半导体硅片行业深度报告：全球硅片景气上行国产厂商加速破局.pdf

全球硅片 景气上行 ，国产 厂商加速破局 Table_CoverStock 半导体 硅片行业 深度报告 Table_ReportTime 2021 年 9 月 17 日 Table_CoverAuthor 方竞 电子行业分析师 李少青 电子行业分析师 S1500520030001 S1500520080004 +86 15618995441 +86 18616987704 Table_CoverReportList 请阅读最后一页免责声明及信息披露 2 证券研究报告 行业 研究 Table_ReportType 行业 深度报告 Table_StockAndRank 电子 投资评级 看好 上次评级 Table_Chart 方竞 电子 行业分析师 执业编号： S1500520030001 联系电话： +86 15618995441 邮 箱： 李少青 电子行业分析师 执业编号： S1500520080004 联系电话： +86 18616987704 邮箱： 信达证券股份有限公司 CINDA SECURITIES CO.,LTD 北京市西城区闹市口大街 9号院 1号楼 邮编： 100031 Table_Title 全球硅片 景气上行 ， 国产 厂商加速破局 Table_ReportDate 2021 年 9 月 17 日 本期内容提要 : Table_Summary 半导体 行业 核心 原材料 ，硅片国产化 意义重大 。 硅片因 其 技术成熟、成本 稳定、应用广泛等 特点， 是 目前用于 制造 半导体器件的 主流材料。据 SEMI 统计， 2020 年全球晶圆制造材料市场总额达 349 亿美元 ，其中 硅片的销售 额占比 最高， 达 到 36.64%， 是半导体制造最核心的原材料 ，硅片的供需情 况与价格趋势也很大程度反映半导体行业的景气度。 半导体硅片 由于 提纯和 加工技术门槛极高， 因此 全球的半导体硅片市场形成高度垄断 ， 目前 全球前 5 大硅片厂商占据全球近 90%市场份额， 作为半导体制造核心材料， 硅片国 产化意义重大。 我国硅片产业起步较晚，技术积累不及海外，近年来国内厂 商加快半导体硅片的研发投入和建设，已 有 多家厂商实现了从 8 英寸到 12 英寸半导体硅片的突破，未来国内厂商有望充分受益半导体硅片的国产化。 需求分析： 半导体终端需求旺盛 ， 赋能 硅片成长动力。 全球硅片行业需求 主要有半导体行业需求带动，半导体行业终端应用丰富，需求旺盛， 驱动 硅 片行业长期增长。 自 2020 年下半年以来，全球缺芯潮带动半导体行业景气 度高涨，直接带动了行业对上游硅片需求增长。 SEMI 发布报告称， 2021 年 第二季度全球硅晶圆出货面积再创新高，达到 3534 百万平方英寸，同比增 长 12%。在多种终端应用的推动下，全球硅片的供需仍将保持紧张趋势，我 们认为， 5G 手机、汽车电动化、 ADAS、数据中心、 IoT 等行业趋势将带动 半导体行业需求结构性改善，从而带动硅片需求的长期增长。据 SUMCO 统 计， 2Q21 全球 12 英寸硅片需求超过 710 万片 /月。 （ 1） 智能手机： 据 SUMCO 数据， 5G 相 比 4G 手机单机硅片面积需求量 提升 70%， 随着 5G 手机渗透率的提升，全球智能手机市场对硅片的需求量 将稳步提升 。 （ 2） PC/数据中心： 疫情 影响下 远程办公、线上网课等需求带 动全球 PC/服务器出货量增长。 SUMCO 预测 2021 年 全球 PC+平板电脑 出 货量将达 未来 五年峰值水平 ，从而 带动 PC+平板电脑对 12 英寸硅片 需求在 2021 年 大幅增长 ， 超过 900 万 片 /月 ； 长期来看 ， 全球数据流量的增长 将带 动 服务器需求增长， 从而 推动硅片需求长期增长。 （ 3） 汽车电子： 汽车的 电动化、智能化、网联化将推动汽车单车的硅含量大大增长，随着电动汽车、 ADAS 渗透率的增长，汽车市场对全球硅片需求也将保持长期增长态势。 供给 分析 ： 海外厂商主导，国产替代空间广阔 。 半导体硅片行业长期被海 外大厂垄断，目 前 信越化学、 环球晶圆 （收购世创） 、 SUMCO 和 SK Siltron 仍 占据 全球 近 90%的市场份额 ，国产硅片厂商替代空间巨大 。 