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全球半导体设备销售额及其增速

关键词:硅片回收 电池片回收 太阳能电池板回收 多晶硅回收 │ 发表时间:2018-12-14

我国半导体行业的政策支持体系建设最早始于 2008 年。在国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》中,包括了 16 个国家科技重大专项,每个专项投资数百亿元,目前已公布其中 13 个。 从纲要所制定的发展目标来看,我国半导体行业的国产替代大战略将分成两个步骤进行,第一步是在 IC 制造、 IC 封装测试方面将实现率先突破,第二步是在 IC 设计、设备和材料这 3 个方向上实现全方位突破,提升我国半导体行业整体制造水平。为了实现这一目标, 2014 年 9 月 26 日国家集成电路产业投资基金股份有限公司(ICF)成功注册。 两个重大专项的建立、《纲要》的发布与 ICF 的成立,使得集成电路产业成了国内新兴行业中最为政策体系支持的重点行业之一。

我国集成电路产业政策支持体系
大基金一期重点在制造,其中 28nm 晶圆代工和存储是关键。在一期目前的投资中,晶圆制造的投资额占 65%,设计占 17%,封测占 10%,装备材料占 8%。大基金晶圆制造方面的投资策略为:重点投资每个产业链环节中的骨干企业,结合投资另外一些具有一定特色的企业。大基金从两个方面切入晶圆制造:一是存储器,二是晶圆代工。
大基金目前一期的投资已经取得了成效,预计 2017 年中国集成电路晶圆制造业销售额为 1390 亿元,2018年销售额预计将进一步攀升至 1767 亿元。含外资及存储器在内,目前中国大陆 12 英寸晶圆厂共有 22 座,其中在建 11 座,规划中 1 座; 8 英寸晶圆厂 18 座,其中在建 5 座。
大基金二期重点在设计、聚焦新兴应用,有望实现高科技含量芯片的国产替代。 目前,大基金二期正在酝酿中, 二期将会适当加大对于设计业的投资,围绕智能汽车、智能电网、
2014 年以来大基金投资情况概览
全球硅片供不应求,
需求持续增加而产能增加缓慢

从各个尺寸的晶圆月产情况占比来看, 大尺寸硅片市场持续扩大,挤压 200mm 及以下市场空间。 近年来 300mm 硅片占比持续提升,从 2014 年的 61.1%上升到 2020 年的 68.4%。150mm 和 200mm 硅片的市场将被逐步挤压,预计 2020 年二者合计占比由 2014 年的 40%左右下降到 2020 年的 30%左右, 而更大尺寸 450mm 产能将在 19 年开始逐步投建。
2014-2020 年 12 月全球晶圆月产能情况
全球半导体行业高度景气,硅片制造作为芯片制造的第一个环节需求巨大,目前主流300mm 和 200mm 硅片均属于供不应求状态。
以目前全球最大的硅片厂商 SUMCO 为例,2016 年-2020 年其全球客户的 300mm 晶圆扩产计划就超过了 147.5 万片/月。 其中中国地区的国外厂商扩产计划为 36 万片/月,本土原有产商的扩产计划为 20 万片/月,新客户扩产计划为 32-42 万片/月。其中值得注意的是位于武汉的新晋半导体企业长江存储,其一家的 3D-NAND 的项目扩产计划就达 20-30万片/月。 我们预计,随着 2D-NAND 的占比逐步下滑, 3D-NAND 有望成为未来晶圆需求的重要推动力量。
SUMCO 的客户扩产计划

