1、 本报告的信息均来自已公开信息，关于信息的准确性与完整性，建议投资者谨慎判断，据此入市，风险自担。请务必阅读末页声明。电子电子行业行业 推荐（维持）集成电路系列报告集成电路系列报告之之材料材料一一 风险评级：中风险 半导体大硅片国产替代序幕已开启 2020 年 3 月 25 日 魏红梅 SAC 执业证书编号：S0340513040002 电话：0769-22119410 邮箱： 研究助理：邵梓朗 SAC 执业证书编号：S0340119090032 电话：0769-22119410 邮箱： 集成集成电路电路行业行业指数指数走势走势 资料来源：东莞证券研究所，Wind 相相关关报告报告 集成电路产
2、业专题：斗转星移，四大趋势看产业变革方向 集成电路系列报告二：3D NAND国产替代渐行渐近 集成电路系列报告三：从全球领先企业看 GPU 发展方向 投资要点：投资要点：硅硅材料材料依然依然为为主流主流半导体半导体材料材料，硅片在晶圆制造材料中占比最大硅片在晶圆制造材料中占比最大。半导体产品被广泛应用于各类电子产品中，其重要性不言而喻。而半导体材料作为制造基础，至今已发展到第三代。但由于制备工艺、后续加工及原料来源等因素影响，硅材料依然是主流半导体材料。2018年全球半导体材料销售额达到519亿美元，其中晶圆制造材料和封装材料的销售额分别为322亿美元和197亿美元。根据细分产品销售情况，硅片
3、占晶圆制造材料市场比值为38%，比重为相关材料市场第一位。半导体半导体硅片硅片向向大尺寸大尺寸硅片硅片迭代。迭代。随着单晶硅制造技术的提升，硅片的尺寸在逐步提升。硅片尺寸从最初2英寸，到4英寸，5英寸，6英寸，8英寸，再到12英寸，硅片尺寸在持续增加。由于硅片尺寸扩大能有效降低成本，所以其成为硅片向大尺寸发展的重要推力。不同尺寸硅片在应用场景中有所差异，下游对于硅片需求主要集中在8、12英寸。终端市场回暖，需求沿产业链传导终端市场回暖，需求沿产业链传导。12英寸：由于受消费升级和数据流量爆发等因素催化，终端设备和基础配套设备需求将会上升。除存储芯片外，电子设备中还包含CPU、GPU等高端逻辑芯
4、片，而这些芯片大多数都依赖于12英寸晶圆制造。8英寸：虽然半导体硅片在向大尺寸发展，但由于8英寸晶圆制造具有较为成熟的特殊工艺，在新能源汽车、车联网和工业互联等领域具有独特优势。8英寸晶圆厂扩产将致使8英寸硅片需求增加。所以，在5G通信等因素加持下，应用端均有较大发展空间。由于需求会沿着产业链向上游传递，所以硅片需求量会有所上升。虽然虽然下游下游需求需求持续持续向好，向好，但但硅片短期供给提升有限硅片短期供给提升有限。目前，硅片市场景气度持续提升，但从供给端来看，虽然硅片厂商有扩产计划，但从计划到产能释放需要一定时间。所以，在硅片产能持续保持在高位情况下，硅片供给量在短期难以有较大幅度提升。国
5、产国产半导体半导体大硅片大硅片已已走上走上追赶追赶之路。之路。我国作为半导体产业第三次转移的转入国，半导体销售额在全球市场中占比在持续攀升。此外，我国是全球最大的消费电子产品生产国、出口国和消费国，对于半导体产品需求较大。所以，国产化水平将对产业安全有较大影响。硅片作为晶圆制造材料市场中占比最大的且最基础品种，我国在硅片领域存在短板且在大硅片方面更为突出。但在国家政策和资金的扶持下，我国众多企业纷纷规划产线，对半导体大硅片进行布局。随着产能逐步落地，能有效降低对进口大硅片依赖程度，保障产业安全。投资建议：投资建议：维持维持推荐评级。推荐评级。我国硅片产业已走上追赶先进集团的道路，大硅片规划产能
6、也在逐步落地过程中。在下游长期向好的情况下，将利好具有相关布局公司。建议关注：中环股份（002129）、硅产业等。风险提示：风险提示：5G建设不及预期建设不及预期；IDC推广不及预期；推广不及预期；手机手机出货量出货量不及预不及预期；期；疫情控制不及预期疫情控制不及预期；国家政策改变等国家政策改变等。深度研深度研究究 证证券券研究报研究报告告 行行业业研究研究 集成电路系列报告之材料一 2 请务必阅读末页声明。目 录 1.万丈高楼从地起，半导体产业始于硅片.4 1.1 半导体硅片生产.5 1.1.1 单晶硅生长技术是关键技术之一.5 1.1.2 从“锭”到“片”.6 1.2 半导体硅片持续进化