从扩产进度 来看，海外大厂的扩产意愿和资本开支与宏观环境和下游行业景气度息息相 关， 2008 年至 2020 年全球硅片出货量稳中有升，且呈周期性波动特点 ， 硅 片价格亦随行业供需结构变化呈周期性波动 。 2012 年 起主要硅片厂商开始 恢复金融危机后的扩产计划，产能顺利开出使得硅片市场产能过剩，导致 2012-2016 年硅片价格不断下滑 ； 2017 年起随着智能 手机 、新能源汽车等 带 动 半导体终端市场需求 强劲，市场供需结构发生变化 ， 硅片价格重回上升 通道 。 进入 2020 年下半年以来，全球 半导体行业景气度持续高涨，上游硅 片市场亦不例外 ， 环球晶圆、信越化学等国际 硅片大厂自 2020 年底 先后宣 布调涨硅产品价格，显示了行业的高景气度。展望未来， 国际 大厂无论从扩 产计划还是资本开支来看扩产都相对谨慎，而国内硅片厂商面对下游晶圆厂 快速扩产带来的硅片需求激增，以及半导体材料国产化的巨大 机遇 ， 纷纷 加 快半导体硅片的研发投入和建设，未来有望充分受益半导体硅片的国产化。 投资建议： 随着 国内晶圆厂持续扩产，半导体硅片国产化空间巨大，建议 关注国内 率先实现 12 英寸半导体 硅片规模化销售的 龙头企业 沪硅产业 、光 伏和半导体硅片协同发展的领先硅片厂商中环股份；同时关注加速硅片市场 布局的 立昂微和神工股份 ；以及 超硅股份、中欣晶圆 等企业。 风险 因素 ： 1、宏观经济及国际环境变化的风险。 2、 下游 需求不及预期的 风险。 3、硅片行业竞争加剧风险。 4、技术更迭的风险。 请阅读最后一页免责声明及信息披露 3 目 录 投资聚焦 . 5 一、硅片是半导体产业的核心原材料 . 6 1、硅片制造技术门槛高，国产化空间广阔 . 6 2、从尺寸和应用场景分类硅片 . 7 3、半导体硅片的生产流程 . 9 4、展望未来：三代半导正在崛起，但硅基器件仍为主流 . 12 二、需求分析：半导体终端需求旺盛，赋能硅片成长动力 . 13 1、 12 英寸与 8 英寸硅片需求均维持长期增长趋势 . 13 2、智能手机： 5G 手机渗透率提升带动硅片需求长期增长 . 16 3、 PC/数据中心：疫情助推短期需求增长，长期动力源自数据流量 . 17 4、汽车电子：电动化、智能化带动汽车硅含量长期增长 . 19 三、供给分析：海外厂商主导，国产替代空间广阔 . 22 1、全球竞争格局稳定，海外厂商主导，国产替代空间大 . 22 2、半导体材料国产化势在必行，本土硅片厂商加速布局 . 24 四、把握国产替代东风，国产厂商加速扩产 . 27 1、沪硅产业：半导体硅片龙头，引领国产替代之路 . 28 2、中环股份：光伏 +半导体双轮驱动，半导体业务进展顺利 . 29 3、立昂微：三驾马车齐拉动，产业一体化优势明显 . 30 4、神工股份：刻蚀用单晶硅材料领军者，积极布局硅片市场 . 32 5、超硅股份：中国大陆领先的大尺寸硅片生产厂商 . 33 五、风险因素 . 34 表 目 录 表 1：第一、二、三代半导体材料的总结与对比 . 12 表 2： 5G 手机相比 4G 手机芯片硬件提升 . 16 表 3：单车所需晶圆面积预测 . 20 表 4：全球主要国家内燃机汽车新车禁售规划 . 20 表 5：中国大陆硅片制造厂商 . 27 表 6：神工股份在研项目情况（万元） . 32 表 7：神工股份募集资金项目情况（亿元） . 32 图 目 录 图 1：半导体硅片所处的产业链环节 . 6 图 2： 2020 年全球半导体制造材料销售额（亿美元） . 6 图 3: 半导体制造材料销售结构 . 6 图 4：全球硅片前五大公司的市场份额 . 7 图 5：半导体硅片尺寸发展历程 . 7 图 6：全球不同尺寸半导体硅片出货面积（亿平方英寸） . 8 图 7：全球不同尺寸半导体硅片出货面积占比 . 8 图 8：按应用场景对硅片的分类 . 8 图 9：半导体级多晶硅的制备方法 . 9 图 10：半导体级多晶硅的制备方法 . 9 图 11：直拉法（左）和区熔法（右）生产原理图 . 10 图 12：根据制造工艺分类硅片 . 10 图 13：外延片生产原理图 . 11 图 14： SOI 智能剥离生产原理图 . 11 图 15：半导体硅片和 SiC、 GaN 市场规模对比（亿美元） . 12 图 16：手机、 PC、汽车上的半导体器件需求 . 13 图 17: 工业领域半导体器件需求 . 13 图 18： 2020 年半导体细分下游市场占比 . 13 图 19： 2020 年 12 英寸晶圆下游分器件占比 . 