半导体设备产业深度分析报告：布局国产半导体设备的历史性机遇.pdf

谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 1 证券研究报告 行业 研究 /深度研究 2018 年 09 月 11 日 机械设备 增持（维持） 章诚 执业证书编号： S0570515020001 研究员 021-28972071 zhangchenghtsc 肖群稀 执业证书编号： S0570512070051 研究员 0755-82492802 xiaoqunxihtsc 关东奇来 021-28972081 联系人 guandongqilaihtsc 黄波 0755-82493570 联系人 huangbohtsc 时彧 联系人 shiyu013577htsc 1机械设备 : 曲折中前行，看 好国产龙头突围 2018.09 2机械设备 : 油服行业景气回升 关注油气产业链 2018.09 3机械设备 : 高景气延续，龙头厂商持续成长 2018.09 资料来源： Wind 布局国产半导体设备的历史性机遇 半导体设备产业深度分析报告 国产半导体设备迎来历史性机遇，有望成为全市场优选投资主线 本土产能投资高涨 +国家战略支持，半导体设备企业迎来重大机遇。 我们认为 虽然 中国或需 较长时间 才能出现世界一流半导体 设备 企业，但边际上的成长和进 步 正在不断出现。 国内测试设备、 刻蚀设备 、硅晶圆制造设备等领域 的 细分龙头有望 较快实现国产化突破并率先兑现业绩高增长，半导体设备或是全市场优选 投资主线 之一 ，建议关注 上述领域 本土半导体设备细分 行业 龙头。 中国半导体产业迎来 高速 成长期 ，本土产能投资孕育全球最大设备市场 我们正在进入一个“智能连接未来”的时代， 智能汽车 、物联网、 AI、服务机器人等技术产业化 有望催生 庞大 的 芯片需求 新蓝海。作为全球最大 智能终端制造和应用市场，中国 本土 芯片供给 远远 不足，产业 短板明显 。中国 目前正在 步入 芯片产能建设 高峰 ， 这即是经济考量下 全球产 能转移 的大势所趋，更是战略角度 中国产业升级 的势在必行 。据我们梳理 ， 1820 年中国大陆晶圆厂投资 或 将达 7087 亿元（内资 5303 亿元）； SEMI 预测 19年中国大陆 将超越韩国 跃居世界 第一 大半导体设备市场 ， 重塑全球 格局。 历次全球产业重心转移造就设备企业崛起契机，中国设备国产化空间广阔 17 年底 中国大陆半导体设备公司市值比重不足 0.1%，对比美、日发展历程 ，中国本土 设备环节仍尚处于半导体产业崛起前的萌芽阶段。 我们根据中国大陆 晶圆厂 投资 规模估算 1820 年 晶圆加工设备合计空间或达 4961 亿元（其中来自 内资企业 的 设备空间 3712 亿元），年均 1654 亿元（其中来自内资企业 的 设备空间 1237 亿元）； 其中， 预计 1820 年 晶圆加工设备 的 国产化空间分别为 49、 87、 124 亿元。 装备国产化 将 是 半导体产业 成败关键 ，最好的时代亦是最“坏”的时代 目前全球半导体设备产业仍由少数 美、日、欧 巨头垄断，中国 严重依赖进口，设备 国产化作为 产业发展 自主可控 的重要基石 ，势必成为中国半导体产业崛起的必然道路。一方面，在芯片需求持续上升、本土产能投资扩张、国家战略支持的大背景下，国产设备具备进口替代的“土壤”；但另一方面，未来 5 年或是本土半导体产能投增长最快的阶段，中外技术实力、企业体量差距较为悬殊，留给国产设备企业的时间窗口其实不多，只有具备自主核心技术的少数优秀企业才能脱颖而出，充分受益于本土产能投资 高峰 。 测试设备、 刻蚀设备 、硅晶圆制造设备 有望成为国产化前沿阵地 据我们近期产业链调研 ，未来 12 年国内设备需求旺盛，主要龙头企业订单饱满，国产设备正处于“从 0 到 1”的突破拐点，国产化趋势有望持续推进，我们 认为 细分行业龙头企业 将 会更充分受益、也更 具 有投资价值。