专用设备行业专题研究：硅片大规模投资拉开序幕，国产设备迎来春天-20180112-天风证券-23页-2mb

专用设备行业总结

核心内容概述

本报告主要分析了半导体行业中硅片制备环节的流程、设备需求及国产设备的进口替代机会。硅片作为芯片制造的第一步，其质量直接影响后续制造环节。随着半导体行业持续景气，硅片需求快速增长，尤其是大尺寸硅片（300mm及以上），并带来巨大的设备投资需求。目前，硅片行业存在明显的供不应求，全球主要厂商占据市场主导地位，而国内厂商正加速扩产，推动国产设备替代进程。

主要观点与关键信息

1. 硅片制备流程复杂，大尺寸是发展趋势

• 芯片制造包括硅片制备、芯片制造、芯片测试与挑选、装配与封装、终测五大环节。
• 硅片制备流程包括：提纯硅矿石、晶体生长、整型、切片、磨片、倒角、刻蚀、抛光、清洗和包装等。
• 未来硅片向 $300\mathrm{mm}$ 及 $400\mathrm{mm}$ 发展，大尺寸硅片能显著降低芯片成本（约下降30%），且由于设备升级成本高，新建硅片厂成为主流。

2. 全球半导体行业高度景气，硅片需求持续增长

• 全球半导体行业持续繁荣，费城半导体指数和台湾半导体指数均大幅上涨。
• 未来全球晶圆厂中，26座将落户中国，带动国内硅片需求。
• SUMCO预计，2020年 $300\mathrm{mm}$ 硅片月需求将超750万片，$200\mathrm{mm}$ 硅片需求仍将持续增长。

3. 硅片行业供不应求，国内扩产加快

• 硅片市场由寡头垄断，前两大厂商（信越+SUMCO）市占率接近60%，前五大厂商市占率近91%。
• 由于扩产缓慢，硅片价格持续上涨，SUMCO已公布扩产计划。
• 国内硅片厂开始大规模投资，预计未来四年总投资达586亿元，其中设备投资约498亿元，占比达85%。

4. 国内设备具备进口替代潜力

• 国内企业在拉晶炉、切割、磨削等设备领域已取得突破，具备进口替代能力。
• CMP抛光机市场由AMAT和EBARA主导，但晶盛机电与Revasum合作，有望突破。
• 外延炉设备由AMAT主导，但北方华创已涉足该领域。

主要设备及市场分析

1. 拉晶炉

• 国内厂商如晶能科技、晶盛机电已掌握 $300\mathrm{mm}$ 拉晶炉技术，未来有望实现进口替代。
• 拉晶炉占设备投资约25%，是硅片制备环节核心设备。

2. CMP抛光机

• CMP（化学机械抛光）是硅片抛光的关键工艺，由AMAT和EBARA主导，市场占有率超80%。
• 晶盛机电正与Revasum合作，推动CMP设备国产化。

3. 其他设备

• 切割机：金刚线切割工艺逐步取代传统砂浆切割，设备投资占比约10%。
• 研磨机与清洗设备：技术难度较低，国内企业有较大机会。
• 测试设备：技术含量高，市场主要由国外厂商主导，国内参与较少。
• 外延炉：主要用于硅片外延层生长，目前主要由AMAT主导，北方华创开始布局。

国内投资与设备需求

• 国内硅片厂投资规模巨大，预计未来四年设备投资总额达498.1亿元。
• 分年度来看，2017-2020年设备投资分别为60亿、106亿、170亿和250亿元。
• 主要设备投资占比：
  • 拉晶炉：25%
  • CMP抛光机：25%
  • 测试设备：20%
  • 切割机：10%
  • 研磨机：5%
  • 清洗设备：10%
  • 耗材：5%

重点公司推荐

1. 晶盛机电

• 公司是光伏及半导体晶体硅生长设备的主要供应商。
• 2017年前三季度营业收入达12.57亿元，同比增长87.30%，归母净利润2.53亿元，同比增长95.33%。
• 公司已向除隆基以外的所有硅片厂供货，客户覆盖广泛。
• 与无锡市政府、天津中环半导体合作，推进“集成电路大硅片项目”。
• 投资额达30亿美元，助力其在半导体级单晶硅领域的发展。
• 投资者评级为“买入”，PE为21倍。

风险提示

• 硅片设备投资低于预期
• 行业竞争加剧
• 宏观经济大幅下滑

图表与数据支持

• 图1：芯片的基本制造步骤
• 图2：硅片制备工艺流程
• 图3：面心立方（FCC）晶胞
• 图4：单晶体和多晶体结构
• 图5：直拉法单晶硅生长工艺
• 图6：区熔法单晶硅生长工艺
• 图7：硅锭整型处理
• 图8：金刚线切割示意图
• 图9：砂浆切割工艺与金刚线切割工艺对比
• 图10：CMP抛光机原理图
• 图11：CMP抛光机示例图
• 图12：包装完成后的硅片
• 图13：硅片尺寸逐步加大
• 图14：外延工艺流程简介
• 图15：北方华创Esther200单片硅外延系统
• 图16：费城半导体指数
• 图17：台湾半导体行业指数
• 图18：全球硅晶圆出货量及其增速
• 图19：全球半导体设备销售额及其增速
• 图20：我国集成电路产业政策支持体系
• 图21：2014-2020年全球晶圆月产能情况
• 图22：SUMCO客户扩产计划
• 图23：300mm硅片需求量（千片/月）
• 图24：2016年硅片厂市占率
• 图25：2017年硅片厂市占率
• 图26：SUMCO客户300mm硅片库存指数
• 图27：200mm硅片需求量（千片/月）
• 图28：国内大硅片扩产及投资统计
• 图29：各类设备投资占比
• 图30：晶能科技拉晶炉
• 图31：晶盛机电拉晶炉
• 图32：AMAT主营业务及增速
• 图33：AMAT毛利率及净利率水平
• 图34：荏原制作所营收及利润
• 图35：荏原制作所CMP业务收入
• 图36：硅片黑心片
• 图37：应用材料公司DUV亮场硅片检测设备
• 图38：金刚线切割示意图
• 图39：公司2012-2017年Q3营业收入及同比增速
• 图40：公司2012-2017年Q3归母净利润及同比增速
• 图41：公司晶体硅生长设备收入快速增长
• 图42：公司产品逐步多元化
• 图43：公司2013-2017年Q3毛利率和净利率水平
• 图44：公司2013-2017年Q3三费率水平