7、.7 1.2.1 硅片向大尺寸迭代.7 1.2.2 各尺寸硅片满足各种需求.9 2.终端市场回暖，需求沿产业链传导.9 2.1 12 英寸硅片需求增长势头强劲.10 2.1.1 存储芯片成 12 英寸硅片需求增长重要推力之一.11 2.1.2 半导体行业持续景气，12 英寸硅片需求强劲.11 2.2 8 英寸硅片再次迎来黄金机会.12 2.2.1 新能源汽车、车联网等拉动汽车电子增长.13 2.2.2 工业物联网.14 2.2.3 8 英寸晶圆代工厂需求持续增大.15 3.硅片扩产长路漫漫，硅片产能利用率将保持在高位.16 3.1 12 英寸硅片产能从过剩到紧缺.17 3.2 8 英寸硅片扩产
8、面临限制.18 4.从日本半导体产业发展看我国崛起之路.18 4.1 产业转移成就日本半导体产业发展.18 4.2 我国硅片产业目标明确，走出坚定步伐.20 5.新冠疫情已成为最大 X 因素.24 6.投资建议.24 7.风险提示.25 插图目录 图 1：2016-2018 全球晶圆制造材料市场结构（单位：亿美元）.5 图 2：2018 年全球晶圆制造材料细分产品拆解.5 图 3：硅片生产流程.5 图 4：直拉单晶硅生长示意图.6 图 5：各种类硅片.7 图 6：硅片尺寸发展历史.8 图 7：2015-2021 年全球 12 寸硅片市场占比情况及预测.8 图 8：2007 年至 2019 年全
9、球硅片面积出货量（百万平方英寸）.9 图 9：2020 年半导体出货量占比情况.9 图 10：半导体出货量.10 图 11：NAND 闪存应用份额.11 图 12：2018 年 12 英寸硅片下游应用占比.11 图 13：12 英寸硅片需求预测（百万片/月）.12 图 14：2018 年 8 英寸硅片下游应用占比.13 图 15：中国新能源汽车销售量（2014-2019）.14 图 16：车联网示意图.14 图 17：工业互联网产值预测(单位：十亿美元).15 图 18：8 英寸晶圆厂产能展望.16 nQqMpNuMxP9PbP8OtRnNnPoOlOqQnOlOpNoQbRpOpQMYmNs
10、RNZmPtR 集成电路系列报告之材料一 3 请务必阅读末页声明。图 19：2009-2019 年全球硅片销售（单位：十亿美元）.16 图 20：2018 年全球硅片市场份额.16 图 21：全球 12 英寸硅片产能及需求.17 图 22：各尺寸硅片出货面积占比.18 图 23：半导体产业转移情况.19 图 24：日本“VLSI 技术研究组合”项目.19 图 25：VLSI 研究协会研究工作架构.19 图 26：全球半导体市场规模（单位：十亿美元）及中国占比情况.21 图 27：2018 年中国 8 英寸和 12 英寸硅片产品市场供给情况（单位：万片/月）.21 表格目录 表 1：半导体材料性
11、能比较.4 表 2：12 英寸硅片下游应用.10 表 3：8 英寸硅片下游应用.12 表 4：联合实验室人员配置及任务分工.19 表 5：我国国家层面硅片产业部分政策.22 表 6：中国 8/12 英尺大硅片规划产能情况（万片/月）.23 表 7：可关注公司盈利预测（2020/3/25）.26 集成电路系列报告之材料一 4 请务必阅读末页声明。1.万丈高万丈高楼楼从地从地起起，半导体半导体产产业业始于始于硅片硅片 半半导导体体材料材料在在不断不断进化进化，但但硅硅材材料料仍仍为为主主流流。半导体产品被广泛应用于各类电子产品中，其重要性不言而喻。半导体材料作为制造基础，至今已发展到第三代。根据发
12、展历史，第一代半导体是“元素半导体”，典型如硅基和锗基半导体。得益于第一代半导体材料应用，集成电路产业得以快速发展。第二代半导体材料是化合物半导体，以砷化镓、磷化铟和氮化镓等为代表，其促成信息产业崛起；而第三代半导体材料主要包括碳化硅、氮化镓、金刚石等，其具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，成为下一代信息技术的关键之一。虽然半导体材料已经发展到第三代，但由于制备工艺、后续加工及原料来源等因素影响，硅材料依然是主流半导体材料。表 1：半导体材料性能比较 半导体材料 带隙（eV）熔点（K）主要应用 第一代半导体 锗 1.1 1221 低压、低频、中功率晶体管、光电探测器
13、硅 0.7 1687 第二代半导体 砷化镓 1.4 1511 微波、毫米波器件、发光器件 第三代半导体 碳化硅 3.05 2826 1、高温、高频、抗辐射、大功率器件 2、蓝、绿、紫发光二极管、半导体激光器 氮化镓 3.4 1973 氮化铝 6.2 2470 金刚石 5.5 大于 3800 氧化锌 3.37 2248 资料来源：互联网公开资料，东莞证券研究所 不不同同应用场景对硅纯度要求有所不同。应用场景对硅纯度要求有所不同。硅极少以单质的形式存在于自然界中，但在岩石、砂砾、尘土之中其以硅酸盐或二氧化硅的形式广泛存在。在地壳中，硅是第二丰富的元素，其构成地壳总质量的 26.4%。所以，硅来源较