其中： 1）技术难度相对较低领域，国产化突破较快，叠加产业整合因素 ，1920 年业绩有望高增长，例如本土测试设备龙头、晶盛机电（硅片设备）等； 2）晶圆制造核心设备领域，国产设备确实存在较大差距，但核心变量在于团队，有格局、重研发、有耐心的团队将有望获得国内外晶圆制造企业的认可，例如上海中微半导体（刻蚀设备）、北方华创等。 风险提示： 宏观经济下行及半导体行业周期性波动 ，国内芯片制造技术突破慢于预期、产业投资不及预期，国内半导体设备技术突破慢于预期。 (30)(19)(8)41517/09 17/11 18/01 18/03 18/05 18/07(%)机械设备 沪深 300一年内行业 走势图 相关研究 行业 评级： 行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 2 正文目录 半导体产业链格局：雄关漫道真如铁，而今迈步从头越 . 4 中国半导体产业链渐趋完善，产业生态体系逐步成形 . 4 中国本土设备企业：机遇与挑战并存，最 “坏 ”的时代亦是最好的时代 . 5 半导体工艺及设备解析 芯片是怎样“炼 ”成的？ . 9 硅片制造：点石成金的 “沙子变形记” . 9 晶圆制造：打造强“芯”的千锤百炼 . 12 封装：万里长征的收尾之作 . 26 测试：贯穿各环节的“关键线索” . 27 全球半导体市场行稳而致远，行业格局将强者恒强 . 32 技术趋势：摩尔定律有所放缓，工艺不断突破极限 . 32 新兴蓝海：汽车电子、人工智能直通未来，驱动行业不断发展 . 33 全球市场：周期回暖 +创新驱动，半导体行业有望进入稳健成长期 . 34 产品结构： 2017 年集成电路约占八成，存储器是销售规模增长的最大动因 . 35 地区分布：中国既是全球最大消费市场，也是全球最大进口市场 . 37 产业趋势：投资不断攀高，行业日趋集中，业界强者恒强 . 40 中国半导体产业迎来快速成长期，装备国产化是成败关键之一 . 42 美日韩台接力全球产业重心，产业转移造就当代半导体及设备企业格局 . 42 日本：政府 +半导体企业合力突破设备环节，全球设备领先地位延续至今 . 43 韩国：借鉴日本发展经验，把握历史契机投入存储器制造实现赶超 . 44 台湾：差异化竞争手段开辟新赛道，瞄准晶圆代工实现跨越发展 . 45 大势所趋 +势在必行，中国有望承接半导体第三次产业重心转移 . 46 大势所趋：庞大本土市场驱使投资向中国转移，全球消费重心或成制造重心 . 46 势在必行：从全球龙头企业产业分布，看中国发展芯片制造必要性 . 47 垂直分工模式渐趋成熟，全球半导体格局涌现中国新锐 . 48 中国大陆晶圆厂、硅片厂建设步入高峰，设备国产化是产业崛起关键之一 . 52 半导体设备国产化的市场空间展望 . 54 2018 年全球设备市场或创历史新高，中国市场成为全球增长新引擎 . 54 空间测算： 2018、 2019 年中国大陆半导体设备市场有望达 118、 173 美元 . 55 海外观察：全球顶尖半导体设备制造商的发展启示录 . 59 阿斯麦：独霸全球高端光刻机市场的科技巨兽 . 59 应用材料：纵横半导体核心设备的全球旗舰 . 66 泰瑞达：雄踞一方的半导体测试设备国际龙头 . 73 半导体设备国产化的可行性讨论及发展建议 . 77 政策支持 +投资加码，中国当前半导体产业发展战略是明智之选 . 77 国家、地方政策“组合拳”出台，税收减免扶持先进企业 . 77 大基金全方位布局本土产业链，投资加码助力本土企业腾飞 . 81 合作与合资：或是应对海外核心技术封锁的未来路径之一 . 84 行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 3 前路漫长但具备国产化突破基础，设备企业步入高速成长期 . 