14 图 20： 2020 年 8 英寸晶圆下游分器件占比 . 14 图 21： 2020 年 12 英寸晶圆终端应用市场规模占比 . 14 图 22： 2020 年 8 英寸晶圆终端应用市场规模占比 . 14 图 23： 2020 年 12 英寸晶圆终端面积需求占比 . 14 图 24： 2020 年 12 英寸晶圆器件面积需求占比 . 14 图 25： 2014-2021 年全球 12 英寸晶圆需求趋势（万片 /月） . 15 图 26： 2021-2025 年全球 12 英寸晶圆分终端需求预测（万片 /月） . 15 图 27：全球 8 英寸晶圆需求趋势（万片 /月） . 16 图 28：全球 8 英寸晶圆产能及预测（百万片 /月） . 16 图 29： 5G 手机对 12 英寸硅片面积需求变化 . 16 请阅读最后一页免责声明及信息披露 4 图 30： 2019-2024 年全球智能手机销量预测（百万台） . 17 图 31： 2019-2024 年智能手机对 12 英寸晶圆需求（百万片 /月） . 17 图 32： 2020 年 2 季度起 PC 销量大幅提升（百万台） . 17 图 33： 20 年 2 季度起平板电脑销量大幅提升（百万台） . 17 图 34：全球 PC/平板电脑销量预测（百万台） . 18 图 35：全球 PC/平板电脑 12 英寸硅片需求预测（万片 /月） . 18 图 36： 2020 年服务器市场整体出货量（万台） . 18 图 37：全球 IP 流量预测（ EB/month） . 18 图 38：全球云厂商 CAPEX 及数据中心 12 英寸硅片需求预测 . 19 图 39：新能源汽车各类半导体价值量变化 . 19 图 40：全球自动驾驶汽车出货量预测（万辆） . 20 图 41：全球汽车出货量分驱动类型预测（百万辆） . 21 图 42：各动力类型汽车对晶圆需求预测（百万片 /月，等效 8 英寸） . 21 图 43：全球汽车市场对各尺寸晶圆需求预测（万片 /月） . 21 图 44：全球硅片出货面积（亿平方英寸） . 22 图 45：全球半导体硅片价格（美元 /平方英寸） . 22 图 46：信越化学自 2018 年 1 月以来首度涨价 . 23 图 47： 2006-2024 年全球 12 英寸硅片扩产情况（万片 /月） . 23 图 48： 2018-2020 年主流硅片制造商资本开支（亿美元） . 23 图 49：全球前五大硅片厂商并购史 . 24 图 50：全球前五大硅片制造商市场份额 . 24 图 51：国内下游晶圆需求 . 25 图 52：国内本土厂商占比 . 25 图 53：中国内地抛光片产能情况（百万片 /月） . 25 图 54：中国内地外延片产能情况（百万片 /月） . 25 图 55：中国硅晶圆产能情况（百万片 /月） . 26 图 56：中国内地 8/12 英寸抛光片、外延片相关布局 . 26 图 57：沪硅产业客户及产品情况 . 28 图 58：沪硅产业硅片发展历程 . 28 图 59： 2018-2021 年沪硅产业 12 英寸硅片产能（万片 /月） . 29 图 60：沪硅产业营收毛利情况（亿元） . 29 图 61：沪硅产业 8 英寸及 12 英寸硅片产销量（百万片） . 29 图 62：中环股份硅片产能发展历程 . 30 图 63：中环半导体材料营收及占比情况（亿元） . 30 图 64：中环半导体硅片产销量（亿平方英寸） . 30 图 65：立昂微营收结构（亿元） . 31 图 66：立昂微硅片发展历程 . 31 图 67：立昂微预计 2021 年资本支出项目占比 . 32 图 68：重庆超硅发展历程 . 33 请阅读最后一页免责声明及信息披露 5 投资聚焦 2020 年下半年起， 全球 半导体行业景气度持续高涨，上游硅片市场亦不例外 ， 全球半导体硅 片大厂自 2020 年底纷纷表示涨价意愿。 2020 年 12 月，环球晶圆率先提出提高现货市场硅 晶圆价格的意向； 2021 年 3 月，全球第一大半导体硅片厂商信越化学宣布从 4 月起对其所 有硅产品价格提高 10%-20%，这也是信越化学自 2018 年 1 月以来的首度涨价。 我们详细剖析 半导体硅片市场的供需格局 ，需求端 从智能手机、 PC/数据中心、汽车电子等 多个领域详细分析 下游成长逻辑，供给端 通过复盘行业价格和硅片厂商发展历史，对全球硅 片 产能 增长尤其是本土硅片厂商进行了详细梳理 。 