西南证券-半导体系体例制行业：详解全球半导体

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三、半导体系体例制全球巨头化合物半导体代工巨头之稳懋半导体和三安光电全球半导体系体例制市场及行业款式中国半导体系体例制行业环境先辈制程手艺之FD-SOI 半导体市场全球经济相关性半导体受全球经济影响波动较大，且相关性越来越强按照IHSMarkit的统计，2017年，全球半导体市场的营收规模为4290亿美元，较上年增加21.6%。成长次要是因为存储器市场的求过于供导致价钱上涨，仅存储器部门的年增加率高达58.8%，非存储器部门年增加率为10.3%；做为资金取手艺高度稠密行业，半导体目前构成深化的专业分工、细分范畴高度集中的特点，因而半导体受全球经济影响波动较大，且相关性越来越强。估计将来几年，全球经济仍将连结不变增加，年增加率维持正在3%摆布，因而估计半导体市场的景气宇也如以前一样，维持3%摆布的增加率。IC范畴的市场增加环境（以亿美元计） 数据来历：ICInsights，西南证券拾掇手机和小我电脑目前仍是芯片业的最大市场。按照ICInsights的数据，2017年全球手机和小我电脑IC发卖额占IC市场总收入的45%，可是2016-2021年均复合增加率别离为高个位数和低个位数。相较之下，汽车和物联网市场规模虽小，可是增加势头强劲，估计2016-2021年均复合增加率将跨越13%。汽车半导体器件正侵犯晶圆代工场的产能按照仪器、IHS等公司的数据显示，每辆汽车的半导体产物平均含量从1990年的62美元增加到2013年的312美元，到2018年增加至350美元。多年来，博世、恩智浦、安森美半导体、瑞萨、意法半导体、仪器和其它有自家晶圆厂的IDM厂商从导着汽车行业。数据来历：取非网，西南证券拾掇半导体市场汽车电子半导体财产链制制牵头半导体系体例制位于半导体财产链中逛数据来历：wind，西南证券拾掇从半导体财产链角度来看，半导体材料和设备位于财产上逛，是整个半导体行业的支持财产，中逛为半导体的制制，此中集成电的制制最为复杂，又能够分为设想-制制-封测三个环节，而集成电制制的资金和手艺壁垒是最高的。半导体财产链制制牵头芯片制制整个财产链：设想-制制-封测数据来历：西南证券数据来历：华芯投资，西南证券拾掇芯片制制全财产链示企图国度财产基金许诺投资财产链占比芯片制制工艺流程集成电制制工艺流程现在扶植一条12英寸芯片出产线亿美元，此中仅半导体设备的投资占70%以上。按照2017年美国UCBerkeley大学的理论数据，一条月产12英寸硅片，5万片的出产线台薄膜淀积设备等，估量各类设备的合计台(套)要跨越500个。晶圆制制工艺流程图数据来历：西南证券新建产线制制本钱收入新建产线本钱收入中半导体设备收入占比高达80% 新晶圆制制厂从成立到出产的周期大要为2年；一般正在第20个月的时候起头进行设备搬入安拆、测试、试出产；一条新建产线最大的本钱收入来自于半导体设备，本钱收入占比高达80%，厂房扶植占比仅20%。新建产线各项目时间节点规划新建产线本钱收入占比拆分数据来历：中国财产消息网，西南证券拾掇数据来历：中国演讲网，西南证券拾掇芯片行业运做模式半导体芯片行业的三种运做模式：IDM、Fabless和Foundry 数据来历：电子说，西南证券拾掇半导体财产链垂曲分工半导体财产链垂曲分工模式日趋成熟，财产链愈加细化上世纪60年代，晚期企业都是IDM运营模式（垂曲整合），这种模式涵盖设想、制制、封测等整个芯片出产流程，这类企业一般具有规模复杂、手艺全面、堆集深挚的特点，如Intel、三星等。跟着手艺升级的成本越来越高以及对IC财产出产效率的要求提拔，促使整个财产逐步向设想、制制、封拆、测试分手的垂曲分工模式成长。这种垂曲分工的模式起首大大提拔了整个财产的运做效率；其次，将相对轻资产的设想和沉资产的制制及封测分手有益于各个环节集中研发投入，加快手艺成长，给新玩家一个进入行业的切入点，例如手艺程度较低的封拆检测、设想凸起的Fabless等。晶圆代工的呈现降低了芯片行业准入门槛数据来历：取非网，西南证券拾掇数据来历：台积电，西南证券拾掇半导体财产链垂曲模式日趋成熟纵不雅前十大半导体企业变化，IDM仍有强劲的生命力正在上世纪90年代，全球半导体公司大多是日本公司，前十名企业中占领50%，并且满是IDM公司；2016年，前十大半导体企业中呈现了高通、博通等设想公司，表白晶圆代工+设想公司的成长模式正在数字逻辑集成电范畴中取得了庞大的成功；正在2016年设想公司取得庞大成功的布景下，前十大半导体公司中有7家是IDM公司，占比前十大收入的80%。数据来历：华润微电子，西南证券拾掇全球前十大半导体公司演变环境设想企业IDM 企业设想企业IDM 企业全球设想公司2010年发卖收入为635亿美元，2017年增加至1000亿美元，年均复合增加率高达6.7%；全球IDM公司2010年2043亿美元，2017年达到2636亿美元，年均复合增加率高达为3.7%；分歧的是设想公司7年来持续增加，而IDM公司是有降有增，这里面增加包含存储器产物的跌价。