86 投资策略：具备自主核心技术的本土设备制造商是价值投资优选 . 88 海外市场回眸：全球半导体股票的风云变幻 . 88 从市值比重看美日韩台产业兴衰，中国市场半导体市值比重远低于海外 . 88 业绩是驱动海外龙头市值成长的源动力，高毛利率是各环节龙头的共有特征 . 90 国内市场思考：半导体设备板块是主题投资还是价值投资？ . 96 投资策略：优选具备自主核心技术的本土设备制造商 . 101 国内半导体设备公司梳理 . 103 北方华创：产品体系丰富的晶圆制造设备企业 . 103 长川科技：深耕半导体测试设备的本土制造商 . 106 晶盛机电：国内领军的单晶硅生长炉制造商 . 107 中微半导体：潜力深远的中国半导体核心设备领先企业 . 110 南京晶升能源：国内领先、国际先进的晶体生长设备企业 . 111 盛美半导体：全球布局的半导体清洗设备制造商 . 112 风险提示 . 113 行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 4 半导体产业链格局 ： 雄关漫道真如铁，而今迈步从头越 中国半导体 产业链渐趋完善，产业生态体系 逐步 成形 目前 我国垂直分工模式的芯片产业链初步搭建成形，产业上中下游已然打通，涌现出一批实力较强的代表性本土企业。 集成电路是基础性、先导性产业，涉及国家信息安全，做大做强集成电路产业已成为国家 产业转型的战略先导。近年来，中国集成电路技术水平与国际差距 正在逐步 缩小，产业已经进入快速发展的轨道 。 其中主要包括： 1） 以华为海思、紫光展锐等为 代表 的芯片设计 企业 ； 2） 以中芯国际、 华虹半导体 为代表的晶圆代工制造企业 ； 3）以长电科技、华天科技、通富微电 为 代表 的芯片封测企业 ； 4） 采用 IDM 模式的华润微电子、士兰微等。 渐趋 完整 的产业生态体系 为 实现 半导体 设备 的 进口替代并解决国内较大市场缺口 提供了良好的 基础。 图表 1： 半导体产业链一览 资料来源： SEMI，华泰证券研究所 行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 5 中国本土设备企业 ： 机遇与挑战并存 ， 最 “ 坏 ” 的 时代 亦是 最好的时代 设备制造业是 半导体 产业 的基础，是完成晶圆制造、封装测试环节和实现集成电路技术进步的关键。 所需专用设备主要包括晶圆制造环节所需的光刻机、化学汽相淀积（ CVD）设备、刻蚀机、离子注入机、表面处理设备等；封装环节所需的切割减薄设备、度量缺陷检测设备、键合封装设备等；测试环节所需的测试机、分选机、探针台等；以及其他前端工序所需的扩散、氧化及清洗设备等。 这些设备的制造需要综合运用光学、物理、化学等科学技术，具有技术 壁垒 高、制造难度大、设备价值 及研发投入 高等特点。 全球半导体设备市场集中度高 ，美 日欧 五大巨头引领全球半导体设备市场。 据 Bloomberg数据 ， 2017 年 全球五大半导体设备制造商分别为应用材料（ AMAT）、阿斯麦（ ASML）、拉姆研究（ Lam Research）、东晶电子（ TLE）、科磊（ KLA），这五大 半导体 制造商在 2017年以其领先的技术、强大的资金支持占据着全球半导体设备制造业超过 70%的份额。其中阿斯麦公司在光刻机设备上一家独大， 20132017 年 一直拥有 18%以上的 全球半导体设备 市场份额，凭借在高端光刻 机市场上的垄断地位以及持续高额的研发投入，阿斯麦在设备市场上 保持 着 较高的市 场认可度。 与之并驾齐驱的 是研发用于其他制造流程设备的应用材料与拉姆研究，两家公司近五年来也保持稳健的市场份额增长。 应用材料公司在其强势领域表现 全面而 稳定，一直占据着半导体设备销售额前三的位置。 