2023晶圆制造行业简析报告

晶圆制造行业简析报告 版权归属上海嘉世营销咨询有限公司 01.晶圆是半导体制造中的关键步骤 •晶圆是半导体器件的基础材料，晶圆代工是半导体产业中极为重要的环节，专门负责晶圆制造，为芯片设计公司提供晶圆代工服务。 •半导体产业在前期只有垂直整合一种经营模式，包括从半导体设计、制造、测试到最终销售的全部环节。随着行业分工的不断深化，台积电的设立意味着半导体设计及制造业务的分离，晶圆代工模式正式成立。同时，专门从事IC芯片设计的无晶圆厂模式也成立了。 02.硅片为晶圆制造的基底材料 •在半导体产业链中，半导体材料位于制造环节上游，和半导体设备一起构成了制造环节的核心上游供应链，不同于其他行业材料，半导体材料是电子级材料，对精度纯度等都有更为严格。 •半导体材料主要分为晶圆制造材料和封装材料，其中晶圆制造材料中，硅片为晶圆制造基底材料。根据SEMI数据，2021年全球晶圆制造材料中，硅片占比最高为35%。 03.全球晶圆产能持续扩张 •2020年以来，缺芯问题困扰半导体产业链，诸多芯片制造商宣布建厂扩产；上游晶圆厂扩产火热，与下游终端需求进入寒冬形成了鲜明对比。 •2022年年末，全球晶圆总产能为2546万片/月（等效8英寸，不含光电子和三代半材料），同比增长9.5%，2023年末有望达2783万片/月。22Q4全球等效8英寸晶圆产能约2630万片，SEMI预期2023年产能达2900万片。 04.中国大陆产能将以远超行业的速度增长 •中国大陆未来3年的产能增速都远高于其他国家/地区。预计2023-2025年中国大陆自主晶圆产能将同比增长18.8%/19.6%/17.4%。 •在半导体设备出口管制的影响和美国排他性条款的影响下，外资产能建设趋缓，未来中国大陆的主要增量来自中芯国际4个12英寸晶圆厂的建设和爬坡，以及长存、长鑫的存储产能提升。 05.晶圆行业的两大经营模式 •晶圆行业分成IDM模式、PureFoundry模式，IDM与PureFoundry的产能占比为7:3。头部存储公司以IDM模式经营，故IDM模式的产能占比较大。2022年以IDM模式经营的公司产能为1810万片/月。 •IDM公司的产能中，63.2%为存储器公司，28.3%为主营模拟&功率类的公司，仅有8.4%的逻辑芯片产能是以IDM模式生产的，主要是Intel的产能。 •IDM模式前进过程或有分歧，代工产能供不应求。一方面，大多数功率&模拟公司向大尺寸迈进，TI、Infineon等大举新建12英寸fab；另一方面，安森美陆续出售多个晶圆厂，执行fab-lite战略。预计22-25年IDM和纯晶圆厂的产能CAGR分别为8.8%/9.9%。 06.晶圆厂投资成本越来越高 •根据摩尔定律，约18月集成电路晶体管数量将增加一倍，技术持续发展下集成电路线宽不断缩小，集成电路的设备投资呈指数级上升趋势。•根据IBS统计，5nm产线的设备投资高达数百亿美元，是16/14nm产线投资的两倍以上，是28nm的四倍左右。为实现高性能计算，调整每个矢量变得越来越困难。•芯片设计更加复杂，先进制程的投资额大幅提升，5万片晶圆的5nm产能设备投资额达到150亿美金，相应的带来生产成本的抬升；此外芯片大尺寸会带来良率问题。 07.设备占晶圆厂扩产开支的80% •生产设备是晶圆厂扩产中主要支出投入。据《屹唐股份招股说明书》，新建晶圆厂资本开支结构中，70%-80%的投资用于设备购买，其中跟芯片制造相关的核心设备又占设备投资的78%-80%。业界头部厂商的资本开支，对设备行业的订单状况有较大影响。 08.通过不同测试保持晶圆产品质量 •在半导体芯片的生产过程中，FT测试（FinalTest）、WAT测试（WaferAcceptanceTest）CP测试（ChipProbeTest）分别适用于不同生产工艺阶段，用于确保晶圆的质量并排除不良产品。•WAT测试是在芯片制造过程的早期阶段进行的，在晶圆制造完成后而芯片分离和封装之前，针对晶圆进行测试。•CP测试是在晶圆分离成多个芯片之后而芯片封装之前进行的，在芯片上安装探针，以在芯片的金属引脚上执行测试。•FT测试是在芯片封装之后的最终测试阶段进行的，封装后的芯片外观更接近最终产品，包括封装、引脚和封装材料。 激光雷达行业发展趋势 09.头部晶圆厂聚焦12英寸高歌猛进 •目前满产的8、12英寸各有120条和84条，另有17条8英寸线尚处爬坡中；但规划待建/在建的产线基本以12英寸为主，规划待建+已在建的12英寸产线合计设计产能超过400万片/月。•头部晶圆厂扩产也基本以12英寸为主，TSMC致力于扩大全球制造足迹，满足不同地区客户需求，除了中国台湾的本土工厂外，还有美国ArizonaP1、与索尼合资的日本熊本Fab23在建。 10.