代工场的呈现推进了半导体设想公司的成长数据来历：华润微电子，西南证券拾掇-5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 17全球Fabless企业发卖收入（亿美元）全球IDM企业发卖收入（亿美元） Fabless增加率国际上设想公司取IDM的规模对比晶圆制制行业特点晶圆制制行业特点：先辈手艺节点工艺制程控制正在少数几个公司手中晶圆制制行业一个典型的特点就是先辈手艺节点工艺制程控制正在少数几个公司手中，130纳米手艺全球有近30个公司能够量产，可是到了14纳米手艺仅控制正在6个公司手上，将来5纳米手艺程度估计只要三星、台积电、英特尔三家有能力实现量产；中芯国际是世界上为数不多的几个能够供给完整的从成熟制程到先辈制程的晶圆制制处理方案的纯晶圆代工场之一。数据来历：中芯国际，西南证券拾掇晶圆制制行业特点晶圆代工全球市场全球纯晶圆代工营收预测数据来历：IHSMarket，西南证券拾掇据IHSMarkit统计，2017年全球纯晶圆代工市场营收为530亿美元，同比增加7.1%。纯晶圆代工市场营收将达到754亿美元，2016年到2021年的年复合增加率为9.1%，跨越同期全球半导体市场的2.8%。总的来说，目前代工市场仍是次要以成熟制程为从，先辈制程占比不竭提高，2017年28/22纳米及以下先辈制程市场占比仅38%，估计到2021年能够达到56%。2009年全球前五名晶圆厂总产能占全球总产能比例仅36%，2017年这一比例上升至53%；2009年全球前十名晶圆厂总产能占全球总产能比例仅54%，2017年这一比例上升至72%；同样，前十五名晶圆厂总产能占比从2009年的64%上升至2017年的80%，前二十五名晶圆厂总产能占比从2009年的78%上升至2017年的89%。2017年全球集成电晶圆厂集中度数据来历：ICInsights，西南证券拾掇2009年全球集成电晶圆厂集中度晶圆制制行业集中度晶圆制制合作款式贡献了全球最大的代工产能贡献了全球最大的代工产能，仅台积电一家正在2018年上半年就占领了全球晶圆代工市场的56.1%，联华电子市占率为8.9%，两者加起来总共占领了65%的市场规模；中芯国际是我国最大的晶圆代工场，占领了我国跨越晶圆代工市场的58%。华虹半导体是全球领先的200mm纯晶圆代工场，次要面向1微米到90纳米的可定务，按照IHS的数据，按2016年发卖收入总额计较，华虹半导体是全球第二大200mm纯晶圆代工场。2018年上半年全球晶圆代工市场款式2017年中国晶圆代工厂款式数据来历：中芯国际，西南证券拾掇数据来历：中芯国际，西南证券拾掇台积电, 56.1%格罗方德, 9.0%联华电子, 8.9%三星,7.4%中芯国际, 5.9%Towerjazz, 2.2%力晶,1.6%世界先辈, 1.5%X-Fab,1.0%中芯国际, 58%华虹宏力, 16%华力半导体, 10%华润微电子, 7%武汉新芯, 6%先辈半导体, 3%制程分布产能分布全球各地域产能分布环境 2017年全球曾经安拆运转的晶圆厂总产能为17900千片/月（折合成200mm晶圆当量），此中300mm产能为11600千片/月，占比64.8%，200mm产能为5000千片/月，占比27.9%。从各地域分布来看，排名第一，总产能为4000千片/月，此中300mm晶圆产能占比高达73%，28纳米及以下制程占比为37%；韩国排名第二，总产能为3600千片/月，此中300mm晶圆产能占比高达86%，28纳米及以下制程占比为81%；中国产能位居全球第五，总产能为2000千片/月，此中300mm晶圆产能占比高达47%，28纳米及以下制程占比为35%。数据来历：西南证券全球半导体财产转移示企图半导体系体例制尺寸演变晶圆尺寸越大，可操纵效率越高 12英寸晶圆具有较大的晶方利用面积，得以达到效率最佳化，12英寸晶圆相对于8英寸晶圆的可利用面积跨越两倍以上；每片晶圆可利用率是前期晶圆的2.5倍。因为18英寸晶圆的前景褪色，2016年至2021年期间，估计将有25家12英寸晶圆厂沉出江湖，而晶圆厂越来越多地投入利用12英寸和8英寸曲径的硅基板。2016年全球范畴内有98家12英寸晶圆厂，估计将正在2017年后每年有必然数量添加，到2021年可达到123家。截至2016岁尾，12英寸晶圆占全球晶圆厂产能的63.6%，估计到2021岁尾将达到71.2%，其年均复合增加率为8.1%。晶圆尺寸变化示企图12英寸和8英寸晶圆面积比数据来历：中国财产消息网，西南证券拾掇300mm晶圆可利用率/ 200mm晶圆可利用率=2.5 数据来历：联华电子，西南证券拾掇支流尺寸300mm 晶圆300mm晶圆是目前利用的支流晶圆尺寸按照ICInsights预测，2018-2021年间，全球范畴内可量产级此外300mm晶圆厂每年城市添加，到2021年时，300mm晶圆厂将达到123家，而这一数字正在2016年为98家，闪存，或者加强现有的代工能力。