图表 2： 2017 年全球前十大 半导体 设备供应商排名 （按半导体业务营收排名） 排名 公司名 公司中文名 营收（亿美元） 半导体设备营收（亿美元） 半导体业务营收（亿美元） 1 APPLIED MATERIALS INC 应用材料 145 95 125 2 ASML HOLDING NV 阿斯麦 102 72 102 3 LAM RESEARCH CORP 拉姆研究 96 96 96 4 TOKYO ELECTRON LTD 东京电子 92 87 87 5 KLA-TENCOR CORP 科磊半导体 38 30 38 6 ASM PACIFIC ASM 太平洋 22 22 22 7 DAINIPPON SCREEN 迪恩士 28 19 19 8 NIKON 尼康 63 18 18 9 CANON 佳能 364 17 17 10 TERADYNE 泰瑞达 21 17 17 资料来源： Bloomberg， 华泰证券研究所 图表 3： 19992017 年 全球 半导体设备前 5 大公司市场占有率 图表 4： 2017 年 全球 半导体设备厂商市场份额 资料来源： Bloomberg， Wind，华泰证券研究所 资料来源： Bloomberg， Wind，华泰证券研究所 细分领域 术业有专攻 ， 全球设备 行业龙头 各显神通 占据世界领先地位 。 在半导体产业价值链中 ，光刻机作为产业的核心 ，占了半导体设备投资较大 的份额 ， 其中荷兰 ASML 公司凭借领先的技术和优秀的产品 ， 在 45 纳米以下制程的高端光刻机市 场中占据 大部分 以上的市场份额，而在 EUV 光刻机领域 目前处于 垄断地位，市占率为 100%（业内独家） 。应用材料公司在除了光刻领域外 的 其他 核心半导体设备 领域 有 着 较强的竞争力 ， 在 PVD 设备上 ，应用材料作为行业龙头占据了 大部分 的市场份额 ， 在 CVD 和蚀刻设备上应用材料与0%20%40%60%80%100%0%5%10%15%20%25%1999年2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年前五占有率合计（右轴） 阿斯麦应用材料 拉姆研究东京电子 科磊阿斯麦18%应用材料22%拉姆研究14%东京电子13%科磊6%其他27%行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 6 拉姆研究、东京电子等企业竞争激烈 ， 同时应用材料 在 CMP、 检查和量测（包括半导体、掩摸和 光伏 ）、电镀 ALD、离子注入、外延工艺和 RTP 领域 都有涉猎 。 图表 5： 全球半导体设备企业主要产品分布图 资料来源 ： SEMI， 华泰证券研究所 中国半导体 设备的进口依 赖问题 较为 严重 ， 2017 年国产化率仅为 9%。 半导体 装备业具有较高的技术壁垒、市场壁垒和客户认知壁垒，由于我国 半导体 设备产业整体起步较晚，目前国产规模仍然较小。 据 SEMI 统计 ， 2017 年中国大陆 半导体设备销售额为 82.3 亿美元 ，据 中国电子专用设备工业协会 数据， 2017 年中国国产半导体设备 （不含光伏设备） 48.07亿元 ，据此 计算 中国半导体设备市场国产化率仅为 9%。国内 设备市场仍主要由美国应用材料（ Applied Material）、美国泛林半导体（ Lam Research）、日本东京电子（ Tokyo Electron）、日本爱德万（ Advantest）、美国科磊（ KLA-Tencor）等国外知名企业所占据。集成电路设备是集成电路产业发展的重要基石，专用设备的大量依赖进口不仅严重影响我国集成电路的产业发展，也对我国电子信息安全造成重大隐患。 图表 6： 2017 年中国大陆进口半导体设备占比 资料来源：中国电子专用设备工业协会，华泰证券研究所 中微半导体、北方华创 、长川科技 等一批 本土设备制造商正在奋起直追， 有望逐步 实现进口替代。 