根据 SUMCO 公司预计,未来三年 300mm 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%,从 2017-2022年复合需求增速超过 9.7%,值得注意的是,以上测算需求还没有考虑部分中国户。
300mm 硅片需求量(千片/月)
硅片供给属于寡头垄断市场, 2017 年格局有所改变但扩产速度仍然较慢。 目前硅片供应商主要以日系为主, 信越化学(Shin-Etsu)和三菱住友(Sumco)两家的合计市占率接近 60%,寡头垄断特征明显。进入 2017 年,市场格局有所改变,首先是环球晶圆 6.83 亿美元收购了SunEdision,两家合计市占率将达 15.5%,另外是 SK Group 收购了 LG Siltron。
2016年硅片厂市占率
总体来说,前五大产商占据了世界上 91.3%的硅片供应量,而众多寡头在本轮行业高景气中扩产缓慢,各大厂商以涨价和稳固市占率为主要策略,到目前为止仅有 SUMCO 发布了 550 亿日元的投资项目,预计在 2019 年上半年增加 300mm 硅片 11 万片/月。
2017年硅片厂市占率
由于需求旺盛而供给不足,下游半导体企业库存逐步下降,硅片价格逐步上升。 根据SUMCO 预计,其客户的库存指数从 2017 年开始逐步下降,库存目前已达到近几年的最低水平。另外,根据 SUMCO 预计, 300mm 硅片在 2017 年 Q4 预计涨价 20%,进一步在2018 年涨价 20%,未来几年硅片供给仍然存在明显缺口。
SUMCO 客户的 300mm 硅片库存指数水平
200mm 硅片也处于供不应求状态,需求稳步提升但供给增长乏力。 未来可预见的 3年,工业物联网、车联网、手机等需求的仍将保持高增长,其他需求减弱(部分原因包括 12 寸对于 8 寸的替代)。 到 2020 年 200mm 硅片需求量将达 574 万片/月, 比 2016 年底的 460 万片/月增加 24.78%。 供给方面, Sumco 公司表示由于制备硅片的所需设备“极难购入”,未来很难进一步扩充产能。 预计未来几年 200mm 硅片也将处于供给紧平衡中。
200mm 硅片需求量(千片/月)
国内硅片投资风起云涌,设备需求巨大
晶圆厂产能向大陆转移趋势明显。 根据 SEMI 的统计,未来四年全球将新建 62 座晶圆厂,其中 26 座集中于中国大陆地区。未来, 中国大陆晶圆厂产能更加饱满, 对晶圆产能的垄断性加强, 其议价能力也将实现进一步的提高。
硅片供需紧张,国外寡头扩产缓慢, 国内硅片制造商开始大规模投资。 根据我们统计近年来主要企业的大硅片项目投资为 586 亿元左右,设备投资为 498 亿元左右,设备投资占总投资的 85%左右。另外昆山中辰、河北普兴、南京国盛和中电科 46 所等企业也在积极筹备大硅片扩产项目,最近几年将会有多个大硅片项目投资落地,极大地拉动了硅片设备的投资需求。
国内公司积极扩产,新老龙头群雄并起。 以新晟半导体为例,公司成立于 2014 年 6 月,坐落于临港重装备区内,总投资为 68 亿元,一期项目投资为 23 亿元。新晟目前是国内领先的半导体硅片制造商,一期项目主要是在国内研发制造适用于 40-28nm 节点的 300mm单晶硅硅片,一期预计月产 15 万片,全部达产后产能规划每月 60 万片。另外中环+晶盛、京东方、合晶等企业也在近期陆续公布了其大硅片投资扩产计划,投资额最大的是中环和晶盛联合无锡市政府签订的总投资约 30 亿美元(200 亿人民币)的“集成电路大硅片项目”计划。
国内大硅片扩产及投资统计
根据我们的测算,每月 1 万片的 12 寸硅片项目总投资在 1.1 亿元左右,其中 85%是设备投资。 在设备投资中,拉晶炉、抛光机和测试设备是投资额最大的三种设备,分别占总设备投资的 25%、 25%和 20%左右,切割机、研磨机、清洗设备和耗材占比较小,每部分占比在 5%-10%之间。
其中晶盛机电在拉晶炉方面优势最为明显,目前公司 12 寸拉晶炉方面已经可以生产出合格产品,未来有望凭借技术、服务等优势实现进口替代;抛光机方面,晶盛半导体单晶硅滚磨一体机可以一次性完成硅锭的滚磨和定位边磨削两大工艺,现在又与美国 Revasum 公司合作生产 CMP 抛光机,未来发展空间巨大; 另外晶盛在耗材方面也有布局。 我们认为晶盛机电目前在硅片制备环节掌握多种核心技术, 所布局设备占设备投资的 50%以上,未来有望在硅片国产化大潮中抢占先机、快速发展。
各类设备投资占比
我们根据目前公布的国内大硅片投资,我们预测未来四年设备投资总额大概为 498.1 亿元,设备投资占总投资的 85%左右。 分年度投资来说, 2017 年-2020 年每年设备投资额大概为60、 106、 170、 250 亿元。其中,拉晶炉、抛光机、测试设备、切割机、研磨机、清洗机和耗材分别占比为 25%、 25%、 20%、 10%、 5%、 10%、 5%,四年合计投资额大概为 124.5、124.5、 99.6、 49.8、 24.9、 49.8、 24.9 亿元。