14、为广泛，在生产中较为容易获取，进而解决硅片制备所需原料的问题。目前，多晶硅纯度从 99.9999%至 99.999999999%（6-11个 9）不等，根据使用场景对于纯度要求有所差异，其中太阳能光伏级多晶硅纯度要求较低，而电子级多晶硅纯度则要求较高。多晶硅经过进一步加工制造可制得单晶硅，单晶硅是硅片上游材料。硅硅片片在在晶圆制造晶圆制造材料材料中中占比占比最大。最大。晶圆制造是半导体产业中重要一环，生产过程中会涉及多种材料。据 SEMI,2018 年全球半导体材料销售额达到 519 亿美元，增长 10.6%，其中晶圆制造材料和封装材料的销售额分别为 322 亿美元和 197 亿美元，同比增长
15、率分别为 15.9%和 3.0%。根据细分产品销售情况，2018 年硅片占晶圆制造材料市场比值为 38%，比重为相关材料市场第一位。所以，硅片作为半导体生产重要原材料之一，硅片制备技术将对半导体产业发展产生一定的影响。集成电路系列报告之材料一 5 请务必阅读末页声明。图 1：2016-2018 全球晶圆制造材料市场结构（单位：亿美元）图 2：2018 年全球晶圆制造材料细分产品拆解 数据来源：SEMI、东莞证券研究所 数据来源：SEMI，东莞证券研究所 1.1 半导半导体体硅片硅片生产生产 根据硅片生产流程，首先通过提纯硅氧化得到多晶硅，其后通过单晶硅生长工艺得到硅片原始材料单晶锭，再通过切片
16、、研磨、抛光等硅片制造工艺得到抛光硅片。通过对抛光硅片进行特殊工艺处理，可得到退火片、外延片等具备特殊性能硅片。图 3：硅片生产流程 资料来源：SUMCO，东莞证券研究所 1.1.1 单单晶晶硅生长技术是关键技术之一硅生长技术是关键技术之一 直拉法直拉法生长生长技术技术是是目前目前较为较为主流主流长长晶晶工艺工艺。单晶硅是由单一籽晶生长的单晶体硅材料，它具有晶格完整、缺陷和杂质很少等特点。根据单晶硅生长方式进行分类，可将其分为 集成电路系列报告之材料一 6 请务必阅读末页声明。区熔单晶硅（FZ-Si）和直拉单晶硅（CZ-Si），其中所涉及的工艺为区熔法和直拉法。相较于区熔法，直拉法能支持 12
17、 英寸等大尺寸硅片生产，而区熔法则用于 8 英寸及以下尺寸硅片生产。所以，直拉法是目前较为主流长晶工艺。直拉法主要工艺包括多晶硅原料装料、多晶硅融化、种晶、缩颈、放肩、等径生长和收尾等。直拉法制备工艺是通过加热放置于坩埚内的多晶硅原料使其成为溶液，并通过安置在炉体上方的籽晶轴，使得单晶晶种能与硅溶液进行接触。通过籽晶轴转动和上下移动，硅液会沿着籽晶表面凝结和生长，最终形成单晶锭。随着直拉法工艺不断深入，基于基础工艺的新工艺在持续开发，目前已开发出磁控直拉单晶生长、连续加料直拉单晶硅生长和重装料直拉单晶生长等工艺。图 4：直拉单晶硅生长示意图 资料来源：集成电路产业全书，东莞证券研究所 在在直拉
18、直拉单晶单晶生长生长过程过程中中需需要要添加添加不同不同元素元素以以满足满足不同不同需求。需求。为满足不同器件制备的要求，在晶体生长时需要掺入微量电学性的杂质（掺杂剂）。其中 P 型半导体，硼（B）是最常用的掺杂剂；而对于 N 型半导体，磷（P）、砷（As）和锑（Sb）都可以作为掺杂剂。除掺杂剂外，一般情况下在直拉过程中需要避免杂质引入，否则将影响单晶硅、器件的性能和质量。由于单晶硅生长情况对于硅片生产影响较大，所以单晶硅生长技术在硅片生产中是关键技术之一。总结总结：单晶锭是硅片生产原料，目前生产单晶锭以直拉法为主。在生产过程中通过添加不同的掺杂剂以制备具有不同性能的半导体，但需要对其他杂质进
19、行严格管控，否则成品质量将受到影响。所以，单晶硅生长技术在硅片生产中是关键技术之一。1.1.2 从从“锭锭”到到“片片”硅片硅片制造制造工艺工艺实现实现从从“锭锭”到到“片片”转换。转换。当完成单晶硅生长工艺后，需要通过硅片制造技术来实现硅片生产。根据生产流程，单晶硅锭需要通过切断、切片、研磨、抛光、清洗五大步骤从而得到抛光硅片。其中，通过切断得到适合切片的晶棒；切片是将晶棒切成具有一定厚度和平整度的硅片；研磨工艺，可去除硅片切片表面残留的损伤层，并 集成电路系列报告之材料一 7 请务必阅读末页声明。使硅片具有一定的几何精度；抛光工艺，通过化学和机械作用，去除硅片表面残留的微缺陷和损伤层，获得