我们认为， 当下 半导体硅片市场将持续受益行业高景气度 ，而站在中长期角度， 国内硅片厂 商面临的是下游晶圆厂快速扩产带来的硅片需求激增，以及半导体材料国产化的巨大机遇 。 目前 半导体硅片行业仍由国际企业主导，而随着国内厂商加速扩产破局， 未来国内 半导体硅 片 厂商成长前景广阔。 请阅读最后一页免责声明及信息披露 6 一、硅片是半导体产业的核心原材料 1、硅片制造技术门槛高，国产化 空间广阔 半导体硅片是半导体器件的主要载体。 硅片是半导体产业的上游原料，下游产业通过对硅片 进行光刻、刻蚀、离子注入等加工，可将硅片制成各类半导体器件用于后续加工，如集成电 路、二极管、功率器件等。硅片作为半导体材料绝缘性好，制成的半导体器件稳定性高，因 而已被半导体产业所广泛使用。 图 1：半导体硅片所处的产业链环节 资料来源：信达证券研发中心 据 SEMI 统计， 2020 年 全球晶圆制造材料市场总额达 349 亿美元。其中，硅片和硅基材料 的销售额占比达到 36.64%，销售额约为 128 亿元。 半导体硅片 在晶圆制造材料市场中 占比 最高， 是 半导体制造的核心材料。 图 2： 2020 年全球半导体制造材料销售额（亿美元） 资料来源： SEMI，信达证券研发中心 图 3: 半导体制造材料销售结构 资料来源： SEMI，信达证券研发中心 光伏行业对硅片纯度要求低，仅需达到 99.9999%，而用于半导体器件加工的硅片对纯度有 着极高要求，需达到 99.999999999%。此外，半导体硅片还对硅片的平整度、光滑度有较高 要求。正因如此， 半导体硅片的提纯和加工技术门槛极高，全球的半导体硅片市场形成高度 垄断。 据 Siltronic 统计， 2020 年全球前五大硅片制造商为日本信越、 SUMCO、环球晶圆、 SK Siltron 和世创，他们共同占据着半导体硅片市场 87%的份额。 0 20 40 60 80 100 120 140 硅片和硅基材料 37% 光掩膜 12% 光刻胶 5% 光刻胶配套试剂 7% 电子气体 13% 湿法化 学品 6% 靶材 2% CMP材料 7% 其他材料 11% 请阅读最后一页免责声明及信息披露 7 图 4：全球硅片前五大公司的市场份额 资料来源： Siltronic、 ChipInsights，信达证券研发中心 我国硅片产业起步较晚，技术积累不及海外。目前国内的半导体硅片企业主要生产 6 英寸 及以下的半导体硅片，少数企业具有 8 英寸 和 12 英寸 半导体硅片的生产能力 ， 在 2017 年 以前， 12 英寸 半导体硅片几乎全部依赖进口。 2018 年， 沪 硅产业集团子公司上海 新昇 作 为中国大陆首家实现 12 英寸 硅片规模化销售的企业，打破了 12 英寸 半导体硅片国产化率 几乎长期 为 0%的局面 。 近年来，国内厂商加快 了半导体硅片的研发投入和建设，已经多 家厂商实现了从 8 英寸到 12 英寸半导体硅片的突破，目前半导体硅片的国产替代空间巨 大，未来国内厂商有望充分受益半导体硅片的国产化。 2、从尺寸和应用场景分类硅片 随着半导体行业的发展，半导体器件的终端需求量不断提升。作为半导体行业的核心原材料， 硅片的尺寸和技术生产水平也在持续进步，产品种类也丰富起来。对于半导体硅片，目前可 以依照尺寸、应用场景等做进一步分类。 （ 1）按硅片尺寸分类： 硅片尺寸 遵循摩尔定律不断增大。 1965 年 ， 2 英寸 （ 50mm） 直径 的 硅片 首次量产 ， 随后 30 年里， 4 英寸（ 100mm）， 6 英寸（ 150mm）， 8 英寸（ 200mm） 硅片相继问世 ，再到 2000 年 12 英寸 （ 300mm）硅片 实现量产。 硅片直径 的 提升 使得硅片面积平方级增长，进而使得 单块晶圆能产出的芯片 数量也翻倍增长。硅片直径越大，芯片的平均生产成本越低，进而 提 供 更经济的 规模效益 。但与此同时，生产更大直径的硅片，其所需要的生产工艺改进成本、 设备性能提升，也将在投产初期给厂商带来更高的固定成本投入。 图 5：半导体硅片尺寸发展历程 资料来源：沪硅产业招股书，信达证券研发中心 日本信越 28% SUMCO 22%环球晶圆 15% 世创 11% SK Siltron 11% 其他 13% 请阅读最后一页免责声明及信息披露 8 硅片的尺寸越大，芯片单位成本越低，因而 目前 8 英寸、 12 英寸的大尺寸硅片是行业主流， 其中 12 英寸硅片格外受欢迎，出货面积连年保持增长。