五大巨头拥有全球五成以上晶圆产能 •截至2022年底，全球Top5公司合计月产能1304万片，占全球总产能的51.2%。半导体下行期，存储企业大幅削减资本开支，Micron预计FY2023年，用于晶圆制造设备的资本开支下降约50%，SKHynix也计划削减超50%的资本开支，Samsung计划维持22年的资本开支，但将进行有效减产。 •2022年全球WFE（晶圆厂设备支出）达950亿美元，KLA预计今年将下降20%至750亿美元，其中存储降幅达35%-40%，代工/逻辑下降约10%。 11.头部晶圆企业重点布局美国市场 •台积电在美国亚利桑那州建设晶圆厂，生产采用4纳米和3纳米工艺的芯片，预计将于2024年和2026年开始大规模生产。投资规模将会超过400亿美金。台积电在中国台湾建设的3纳米及2纳米晶圆厂合计将超过10座，以先进制程月产能3万片晶圆厂投资金额约200亿美元估算，总投资金额将超过2000亿美元。 •三星电子为了满足企业客户定制芯片的需求，并可能在美国建立新的工厂。三星已经在美国德克萨斯州奥斯汀运营一个代工芯片设施，并且宣布在德克萨斯州泰勒投资170亿美元，将于2024年开始用3nm节点进行大批量生产。此外，考虑投资2000亿美元在德克萨斯州建立另外11个芯片工厂。 12.2nm引领未来晶圆行业的技术走向 •摩尔定律正接近物理极限使得晶体管微型化变得越来越困难，全周围栅极（GAA）技术为制程突破提供了可行解决方案。从各晶圆厂技术路径规划来看，2nm采用GAA成为业内普遍选择。•在GAA晶体管中，栅极材料包围了晶体管的源和漏，从而提供了更好的电流控制。这可以帮助减少量子隧道效应，从而使得在2nm甚至更小的制程下的芯片制造成为可能。•从台积电、三星、intel的规划来看，2022-2023年进入3nm节点，2025年进入2nm商业化阶段。 13.晶圆行业遭遇四大挑战 国内晶圆制造与国际水平差距较大 晶圆价格下跌明显 晶圆制造是规模经济，具有投资大、回报慢的特点，我国与国际技术水平差距较大，发展存在天然门槛。相较于芯片产业链中设计业不断利好政策出台，晶圆制造环节由于资本支出高、回报周期长受到忽视，导致市场占有率不断下滑，与国际先进水平差距不断拉大。 由于全球半导体市场的持续下滑，部分8英寸晶圆的需求转向12英寸晶圆代工，导致8英寸晶圆代工产能利用率下降。为了维持产能利用率，部分12英寸晶圆代工厂也已开始面向成熟制程进行了价格降低。8英寸晶圆代工产能利用率持续低迷也是导致降价的重要原因之一。 01 02 晶圆代工厂的整体需求仍然低迷 国际贸易摩擦 03美国联合日本、荷兰对中国半导体设备的围追堵截愈演愈烈，美国发布的出口管制条例，主要限制先进半导体设备。若未来制裁蔓延到用于成熟制程扩产的半导体设备，则中国大陆较多已宣布的项目会延期或停滞，国内晶圆企业订单增速将大幅下滑。 04尽管人工智能领域的发展为高性能计算市场带来了一定的增长，但目前全球经济整体放缓的趋势影响了各个行业对芯片的需求。这包括消费电子、汽车、通信等领域，它们作为芯片的重要应用领域，需求低迷对晶圆代工厂造成了直接的影响。 14.晶圆企业重点关注四大趋势 先进制程玩家反攻成熟制程 晶圆企业寻找新的合作伙伴 过往，在摩尔定律的驱动下，晶圆厂一直在紧追先进工艺，这场决赛的最后仅剩台积电、三星和英特尔这几家。随着先进制程逐渐逼近极限，现在这些晶圆代工厂开始反攻成熟制程，他们开始纷纷大幅扩产成熟工艺。 随着芯片制造技术的不断创新和市场对芯片需求的不断增长，晶圆制造商之间的竞争变得更加激烈。面对巨大的压力，晶圆厂商纷纷寻找新的合作伙伴来应对挑战。然而，在全球芯片供应短缺的背景下，选择合适的合作伙伴变得至关重要。 “碳中和”给晶圆企业带来新机会03 细分市场为晶圆企业打开新空间04 在模拟IC中是应用驱动工艺平台的发展。由于模拟工艺是由应用驱动，所以模拟设计公司与晶圆厂的配合比数字芯片更加紧密。晶圆代工厂给芯片设计公司提供创新技术和平台，帮助他们实现最终应用方案，往更创新的应用去发展，最终实现碳中和目的。 汽车电子等部分细分市场的高景气度为晶圆厂尤其是成熟产能为主的晶圆厂提供了机会。尤其看好5G、AIoT和电动车等应用的普及给半导体市场带来的增长动能，部分晶圆厂将一部分产能转向车规芯片。 版权说明 本报告为简版报告，内容均从嘉世咨询原有完整报告中精炼提取，如需了解详细内容，请联系：mcr@chinamcr.com. 本报告中的所有内容，包括但不限于文字报道、照片、影像、插图、图表等素材，均受《中华人民共和国著作权法》、《中华人民共和国著作权法实施细则》及国际著作权公约的保护。 本报告的著作权属于上海嘉世营销咨询有限公司所有，如需转发、转载、引用必须在显著位置标注出处，并且不得对转载内容进行任何更改。 本报告是免费报告，任何机构和个人不得将本报告用于收费为目的经营活动。