20、硅抛光片；硅片清洗是去除硅片表面各种沾污。通过这一系列加工工艺后，可得到抛光硅片。通过通过对对抛光抛光硅片硅片进行进行特定特定工艺工艺处理处理可可得到得到具有具有特殊特殊性能性能硅片。硅片。抛光硅片是目前应用范围最广、最基础的硅片，以抛光片为基础进行二次加工可得到具有特殊性能的硅片。退火片制作工艺是一个升温再降温的过程，通过将抛光片置于氢或氩气中加热，随即进入到退火过程。与抛光片相比，其表面含氧量大幅减少，从而拥有更好的晶体完整性。外延片通常采用化学气相沉积（CVD）技术，反应原理为硅的气态化合物在硅片表面发生反应，并以单晶薄膜的形态沉积在硅衬底表面。SOI 硅片具有三层结构，自上而下分别为顶
21、层硅片（SOI 层）、氧化层和硅衬底；目前，氢注入剥离键合技术（Smart-Cut）、硅片直接键合技术（SDB）和注氧隔离技术（SIMOX）是三个最具有竞争力的 SOI 制备技术；由于 SOI 硅片具有氧化层，从而减少硅片的寄生电容以及漏电现象。具有特殊性能的硅片能满足不同应用场景需求，是半导体产业中不可或缺的一部分。图 5：各种类硅片 资料来源：SUMCO，东莞证券研究所 1.2 半导体半导体硅片硅片持续持续进化进化 由于抛光片是应用最为广泛的硅片，所以下文均以抛光片为讨论主体。1.2.1 硅片硅片向向大尺大尺寸寸迭代迭代 大硅片成为发展趋势。大硅片成为发展趋势。随着单晶硅制造技术提升，硅片
22、的尺寸在逐步提升。硅片尺寸从最初 2 英寸，到 4 英寸，5 英寸，6 英寸，8 英寸，再到 12 英寸，其尺寸在持续增加。目前，硅片发展史具有多种表述。其中，据 SEMI 相关产品数据，4 英寸硅片产生于 1986年，6 英寸产生于 1992 年，8 英寸产生于 1997，12 英寸产生于 2005 年。而行业内根据各尺寸硅片市场占比情况进行划分，4 英寸、6 英寸和 8 英寸分别为 1980 年代、1990 年代和 2000 年代占据主流位置；而 12 英寸硅片产线是英特尔和 IBM 于 2002 年首先建成，而到 2005 年 12 英寸产品市场占比达到 20%且市场占比持续增大。根据硅
23、片发展路径，集成电路系列报告之材料一 8 请务必阅读末页声明。大尺寸硅片将是行业发展趋势。图 6：硅片尺寸发展历史 资料来源：SEMI，东莞证券研究所 下一代下一代产品产品竞争竞争力力不足不足，1212 英英寸寸硅片硅片市场市场份额份额将将有有望望保持保持。根据市场占比情况，在 2017年 12 英寸硅片市场份额为 66.1%且其份额在持续增大。自 2005 年起 12 英寸硅片被大规模使用以来至今已超过 10 年，在硅片向大尺寸发展的背景下，硅片产品理应进行迭代。18 英寸硅片是下一代技术节点，以英特尔、台积电等厂商和学校为首的相关研发专案已经取得了一定进展，但因不具备生产效益而有所搁置。所
24、以，12 英寸硅片尚未受到产品迭代所带来的影响，有望在较长一段时间内保持市场地位。图 7：2015-2021 年全球 12 寸硅片市场占比情况及预测 资料来源：华经情报网，东莞证券研究所 生产生产成本成本等等成为成为推动推动大硅片大硅片发展发展的的重要重要推力。推力。目前，集成电路发展两条技术主线是硅片尺寸扩大和芯片制程技术提升。其中，硅片尺寸扩大能有效降低成本，而这也成为硅片向大尺寸发展的重要推力。以 8 英寸和 12 英寸硅片为例，12 英寸硅片较 8 英寸在面积上提升约 2.25 倍。由于可用生产面积扩大，使得单硅片芯片产出数量也有所差异，其中，8 英寸硅片产出约为 88 块，而 12
25、英寸硅片产出约为 232 块，12 英寸硅片产出较 8英寸硅片提升约 2.64 倍，产出增长较硅片面积增长更多。此外，由于边缘芯片减少，产品成品率将上升，使得产出会更高。在芯片生产过程中由于产出更高，使得设备使用率提升。所以，无论是从产量，还是从设备使用率角度，大硅片能使芯片生产成本下降，使得晶圆代工厂利润增厚，从而间接推动硅片向大尺寸发展。集成电路系列报告之材料一 9 请务必阅读末页声明。1.2.2 各各尺寸尺寸硅片硅片满足满足各各种种需求需求 各种各种需求需求促促生生对对不同不同尺寸尺寸硅片硅片需求需求。不同尺寸硅片在应有场景中有所差异，下游对于硅片需求主要集中在 8、12 英寸。目前，1