截至2016岁尾，300mm晶圆贡献了全球IC晶圆厂产能的63.6%，估计到2021岁尾这一数字将达到71.2%，正在这五年内，以硅全面积计较的年复合平均增加率将达到8.1%。全球各尺寸晶圆正在全球半导体产能占领之比例数据来历：ICInsights，西南证券拾掇无论从总体概况面积仍是现实晶圆出货量来看，300mm晶圆都是现正在正在利用的从力晶圆尺寸。从现正在起到2021年，200mm晶圆的IC出产能力估计仍将连结增加态势，以可用硅片总面积计较，年均复合增加率估计为1.1%。不外，200mm晶圆占全球晶圆产能的份额估计将从2016年的28.4%下降至2021年的22.8%。正在2015-2016年期间，大都200mm晶圆厂次要面向逻辑器件、模仿/夹杂信号以及功率器件。分立器件、MEMS和模仿芯片的200mm容量增加强劲，部门缘由是从150mm出产到200mm出产的过渡。因为对PMIC，显示驱动器IC，CMOS图像传感器，MCU，MEMS和其他需要>90nm工艺手艺的设备的强劲需求，Foundry也获得了份额。因为物联网海潮为200毫米晶圆厂注入了新的活力，因而正在物联网活动起头之前，2012年的数据显示200毫米晶圆厂的数量有所下降。2018年按产物类别划分的200mm晶圆需求数据来历：搜狐科技，西南证券拾掇数据来历：SEMI，西南证券拾掇MOS逻辑芯片，27%模仿芯片， 23%分立器件，16%图像传感器， 17%传感器，5%存储，8%微节制逻辑芯片，10%8英寸晶圆次要劣势200mm晶圆奇特劣势8英寸晶圆求过于供八英寸晶圆求过于供，世界先辈和联电同时爆出产能全满跟着小我电脑及聪慧型手机市场进入旺季，加上先辈驾驶辅帮系统（ADAS）及自驾车、物联网及工业4。0等新蓝海市场进入成长迸发期，带动面板驱动IC、微节制器（MCU）、电源办理IC（PMIC）、金氧半场效电晶体（MOSFET）等强劲需求，也让台积电、联电、世界先辈的8寸晶圆代工产能满载到2018年岁尾，且订单能见度更已看到2019年上半年。8英寸晶圆代工场求过于供的次要缘由数据来历：中时电子报，西南证券拾掇目次 一、全球半导体系体例制市场规模及合作款式 二、半导体系体例制制程手艺阐发28纳米是生命周期相当长的节点先辈制程手艺之FinFET取GAA 代工第一梯队台积电和三星以及IDM第一梯队英特尔半导体系体例制保举逻辑代工第二梯队：联华电子、格罗方德、中芯国际、Towerjazz 三、半导体系体例制全球巨头化合物半导体代工巨头之稳懋半导体和三安光电全球半导体系体例制市场及行业款式中国半导体系体例制行业环境先辈制程手艺之FD-SOI 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 0 100 200 300 400 500 600 21中国半导体发卖额（十亿美元）其他区域半导体发卖额（十亿美元）中国占全球的比例中国将衔接第三次全球半导体财产转移持久以来，中国一曲是电子产物出产的集中地，因此也是全世界最大的半导体产物消费国度。中国集成电市场近年来一曲正在快速增加，且跟着国内5G通信、物联网等前沿使用范畴快速成熟，国内集成电市场需求将进一步提拔。数据来历：HIS，西南证券拾掇2010-2025中国集成电市场布局中国集成电市场布局晶圆代工产能分布 中国晶圆代工产能分布按照SEMI数据显示，中国前端晶圆厂产能本年将增加至全球半导体晶圆厂产能的16%，到2020年，这一份额将添加到20%。受跨国公司和国内公司存储和代工项目标鞭策，中国将正在2020年的晶圆厂投资将以跨越200亿美元的收入，超越世界其他地域，占领首位。数据来历：SEMI，西南证券拾掇中国晶圆代工产能分布示企图 2014年中国成立大基金以来，推进了中国集成电供应链的敏捷增加，目前已成为全球半导体进口最大的国度市场。SEMI指出，目前中国正正在进行或打算开展25个新的晶圆厂扶植项目，代工场、DRAM和3DNAND是中国晶圆厂投资和新产能的首要部门。2013年中国晶圆制制财产：呈现“两端正在外”现象中国晶圆制制两端正在外 2013年中国晶圆制制财产规模601亿元，此中Foundry和IDM比例接近1！1，各为300亿元摆布。进一步国内晶圆Foundry公司设想公司来历：114亿国内本土设想公司，134亿元国外设想公司。华润微电子认为我国半导体系体例制呈现“两端正在外”的现象：2013年中国本土晶圆代工缺口为209亿元，这部门是依托海外代工。数据来历：华润微电子，西南证券拾掇2017年中国晶圆制制财产：“两端正在外”现象更显著 2017年：晶圆代工的规模440亿元，此中本土代工规模370亿元（比2013年添加49%），外资晶圆代工规模70亿元。2017年本土设想公司产物对晶圆产值需求671亿元，现实本土晶圆代工营收190亿元，满脚率28。