晶元國產化的產業鏈機會

07-25

一、關於代工

對於集成電路，大家都會講摩爾定律，而摩爾定律其實是一個商業定律，它有它的價值在，對於我們的指導意義在於當工藝還沒有到達物理極限時，大家都按照這個規律往下做，在設計時具有一定的參考意義！當越來越逼近工藝極限時，難度越來越大，設計也會出現差異化，所有像三星、Intel、台積電的10nm、7nm就不同。對於晶圓代工廠而言，台積電會出一版規則，叫做design rules，一般代工廠會在台積電的規則上衍生。

當然，一般的設計公司也不想綁定在台積電一家，一方面台積電的產能有限；另一方面，對於小客戶台積電也沒有給太多的產能。當設計公司去找第二、三。。。家去生產的時候，設計公司也不想改變自己的設計（設計成本也很高），這個時候後面幾家基本要滿足台積電的設計規則，要在這個規則上把東西做出來，這是晶圓代工行業的玩法和遊戲規則。三星和Intel也在這個行業，Intel的工藝比台積電先進，但是匹配設計公司的設計時，Intel的工藝不一定能做（或者是需要調整工藝需要成本），同時考慮到商業機密的問題，所以做晶圓代工台積電更加專業，更具有市場。

台積電做為晶圓代工的龍頭，工藝在不斷提高，先進位程也在不斷導入。同時，在一些製程上也會不斷優化，比如同樣是28nm製程，它在設計方案不改動的情況下，通過自己工藝的優化或者其他方面的優化提升晶元的性能（提升5%-10%），比如從28nm →16nm 晶元的性能可以提升30%-50%，而同樣在28nm上工藝的優化提升5%-10%，這就是一個節點，這樣對客戶而言具有很大的吸引力（不需要修改設計方案），而對於後面的foundry就很難了，本來存在製程的落後，可能最開始做的時候可能是瞄準台積電28nm的第一版來做的，等真正量產時台積電已經在做28nm的第二版、三版去了，如果跨過第一個版本，沒有經驗foundry可能也做不出來。這也是大家比較難以追趕的地方，尤其後來者。台積電在28nm做了7-8年了，全球市場份額佔比70%-80%就是這個原因，它不斷推出新的工藝、工藝的優化。

Intel 每個技術節點基本上遵循摩爾定律，但摩爾定律是一個商業規律，不是技術定律，在碰到技術難點時，遵循摩爾定律不科學，也不實用，所以三星和台積電的叫法摻雜一定水分，主要是成本考量。台積電28nm有六個版本，16nm有四個版本，每個技術平台不斷優化，讓後來者無所適從。三星也借鑒其經驗，推出基於10nm平台的8nm製程。

二、製程的演進-光刻

在製程的演進中，光刻是一個很重要的環節，我們的線寬越做越小，對於光刻的要求越來越高。我們有個公式，跟波長成正比。在EUV光刻機沒有出來之前，從365、248到193，在193停留了很久，193之後又出來了一個浸潤式光刻，所以它的波長是193nm，EUV的波長是13.5nm。193的波長理論上能做最小的線寬是36nm，如果遇到比這更小的線路就採用多次鋪光，間隔鋪光達到縮小線寬的做法。EUV波長很多，目前能做的最小的線寬是13nm，不過相應的掩膜、光刻膠需要跟上。目前。國內光刻膠最先進的是在248nm，像南大光電拿了一些國家的項目在做研發。248的光刻膠只能用在12寸不關鍵的工藝點上或8寸wafer上，所謂12寸不關鍵的點是指上圖晶元截面中上面部分（現在晶元一般是8+2+1層結構）。