据 SEMI 统计， 2019 年 12 英寸硅 片的出货面积达 79.3 亿平方英寸，占全部半导体硅片出货面积的 67.2%。根据 IC Insights 预测， 2021 年 12 英寸硅片产能占比有望提升至 71.2%。 图 6：全球不同尺寸半导体硅片出货面积（亿平方英寸） 资料来源： SEMI，信达证券研发中心 图 7：全球不同尺寸半导体硅片出货面积占比 资料来源： SEMI，信达证券研发中心 18 寸（ 450mm）硅片 是 12 寸 （ 300mm） 硅片 发展 的下一 阶段，技术上目前已成功突破 。 但 由于目前 8 寸和 12 寸 的 硅片 已 可以 较好地 满足 目前 的 市场 需求，且 18 寸硅片 涉及的生 产 设备 量产 难度大 ，所需的固定成本投入高 ，产业链上下游 对升级 18 寸硅片 产线 的 动力非 常有限 。 我们认为 ， 在可预期的将来，市场的主流硅片尺寸仍将保持在 8 英寸和 12 英寸。 （ 2） 按应用场景分类： 从硅片在晶圆厂的应用场景来看，硅片可以分为挡片（ Dummy Wafer） 、 控片（ Monitor Wafer） 以及正片（ Prime Wafer）。其中挡片和控片一般是由晶棒两侧品质较差处所切割出来，用于 调试机台、监控良率。随着晶圆厂制程的推进，基于精度要求及良率的考量，需要在生产过 程中增加监控频率。 65nm 制程每投 10 片正片，需要加 6 片挡控片，而 28nm 及以下制程， 每 10 片正片需要加 15-20 片挡控片。 挡控片的用量巨大，为了避免浪费，晶圆厂往往会回收用过的挡片，经研磨抛光，重复使用， 但挡片的循环次数有限，一旦超过门限值，则只能报废处理或当作光伏硅片使用。而控片则 需具体情况具体对待，用在某些特殊制程的控片无法回收使用，那些可以回收重复利用的挡 控 片又被称为可再生硅片（ reclaimed wafer）。 图 8： 按应用场景对硅片的分类 资料来源：工研院，信达证券研发中心 0 20 40 60 80 100 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 300mm 200mm 150mm 125mm 100mm 0% 20% 40% 60% 80% 100% 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 100mm 125mm 150mm 200mm 300mm 请阅读最后一页免责声明及信息披露 9 3、半导体硅片的生产流程 半导体硅片生产流程复杂。 首先， 沙子 和 矿石中的二氧化硅经过 碳加热 纯化，可制成纯度 98% 以上的 工业级 硅； 在此基础上，通过化学反应将工业级硅生成三氯硅烷，再利用西门子方法， 使用氢气将三氯硅烷还原为 纯度达 9-11 个 9 的 半导体级多晶硅。 图 9：半导体级多晶硅的制备方法 资料来源：信达证券研发中心 半导体级多晶硅接着 在石英坩埚中熔化，并掺入硼（ P）、磷（ B）等元素改变其导电能力， 之后放入 籽晶确定晶向，经过单晶生长，制成具有特定电性功能的单晶硅锭。 单晶硅锭 再 经 过 整型、切片、磨片倒角、刻蚀、抛光、清洗、检查、包装 等工艺步骤， 最终 制造成为半导 体硅片 中最常见的抛光片 。 在 各 生产环节中，半导体硅片需要尽可能地减少晶体缺陷，保持极高的平整度与表面洁净度， 以保证集成电路或半导体器件的可靠性 。 图 10：半导体级多晶硅的制备方法 资料来源：沪硅产业招股书，信达证券研发中心 单晶生长是抛光片生产中最重要的一环工序，其技术主要分为 直拉法（ CZ） 和 区熔法（ FZ）。 直拉法 首先使用电阻或射频加热线圈， 将多晶硅加热至熔化， 再使用籽晶硅接触直拉装置与 液体硅 表面接触。接触后，由于温度差异， 液体硅 在晶种表面凝固 ， 并 生长产生 相同晶体结 构的单晶。 与此同时， 晶种以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，最终形成 单晶晶棒。该方案可以在拉晶过程中观察晶体的生长情况，但容易受到机械扰动的影响。 区熔法通过加热丝在多晶硅锭局部形成熔融区，且该熔融区会从晶种端向硅锭末端慢慢移动。 在凝固界面，杂质在熔融硅和晶体硅之间分布，并从晶种一侧被推向对面一侧。通过多次熔 融精炼，最终就 能获得高纯度 的 单晶 硅。 