3%，比2013年下降了20%。2017年国内10大设想公司中，除了智芯微电子和士兰微用国内代工，其他8家都正在利用海外代工。数据来历：华润微电子，西南证券拾掇中国晶圆制制两端正在外中国功率器件前10大企业收入之和不及一家单设想公司功率半导体IDM企业功率半导体行业，容易呈现IDM公司，都是以IDM公司正在运做。2017年中国功率器件半导体公司前十大的总规模（82亿）不及设想公司第二大企业（110亿）。排名企业名称发卖额（亿元） 1深圳市海思半导体无限公司361 2紫光展锐110 3深圳市中兴微电子手艺无限公司76 4华大半导体无限公司52。1 5智芯微电子科技无限公司44。9 6深圳市汇顶科技股份无限公司38。7 7杭州士兰微电子股份无限公司31。8 8敦泰科技（深圳）无限公司28 9格科微电子（上海）无限公司25。2 10中星微电子无限公司20。5 排名企业名称发卖额（亿元） 1华微电子股份无限公司16。3 2扬州扬杰电子科技股份无限公司14。6 3姑苏固锝电子股份无限公司10。1 4无锡华润华晶微电子无限公司9。4 5瑞能半导体无限公司6。9 6常州银河世纪微电子股份无限公司6。1 7无锡新洁能股份无限公司5 8杭州立昂微电子股份无限公司4。61 9燕东微电子无限公司4。56 10深圳深爱半导体股份无限公司4。4 数据来历：华润微电子，西南证券拾掇2017年中国十大集成电设想企业2017年中国半导体行业功率器件十强企业中国市场需要强大的产物公司（设想公司取IDM）中国集成电市场布局中国集成电自给率持续提高：2017年为10%，预测2025年无望提拔至18。8%。2010-2025中国集成电市场布局数据来历：华润微电子，西南证券拾掇国内晶圆代工场产能取国内集成电需求之间的婚配度国内产能需求婚配度华润微电子认为，国内集成电制制产能（370亿元）和国内设想公司需求代工规模（670亿元）不婚配，此中国内设想公司正在国内晶圆厂代工190亿元，差距仍大。Ⅰ 481亿元Ⅱ 190亿元Ⅲ 180亿元中国设想公司产物占外资晶圆代工营收481亿元次要产物为16nm及以下支流工艺或者0。13um-0。18um高机能模仿工艺中国设想公司产物占本土晶圆代工场营收190亿元次要产物为特色工艺范畴：BCD等模仿工艺、射频RF、非挥发性储存器e-NVM、功率器件等。国外设想公司产物占本土晶圆代工场营收180亿元次要产物为特色工艺范畴：BCD等模仿工艺、射频RF、非挥发性储存器e-NVM、功率器件等。目前国内晶圆代工场的特色工艺同国外晶圆代工场不同不大，根基能满脚国内设想公司要求，同时也衔接了大规模海外设想公司的需求。国内晶圆代工场难以满脚国内设想公司对支流工艺（16nm及以下）和高机能模仿工艺的需求，2017年国内设想公司到外资晶圆代工场代工规模达481亿元。Ⅰ Ⅱ Ⅲ 中国设想公司晶圆代工需求481亿元中国本土晶圆代工规模180亿元2017年国内晶圆代工场取国内集成电需求之间的婚配度数据来历：华润微电子，西南证券拾掇中国晶圆代工需求占全球代工总需求比沉日益提拔 2017年中国IC设想公司对晶圆制制需求671亿元，占全球代工规模3865亿元的17。4%，预测到2025年增加到30。5%。按照IBS显示，2017年中国IC设想公司对晶圆制制需求约671亿元，占全球晶圆代工规模3865亿元的17。4%，到2025年时需求上升至30。5%。国内需求日益提拔中国IC设想公司对晶圆代工的要求逐步向90nm以内节点成长国内设想企业成长趋向中国IC设想公司对晶圆代工的要求逐步向90nm以内节点成长。2017年，设想公司采用0。13um节点占比53%，2018年90nm及以下节点制程的需求将跨越0。13um以上，至2025年中国设想公司70%会用到90nm以内。0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2025≥0。25um0。18/0。15um0。13um90nm65nm45/40nm28nm20nm16/14nm10nm7nm≤5nm2010-2025中国集成电设想对晶圆制制工艺的需求（亿元） 数据来历：IBS，西南证券拾掇中国半导体财产面对的挑和取机缘制程缩小成本添加跟着制程节点的缩小和工艺精度的提高，集成电设想产物的设想成本敏捷添加，10nm的设想成本约为28nm的4。5倍，而且对产物发卖规模的要求也同步提拔（发卖规模需要跨越设想成本的10倍），同时开辟风险也随之添加。以28nm长命命周期的手艺节点来评测，逻辑集成电设想企业的规模至多要正在6。3亿美金（43。2亿人平易近币以上），相当于2017年中国涉及企业的第六大。各手艺节点的设想成本（亿美元） 0。0 0。5 1。0 1。5 2。0 2。5 3。0 3。5 4。0 4。5 5。065nm 45/40nm 28nm 16/14nm 10nm 7nm 5nm各手艺节点的客户Profile对比（美元） 数据来历：华润微电子，西南证券拾掇做大做强中国集成电财产链中国集成电政策支撑 2014年6月24日，国度集成电推进纲要发布；2014年9月24日，国度集成电财产投资基金正式设立。