本土企业中，包括上海中微半导体、 北方华创 、 长川科技、 北京华峰等业内少数专用设备制造商通过 多年的研发和积累，已掌握了相关核心技术，拥有自主知识产权，具备 一定规模和品牌知名度，占据了一定市场份额。在 02 专项和大基金的扶持下，国内的半导体制造企业如：北方华创、中微半导体、 沈阳拓荆等已经在技术上取得了一系列突破，多种半导体设备研制成功。除了光刻设备突破不大之外，刻蚀和薄膜沉淀设备已经可以在 12 英寸 28nm 的产线上批量使用，还有一批 14nm 的设备已经进入产线工艺验证阶段。虽然与国际上最新的 7nm/10nm 技术还有一定的距离 ， 但是随着中国半导体市场越来越大 ， 国产半导体设备制造企业 凭借 着地理、服务、价格等优 势有望速度崛起 ， 或将 实现对国外领先公司的技术和业务的弯道 追赶 。 化学气相沉积设备23%等离子体干法刻蚀机18%引线键合机12%氧化扩散炉10%分步重复光刻机9%物理气相沉积设备9%离子注入机4%化学机械抛光机4% 其它设备11%行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 7 图表 7： 中国半导体设备 代表企业 产品分布图 资料来源 ： SEMI， 华泰证券研究所 图表 8： 2017 年 中国半导体设备 （含光伏 设备 ） 销售收入 十强企业 单位名称 2017 年半导体设备 （含光伏） 销售收入（亿元） 同比增长 % 1 浙江晶盛机电股份有限公司 17.71 97.2 2 中电科电子装备集团有限公司 13.10 44.3 3 深圳市捷佳伟创新能源装备股份有限公司 12.13 57.5 4 中微半导体设备（上海）有限公司 10.95 96.0 5 北方华创科技集团股份有限公司 10.08 46.7 6 上海微电子装备（集团）股份有限公司 3.29 13.4 7 北京京运通科技股份有限公司 2.77 3.4 8 盛美半导体设备（上海）有限公司 2.40 46.3 9 天通吉成机器技术有限公司 1.96 8.4 10 沈阳芯源微电子设备有限公司 1.86 29.2 合 计 76.25 - 资料来源： 中国电子专用设备工业协会， 华泰证券研究所 近年国产设备技术发展稳健， 12 英寸 28nm 晶圆关 键设备（光刻机外）已进入主流生产线实现量产 ， 其中 刻蚀机已进入 7nm 产线 。 据 中国电子专用设备工业协会 数据， 2016年中芯国际北京晶圆厂使用国产集成电路晶圆设备加工的 12 英寸正式产品突破一千万片次 ， 标志着集成电路国产设备在市场化大生产线中得到充分验证 ； 2017 年中微半导体研制的 7nm 等离子刻蚀机已在国际顶尖的集成电路生产线上量产使用，达到了国际先进水平 ； 12 英寸晶圆先进封装 、 测试生产线设备 （ 17 种 ）实现了国产化，设备国产化率达 70%以上 。 图表 9： 我国 部分 国产设备 的生产线验证节点 序号 厂商 设备 技术节点 海外最 先进技术节点 1 北方华创 干法刻蚀 14nm 7nm 2 北方华创 物理气相沉积 14nm 7nm 3 北方华创 氧化扩散设备 28nm 7nm 4 中微半导体 刻蚀 7nm 7nm 5 沈阳拓荆 PECVD 7nm 7nm 6 沈阳拓荆 原子层沉积 14nm 7nm 资料来源： 中国电子专用设备工业协会 ，华泰证券研究所 行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 8 图表 10： 实现销售的 12 英寸国产晶圆生产关键设备 （截至 2017 年 ） 设备名称 制造商 销售量 1 等离子干法刻蚀机 中微半导体设备（上海）有限公司 北京北方华创微电子 装备有限公司 100 腔 2 化学气相沉积设备（ PECVD） 沈阳拓荆科技有限公司 30 台 3 物理气相沉积设备（ PVD） 北京北方华创微电子装备有限公司 20 台 4 立式氧化炉 北京北方华创微电子装备有限公司 