半导体专题研究三:如何看懂半导体制造(代工)? 半导体制造(代工)是目前中国大陆半导体发展的最大瓶颈半导体制造是目前中国大陆半导体发展的最大瓶颈。电脑CPU手机SOC... 

半导体制造(代工)是目前中国大陆半导体发展的最大瓶颈

半导体制造是目前中国大陆半导体发展的最大瓶颈。电脑CPU、手机SOC/基带等高端芯片,国内已经有替代,虽然性能与国际巨头产品有差距,但是至少可以“将就着用”。而半导体制造是处于“0~1”的突破过程中。假如海外半导体代工厂不给中国大陆设计公司代工,那么中国的半导体产业将会受到很严重影响。

半导体制造(代工)厂三大指标

二是看晶圆尺寸。生产功率半导体主要使用6英寸和8英寸硅片,微控制器使用8英寸硅片,逻辑芯片和存储芯片则需要12英寸硅片,因此随着半导体技术的发展和市场需求的变化,目前硅片正向大尺寸趋势发展。

工艺制程不是越先进越好

一是上游IC设计费用越来越高。

二是工艺逼近极限,中游投资增加但边际效果下降。

三是客户从代工厂稳定性可靠性考虑。

技术路线符合客户需求——客户希望代工厂的投入、发展方向符合客户技术发展方向;对现有工艺差异化技术需求。

扩大客户投资价值——客户希望从每一代技术中获得更多价值,充分利用设计每个技术节点所需的大量投资。财务稳健确保供应——客户希望代工厂的财务稳健,以满足未来十年芯片生产需求。

半导体代工增速超半导体行业增速

2013~2019年,全球半导体增长34%,而Fabless需求(对应代工厂收入)增加83%。

投资建议

我们认为,市场对芯片设计、半导体设备的认识已经很充分。而对半导体制造环节认识不够。同时,再加上半导体制造研究的高壁垒,导致资本市场对半导体制造是被动型忽视的。

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制造(代工)是半导体产业的重点

半导体制造是目前中国大陆半导体发展的最大瓶颈,电脑CPU、手机SOC/基带等高端芯片,国内已经有替代,虽然性能与国际巨头产品有差距,但是至少可以“将就着用”。

而半导体制造是处于“0~1”的突破过程中,假如海外半导体代工厂不给中国大陆设计公司代工,那么中国的半导体产业将会受到很严重影响。

本文主要讲半导体制造,涉及到半导体产业链有硅、代工厂。

硅片产业链

硅是极为常见的一种元素,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。

按照工艺类型,半导体硅片可分为抛光片、外延片和以SOI硅片为代表的高端硅基材料。

一般而言,8寸以下的集成电路产线用抛光片,45nm及以下线宽的12寸晶圆用外延片,SOI是一种新型工艺。

l抛光片是应用范围最广泛,用量最大、最基础的产品,其他的硅片产品也都是在抛光片的基础上二次加工产生的。抛光片去除了表面残留的损伤层,实现了硅片表面的平坦化,可用于制作存储芯片、功率器件及外延片的衬底材料。

l外延片是在抛光片衬底上生长一层单晶硅,这层单晶硅称为外延层;在外延层上注入基区、发射区等等。因为,在双极型器件和集成电路中,为了减小集电极串联电阻,以降低饱和压降与功耗。可用于通用处理器芯片、图形处理器芯片、二极管、IGBT功率器件的制造;

lSOI硅片能够减少寄生电容和漏电现象,消除闩锁效应。在MOSFET及其集成电路中,主要是为了降低导通压降与功耗,有时是为了隔离的需要。在CMOS-IC芯片中,比较多地倾向于采用SOI衬底片,主要是为了减弱或者避免闩锁效应,同时也可以抑制短沟道效应,这对于ULSI具有重要的意义,被用于射频前端芯片、功率器件、汽车电子等领域。

硅片制造工序为:拉晶—切片—磨片—倒角—刻蚀—抛光—清洗—检测,其中拉晶、抛光和检测为硅片制造核心环节。

半导体制造商在合格的硅片上刻电路(半导体制造),制造完备后再封装测试。

上游硅片市场规模

2018年全球硅片出货面积达127.3亿平方英寸,同比2017年增长7.81%。

2018年全球硅片销售金额为114亿美(其中中国大陆半导体硅片9.96亿美元),同比2017年增长30.65%,其中每平方英寸单价为0.89美元,较2017年增长21%。