到2020年，集成电财产取国际先辈程度的差距逐渐缩小，全行业发卖收入年均增速跨越20%，企业可持续成长能力大幅加强。挪动智能终端、收集通信、云计较、物联网、大数据等沉点范畴集成电设想手艺达到国际领先程度，财产生态系统初步构成。16/14nm制制工艺实现规模量产，封拆测试手艺达到国际领先程度，环节配备和材料进入国际采购系统，根基建成手艺先辈、平安靠得住的集成电财产系统。数据来历：百度百科，西南证券拾掇《国度集成电财产成长推进纲要》规划方针中国将成为全球新建晶圆厂最积极的地域新建晶圆厂中国牵头中国晶圆建厂高峰到来。按照国际半导体协会（SEMI）所发布的近两年全球晶圆厂预测演讲显示，2016至2017年间，分析8英寸、12英寸厂来看，确定新建的晶圆厂就有19座，此中就占了10座。SEMI更预估2017年到2020年的四年间，全球估计新建62条晶圆加工产线座新晶圆厂，成为全球新建晶圆厂最积极的地域，整个投资打算占全球新建晶圆厂的42%，成为全球新建投资最大的地域。2017-2020全球规划扶植晶圆厂数量6 5 3 111 2 13 3 1 00 2 1 6 11 22 0 111 4 22 1 00 2 4 6 8 10 12 14中国美国东南亚欧洲取中东日本韩国2017E 2018E 2019E 2020E国内正在建晶圆产线数据来历：中国财产消息网，西南证券拾掇 0 20 40 60 80 100 120 20148日本和欧洲半导体公司本钱收入（亿美元）中国半导体公司本钱收入（亿美元）中国半导体本钱收入2018年中国半导体企业本钱收入估计将超越欧洲和日本 ICInsights预测，2018年总部位于中国的半导体公司本钱收入将达到110亿美元，占全球半导体总本钱收入1035亿美元的10。6%，这一数字将跨越总部正在日本和欧洲的半导体公司的本钱收入。2005年全球半导体本钱收入占比为8%，估计正在2018年仅占全球收入的4%，到2022年这一数字降为3%。日本一些半导体公司也曾经转型为b-lite贸易模式，因而大大降低了正在新晶圆厂和设备上的投资。估计日本半导体公司正在2018年占半导体行业本钱收入总额的6%，比2005年的22%的大幅下降。中国半导体公司本钱收入取日本&欧洲半导体公司比力数据来历：ICInsights，西南证券拾掇总部位于中国的纯晶圆代工场中芯国际曾经正在相当长时间内成为次要半导体行业本钱收入者之一，别的还有四家中国公司估计将成为本年主要的半导体行业本钱收入者，包罗下一代存储器供应商将正在2018年和2019年破费大量资金采办设备并扩建新的晶圆厂。ICInsights认为，至多正在将来几年内，中国正在亚太半导体行业的本钱收入份额将连结正在60%以上。目次 一、全球半导体系体例制市场规模及合作款式 二、半导体系体例制制程手艺阐发28纳米是生命周期相当长的节点先辈制程手艺之FinFET取GAA 代工第一梯队台积电和三星以及IDM第一梯队英特尔半导体系体例制保举逻辑代工第二梯队：联华电子、格罗方德、中芯国际、Towerjazz 三、半导体系体例制全球巨头化合物半导体代工巨头之稳懋半导体和三安光电全球半导体系体例制市场及行业款式中国半导体系体例制行业环境先辈制程手艺之FD-SOI 28纳米制程两大手艺工艺：PolySiON和HKMG 28 纳米两大手艺 28纳米制程工艺次要分为多晶硅栅+氮氧化硅绝缘层栅极布局工艺（Poly/SiON工艺）和金属栅极+高介电绝缘层（High-k）栅布局工艺（HKMG工艺）。HKMG工艺的长处是大幅减小漏电量，降低晶体管的环节尺寸从而提拔机能，可是工艺相对复杂，成本取Poly/SiON工艺比拟较高。中芯国际本身的28nm产物规格目前处正在Poly/SiON的较低端手艺，相当于台积电的28LP手艺，已投入量产；高端的28nm HKMG制程良率之前则不达预期，目前正正在加快研发中，不久之后将实现量产。28纳米两大手艺工艺：PolySiON和HKMG 28纳米Poly/SiON和HKMG机能取成本对比数据来历：中国市场谍报核心，西南证券拾掇数据来历：拓墣财产研究所，西南证券拾掇28纳米工艺生命周期较长，市场空间较大28 纳米机能劣势28纳米机能劣势40nm和28nm工艺手艺实现同样机能的静态功耗比力正在成本几乎不异的环境下，利用28纳米工艺制程能够给产物带来愈加优良的机能劣势。例如取40纳米工艺比拟，28纳米栅密度更高、晶体管的速度提拔了约50%，每次开关时的能耗则减小了50%。数据来历：赛迪参谋，西南证券拾掇数据来历：Xilinx，西南证券拾掇28纳米工艺生命周期较长，市场空间较大28 纳米生命周期A9(40G)和Krait(28LP)功耗-温度曲线nm制程的智妙手机处置器，正在高通中给出的对比图中，Krait对比NVIDIA采用40nmLPG夹杂工艺的Kal-El，Krait架构处置器能够借帮更好的温度曲线维持更高的机能。