晶圆制造产业链市场调研分析报告.docx

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晶圆制造产业链市场调研分析报告

2017年晶圆制造产业链市场调研分析报告

本调研分析报告数据来源主要包含欧立信研究中心，行业协会，上市公司年报，国家相关统计部门以及第三方研究机构等。

图表目录

表格目录

第一节产业链简要梳理

一、半导体产业链结构，设备与耗材业是重要的使能者

图表1：

半导体产业流程

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北京欧立信信息咨询中心

图表2：

半导体产业链规模对比

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北京欧立信信息咨询中心

第二节一块芯片的诞生之旅，从沙子到集成电路

一提到集成电路芯片，人们首先可能想到指甲盖大小闪闪发光的方片，其实这其中包含了几亿到几百亿颗不等的电子元器件。

晶体管，二极管，电阻，电容等，这些器件经过制造和排布后通过协同工作完成了诸如逻辑运算和数据存储等功能。

制造集成电路并不是简单地把元器件拼凑起来，而是涉及到许多步的电路图形印制，沉积，蚀刻等，并且每一步都要重复许多次，最终方能获得正常工作的芯片。

图表3：

芯片的诞生历程

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一、制造单晶硅片

单晶硅片是制造集成电路的基础衬底，硅衬底好处很多，比如硅元素易获得，掺杂后拥有导电特性，

图表4：

单晶硅片

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二、硅片氧化层生长

图表5：

硅片氧化层生长

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硅片在进晶圆制造之前还需经过表面氧化，氧化层保护硅基片免受制造过程中化学杂质和污染的侵蚀。

三、印制集成电路之光刻法

图表6：

集成电路

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晶体管，二极管，电阻，电容等，这些器件的协同工作完成了诸如逻辑运算和数据存储的功能。

晶体管——电源开关

电容——存储电能

电阻——控制电流大小

二极管——控制电流方向

尽管集成电路器件的制作过程复杂，但基本原理却和冲印照片很相似。

都是将含有图形、形状信息的底片转印到目标平面之上。

掩膜（Mask）扮演了底片的角色，它记录了电路结构和排布信息；光刻胶（Photoresist）扮演了照相纸的角色；光刻胶（Photolithography）完成了最后的曝光过程。

图表7：

掩膜或光罩

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图表8：

光刻胶涂布

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图表9：

光刻

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四、蚀刻电路图案

蚀刻是电路制作中极为常用的手段，一般紧接光刻步骤作为后道工艺出现。

蚀刻的目的是有选择性地去除掉不需要的材料，以至于留下的部分便是设计的电路图形。

蚀刻又分为干法蚀刻和湿法蚀刻。

干法（离子）蚀刻用于电路形状定型；湿法（化学）用于清洁硅片表面。

图表10：

蚀刻

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图表11：

干法（离子）蚀刻示意动画

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五、CVD，PVD化学、物理气象沉积

为了让半导体芯片获得电学特性，我们需要将某些特定材料以原子层的厚度均匀地排布在制定区域。

在300毫米直径的晶圆上沉积1微米的薄层金属，对于平整度的要求是近乎苛刻的。

试想在300米直径的操场上均匀地铺一层1毫米的沙子，难度可不小。

图表12：

CVD，PVD化学、物理气象沉积

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沉积方法主要有两种：

PVD物理气象沉积：

直接气化并沉积物质，不涉及化学反应，可用于布线。

CVD化学气象沉积：

涉及化学气体反应，反应生成物被沉积，可用于掺杂，扩散。

六、晶圆检测

当晶圆经历了前述的多道工序并完成了制造后，就需要对晶圆上的每一片芯片（Die）进行逻辑功能的验证。

图表13：

晶圆检测

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图表14：

自动测试机台

如今的检测过程主要通过使用自动测试机台（ATE）来完成，ATE的金属触角和芯片上相应的接触点连接后便可在很短时间内核对芯片的功能，时序，功耗是否符合设计预期。

在此之后，会有自动的机械臂在不合格芯片表面打上有色印记以标明故障信息。

七、芯片封装测试

芯片在最终发给客户前还需要进行封装，封装的意义是给裸露的芯片加上外部保护壳，可以是塑料，陶瓷或金属。

除此之外还需要加上相应的金属引脚，以便被安装到PCB板上。

图表15：

芯片封装测试

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在封装之后，还要经过最后一道功能测试便可以出厂。

第三节晶圆制造核心设备统计

产业链环节持续看好半导体设备企业：

1.全球范围半导体资本支出上升以应对以上新领域

2.12寸晶圆厂产能向大陆转移

耗材行业不受半导体建厂周期影响且增速稳定：

1.工艺复杂度提升，步骤增加相应耗材用量提升

2.芯片ASP下滑但出货数量增加，耗材用量提高

表格1：

2015年全球十大半导体设备供应商排名（收入）

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一、半导体设备行业进入门槛颇高

表格2：

半导体设备行业进入门槛颇高

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2015年全球半导体市场规模375亿美元，前十大半导体厂商销售额351亿美元，市占率达93.6%。