2017-2020 年各类设备投资额预测
硅片设备投资巨大,进口替代东风已起
硅片制备环节复杂, 使用设备众多。 从晶体生长, 硅锭整型、 切片、磨片倒角刻蚀、抛光、清洗、评估和包装环节来看,需要使用的主要设备包括拉晶炉、抛光机、测试设备、切割机、清洗设备等。从价值量来看,拉晶炉、抛光机和测试设备占比较高,一共占设备投资的 70%左右。 目前硅片设备主要以国外为主, 目前国内在拉晶炉、切割、磨削等设备上较大突破,未来有望在外延炉、 CMP 等设备上实现进口替代。
硅片制备环节主要设备简介
(1)拉晶炉
目前国内拉晶炉技术水平进步迅速, 逐步可以实现进口替代。 国外硅片厂 SUMCO 和信越化学的设备都由自己子公司生产,不对外销售。 国内硅片厂采购韩国、德国设备,如韩国STECH 公司拉晶炉。 国内厂商 300mm 拉晶炉技术逐步成型,目前比较有名的有晶能科技和晶盛机电。国外拉晶炉均价在 2000 万元左右,国内厂商具有明显价格和服务等方面优势。
晶能科技成立于 2015 年 3 月,位于南京经济开发区内。公司专业从事 300mm 半导体级单晶炉的研发和制造,能够满足 28nm 以上半导体晶圆厂对材料的性能和成本要求。公司300mm 半导体级拉晶炉已经于 2016 年向上海新晟供货,目前拉晶炉运行稳定。公司未来有望显著受益于硅片国产化。
晶能科技拉晶炉
晶盛机电成立于 2006 年,是国内先进的拉晶炉生产制造商。 目前公司 300mm 拉晶炉已经可以生长出合格的晶片,未来有望凭借公司技术渠道优势在硅片国产化进程中实现快速增长。
晶盛电机拉晶炉
(2)CMP
CMP 领域中,美国应用材料公司(AMAT)和日本荏原制作所(EBARA)占据着 300mm晶元的绝大部分市场,两家大约各占 40%市占率。 国内晶盛机电、 华海清科、盛美半导体和中电 45 所有涉足该领域, 华海清科目前有一台供货到中芯国际,运营稳定可以处理 1万片/月。 晶盛机电近日与 Revasum 签订协议,拟利用 Revasum 技术和公司生产和销售优势,为 Revasum 生产 200mm 晶元用 CMP 设备。
美国应用材料公司创立于 1967 年,目前全球最大的半导体设备和服务供应商。公司的主要产品为芯片制造相关类产品,覆盖半导体生产的主要环节。公司主要客户包括超微半导体、英特尔、三星等全球知名半导体晶圆与集成电路制造商。近年公司营业收入增长稳定,硅系统组收入成为主要业务收入来源。 2010-2016 年, 公司营业收入由 105.2 亿美元增加至 168.33 亿美元;伴随规模扩张,公司毛利率由 2010 年的 41.5% 提升至 2016 年的44.9% , 增幅超过 3 个百分点。 公司没有公布细分业务的收入情况, 但其在 2016 年年报分析中分析道,业绩增长的一大主要原因是来自 CMP 业务需求的迅猛增加。
应用材料的主营业务和增速
日本荏原制作所于 1912 年成立于日本东京,主要业务是设计和制造工业机械设备和基础设施建设。荏原制作所收入增长稳定, CMP 业务开始爆发。 2010 年-2016 年,公司收入由 47.0 亿美元下降到 44.0 亿美元,净利润由 3.31 亿美元减少到 1.79 亿美元。 公司营业收入逐步下降, CMP 业务成为少数快速增长的业务。 该部分收入由 2015 年的 3.54 亿美元增加到 2016 年的 5.97 亿美元,同比增长 68.8%。 2016 年公司 CMP 业务新增订单为 6.72 亿美元,超过同年业务收入,反映了市场旺盛的需求。
荏原制作所营收及利润
(3)其它主要设备
测试设备主要包括 KOA 量测,微粒检测和平感度精测设备。 硅片制备中会出现点缺陷、位错和层错等各种缺陷,晶胞错位会导致硅片的质量大幅下降,检测设备颗粒要求达 32nm级别。 测试设备单价高、技术先进,一台设备平均在 350 万美元左右, 美国应用材料公司检测设备全球领先, 目前国内公司介入较少。
应用材料公司 DUV 亮场硅片检测设备
切割和磨削等设备技术水平相对较低,国产设备有很大机会。 其中, 切片工艺目前逐步更新为金刚线切割,日本小松等企业技术领先, 金刚线切片工艺中设备价格相对较低,耗材较贵。 预计在 2018 年后单晶硅切片市场中金刚线切割工艺市场渗透率将超过 70%。
金刚线市场中,日本的旭金刚石(Asahi Diamond),中村超硬(Nakamura)占据较高市场份额,国内主要企业包括岱勒新材、三超新材等企业。
金刚线切割示意图
硅片外延近年来成为硅片工艺的一大趋势,外延炉需求巨大。 我们预计,每月 1 万片产能的 300mm 硅片外延层的设备投资大概在 2000-3000 万元左右,未来有望成为设备投资主要新方向。 目前外延炉产商主要是 AMAT 和 ASM 公司, 前者的市占率在 90%,国内企业北方华创也生产外延炉设备。

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