目前荷蘭的EUV光刻機也可以買到，現在下訂單，23個月後可以拿到。設備現在基本買到，只是有交期的問題。

三、技術迭代

在一些製程上，生命周期會比較長一些，這也是和成本密切相關的。28nm是目前非EUV能做單次鋪光的最後一個節點（鋪光越多增加成本，設備是193波長的浸潤式光刻機，約8000萬美元/台，EUV基本是1億歐元以上，國內的最先進的設備是248）。（目前華力微從聯電挖了一個50-60人的28nm的技術團隊，進展比較快，中芯國際和聯電的技術差的不多，所以沒有必要）。

l代工業的成長率要好於半導體行業的成長率

l未來代工業成長的主要份額依然主要來自先進工藝

l每個長壽命高佔比技術平台都是因為具有高性價比

隨著技術的複雜程度越來越高，晶圓的成本也節節攀升；隨著Patterning的成本的增加，單個晶體管的成本越來越難以降低

晶圓成本增加主要因為工業複雜程度越來越高，設備投入越來越大；尤其是16nm及以後的技術節點，多次曝光的應用越來越多，相應的成本急劇增加；後段的銅互連技術在整個晶圓中所佔比重越來越高。以16nm為例，前段和後段浸潤式光刻次數比例為6:18。

四、集成電路製造產業鏈各環節機會

集成電路製造是工業文明皇冠上的鑽石。其具有高資本投入高附加值，高集成度，高技術含量嚴苛工藝要求等特點。半導體分為四類產品：集成電路、光電子器件、分立器件和感測器。其中規模最大的是集成電路，佔半導體總市場的八成。美國半導體產業協會（SIA）最新發布的數據顯示，2015年全球半導體市場銷售額3352億美元，2016年約為3399億美元。全球二十大半導體企業中尚未發現中國企業的身影，純代工企業3家，設計公司5家。其中美國有8家半導體廠入榜，日本、歐洲與中國台灣地區各有3家，韓國則有兩家擠進榜單。

隨著「十三五」重點項目的啟動，給國內集成電路產業的發展帶來新的機遇「綱要」的落實，集成電路產業發展基金的投資，國家進一步扶持發展集成電路產業的政策落實也將為國內集成電路產業快速發展產生促進作用。由於國內市場的拉動和技術進步，集成電路設計業將繼續領跑2016年集成電路產業的發展。可望集成電路設計業的增長率超過20%，整個集成電路產業將實現20%左右的增長。

設備環節

從全球範圍看，前十大半導體設備生產商中，有美國企業4 家，日本企業5 家，荷蘭企業1 家。行業處於寡頭壟斷局面。其中晶圓製造設備成本佔比高達70%，且大都屬於高端領域。

從機台類型來看，光刻機、薄膜沉積、刻蝕設備位列前三。隨著晶體管尺寸的縮小，光刻的成本越來越高，已經超越了薄膜沉積。

2017年，存儲器價格一路飆升，韓國三星、海力士大力擴產，規模將超過台灣地區獨佔鰲頭；2018年，中國多個新投資的晶圓廠將大量採購設備，採購額將達到 120億美金，也將超過台灣地區，居世界第二位。

半導體材料

隨著半導體器件結構的變化和半導體製程複雜程度的提高，在半導體產業採用的化學元素越來越多。從1985年的11種增加到了2016 年的49 種。2016年全球半導體材料市場規模將同比增長1.8％，達到441億美元。預計2017年將同比增長2％，達到450億美元。其中晶圓製造材料市場規模約242.3億美元。其中大部分材料、特別是高端集成電路製造用材料主要依賴進口。目前中國製造晶元所用到的半導體材料,中國自給半導體材料市場佔有率不到5%。集成電路製造主要材料包括硅材、掩膜、電子氣體、工藝化學品、光刻膠、拋光材料、靶材、封裝材料