26、2 英寸硅片主要应用于制造智能终端中逻辑芯片和存储芯片等，而 8 英寸硅片主要应用于汽车电子、工业自动化和指纹识别等集成电路制造领域，6 英寸及以下尺寸硅片主要应用于低端产品。所以，在不同领域应用不同尺寸的硅片，从而形成不同的需求。2.终端市场回暖，需求沿产业链传导终端市场回暖，需求沿产业链传导 终终端端市场市场需求需求将将对对产业链产业链产生产生影响。影响。硅片是晶圆制造上游材料，晶圆厂产能情况对硅片需求将产生影响。根据 SEMI 数据，硅片出货量存在一定周期性，2019 年硅片出货量有所下滑，但情况有望得到好转。受消费升级和数据流量爆发等因素诱发，终端市场持续向好，而需求沿着产业链向上游传
27、递。在硅片向大尺寸发展的趋势中，8 英寸和 12 英寸硅片作为主流硅片产品，在终端市场带动下需求将持续扩大。据 IC insights 预计，2020年半导体总发货量将增长 7，达到 10,363 亿个，这将是有史以来半导体总发货量第二次超过一万亿个单位。而在 2020 年半导体出货量中，预计光电器件、传感器和分立器这三项占 69，集成电路占 31。此外，2020 年增长率最高的半导体细分领域场景包括智能手机、汽车电子以及人工智能、云和“大数据”系统、深度学习应用程序。图 8：2007年至2019年全球硅片面积出货量（百万平方英寸）图 9：2020 年半导体出货量占比情况 数据来源：SEMI、
28、东莞证券研究所 数据来源：IC insights，东莞证券研究所 集成电路系列报告之材料一 10 请务必阅读末页声明。图 10：半导体出货量 资料来源：IC insights，东莞证券研究所 2.1 12 英英寸寸硅片硅片需求需求增长增长势头势头强劲强劲 12 英寸英寸下游下游应用应用场景场景广阔广阔。目前，12 英寸硅片在下游产业中广泛应用，产品大多使用于制造消费电子芯片。根据 12 英寸晶圆制造精度进行分类，可分为先进制程和成熟制程。随着晶圆厂制程不断提升，将增加高质量 12 英寸大硅片需求。除晶圆制程提升外，终端市场向好是拉动硅片需求上升的动力。表 2：12 英寸硅片下游应用 尺寸 制程
29、 下游应用 12 英寸先进制程 7nm 高端智能手机主处理器（苹果 A12、骁龙 855 等）高性能计算（个人电脑、服务器 CPU、矿机）10nm 高端智能手机主处理器（苹果 A11、骁龙 845、麒麟 970 等）高性能计算（个人电脑、服务器、矿机）16/14nm 高端显卡（NVIDIA Volta、AMD Vega20 等）智能手机处理器（骁龙 660、骁龙 821、联发科 P22 等）个人电脑 CPU（Intel Coffee Lake）服务器处理器；矿机芯片；FPGA 芯片等 20-22nm 存储（三星 DRAM、NAND Flash）低端智能手机处理器；个人电脑 CPU;FPGA 芯
30、片；矿机芯片；数字电视、机顶盒处理器；移动端影像处理器等 28-32nm WiFi 蓝牙芯片（博通、高通 802.11ax 芯片）；FPGA 芯片（Xilinx 7 系）音效处理芯片；存储芯片；ASIC 芯片；数字电视、机顶盒；低电压、低功耗物联网芯片等 12 英寸成熟制程 45-65nm DSP 处理器（德州仪器）影像览感器（索尼移动端堆栈式 CIS）传感器中枢（sensor hub）WiFi、蓝牙、GPS、NFC、ZigBee 等芯片；非易失性存储 90nm-0.13n 物联网 MCU 芯片；汽车 MCU 芯片；射频芯片；基站通讯设备 DSP、FPGA 等。资料来源：互联网公开资料，东莞证
31、券研究所 集成电路系列报告之材料一 11 请务必阅读末页声明。2.1.1 存储芯片存储芯片成成 12 英寸硅英寸硅片需求增长重片需求增长重要推力之一要推力之一 手机手机换机换机潮潮和和数据数据流量流量爆爆发发增加增加对对 NAND Flash 需求需求。由于 5G 通信能支持增强移动宽带（eMBB）、高可靠低时延连接（uRLLC）和海量物联（eMTC）三大应用场景，其对社会发展具备重要意义。所以，各国对于 5G 网络建设都较为重视。而对于普通消费者而言，4G 手机无法支持 5G 网络，若想使用 5G 网络其需要对终端设备进行升级。所以，在通信升级时代将会出现手机换机潮。IDC 预计，2020
