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任重道远--看国内硅晶圆企业奋起直追
2018年09月20日 发布 分类:行业要闻 点击量:1790
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台风“山竹”近日席卷港粤澳地半导体硅晶圆大厂胜高千岁、三菱材料多晶硅厂相继停产。对此,分析人士一致认为,受台风影响,硅晶圆供应将更吃紧,硅晶圆至少会缺货到明年底,价格也将一路涨到明年底。


硅材料具有高度垄断性,全球一半以上的半导体硅材料产能集中在日本。图12015年全球半导体硅材料产能分布。可以发现,日本SUNMCO和信越是全世界半导体举足轻重的两大龙头企业。

1 2015年全球半导体硅材料产能分布

2所示为半导体全产业链示意图,半导体芯片制造最重要的基础原材料就是硅晶圆,据估计,晶圆制造材料成本占比近30%。目前,硅晶圆尺寸越大、纯度越高,价格越高,垄断情况越严重,12英寸硅晶圆已经长期缺货,8英寸、6英寸也处于供货吃紧状态。

 

 

2 半导体全产业(图片来源:中泰证券研究所)

 晶圆尺寸及其供给问题


我们常说的晶圆尺寸是什么?晶圆尺寸与其应用情况是怎样的?主流的硅晶圆为12英寸、8英寸、6英寸,其中,12英寸占65~70%左右,8英寸占25~27%左右,6英寸占6~7%左右。

12英寸:主要用于高端产品,如CPU/GPU等逻辑芯片和存储芯片

8英寸:主要用于中低端产品,如电源管理ICLCD/LED驱动ICMCU、功率半导体MOSFE、汽车半导体等

6英寸:功率半导体、汽车电子等

3 2014~2020年不同尺寸硅片市场占比变化

(数据来源:智研咨询发布的《2018-2024年极速5分快三硅晶圆行业市场调查及投资战略研究报告》,其中2017年之后数据为预测数据)

根据图3显示,大尺寸硅晶圆片在所有硅晶圆中占比越来越高。这是因为科技产品电子化程度提高,存储器、CPU/GPU产品需求大增,使得12 英寸晶圆需求增加。目前,12英寸硅晶圆处于长期缺货状态,其供给紧张带来的价格上涨在进一步向8英寸、6英寸硅晶圆蔓延。


此外,晶圆生产的难易程度与其尺寸密切相关。尺寸越大,拉晶对速度与温度的要求更高,因此高品质12英寸晶圆工艺难度比小尺寸晶圆更大。这也进一步加剧了供需的失衡。


根据目前已知及其预测数据汇总,从需求端来看,全球201712英寸硅片需求550万片/月,2018年预计需求达到570万片/月。未来两年12英寸硅片需求将持续增加,2020年新增硅片月需求预计超过750万片/月,较2017年增加200万片/月以上,需求提升36%


供给端来看,12英寸硅晶圆2017年产能为525万片/月、2018年预计产能540万片/月,供小于需。由于2017年之前硅片供大于需,且扩产费用较高,投资周期长,各大厂扩产意愿低,所以全球硅片的产量增长缓慢。


在全球供给形式严峻背景下,国内由于自身产能不足,市场缺口更大。方正证券通过对国内已投产、在建以及拟建的晶圆厂产能系统梳理,得出20182020年,国内晶圆厂8英寸、12英寸硅片实际需求为每月173万片和341万片。但是,8英寸、12英寸硅片的产能仅为74万片和31万片,这意味着8英寸硅片目前有近100万的缺口,而12英寸硅片缺口达到310万片。

4 方正证券调研及预测数据,其预计2020年前国内12英寸半导体硅片产能缺口近310万片(图片来源:方正证券)


到目前为止,诸如SUMCO(世界第二大硅晶片供应商)已经计划在2019年上半年增产11万片/月,以及Siltronic(全球第四大硅晶圆厂)计划到19年中期扩产7万片/月。不过,这样体量的扩产并不能解决目前的供需失衡,在最近的法人说明会上,SUMCO表示,短期来看,半导体厂客户对硅晶圆的采购意愿不变,所有尺寸硅晶圆的需求强劲,市场配销状况持续,硅晶圆缺货将到2021年。


国内硅晶圆产业发展面临问题


技术难度高

  制造高纯大硅片的技术障碍主要是硅的纯度和大尺寸硅片的良率问题。对于先进工艺的半导体单晶硅片,纯度需要达到11个9以上(即99.999999999%),目前国内还无法实现,同时大尺寸硅片对倒角、精密磨削等加工工艺要求很高,国内还没有掌握高良率的技术能力。


投资周期长

  与晶圆代工不同的是,盖一座新硅晶圆厂的成本需4~5亿美金,硅晶圆样品出来后,后续还需晶圆厂、封测厂等下游产业链测试认证。盖厂加认证,估计1.5~2年才能量产。此外,硅晶圆面临技术更新换代,18英寸晶圆目前已经实现小规模量产,第一批客户只有英特尔一家,预计18英寸晶圆将保持持续增长趋势,根据IC Insights的报告,12英寸晶圆代工厂将会在2021年左右达到高峰,之后市场份额将逐步为18英寸晶圆取代。因此,对于厂商而言,基于对技术和趋势的不确定性,要投资12寸还是18寸肯定是考量重点。因此,由于较长投资周期以及前景不确定性,在之前硅晶圆行业低谷期,各大厂商投资建厂的意愿普遍较低。