10 台 5 离子注入机 北京中科信微电子设备有限公司 5 台 6 湿法清洗设备 北京北方华创微电子装备有限公司 盛美半导体设备（上海）有限公司 60 台 7 化学机械抛光设备（ CMP） 中国电子科技集团公司第 45 研究所 天津华海清科有限公司 5 台 资料来源： 中国电子专用 设备工业协会， 华泰证券研究所 图表 11： 实现销售的国产先进封装生产线封测设备（截至 2017 年 ） 设备名称 制造商 1 大视场 /双面对准步进投影光刻机 上海微电子装备（集团）股份有限公司 2 单片晶圆喷胶机（ 57 台） 沈阳芯源微电子设备有限公司 3 单片湿法去胶机 盛美半导体设备（上海）有限公司 4 高端封装（ TSV)等离子刻蚀机（ 5 台） 中微半导体设备（上海）有限公司 5 高端封装（ TSV)物理气相沉积系统（ PVD) 北京北方华创微电子装备有限公司 6 高密度倒装焊接设备 北京中电科电子装备有限公司 7 IC 封装基板用曝光设备 江苏影速光电技术有限公司 8 300mm 晶圆切割设备 北京中电科电子装备有限公司 资料来源： 中国电子专用设备工业协会， 华泰证券研究所 我们认为集成电路测试设备有望成为 率先 实现较大规模进口替代的环节 。 由于测试环节是贯穿集成电路生产过程的重要流程，测试设备制造企业在产业链中也占据着重要地位，是上中下游各类企业完成检测工艺的有力支撑。 集成电路测试设备主要用于封装测试产业环节，客户包括下游封装测试企业、晶圆制造企业和芯片设计企业 ，目前封装测试业已成为我国集成电路产业链中最具国际竞 争力的环节 ，测试设备有望率先 受益 于 产能转移。 目前国内厂商已掌握了测试设备相关核心技术 ， 生产的测试机和分选机获得长电科技 、 日月光等企业使用和认可 ， 与国外知名企业相比，国内优势企业对客户需求更为理解，服务方式更为灵活，产品性价比更高，具有 较强 的本土优势。 得益于国内需求、政策支持、资本、人才储备， 中国 半导体制造具备突破的基础。 中国 IC产业处于“前有追赶目标，后无潜在对手”的国际格局中，“全球最大半导体消费市场”的地位是中国“后发优势”的重要基础之一。叠加国家战略、资本实力、全球主流企业及国内外研发人才的储备， 推动硅材料、设计、制造、封装测试及装备实现国产化突破的基础坚实而稳固。 本土设备企业机遇与挑战并存，最“坏”的时代亦是最好的时代。 我们认为，在芯片需求持续上升、国产化投资加快、国家战略支持的大背景下，中国大陆本土半导体制造企业的崛起有望带动一批本土优秀企业共同成长，国产设备 有望借助大陆晶圆产线的密集投资而实现渗透率提升， 迎来最好的时代。 但另一方面 ，全球设备产业呈少数海外巨头垄断格局，中外技术实力、企业体量差距较悬殊且进口替代时间窗口有限，未来 5 年或是本土半导体产能投资需求增长最快的阶段，留给国产设备企业的 时间窗口其实已不多。我们认为总体上国产设备必然受益但产业链各环节的差异会很大。国产化须符合最朴素商业逻辑，即技术或配套实力优于进口，这样才会有持续需求，光靠补贴和支持难以诞生优质企业。因此，本土设备企业也面临最“坏”的时代，因为唯有技术准备充分的企业才能胜出。 行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 9 半导体 工艺 及 设备解析 芯片是 怎样“ 炼 ” 成的 ？ 集成电路是半导体产业的核心，占整个半导体行业规模的 80%以上 （ 2017年 SEMI数据 ） 。半导体产业主要包括集成电路（ Integrated Circuit，简称 IC）和分立器件两大类，各分支包含的种 类繁多且应用广泛。集成电路应用领域覆盖了几乎所有的电子设备，是计算机、家用电器、数码电子、自动化、通信、航天等诸多产业发展的基础，是现代工业的生命线，也是改造和提升传统产业的核心技术。