱能力差等問題。實現各裸芯片之間的開孔、電鍍需要精密的操作；要保證各裸芯片之間的數據實現高速、高質量傳輸；相對先進制程 Chiplet 模式散熱能力較差，這些增加都給制造芯片提出了新的技術難題?？傮w來說，Chiplet 是后摩爾時代實現性能與成本突破的最優解，國外各大廠商持續布局，且均已形成一定規模和應用。據 Omdia 數據，2018 年全球 Chiplet 市場規模約為 6.45 億美元，預計未來隨著行業的不斷發展，Chiplet 市場規模有望迎來加速增長。Chiplet 技術在國際的發展：技術在國際的發展：AMD 逐步開始全面采用小芯片技術，構建了自己的 Chi

28、plet 生態體系，生產了 Ryzen 和 Epycx86 處理器，并且自使用 7nm 制程生產 Zen2CPU 內核后，CPU 的性能比以前的制程提高了 15%；INTEL：2021 年英特爾架構日上發布的下一代 Sapphire Rapids-SPXeon CPU 是英特爾的里程碑產品，采用 Multi-Tile Chiplet 設計，并且支持 DDR5、高帶寬內存、PCIeGen.5.0 和計算快速鏈路(CXL)；三星：推出的 2.5D 封裝技術 I-Cube，可將一個或多個邏輯晶片（如 CPU、GPU 等）和多個存儲芯片（如高頻寬存儲器、HBM）整合連結放置在硅中介層（Interpos

29、er）的頂部，進一步使多個芯片為整合為單個元件工作；TSMC：除了 AMD 和英特爾之外，臺積電也在積極布局小芯片：臺積電的 SoIC 技術是將多個 die 堆疊到 3DChiplet 中的一種十分有效的方法。14/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 Chiplet 國內發展：國內發展：對于中國半導體而言，后摩爾時代 Chiplet 是中國與國外技術差距相對較小的封裝技術領域，國內企業緊跟產業趨勢，大力投入研發，積極參與融入 UCIe 大生態，有望在 Chiplet 行業技術上乘勢而上，實現突破。Chiplet 有望成為中國半導體發展的破局方式之一

30、。四四、半導體產業半導體產業下游產業鏈下游產業鏈 手機及 PC 是半導體市場最主要的下游應用，合計占比高達 65%，仍是半導體需求的中流砥柱，汽車半導體占比約 8%，竿頭日上。15/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 據 IC Insights 預測，2022 年全球半導體 IC 市場規模約 5651 億美元，其中通信(含手機)是第一大下游應用，占比 35%，PC 占 30%，位居第二，消費電子占 11%。汽車及工業領域分別占比 8%、7%，隨著汽車電動化、智能化以及工業 4.0 的發展，汽車及工業領域半導體需求提升。五五、半導體半導體材料技術更迭

31、材料技術更迭歷程歷程 關于半導體材料的發展我們大致分為三個階段：1.第一代半導體材料第一代半導體材料主要是指硅（Si）、鍺元素（Ge）半導體材料。作為第一代半導體材料的鍺和硅，在國際信息產業技術中的各類分立器件和應用極為普遍的集成電路、電子信息網絡工程、電腦、手機、電視、航空航天、各類軍事工程和迅速發展的新能源、硅光伏產業中都得到了極為廣泛的應用，硅芯片在人類社會的每一個角落無不閃爍著它的光輝。2.第二代半導體材料第二代半導體材料主要是指化合物半導體材料，如砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）；三元化合物半導體，如 GaAsAl、GaAsP；還有一些固溶體半導體，如 Ge-Si、GaAs-G