2016~2018全球半导体硅片市场销售规模CAGR达25.75%。

五大硅片厂垄断市场

全球半导体硅片市场主要集中在几家大企业,行业集中度高,技术壁垒较高。2018前5大硅片厂商合计95%市场份额,行业前五名企业的市场份额分别为:日本信越化学市场份额28%,日本SUMCO市场份额25%,德国Siltronic市场份额14%,中国台湾环球晶圆市场份额为14%,韩国SKSiltron市场份额占比为11%,法国Soitec为4%。

半导体代工厂的三大指标

一是先进制程达到多少纳米

一般情况下,工艺制程越先进,芯片的性能越高,特别是数字电路。

从工艺制程组成看,全球40%的半导体代工厂收入来自40nm及以下的先进工艺制程,这个比例将来会提升。

二是晶圆尺寸趋于大硅片

目前,全球主要晶圆尺寸是6寸、8寸、12寸。

生产功率半导体主要使用6英寸和8英寸硅片,微控制器使用8英寸硅片,逻辑芯片和存储芯片则需要12英寸硅片,因此随着半导体技术的发展和市场需求的变化,目前硅片正向大尺寸趋势发展。

2018年全球12英寸硅片需求平均值要在600-650万片/月,而8英寸硅片需求平均值在550-600万片/月。就技术角度来看,12英寸硅片需求主要被NAND和DRAM所驱动,从市场角度来讲,智能手机的存储量逐渐增长以及对数据传输的依赖,促进了固态硬盘(SSD)对原有机械硬盘(HDD)的替代;传感器在智能手机中的运用也起到了一定的作用。8英寸硅片被更多的运用在了汽车电子领域,如ADAS系统与车载娱乐的普及,加剧了市场对逻辑电路以及高精度元器件的需求,长期来看8英寸硅片也依然有巨大需求。

三是产能决定短期业绩

一般情况下,半导体制造厂商不会轻易扩产,产能在1年左右的短期内是稳定的,当半导体景气度来临,产能决定公司的收入。

二是工艺逼近极限,中游投资增加但边际效果下降

14nm之前,每18个月进步一代的制程,性价有50%的提升,14nm之后,趋势就已经逐渐衰微了。

例如,当处理器速度提升1倍,但用户体验到的速度达不到1倍。用户体验是一个完整系统,处理器性能发挥收到内存、系统软件、网络等限制。

工艺尺寸的升级需要光刻系统配合,7nm后光刻系统已经从DUV转向EUV升级,投资成本急剧增加,例如三星7nm产线投资额56亿美元升级Hwaseong的晶圆厂,需要8台EUV,每套EUV系统15亿人民币。

另外,工艺升级晶体管升级也要创新,14nm开创了FinFET,3nm需要GAA经晶体管结构,晶体管级的创新对代工厂的产线来说是彻底的改造。

l技术路线符合客户需求——客户希望代工厂的投入、发展方向符合客户技术发展方向;对现有工艺差异化技术需求。

l扩大客户投资价值——客户希望从每一代技术中获得更多价值,充分利用设计每个技术节点所需的大量投资。

l财务稳健确保供应——客户希望代工厂的财务稳健,以满足未来十年芯片生产需求。

先进制程和特殊工艺双向发展

代工增速超半导体行业整体增速

半导体厂商模式分为只有设计无制造的Fabless模式和有设计有制造的IDM。Fabless、IDM、系统厂商都是代工厂的客户。

2019年中国大陆半导体代工市场规模预计在110亿美元同比增长14.6%。

2019年全球Fabless半导体代工需求为1260亿美元,同比增长13.5%,其中中国市场需求为280亿美元,同比增长21.7%。

半导体代工增速超半导体行业增速,2013~2019年,全球半导体增长34%,而Fabless需求(对应代工厂收入)增加83%。

全球代工厂排名

行业投资风险

第一,重资产行业折旧影响利润。

第二,资本开支大,影响现金流。

第三,贸易战缓和,导致国内代工厂面临全球竞争。

3、本公司对于本资料中的任何预测、展望等内容不承担法律责任。本资料不应被接收者作为对其独立判断的替代或投资决策依据。

THE END
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