但由于技术限制，区熔法仅能生产 8 寸（ 200mm）及以下的硅片，且成本、产量、杂质控 制等指标均不如直拉法，因而目前市场主流工艺均采取直拉法。 区熔法生产的单晶硅大多用 于功率晶体 管、太阳能电池等。 请阅读最后一页免责声明及信息披露 10 图 11：直拉法（左）和区熔法（右）生产原理图 资料来源：信达证券研发中心 除了最常见的抛光片， 经过不同的加工工序， 半导体硅片还有许多特殊产品， 其中最 主要 的 有 外延片（ Epitaxial Wafer），绝缘体上硅（ Silicon-On-Insulator Wafer） 等。 图 12：根据制造工艺分类硅片 资料来源：信达证券研发中心 外延片： 外延片 的生产是将 抛光片在外延炉中加热到 1200 左右 ，然后让硅片与汽化的外 延生长源相互接触，使硅片长上一层有一定厚度、以定电阻率、一定型号的新单晶。常见的 外延生长源主要为一 氯化硅（ SiCl） 、二 氯硅烷（ SiHCl2） 、三 氯化硅（ SiCl3） 和四 氯硅烷 （ SiHCl4） 。相较抛光片，外延片 具有 更小的串联电阻，消除了 CMOS 的可控硅效应，以 及 许多在晶体生长和其后的晶片加工中所引入的表面 /近表面缺陷。 请阅读最后一页免责声明及信息披露 11 图 13：外延片生产原理图 资料来源： SUMCO，信达证券研发中心 SOI（绝缘体上硅） ： 绝缘体上硅 又称 SOI，是 一 种 新型结构的硅材料。 SOI 呈 三明治结构， 最上面是顶层硅，中间是掩埋氧化层（ BOX），下方是硅衬底。制备 SOI 的技术主要有注氧 隔离（ SIMOX）、键合减薄（ BESOI）和智能剥离（ Smart-Cut）等，当前最主流的技术是 智能剥离。 SOI 的优势有很多，包括速度高、功耗低、成本低、抗辐照特性好等。其中， SOI 最为重要 的优势在于，它 可以通过氧化层实现高电绝缘性， 进而 大大减少硅片的寄生电容以及漏电现 象。随着半导体制程工艺不断演进， SOI 方案的优势逐渐凸显。 据 Marketsand Markets预估， SOI市场在 2017至 2022年期间平均复合成长率将达 29.1， 2022 年市场价值将有望达到 18.6 亿美元。 图 14： FD-SOI 晶圆及 FD-SOI 晶体管 示意图 资料来源： Soitec，信达证券研发中心 请阅读最后一页免责声明及信息披露 12 4、展望未来：三代半导正在崛起，但硅基器件仍为主流 半导体材料发展至今共有三代。第一代半导体以硅基、锗基半导体为首，技术成熟，应用广 泛。第一代半导体材料的出现取代了电子管，引领了以集成电路为核心的微电子工业的发展 和 IT 行业的飞跃。 第二代半导体以砷化镓（ GaAs）、磷化铟（ InP）为代表。一方面，第二代半导体的电子迁 移率较硅基半导体更快，因此适用于高频传输，在无线通讯如手机、无线局域网、卫星定位 等方面有应用。另一方面，第二代半导体具有直接带隙，因此可适用发光领域，如发光二极 管（ LED）、激光二极管（ LD）、光接收器（ PIN）及太阳能电池等产品。 第三代半导体 材料，主要包括 SiC、 GaN、金刚石等，因其禁带宽度（ Eg）大于或等于 2.3 电子伏特（ eV），又被称为宽禁带半导体材料。第三代半导体材料目前研究重点多集中于碳 化硅（ SiC）和氮化镓（ GaN）技术，其中 SiC 技术进展最快，意法半导体目前已实现 8 英 寸 SiC 的量产，预计在 2022 年， 8 英寸的 SiC 将会大批量出货。 表 1：第一、二、三代半导体材料的总结与对比 典型材料 优点 缺点 应用场景 第一代半导体 硅 Si、锗 Ge 工艺技术成熟、规模成本可控 不耐高温、高压环境 广泛用于各类集成电路制造 第二代半导体 砷化镓 GaAs、磷化铟 InP 适合用于制造高速、高频、大功 率电子器件 资源稀缺，价格昂贵，具 有毒性，对环境有污染 无线通讯器件、发光二极管等 第三代半导体 碳化硅 SiC、氮化镓 GaN 耐高温、耐高压、宽禁带 成本较高 高频高功率器件、 MOSFET等 资料来源：信达证券研发中心 整理 硅基半导体始终是市场首选。 三代半导体材料之间并非替代关系，而是根据不同的特性，彼 此相互补充，各自具有不同的应用场景。硅片主要用于制造各类集成电路，技术成熟，成本 稳定，应用广泛，是目前市场的主流选择。以 SiC、 GaN 为首的第三代半导体材料在高温、 高功率、高频和抗辐射等环境里表现更好，目前在射频器件、功率器件等方面得到广泛应用。 