32、aP；玻璃半導體（又稱非晶態半導體），如非晶硅、玻璃態氧化物半導體；有機半導體，如酞菁、酞菁銅、聚丙烯腈等。3.第三代半導體材料第三代半導體材料主要以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶半導體材料。在應用方面，根據第三代半導體的發展情況，其主要應用為半導體照明、電力電子器件、激光器和探測器、以及其他 4 個領域，每個領域產業成熟度各不相同。在前沿研究領域，寬禁帶半導體還處于實驗室研發階段。SiC 作為第三代寬禁帶半導體材料，可以被廣泛應用在各個領域，消費電子、照明、新能源汽車、導彈、衛星等，且具備眾多的優良性能可突破第一、二代半導體材料的

33、發展瓶頸，故被市場看好的同時，隨著技術的發展將全面取代第一、二代半導體材料。下面我們就來重點介紹下第三代半導體材料 SiC。16/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 SiC 作為第三代化合物半導體，相比 Si 具有大禁帶寬度、高臨界擊穿場強、高熱導率三個最顯著特征。SiC 在高電壓、高功率領域應用具有優勢。目前 SiC 半導體仍處于發展初期。SiC 襯底處于行業上游，1970 年代 SiC 單晶生長方法取得突破，1990 年代 SiC 襯底實現產業化。SiC 襯底本身具有較高的成本。SiC 外延材料和 SiC 基電力電子器件性能及其可靠性仍然受到襯

34、底結晶缺陷、表面加工質量的制約。晶圓生長過程中易出現材料的基面位錯，以致 SiC 器件可靠性下降。另一方面，晶圓生長難度導致 SiC 材料價格昂貴，想要大規模得到應用仍需一段時期的技術改進。SiC MOSFET 相比 IGBT，還能在高頻條件下驅動，從而實現無源器件的小型化。目前 SiC 基電力電子器件已經廣泛應用于光伏、功率因子校正電源、汽車、風電及牽引機車行業。SiC 電力電子器件價格進一步下降，與同類型 Si 器件價差縮小。新能源汽車系統架構中涉及到 SiC 應用的系統主要有電機驅動器、車載充電器（OBC）/非車載充電樁和電源轉換系統（車載 DC/DC）。SiC 器件在新能源汽車應用中具

35、有更大優勢。特斯拉引領行業潮流，率先在逆變器上使用 SiC。目前汽車 SiC 模塊供應鏈廠商主要從四個維度進軍市場。17/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2022 全球 SiC 企業密集發力：Wolfspeed 的全球最大 8 寸 SiC 晶圓廠順利投產；同 Lucid 車廠深度合作；意法半導體：2023 年 8 寸 SiC 全面量產；羅姆：2023 進入量產，2025 擴大 6 倍產能。國內 SiC 相關公司包括三安光電和天岳先進等。六六、我國半導體行業、我國半導體行業市場預期市場預期 1.國內國內 IC 產值產值僅占中國市場僅占中國市場 1

36、7%，國產替代空間廣闊，國產替代空間廣闊 中國是全球第一大半導體銷售額市場，21 年占全球 32%，終端消費電子品牌、新勢力汽車品牌崛起，賦能成長。2021 年中國半導體銷售額為 1870 億美元，是全球規模最大的區域市場，占比 32%，隨著我國終端消費電子品牌、新勢力汽車品牌等的崛起，預計 26 年我國半導體銷售規模將成長至 2740 億美元。中國 IC 產值僅占市場規模的 16.7%，國產替代砥礪前行。據 ICInsights 數據，2021 年我國 IC 產值僅占IC 市場規模的 16.7%，國產替代空間超過 1500 億美元，仍將堅定推進，預計 2026 年該比例將提升至21.2%。2

37、.以國產需求為基石，國內晶圓廠加速擴產以國產需求為基石，國內晶圓廠加速擴產 2021 年中國大陸晶圓產能占全球的 16%，中國大陸晶圓廠擴產速度顯著高于其他國家和地區。據Knometa Research 數據，截至 2021 年底，全球 IC 晶圓產能為每月 2160 萬片(約當 8 英寸)，中國晶圓廠產能為 350 萬片，占全球的 16%。預計 22 年26 年，中國大陸地區將新增 25 座 12 英寸晶圓廠，總規劃月產能超過 160 萬片。集微咨詢預計中國大陸 2022 年2026 年將新增 25 座 12 英寸晶圓廠，這些晶圓廠總規劃月產能將超過 160 萬片。截至 2026 年底，中國