其中美国4家，日本5家，荷兰1家。

图表16：

半导体设备终端领域占比

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1、为什么设备研发门槛高？

1.半导体设备市场已日趋专业化和全球化。

全球设备业通过兼并、淘汰，在每个细分市场中仅剩下1～2家、至多3～4家企业，竞争十分激烈，如光刻机领域ASML一家独大，且均面向全球市场。

2.半导体设备不可替代性强。

上世纪80年代末开始，半导体设备企业开始把工艺能力整合在设备中，让用户买到设备就能保证使用，并且达到工艺要求。

因此有“一代器件，一代设备”之说。

3.由于出货数量少，设备企业难以负担工艺试验线的费用。

一台设备从研发、样机开始，必须经过大量硅片通过等工艺试验，才能发现问题，并进行改型。

整个过程还需与制造企业紧密合作开展。

二、晶圆制造核心设备统计

Lithography光刻机

EtchingMachine蚀刻机

CMP化学机械抛光机

CVD,PVD化学、物理气相沉积

1、关键设备1：

Lithography光刻机

在硅片表面涂匀光刻胶，然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程称为光刻。

光刻是现代集成电路制造的核心步骤，光刻机也是产业中最重要的设备。

表格3：

16nm制程所需主力光刻机

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假定生产一片晶圆需要6次曝光程序

行业主要厂商：

荷兰ASML、日本佳能、日本尼康

图表17：

晶圆生产厂商荷兰ASML

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2、关键设备2：

EtchingMachine蚀刻机

蚀刻目的是去除硅片表面选定区域的材料，以便后续沉积步骤将特定材料放置到相应区域。

蚀刻又分为干法蚀刻和湿法蚀刻。

干法（离子）蚀刻用于电路形状定型；湿法（化学）用于清洁硅片表面。

图表18：

蚀刻机

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关键设备比例：

光刻机：

蚀刻机=1：

4

单厂需要数量8–12台

价格范围：

1000万-2500万/台

3、关键设备3：

CMP化学机械抛光机

化学机械抛光，晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻（Lithography）技术对晶圆表面的平坦程度（Non-uniformity）的要求越来越高，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。

图表19：

CMP化学机械抛光机

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关键设备比例：

光刻机：

CMP=1：

2.5

单厂需要数量5-8台

单台价格800万-2000万/台

4、关键设备4：

CVD,PVD化学、物理气相沉积

为了让半导体芯片获得电学特性，我们需要将某些特定材料以原子层的厚度均匀地排布在制定区域。

在300毫米直径的晶圆上沉积1微米的薄层金属，对于平整度的要求是近乎苛刻的。

沉积方法主要有两种：

PVD物理气象沉积：

直接气化并沉积物质，不涉及化学反应，可用于布线

CVD化学气象沉积：

涉及化学气体反应，反应生成物被沉积，可用于掺杂，扩散

图表20：

CVD,PVD化学、物理气相沉积

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关键设备比例

光刻机：

PVD=1：

2

单厂需要数量4-6台

单台价格1000万-1800万

光刻机：

CVD=1：

2.5

单厂需要数量5-8台

单台价格1500万–3000万

5、设备数量总结

表格4：

设备数量总结

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第四节晶圆制造核心耗材统计

一、晶圆制造核心材料统计，数百道工序应对数百种化学品

晶圆加工环节中使用到的化学品多达数百种最重要和占比最终的几样产品分别是：

硅晶圆、掩模/光罩、光刻胶、光刻胶显影液、熔剂、剥离剂、湿法化学品、化学气体、溅射靶材、化学机械（CMP）抛光垫和抛光液

他们分别被应用在不同制造阶段：

图表21：

晶圆制造加工环节

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1、2013-2016E全球半导体制造材料市场统计

图表22：

半导体制造化学品市场2013-2016E

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图表23：

半导体制造化学品市场占比

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表格5：

半导体制造化学品市场2013-2016E

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2、2014-2015年半导体材料地区分布，台湾占比最高

图表24：

2014Vs.2015半导体耗材地区分布

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表格6：

2014-2015年半导体材料地区分布

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二、晶圆产业链市场

1、SiliconWafer硅晶圆市场

图表25：

硅晶圆市场占比

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图表26：

硅晶圆市场规模2013-2016E

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表格7：

世界主要硅晶圆企业概况

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2、CMP化学机械抛光垫、抛光液

CMP是化学机械抛光的缩写，是一种十分精细和精准的晶圆表面微处理技术。

它利用连续的化学反应和物理接触将晶圆抛光至原子级别的平整度。

图表27：

晶圆侧视视角

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图表28：

CMP抛光垫、抛光液市场规模2008-2015

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图表29：

抛光液产品分类以及占比

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主要抛光垫供应商：

DowElectronicMaterials,Cabot,innoPad,ThomasWest,NexPlanar,Fujibo

主要抛光液供应商：

Cabot，Hitachi,FujiFilm,DANanomaterials,Fujimi,Dow

3、PhotoResist光刻胶市场规模

图表30：

光刻胶市场规模统计2011-2016E

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其中市场份额位居前列的公司为日本TOK、美国shipley、瑞士的Clariant以及日本的JSR公司。

4、PhotoMask光罩/掩模市场

图表31：

光罩市场规模2005-2016E（$mn）

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图表32：

2015年PhotoMask光罩/掩模市场各地区占比

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三、半导体封装材料市场

1、2013-2016E全球半导体封装材料市场统计

图表33：

半导体封装耗材市场2013-2016E

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图表34：

半导体封装耗材市场

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北京欧立信信息咨询中心

表格8：

半导体封装耗材市场2013-2016E

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2、2015年半导体封装材料地区分布，台湾占比最高

图表35：

2014对比2015材料消耗地区分布

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北京欧立信信息咨询中心

表格9：

2014-2015年半导体封装材料地区分布

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金属导线材质变化趋势，黄金使用量下降，铜上升

图表36：

金属导线材质变化2011–2015

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表格10：

半导体制造原材料统计表

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表格11：

半导体封装原材料统计表

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