据 Yole 数据， 2020 年 以 SiC、 GaN 的第三代半导体的市场规模为 14.93 亿美元，但据 Mordor Intelligence 数据， 2020 年半导体硅片的市场规模已达到 107.9 亿美元。 从市场规模来看， 硅片仍是半导体材料的绝对主流。 图 15：半导体硅片和 SiC、 GaN 市场规模对比（亿美元） 资料来源： Yole， Mordor Intelligence，信达证券研发中心 0 20 40 60 80 100 120 140 2019 2020 2021E Si SiC、 GaN 请阅读最后一页免责声明及信息披露 13 二、需求分析： 半导体 终端需求 旺盛， 赋能 硅片成长 动力 全球 硅片 需求主要 由半导体行业需求带动。 硅片 是半导体行业最重要的原材料，在硅基板上 的 生产 的半导体器件 应 用于各种 消费 电子产品 、 汽车电子及工业 控制领域，根据 Gartner 统 计 ， 半导体 行业下游 市场 主要 可分为计算 、 无线 通信、消费电子 、汽车电子 、 工业电子、存 储 、 有线通信七 大类， 2020 年占比 分别为 30.8%、 27.5%、 10.5%、 10.5%、 8.3%、 7.4%、 4.8%，预计 2021 年 全年 销售额增速 为 9.5%。 图 16：手机 、 PC、汽车 上的半导体 器件需求 资料来源： Siltronic，信达证券研发中心 图 17: 工业领域 半导体 器件需求 资料来源： Siltronic，信达证券研发中心 图 18： 2020 年半导体 细分 下游 市场占比 资料来源：信达证券研发中心 整理 1、 12 英寸 与 8 英寸硅片需求均维持长期 增长 趋势 分 器件来看， 用 8 英寸晶圆 与 12 英寸晶圆 生产的 半导体 器件有所不同。 由于 先进制程 工艺 主要在 12 英寸 Fab 厂 进行 生产， 12 英寸 晶圆 主要用于生产 高 算力的 逻辑 器件、 DRAM 存 储器 、 3D NAND 存储器、 CMOS 图像 传感器等 ； 8 英寸 晶圆 主要 用于生产 CMOS 图像 传感 器、 功率 分立器件、 MCU、 模拟器件、 电源管理芯片 、 显示驱动 芯片等 成熟 制程 芯片。 请阅读最后一页免责声明及信息披露 14 图 19： 2020 年 12 英寸 晶圆 下游分 器件 占比 资料来源： SUMCO，信达证券研发中心 图 20： 2020 年 8 英寸晶圆下游 分器件占比 资料来源： Semico Research，信达证券研发中心 由于 用 8英寸 晶圆和 12英寸 晶圆所生产的半导体器件不同， 其 终端应用领域也有较大差别 。 从 终端应用市场规模来看， 8 英寸晶圆 下游 主要 应用 领域为汽车 、工业、 智能手机、 白色家 电、 IoT 等 ， 其中汽车 占比 为 33%，工业 占比为 27%， 智能手机 占比为 19%； 12 英寸 晶圆 下游 主要应用 领域 为 智能手机 、 PC、 平板电脑、 服务器 、 游戏 、汽车、工业等 ， 其中 智能手 机占比 最大，达到 32%， PC、 服务器 分别 占比为 20%、 18%。 图 21： 2020 年 12 英寸 晶圆 终端应用市场 规模 占比 资料来源： SUMCO，信达证券研发中心 图 22： 2020 年 8 英寸 晶圆 终端应用市场规模占比 资料来源： 国际电子商情、 SUMCO，信达证券研发中心 12 英 寸硅片： 终端需求旺盛带动 12 寸硅片需求 长期增长 从 晶圆面积需求来看， 终端 需求的旺盛将带动半导体行业对晶圆面积需求 的 长期增长。 根据 Siltronic 统计 数据， 2020 年 12 英寸晶圆 面积 需求 最大的终端市场为 智能手机 市场， 占比 25%， 其次 为 PC、 工业 、 服务器 、 汽车市场。对晶圆 面积需求最大的半导体器件为 逻辑器 件 ，占比 34%， 其次 为 3D NAND 存储器 、 DRAM 存储器 、 功率 等其他器件。 图 23： 2020 年 12 英寸 晶圆 终端面积 需求 占比 资料来源： Siltronic，信达证券研发中心 图 24： 2020 年 12 英寸 晶圆 器件面积需求占比 资料来源： Siltronic，信达证券研发中心 NAND 32% Logic 31% DRAM 26% CIS 18/19 年水晶球电子行业第 2/3 名 ;18/19 年金牛奖电子行业第 3/2 名。 