38、大陸 12 英寸晶圓廠的總月產能將超過 276.3 萬片。18/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 部分在建及計劃擴產中國大陸晶圓廠梳理：在材料領域已經開始涌現出各類已經進入批量生產及供應的廠商。19/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 3.國產化率提升至國產化率提升至 20%，國產半導體設備昂首闊步，國產半導體設備昂首闊步 2021 年中國大陸再次成為最大的半導體設備市場，占全球的 29%。據 SEMI 數據，2021 年中國大陸半導體設備銷售規模為 296 億美元，占全球的 29%，是全球第一大市場

39、。我國半導體設備國產化率從 2020 年的 17%提升至 2021 年的 20%，隨著國內晶圓廠的擴產，國產半導體設備昂首闊步。中國電子專用設備工業協會數據顯示，21 年我國國產半導體設備銷售額僅為 386 億元，國產化率 20.2%，相較于 2021 年的 16.5%提升了 3.7%。隨著國內晶圓廠的擴產，國產半導體設備將繼續成長。4.國內晶圓廠產能釋放，半導體材料國產化進程緊隨其后國內晶圓廠產能釋放，半導體材料國產化進程緊隨其后 2021 年我國半導體材料市場規模約 99 億美元，占全球的 15%。2021 年我國半導體材料市場規模約 99億美元，全球半導體材料市場規模約 643 億美元，

40、占全球的 15%。20/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 晶圓廠擴產產能釋放，推進半導體材料國產化進程，大硅片及 CMP 拋光材料領先半導體材料國產化進程。SIA 數據顯示，我國半導體材料廠商自給率不足 15%，光刻膠、濕電子化學品等晶圓制造材料自給率更是不足 5%。隨著晶圓廠擴產產能釋放，我國半導體材料國產化進程加速，大硅片及 CMP 拋光材料一馬當先。大硅片已在本土產線開始小批量供貨，20 年自給率為 9%，有望進一步提升。CMP 拋光材料國產化率約 20%，部分產品技術標準已達到全球一流水平，本土產線實現大批量供貨。七七、半導體行業重點公司

41、及細分龍頭、半導體行業重點公司及細分龍頭 重點公司：細分行業龍頭公司梳理：21/21 2022 年年 8 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 參考研報參考研報 1.華金證券-半導體行業：萬事俱備，中國大陸集成電路迎重要發展機遇 2.申港證券-半導體材料行業深度報告：疫情之下，材料崛起 3.東方證券-電子行業深度報告：國內半導體前道設備廠商對比研究 4.紅塔證券-半導體、計算機行業月報：半導體主要產品普遍降價；軟件企業下半年降本控費效果有望顯現 5.華安證券-半導體材料行業系列報告（上）：國產替代正當時，把握擴產窗口期 6.艾德金融-半導體行業研究報告：5G 疊加產化替代，半導體行業砥礪前行 7.長城證券-半導體行業中期策略：四季更迭，春收秋決，當前半導體庫存或需 4 個季度調整 8.國盛證券-半導體行業深度：國產替代 2.0，新興需求崛起 9.國融證券-半導體行業：美國眾議院通過“芯片法案”，半導體制造和設備公司有望長期受益 10.華福證券-EDA 行業研究框架 11.浙商證券-半導體行業深度報告：CHIPLET，延續摩爾定律先進制程替代之路！免責聲明：以上內容僅供學習交流，不構成投資建議?；鄄┗鄄┕倬W官網：https:/https:/ 電話：電話：400400-806806-18661866 郵箱：郵箱：