高通对于制制工艺的立场是，40nm G晶体管只要正在全程高频时才成心义，其余多余环境下纯LP工艺晶体管三个更有劣势。跟着14纳米及以下制程的成熟，2018-2020年28纳米市场规模将呈现小幅下滑，但需求量仍然连结正在400万片/年以上的规模； 28nm工艺目上次要使用于手机使用途理器和基带，将来使用标的目的呈多元化分离的趋向。28nm制程普遍使用于手机使用途理器和基带，消费电子（DTV、OTT等），FPGA，GIS等。据赛迪参谋统计，2015-2016年手机使用途理器和基带使用占比达65%，而估计将来四年该范畴使用将敏捷降低至8%，消费电子、RF、GIS、夹杂信号等范畴则各自占领16%摆布，使用范畴呈分离化现象。28nm制程手艺下逛使用市场变化0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% -20182019-2020夹杂信号FPGA图形传感器ISPASIC手机AP及基带射频微节制器消费电子数据来历：赛迪参谋，西南证券拾掇数据来历：赛迪参谋，西南证券拾掇28纳米市场需求及ASP环境28 纳米产物单价2017年全球28nm制程产值占比（按企业划分） 按照拓墣财产研究院统计，2017年全球28nm产值达到110亿美元，占全球先辈制程代工(包含28nm以下)的40%。台积电28nm制程量产至今曾经7年，过程中累积了丰硕的制程经验及客户关系，加上设备的折旧已接近完毕，台积电28nm晶圆的ASP不竭下降，构成强大的成本劣势来行业地位，2010年Q3时28纳米硅片ASP为9000美元，到2017Q2已降为3300美元，下降幅度超63%，估计到2019岁尾将进一步降至2400美元。数据来历：中芯国际，西南证券拾掇数据来历：西南证券中芯国际28纳米工艺焦点出产线：中芯北方中芯北方成立于2013年7月，是中芯国际取市配合投资设立的12英寸先辈制程集成电制制厂。高通骁龙800采用台积电的28nm HPMHKMG尺度，高通MSM8960和联发科四核芯片MT6589T芯片利用的是相对较差的28nm LP工艺；英特尔以手艺领先为导向，最先利用HKMG+Gate-Last工艺，最先量产3D晶体管，其制程领先敌手能够按代来计较。可是英特尔并不是专做晶圆代工的企业，所以正在产能和市场拥有率方面比力低；三星较早采用HKMG工艺，正在业界进入HKMG时代之初，又奥秘研发后栅极工艺。三星自家的Exyons5系列芯片和苹果的A7都是采用的此种工艺；格罗方德于2013年第四时度实现28纳米工艺的量产，2014年成为继台积电之后28纳米工艺产能最大的晶圆代工场，产能达到40000片/月；联电正在2014年进行量产28纳米，目前牢牢占领跨越8%的市场份额。数据来历：西南证券中芯国际28nm 差距中芯国际取其他代工场正在28纳米节点量产时间差距 28nm制程手艺是台积电汗青上的一个转机点，其时三星取格罗方德同时选择了先闸极(Gate-first)方案，而台积电独自选择了后闸极（Gate-last）方案，2011年第四时度，台积电起首实现了28纳米全世代制程工艺的量产；格罗方德成立于2009年3月，是从AMD公司吃亏后拆分出来的晶圆厂取阿布达比创投基金（A仪器C）合伙成立，A仪器C持续投入高额本钱正在先辈制程的研发上，可是进度仍掉队于台积电，曲到2012下半年才正式量产28纳米； 2013年，联电成功开辟28纳米PolySiON制程手艺，并通过客户产物验证逐渐导入量产。2015年，成功开辟28纳米高效能精简型（HPC+）制程手艺，供给更低的漏电流及耗电，并导入客户产物试产。全球四大晶圆厂28纳米量产时间数据来历：各公司官网，西南证券拾掇目次 一、全球半导体系体例制市场规模及合作款式 二、半导体系体例制制程手艺阐发28纳米是生命周期相当长的节点先辈制程手艺之FinFET取GAA 代工第一梯队台积电和三星以及IDM第一梯队英特尔半导体系体例制保举逻辑代工第二梯队：联华电子、格罗方德、中芯国际、Towerjazz 三、半导体系体例制全球巨头化合物半导体代工巨头之稳懋半导体和三安光电全球半导体系体例制市场及行业款式中国半导体系体例制行业环境先辈制程手艺之FD-SOI 逻辑器件、存储芯片的制程推进环境集成电制程推进数据来历：ASML，西南证券拾掇分歧制程手艺机能功耗和成本劣势比力因为制程的减小，单元面积容纳的晶体管数目越多，因而运算速度大大提高，同样，缩减晶体管之间的距离之后，晶体管之间的电容也会更低，因为晶体管正在切换电子信号时的动态功率耗损取电容成反比，因而，制程越低功耗越低。制程越低，每个晶体管所占面积也越小，晶体管集成度也越高，当制程从22纳米推进至14纳米时，因为操纵了先辈的双沉图案工艺，每个晶体管所占面积获得了超线纳米及以下制程因为掩模次数较多会带来成本上的提拔，可是从性价比角度上看，制程的缩减仍是值得的。