32、年 5G 智能手机出货量将占智能手机总出货量的 8.9%，到 2023 年，这一比例将增长至 28.1%。根据目前各大手机厂商所推出 5G 产品数据，大部分手机 NAND 容量为 128G 起，容量较 4G 手机有一倍的提升。手机对于存储芯片需求将会逐步显现。此外，数据流量爆发将增加数据中心需求，根据 IDC 数据显示，2016-2021 年全球数据中心流量复合增速将达 25%；而云数据中心流量增速将会更快，年复合增长率为 27%。数据流量爆发使得相关厂商会加大对服务器等基础设施投入。由于服务器等基础设施中需要使用到固态硬盘，而硬盘是 NAND Flash重要应用场景之一，所以这将会激发 NA
33、ND Flash 需求上升。Gartner 预计 NAND 复苏将在 2020 年继续，这是由于固态硬盘的强劲需求以及 5G 智能手机的大量增加使低位供应增长所致。图 11：NAND 闪存应用份额 图 12：2018 年 12 英寸硅片下游应用占比 数据来源：DRAMeXchange、东莞证券研究所 数据来源：SUMCO，东莞证券研究所 存储存储芯片芯片推动推动 12 寸寸硅片硅片需求需求。除 NAND Flash 外，DRAM 作为存储的一种，前期受到市场需求不振影困扰，但这种情况自 2019 年下半年已有所改善。DRAM 作为电子产品重要组件之一，在 AI 和 5G 两大应用的拉动下，景气
34、度有望持续好转。根据 2018 年 12英寸硅片下游应用占比数据，存储芯片（DRAM、2D NAND、3D NAND）占比已超过50%。所以，无论是 NAND Flash，还是 DRAM，在终端设备需求持续向好将会沿产业链传导到存储芯片，从而使得晶圆厂对硅片需求上升。小小结结：存储芯片作为电子产品中不可或缺的一部分，其需求将会随着终端产品出货量和单体使用量上升而增加。此外，存储芯片在 12 英寸硅片下游应用中占比超过 50%，所以其需求增加将沿产业链传导到硅片。2.1.2 半导体半导体行业行业持续持续景气，景气，12 英寸英寸硅片硅片需求需求强劲强劲 12 英寸英寸硅片硅片月月需求需求量量总体
35、总体呈现呈现上上升升趋势。趋势。根据 SUMCO 所发布数据显示，自 2005 年 12英寸硅片大规模应用以来，其每月需求量总体保持上升趋势。其中，2005 年月需求量约 集成电路系列报告之材料一 12 请务必阅读末页声明。为 1 百万片，而 2018 年已超过 6 百万片。与其他尺寸硅片相比，12 英寸硅片在 2008 年出货量首次超过 8 寸硅片，2009 年即超过其他尺寸硅片出货面积之和。2016 年到 2018年，由于 AI、云计算、区块链等新兴市场的蓬勃发展，12 寸硅片年复合增长率为 8%。目前受到消费升级等因素刺激，对于 12 英寸硅片需求将有望持续扩大。图 13：12 英寸硅片
36、需求预测（百万片/月）资料来源：SUMCO，东莞证券研究所 总结总结：由于受消费升级和数据流量爆发等因素催化，终端设备和基础配套设备需求将会上升。除存储芯片外，电子设备中还包含 CPU、GPU 等高端逻辑芯片，而这些芯片大多数都依赖于 12 英寸晶圆制造。所以，在终端市场持续向好背景下，12 英寸硅片需求有望持续增加。2.2 8 英寸英寸硅片硅片再再次次迎来迎来黄黄金金机会机会 8 英英寸寸晶圆晶圆制造制造技技术术依旧依旧保保持持竞竞争力。争力。12 英寸晶圆厂进入门槛较高，对于环境和设备等要求较为苛刻，所以其产品主要为精密制程的电子产品。而在制程等要求较低或对成本较为敏感的产品，一般使用 8
37、 英寸或 6 英寸硅片进行生产。但随着 6 英寸产品逐步向 8英寸转移，8 英寸晶圆厂将承接部分产品生产需求。此外，由于 8 英寸晶圆已具备成熟特种工艺，在小尺寸晶粒模拟内容容量或高电压支持具备优势，所以对于具备特殊要求的器件大部分仍以 8 英寸晶圆制造为主。根据 8 英寸硅片下游应用数据，功率分立器件、MEMS、模拟、CIS、射频等产品是主要应用方向。表 3：8 英寸硅片下游应用 尺寸 制程 下游应用 8 英寸 0.13n-0.15n 指纹识别芯片 影像传感器 MCU 电源管理芯片 液晶驱动 IC 传感器芯片 0.18n-0.25n 影像传感器（如索尼相机 CIS）集成电路系列报告之材料一
38、13 请务必阅读末页声明。eNVM 嵌入式非易失性存储芯片（银行卡、SIM 卡、身份证等）资料来源：互联网公开资料，东莞证券研究所 图 14：2018 年 8 英寸硅片下游应用占比 资料来源：SEMI，东莞证券研究所 2.2.1 新新能能源源汽车汽车、车联网车联网等等拉动拉动汽车汽车电子电子增长增长 相相较较传统传统汽车，汽车，新能源新能源汽车汽车中中功率功率半导体半导体价值价值增大。增大。功率器件是分立器的一种，其是专门用来进行功率处理的半导体器件，其具有承受高电压、通过大电流的能力，能实现变压、变频、功率管理等各种功能。根据新能源汽车工作原理，电池通过持续向电机输出，为车辆提供动力来源。所