按其功能、结构的不同，集成电路又可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数模混合集成电路等。 集成电路的生产流程可分为设计、制造、封装与测试三个步骤。 图表 12： 集成电路的主要生产环节 环节 概况 集成电路设计 根据当前集成电路的集成规模，亦可称之为超大规模集成电路设计（ VLSI design），是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设 计流程。集成电路设计通常是以“模块”作为设计的单位的。 晶圆制造加工 集成电路制造过程可分为晶圆制造和晶圆加工两部分。晶圆制造指运用二氧化硅原料逐步制得单晶硅晶圆的过程；晶圆加工是指在晶圆上制造用于电气电子设备中的集成电路的过程。该技术是一个多步骤、反复处理的过程。在实施过程中多次重复运用掺杂、沉积、光刻等工艺，最终实现将高集成度的复杂电路“印制”在半导体基质上的目的。整个晶圆加工过程一般历时六至八周，需要在高度专业化的晶圆加工厂中进行。 封装与测试 封装是保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增 强芯片的散热性能，以及将芯片的I/O 端口联接到部件级（系统级）的印制电路板（ PCB）、玻璃基板等，以实现电气连接，确保电路正常工作； 测试主要是对芯片、电路以及老化后的电路产品的功能、性能测试等，外观检测也归属于其中。其目的是将有结构缺陷以及功能、性能不符合要求的产品筛选出来。目前，国内测试业务主要集中在封装企业中。 资料来源：传感器技术，华泰证券研究所 硅片制造 ： 点石成金的 “ 沙子 变形记” 制备半导体级的单晶硅片是芯片制造的第一大环节 ， 单晶硅 生长 炉 （单晶炉） 、 切磨抛 等加工设备是硅片制造的主要设备 。 硅是 用来制造芯片的主要半导体材料 ，可以通过加入 少量的杂质而很容易地 使它变成优质的导体或绝缘体，并且 硅是地壳中第二丰富的元素 ， 常见的沙子有很高的硅含量。 为了开发硅作为半导体的优越性，天然硅石要提炼成非常纯净的硅材料，得到纯硅之后，就可以开始对它进行一系列的处理，最后加工成硅片提供给半导体制造厂商。 行业 研究 /深度研究 | 2018 年 09 月 11 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 10 图表 13： 硅片制造设备 简介 资料来源：半导体制造技术，华泰证券研究所 硅片制造的 主要 工艺步骤 包括 ： 1） 晶体生长 ： 为了制作计算机芯片 ， 将从沙子中提取的硅熔化后缓慢拉出形成单晶硅 锭 ，经过提纯后的纯度达到每十亿个硅原子中杂质原子少于一个 。通常硅锭的直径为 300mm，重约为 100kg； 2） 整型 ： 在硅锭完成生长之后需要对其进行整型处理 ， 分为三个部分 ，首先，去掉硅锭的两端，去掉两端之后，检查电阻确定整个硅锭达到合适的杂质均匀度，之后对硅锭进行径向研磨，产生精确的的材料直径，最后在硅锭上做一个定位边来标明晶体结构和硅片的晶向，或者在具有定位槽的硅片背面用激光刻印刻上硅片的信息； 3） 切片 ： 用切片机对整型之后的硅锭进行切片 ； 4） 磨边和倒角 ： 对硅 片 进行双面的机械磨片以去除切片时留下的损伤 ， 达 到硅片两面高度的平行及平坦 ； 硅片倒角就是对硅片的边缘抛光修整 ， 硅片边缘的裂痕或者裂缝会对后面的工艺产生影响 ，因此对硅片边缘的处理是很重要的一步； 5） 刻蚀 ： 对硅片表面进行化学刻蚀能够去除硅片表面在上述工艺中受到的损伤和沾污； 6） 抛光 ： 对硅片的两面运用 CMP 技术进行抛光处理，得到高平整度的光滑表面； 7） 清洗 ： 硅片在送到芯片制造厂之前必须要被清洗至超净的洁净状态 ， 使硅片表面达到几乎没有颗粒和沾污的程度 ； 8） 检查和包装 ： 对硅片做最后一步的检查 ， 看硅片是否达到质量标准 ，然后将硅片叠放在片架上，放入充满氮气的 小盒中密封。