分歧制程手艺机能功耗比力分歧制程手艺成本劣势比力数据来历：英特尔，西南证券拾掇奇特劣势制程推进晶圆制程推进带来晶粒尺寸和耗电量的大幅减小奇特劣势制程推进分歧手艺的产物利用耗电比力分歧手艺的产物晶粒大小比力数据来历：台积电，西南证券拾掇1 0。53 0。48 0。25 0。11 0。0680。04855nm 45nm 40nm 28nm 16/12nmFFC10nm 7nm线宽越小，晶粒越小线宽越小，晶粒越小按照台积电产物数据，7nm产物的晶粒大小只要28纳米晶粒的五分之一，只要40nm晶粒的十分之一，因而，制程的推进大大减小了晶粒尺寸大小，进一步提高集成度；因为晶粒减小带来的另一大劣势是耗电量的减小，7nm芯片的耗电量只要55nm低功耗产物的二十五分之一，只要16/12nm FFC耗电量的一半，大大提高了手机等电子产物的续航能力。平面型场效应晶体管中的栅极或答应电流流动数据来历：Lam Research，西南证券拾掇FET缩放挑和缩放挑和短沟道效该当栅极长渡过短时，就会呈现短沟道效应（如漏电流） 颠末多代产物的成长，现在能够通过缩小栅极长度(L)和应力来提高沟道迁徙率，从而提高开关速度和晶体管机能。当晶体管的尺寸缩小到小于10nm时会发生量子效应，这时晶体管的特征将很难节制，即便封闭电流，源和漏之间仍可能呈现电流泄露。这一问题和其他手艺挑和使得芯片的出产难度就会成倍增加，因而工程师们起头考虑替代性晶体管设想。数据来历：Lam Research，西南证券拾掇制程扩展瓶颈RC 延迟RC延迟——制程向下扩展的次要瓶颈 R=电阻，即电畅通过导电材料时的难度；C=电容，即绝缘材料连结电荷的程度。集成电互连电阻随制程推进大幅添加数据来历：Lam Research，西南证券拾掇逻辑和存储器芯片中的晶体管通过金属布线相互电毗连并取芯片的其他区域电毗连。正在对价钱的DRAM制制中，必需积极地节制成本，因而缩放的沉点是从现有材料和设想中逐步获得更好的机能。FinFET是处理20纳米及以下制程电流泄露问题的焦点手艺先辈制程FinFET 布局从头节制沟道电流的一种方式就是将沟道提拔到硅平面以上，从而构成“鳍”，也就是FinFET的设想特征。平面布局FET和3DFinFET对比示企图数据来历：Lam Research，西南证券拾掇FINFET加工工艺及环节工艺挑和目前尖端的手艺利用自瞄准二沉图案成形手艺(SADP)和自瞄准四沉图案成形手艺(SAQP)建立鳍布局。一个环节的步调就是用低电阻率的导电材料（如钨）填充栅极，跟着布局越来越窄，钨金属的堆积容易留下孔洞。Double Patterning光刻工艺流程FinFET布局的一些环节工艺挑和FinFET 布局工艺挑和数据来历：Lam Research，西南证券拾掇22纳米和14纳米FINFET布局对比 14纳米手艺正在维度标度方面比22纳米更超卓。改良的晶体管所需沟道更少，所以能够进一步提高密度，而SRAM单位大小几乎只要22纳米晶体管中的一半面积。按照因特尔数据，22纳米工艺的Fin的高度为34纳米，Fin之间的间距pitch为60纳米。当制程缩减为14纳米时，Fin的高度提拔至42纳米，pitch缩减为42纳米，这对工艺要求带来了更高的要求。22纳米和14纳米Fin的尺寸比力示企图22纳米和14纳米Fin的实物示企图22nm VS 14nm 布局对比数据来历：英特尔，西南证券拾掇英特尔、台积电、三星14/16纳米的区别英特尔台积电三星FinFET比力从半导体阐发厂商Linley Group取系统还原工程取阐发厂商Techinsights现实阐发的成果，包含英特尔、台积电取三星正在14/16纳米现实线宽其实都没达到其所称的制程数字，台积电16纳米制程现实丈量最小线纳米FinFETPlus线纳米，英特尔14纳米制程正在两家机构丈量成果别离为20纳米跟24纳米；而三星14纳米制程电子显微镜图相较起来，和英特尔14纳米制程还比力附近，加以Ashraf Eassa用台积电16纳米FinFETPlus能比三星最佳的14纳米手艺正在不异功率下，效能能比三星提拔10%来猜测，台积电16纳米FinFETPlus的晶体管布局应取三星相差不远，以至鳍片(fin)会愈加细长。数据来历：Techinsights，西南证券拾掇英特尔22nm和14nm FinFET实物图三星14纳米制程电子显微镜图相数据来历：英特尔，西南证券拾掇英特尔、台积电、三星16/14nm FinFET比力数据来历：The Motley Fool，西南证券拾掇双沉图案手艺用来添加一倍图案密度双沉图案光刻手艺最简单的多沉图案工艺是双沉图案，它将特征密度提高了两倍。通俗光刻手艺双沉图案技法术据来历：Lam Research，西南证券拾掇数据来历：Lam Research，西南证券拾掇自瞄准的双沉图案手艺多沉图案光刻手艺自瞄准双沉图案(SADP)手艺是通过堆积和刻蚀工艺正在心轴侧壁上构成的间隔物。然后通过一个额外的刻蚀步调移除心轴，利用间隔物来定义所需的最终布局，因而特征密度添加了一倍。