39、以，在新能源汽车中会使用到大量电力设备，其中功率半导体即是重要一环。根据 Strategy Analytics 分析，在传统内燃机车上，功率半导体装机价值为 71 美元，占据车用半导体总价值的 21%;而对于混合动力车，则在传统内燃汽车基础上新增的功率半导体价值为 354 美元，占据新增总价值的 76%;在纯电动车上，功率半导体价值为 387 美元，占据车用半导体总价值的 55%。根据相关数据测算，传统汽车和纯电车车用半导体价值分别约为 338 美元和 703 美元。所以，除功率半导体价值上升外，汽车电子价值也在上升。新能源新能源汽车汽车市场市场火爆火爆。目前，各大车企纷纷布局新能源汽车并计划
40、在未来推出一定数量新能源汽车。而电动车巨头特斯拉在电动车领域已取得一定成就，其在全球范围内已经建成投产 2 座整车组装超级工厂，其 2020 年目标交付量为 50 万辆。新能源汽车热潮已经席卷全球。根据中国汽车工业协会所公布数据，中国新能源汽车销售量总体呈现上升趋势并在 2018 年突破 100 万辆。随着新能源汽车加速推出市场，新能源汽车渗透率有望逐步提升。集成电路系列报告之材料一 14 请务必阅读末页声明。图 15：中国新能源汽车销售量（2014-2019）资料来源：中国汽车工业协会，Wind，东莞证券研究所 汽车汽车电子电子除除受受新能新能源源汽汽车车拉动拉动外，外，车联网车联网将将成为
41、成为拉动拉动汽车汽车电子电子增长增长的的强大强大拉力。拉力。汽车汽车电子电子是是车联网车联网的的基础。基础。车联网是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。车联网的实现需要通过多个数据采集器对车辆信息进行采集，并通过网络将数据传输到中央处理器进行处理，从而实现数据的分析和处理并做出响应决策。数据收集是车联网中第一步，而其需要通过数个传感器协同工作来进行采集。所以，车联网落地将会增加汽车电子使用量。图 16：车联网示意图 资料来源：互联网公开资料，东莞证券研究所 2.2.2 工工业业物物联网联网 5G 通信通信为为工工业业互联网互联网注入注入新新活力。活力。对于工业而言，加工准确度和精度
42、是两个较为重要指标。所以，工业互联网中时延将成为决定产品品质的重要因素之一。此外，由于涉及多种设备协同作业，在连接密度方面也有所要求。而 5G 通信具有低时延、高连接密度等特点，能为工业互联提供通信保障。所以，工业互联网在 5G 加持下，其适用性将会有所加强。根据 GSMA 预测，到 2025 年，工业互联网产值将达到 3710 亿元，占世界 集成电路系列报告之材料一 15 请务必阅读末页声明。GDP 的 0.34%。图 17：工业互联网产值预测(单位：十亿美元)资料来源：GSMA，东莞证券研究所 工业工业互联互联网网将将拉动拉动工业工业半导体半导体需求需求。2015 年国务院印发中国制造 2
43、025，其中明确提到坚持走中国特色新型工业化道路，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，促进产业转型升级。智能制造是重点工作之一，而工业互联网是实现智能制造的关键基础设施。为实现目标，对制造业进行升级必不可少。由于自动化、机器人等设施在我国制造业中渗透率不高，所以对基础设施升级将是第一步。此外，工业互联网还会涉及到其他配套设备和生产控制等。所以，工业互联网中会涉及多种工业半导体产品，如传感器、功率器件等，从而激发对工业半导体产品需求。2.2.3 8 英寸英寸晶圆晶圆代工代工厂厂需求需求持续持续增大增大 下游下游行业行业景气度景气度持续持续攀升攀升，8 英寸英寸晶
44、晶圆圆厂厂产能产能持续持续落地落地。随着新能源汽车和工业智能装备等快速普及，对于模拟和分立器件的需求在逐步加大，而这使得汽车电子和工业控制领域在相关领域市场份额扩大，下游景气度提升也将传导到上游产业。自 2018 年 7 月以来，全球增加了 7 个 200mm 新厂房。而在接下来的 2019 年到 2022 年间，全球预计总共将有 16 个厂房或产线，其中 14 个为批量 Fab 厂。根据 SEMI 预测，到 2022 年全球200mm 晶圆制造厂的总产能达到每月 650 万片晶圆。随着电动车、5G 等市场的发展，MEMS、感测、模拟与微控制元件等在物联网、移动装置的应用发展将持续延伸，带动8