半導體材料----矽片和外延片製造

硅基晶圓片，是製作集成電路的重要材料，通過對矽片進行光刻、離子注入等手段，可以製成集成電路和各種半導體器件。

l矽片是最主要的半導體材料，歷年來硅晶圓片的市場銷售額占整個半導體材料市場總銷售額的32%~40%，2016年預計全球矽片市場約為75億美元（200百萬片8英寸等值晶圓）；

l我國2016年對矽片及硅基材料的需求約為120億元，但12英寸矽片完全依賴進口；

l目前，矽片主流產品是12英寸，其次是8-5英寸。 12英寸矽片自2009年起成為全球硅圓片需求的主流，全球300mm矽片實際出片量已佔各種矽片出片量的65%左右，預計2017年將佔矽片市場需求大於75%的份額。 12英寸矽片主要用於生產90nm-28nm及以下特徵尺寸的存儲器、數字電路晶元及混合信號電路晶元；

l業界主要晶圓供應商是日本信越，日本SUMCO,美國MEMC(SunEdison),德國Spintronic。國內目前有一些供應商如北京有研，上海新昇，浙江金瑞泓，南京國盛等供應8英寸以下晶圓。

國內的矽片切入目前比較困難，可以從空檔片（機器啟動預熱時用到）或測試片（設備過一段時間需要檢測）開始。

半導體材料產業分析----化學品和光刻膠

當前全球工藝化學品的市場格局為歐美傳統化學品公司佔37%，日本公司佔34%，台灣地區、韓國公司佔17%。日本公司在半導體材料領域處於絕對的優勢地位：

l晶圓>60%

l光刻膠>70%：供應商主要有JSR、TOK, Dow Chemical(Rohm and Haas)、Shin-Etsu Chemical、 Fujifilm Electronic Materials、 Sumitomo, AZ、韓國東進、台灣永光。其中日本公司5家、美國、歐洲、韓國、中國台灣地區各1家。

l光罩>70%：凸版、DNP

lChemical:~50%, 如右圖所示

l靶材~50%

半導體材料產業分析----靶材、拋光液、氣體

電子氣體包括大宗氣體和特種電子氣體。

大宗氣體是集成電路生產工藝用氮氣、氫氣、氬氣、氦氣、氧氣等。氣體公司通常在集成電路工廠建設時同步建設氣站，有些是現場空分制氣，有些則是罐車定期配氣，主要供貨商包括法國液化空氣集團（法液空)、美國空氣化工產品公司(AP)、德國林德公司(林德)、美國普萊克斯公司(普萊克斯)、德國梅塞爾集團(梅塞爾)等。

在特種電子氣體方面，除了個別蝕刻、清洗用氣體之外，8-12英寸集成電路生產用大部分氣體品種也由以上5家大型氣體公司佔有並輔助以其它6-8家公司提供特殊氣體品種。近年來，5大電子氣體公司在全球電子氣體市場中所佔份額一直保持在80%以上。

靶材

國際生產半導體用靶材的一線公司有4家：分別是JX日礦日石金屬、Honeywell、Tosoh、Praxair。其中前四大公司的技術具備領先地位，公司產品主要集中在高端靶材市場，約佔全球靶材市場的60%；江豐電子已經躋身二線靶材廠商之列。

化學機械拋光材料

化學機械拋光液的主要有Cabot、Air Product、Dow Chemical、Fujifilm、 Fujimi、 Hitachi等幾家企業。Cabot擁有市場分額40%左右、Air Product、Dow Chemical, Fujifilm、Fujimi、Hitachi的市場份額分別大約為5-12%不等。

化學機械拋光墊的生產企業主要有Dow Chemical、Cabot、Thomas West等企業。其中Dow Chemical佔80%的市場份額，Cabot約佔10%，其餘的份額由十家左右的拋光墊公司共享；從事化學機械拋光金剛石修整盤業務的主要有美國3M公司、台灣KINIK、韓國Saesol、日本的Asahi、 Mitsubishi、 Noritake和韓國的EHWA、Shinhan等，其中美國3M公司、台灣KINIK,韓國Saesol等三家產品佔全球近60%份額。

國產材料的突破離不開政府的支持和晶圓廠的扶持；半導體材料種類繁多，國產材料必須找到合適的切入點，產品選擇上要用量大，利潤率高。（總體而言國內半導體的切入點在：用量大；受到工藝製程影響較少（28nm→16nm等過度是要求沒那麼高，例如靶材、拋光液、清洗液、電鍍液等），氣體等用量大，但過於分散）。