缺货问题

极速5分快三大陆的半导体12英寸硅晶圆基本依赖进口,而硅晶圆供给又是不足的,可以看到一些大厂像台积电、联电为了保证生产,和硅晶圆主要供应商日本信越、SUMCO签订了1-2年的供货合约。这会使得国内一些议价能力低、资金实力弱的公司面临无硅晶圆可用的局面。


以极速5分快三台湾地区硅晶圆生产大厂环球晶为例,其董事长徐秀兰表示,环球晶产能到2020年全部排满,至少四年看不到价格反转迹象,且抢货潮从主流的12寸一路向下延伸到8寸、甚至6寸。此外,徐秀兰透露,环球晶订单已经谈到2021年到2025年,且价格不会低于2020年的价格。量价齐升的硅晶圆市场使得其生产厂商甚至出现惜售情况。


国内硅晶圆产业发展情况

  目前,国内至少已有9个硅片项目,包括上海新昇、重庆超硅、宁夏银和、浙江金瑞泓、郑州合晶、宜兴中环晶盛项目、西安高新区项目等。合计投资规模超520亿元人民币,正在规划中的12寸硅片月产能已经达到120万片,远期看可缓解硅片缺货的问题,预计大硅片行业未来几年仍将会有新玩家加入。


新昇半导体是目前业界最为关注的硅晶圆生产公司,其专注于12英寸硅片的制造。根据其官网披露信息,2017年新昇开始试生产,向各类客户提供测试片。在此期间新昇还提供了正片认证样品,在许多客户进行产品认证,并不断提高其硅片产量。新昇过去六个月每月产出数万片,目前正在进行第一阶段每月10万硅片产能的建设,并将在今年下半年开始下一阶段每月20万硅片产能的建设,预计将在2019年完成。


天津中环股份(002129)是一家拥有六十年历史,主营单晶硅和半导体器件研发、生产和销售的上市公司。中环股份的大直径区熔硅单晶技术已经实现产业化,8英寸区熔硅片实现量产;在内蒙地区建立8-12英寸半导体直拉单晶研发、制造中心扩充大直径直拉单晶产能,12英寸晶体部分也进入了工艺评价阶段。在半导体区熔单晶及抛光片方面,8英寸半导体抛光片项目产能已陆续释放,20183月,8英寸抛光片产能已达到10万片/月,预计项目201810月建成后产能将达到 30万片/月,实现国内最大市场占有率;同时建立12英寸抛光片试验线,预计2018年底实现产能2万片/月。

5 上海超硅百亿投资项目奠基仪式(图片来源:上海超硅)


上海超硅半导体成立于2008年,与重庆超硅半导体、成都超硅半导体为超硅(AST)旗下企业。2018年730日,300mm全自动智能化生产线项目,开工建设。该项目建设周期为1.5年,一期投资60亿元,总投资预计达到100亿元。项目建成后将形成年产360万片300mm抛光片和外延片以及12万片450mm抛片生产能力,对于构建完整的集成电路产业链具有重要的战略性意义。


总结

硅晶圆由于对纯度要求超高,行业壁垒极高、呈现高度垄断格局。目前以日本信越半导体、日本三菱住友SUMCO、环球晶圆、德国Siltronic、韩国SK Siltronic,为代表的五家公司掌握90%以上的市场份额。


12英寸晶圆随着CPU/GPU等逻辑芯片、Memory存储芯片市场快速增长,出货量和市场占有率猛增,不论是SUMCO、环球晶等生产厂商,还是方正证券、中泰证券等行业研究机构,均一致看好未来几年硅晶圆行情。作为集成电路制造业最大宗的关键材料,极速5分快三大陆的12英寸硅片一直依赖进口,主要原因在于目前国内还没有完全掌握大规模量产IC集成电路用的高纯大硅片技术。


由于硅晶圆投资周期长,17年之前的行业低谷期有产能扩充意向的企业少,加上部分大厂商跑马圈地,与大供应商签订了较长合同,因此12英寸晶圆在未来2年内预计仍为高度缺货状况,对于8英寸、6英寸及更小尺寸晶圆供给仍将吃紧,具体还得看国内外企业产能情况。


不过,为了弥补半导体硅晶圆的供应缺口,降低进口仰赖程度,我们看到了诸如新昇半导体、上海超硅、天津中环半导体等一大批国内企业正在迎头奋进,积极迈向8英寸与12英寸硅晶圆制造,多项重大投资也在不断推进中,故我们期待着极速5分快三能够在半导体上游基础材料中,拥有更多的话语权。


参考文献

全球硅晶圆片的产业状况分析;海通证券研究所,陈平。

By:火宣

 

 

 


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