45、 英寸晶圆的市场需求。集成电路系列报告之材料一 16 请务必阅读末页声明。图 18：8 英寸晶圆厂产能展望 资料来源：SEMI，东莞证券研究所 总总结：结：虽然半导体硅片在向大尺寸发展，但由于 8 英寸晶圆制造具有较为成熟的特殊工艺，在新能源汽车、车联网和工业互联等领域具有独特优势。所以，在产业链终端需求不断上升的趋势下，8 英寸晶圆厂扩产将致使 8 英寸硅片需求增加。需求端需求端总结：总结：在 5G 通信等因素加持下，应用端均有较大发展空间。所以，下游需求将会沿着产业链向上游传递，无论是 12 英寸硅片，还是 8 英寸硅片，其需求量都会有所上升。3.硅片硅片扩扩产产长路长路漫漫漫漫，硅片硅片
46、产产能能利用率利用率将将保保持持在在高位高位 硅片硅片市市场场集集中度中度较高。较高。根据 SEMI，受到多方因素影响全球硅片销售额自 2011 年从高位回落，但这种情况自 2017 年起开始好转，且在 2018 年有较大增长。虽然 2019 年销售额有所回落，但在终端市场持续向好推动下，销售额有望扭转跌势。从市场份额来看，2017 年全球五大硅晶圆供货商为日本信越（市占率 27.58%）、日本胜高（市占率 24.33%），台湾环球晶圆（市占率 16.28%）、德国 Silitronic（市占率 14.22%）、韩国 SK Siltron（市占率 10.16%），前五大公司市占率超过 90%。
47、由于硅片具有较高技术壁垒，所以导致硅片市场集中度较高且硅片尺寸越大，市场集中度越高。图 19：2009-2019 年全球硅片销售（单位：十亿美元）图 20：2018 年全球硅片市场份额 数据来源：SEMI、东莞证券研究所 数据来源：SEMI，东莞证券研究所 集成电路系列报告之材料一 17 请务必阅读末页声明。3.1 12 英寸英寸硅硅片片产能产能从从过剩过剩到到紧缺紧缺 产能产能迅速迅速扩张扩张致使致使供过于求供过于求。在 2006 年，Windows 推出新系统，对于存储要求有提升，使得对存储需求加大。而这种需求沿产业链向硅片厂商传递，使得硅片厂商扩产意愿强烈。根据 SUMCO，2007 年
48、全球硅片厂规划中产能达到 140 万片/月；而 2008 年规划产能进一步提升，达到 166 万片/月。但 2008 年金融危机发生后，受到多方需求下降影响，硅片实际出货量与客户需求指引出现较大幅度偏差。虽然部分硅片厂商在 2009 年取消12 英寸扩张计划，但由于前期已实施扩产计划，产能在逐步落地过程中，但实际出货量并未达到预期，12 英寸硅片产能进入产能过剩阶段。图 21：全球 12 英寸硅片产能及需求 资料来源：SUMCO，东莞证券研究所 半导体半导体持续持续景气景气使使 12 英英寸寸硅片硅片需求需求得得到到反转反转。随着半导体景气度持续向好，自 2014 年起 12 英寸产能利用率达
49、到 90%以上且持续攀升，并在 2017 年达到满产状态。此外，受供求关系改变影响，12 英寸硅片价格自 2017 年初开始回升。在下游需求刺激下，硅片厂商在 2017 年宣布扩产 11 万片/月。目前，硅片厂商扩产方式包括新建厂房扩产（Green Field）和使用当前厂房增加生产设备（Brown Field）两种方式，其主要区别是前者从兴建到投产时间为 2-3 年，而后者可以快速进行部署并投产。据 SUMCO 对 2018-2022 年12 英寸硅片需求年复合增长率进行测算，若按购买力平价 GDP 预测值为 3.9%；若按客户需求预测值为 4.1%。由于从规划到落地需要一定时间，目前 12
50、 英寸硅片产能利用率保持在高位。此外，根据预测，2023 年产能利用率超过 100%。所以，12 英寸硅片供不应求的情况或将持续。集成电路系列报告之材料一 18 请务必阅读末页声明。3.2 8 英寸英寸硅片硅片扩产扩产面临面临限制限制 受受各种各种条件条件限制，限制，8 英寸英寸硅片硅片供给供给提升提升有限有限。根据各尺寸硅片出货量占比情况，8 英寸硅片出货量虽然排名第二，但份额远远落后于 12 英寸硅片。与此同时，半导体制程等因素促使硅片向大尺寸产品迭代。所以，这将对硅片厂投资 8 英寸硅片产线产生影响。此外，由于大部分硅片厂 8 寸硅片产品已亏损多年，致使其在相关产品价格上涨的情况下扩产意