李 少青 ，武汉大学硕士 ,2018 年加入西南证券 ,2020 年加入信达证券 ,熟悉半导体产业链。 刘志来 ，上海社会科学院金融硕士 ,2020 年加入信达 证券 ,从事电子行业研究。 童秋涛， 复旦大学硕士 ,2020 年加入信达证券 ,从事电子行业研究。 机构销售联系人 区域 姓名 手机 邮箱 全国销售总监 韩秋月 13911026534 华北区销售副总 监（主持工作） 陈明真 15601850398 华北区销售 卞双 13520816991 华北区销售 阙嘉程 18506960410 华北区销售 刘晨旭 13816799047 华北区销售 祁丽媛 13051504933 华北区销售 陆禹舟 17687659919 华东区销售副总 监 (主持工作 ) 杨兴 13718803208 华东区销售 吴国 15800476582 华东区销售 国鹏程 15618358383 华东区销售 李若琳 13122616887 华东区销售 张琼玉 13023188237 华东区销售 戴剑箫 13524484975 华南区销售总监 王留阳 13530830620 华南区销售 陈晨 15986679987 华南区销售 王雨霏 17727821880 华南区销售 王之明 15999555916 华南区销售 闫娜 13229465369 请阅读最后一页免责声明及信息披露 36 分析师声明 负责本报告全部或部分内容的每一位分析师在此申明，本人具有证券投资咨询执业资格，并在中国证券业协会注册登记为证券分 析师 ,以勤勉的职业态度 ,独立、客观地出具本报告；本报告所表述的所有观点准确反映了分析师本人的研究观点；本人薪酬的任何 组成部分不曾与，不与，也将不会与本报告中的具体分析意见或观点直接或间接相关。 免责声明 信达证券股份有限公司 (以下简称 “ 信达证券 ”) 具有中国证监会批复的证券投资咨询业务资格。本报告由信达证券制作并发布。 本报告是针对与信达证券签署服务协议的签约客户的专属研究产品，为该类客户进行投资决 策时提供辅助和参考，双方对权利与 义务均有严格约定。本报告仅提供给上述特定客户，并不面向公众发布。信达证券不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当 然客户。客户应当认识到有关本报告的电话、短信、邮件提示仅为研究观点的简要沟通，对本报告的参考使用须以本报告的完整 版本为准。 本报告是基于信达证券认为可靠的已公开信息编制，但信达证券不保证所载信息的准确性和完整性。本报告所载的意见、评估及 预测仅为本报告最初出具日的观点和判断，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可能会出现不同程度的波动， 涉及证券或投资标的的历史表现不应作为日后表现的保证。在不同时期，或因使用不同假设和标准，采用不同观点和分析方法， 致使信达证券发出与本报告所载意见、评估及预测不一致的研究报告，对此信达证券可不发出特别通知。 在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议，也没有考虑到 客户特殊的投资目标、财务状况或 需求。客户应考虑本报告中的任何意见或建议是否符合其特定状况，若有必要应寻求专家意见。本报告所载的资料、工具、意见 及推测仅供参考，并非作为或被视为出售或购买证券或其他投资标的的邀请或向人做出邀请。 在法律允许的情况下，信达证券或其关联机构可能会持有报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易，并可能会为这些公司正在 提供或争取提供投资银行业务服务。 本报告版权仅为信达证券所有。未经信达证券书面同意，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发布、转发或引用本报告 的任何部分。若信达证券以外的 机构向其客户发放本报告，则由该机构独自为此发送行为负责，信达证券对此等行为不承担任何 责任。本报告同时不构成信达证券向发送本报告的机构之客户提供的投资建议。 如未经信达证券授权，私自转载或者转发本报告，所引起的一切后果及法律责任由私自转载或转发者承担。信达证券将保留随时 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