SADP手艺次要用于FinFET手艺中的鳍片构成、线的互连以及存储设备中的位线/字线的构成，其环节的长处正在于避免了正在LELE期间时可能发生的掩模不合错误齐。双沉图案手艺中的自瞄准间隔手艺双沉图案手艺中的自瞄准间隔手艺将SADP加倍能够获得四沉图案化工艺(SAQP)。193nm淹没式光刻的SADP能够实现~20nm的半间距分辩率，可是SAQP能够实现~10nm的半间距分辩率。数据来历：Lam Research，西南证券拾掇数据来历：Lam Research，西南证券拾掇光刻设备手艺变化芯片逃求更快的处置速度，需要缩短晶体管内部导电沟道的长度，而光刻设备的分辩率决定了IC的最小线宽。因此，光刻机产物的升级就势需要往更小分辩率程度上成长，光刻机演进过程是跟着光源改良和工艺立异而不竭成长的。按照所用光源改良和工艺立异，光刻机履历了5代产物成长，每次光源的改良都显著提拔了光刻机所能实现的最小工艺节点。光源波长（nm)对应设备最小工艺节点（nm）申明第一代DUV g-line 436 接触式光刻机800-250易受污染，掩膜板寿命短接近式光刻机800-250成像精度不高第二代i-line 365 接触式光刻机800-250易受污染，掩膜板寿命短接近式光刻机800-250成像精度不高第三代KrF 248扫描投影式光刻机180-130 采用投影式光刻机，大大添加掩膜板寿命ArF 193 步进扫描投影光刻机130-65最具代表性的一代光刻机，但仍面对45nm制程下的分辩率问题淹没式步进扫描投影光刻机45-22 第五代EUV 13。5极紫外光刻机22-7成本过高，手艺冲破坚苦光刻机手艺变化数据来历：阿斯麦，西南证券拾掇光刻设备手艺变化 1970s中期以上次要采用的是接触式光刻机，分辩率正在微米级。1986年ASML起首推出步进式扫描投影光刻机，实现了光刻过程中掩模和硅片的同步挪动，冲破了以往硅片的静止形态，将芯片的制程和出产效率提拔一个台阶。双工做台、沉浸式光刻等新型光刻手艺的立异取成长也正在不竭提拔光刻机的工艺制程程度，双工做台使得光刻机的出产效率提拔大约35%。ASML于2007年成功推出第一台淹没式光刻机，这也成为ASML全面超越尼康、佳能的环节转机点。光刻机手艺变化数据来历：西南证券EUV是处理7纳米及以下制程的环节光刻工艺7纳米制程EUV技法术据来历：ASML，西南证券拾掇 EUV光刻机能够极大地提高了光刻工艺的效率，同样正在7纳米工艺环节下，利用淹没式光刻机需要33个掩膜版，进行33次光刻步调，59-65次笼盖怀抱工艺，可是利用EUV光刻手艺，只需要9个掩膜版，进行9次光刻步调，12次笼盖怀抱工艺。GAA晶体管将是将来最有可能冲破7nm以下FinFET工艺的候选手艺 FinFET架构延续了摩尔定律，目前的设想曾经扩展到10nm手艺节点。将来的晶体管布局可能采用新的鳍材料或“全包覆栅极”设想数据来历：Lam Research，西南证券拾掇7纳米以下全包覆栅极GAA晶体管将是将来最有可能冲破7nm以下FinFET工艺的候选手艺7纳米以下GAA 晶体管 GAA（环抱栅极）比拟FinFET三栅极设想，将从头设想晶体管底层布局，降服当前手艺的物理、机能极限，加强栅极节制，机能大大提拔。GAA晶体管正在通道的所有四个侧面都有一个栅极，用于降服FinFET的物理缩放比例和机能，包罗电源电压。自2002年以来，三星专有的GAA手艺被称为多通道FET（MBCFET），利用纳米片器件来加强栅极节制，光鲜明显提高晶体管的机能。MBCFET属于程度沟道栅极环抱手艺(Horizontal gate-all-around，简称程度GAA)的一种，三星是采用纳米板片外形的鳍片，有些厂商则倾向横截面为圆形纳米线外形的鳍片，均属于程度GAA，其它的变体还包罗六角形鳍片，纳米环形鳍片等。三星规划是正在2020年起头正在3nm节点量产GAA即MCBFET手艺，但Gartner代工场研究副总裁Samuel Wang估计，三星将正在2022年摆布正式量产GAA晶体管，不外看起来进展速度比预期更快。三品种型的场效应管布局对比数据来历：三星电子，西南证券拾掇西南电子目次 一、全球半导体系体例制市场规模及合作款式 二、半导体系体例制制程手艺阐发28纳米是生命周期相当长的节点先辈制程手艺之FinFET取GAA 代工第一梯队台积电和三星以及IDM第一梯队英特尔半导体系体例制保举逻辑代工第二梯队：联华电子、格罗方德、中芯国际、Towerjazz 三、半导体系体例制全球巨头化合物半导体代工巨头之稳懋半导体和三安光电全球半导体系体例制市场及行业款式中国半导体系体例制行业环境先辈制程手艺之FD-SOI FD-SOI-操纵埋氧层降低泄露电流 2010年后，持续数十年的Bulk CMOS工艺手艺正在20nm走到尽头。早正在1999年，胡正明传授提出两种可行方案：一是立体型布局的FinFET晶体管，别的一种是基于SOI的超薄绝缘层上硅体手艺(UTB-SOI，FD-SOI晶体管手艺)； SOI特点是特殊材料、通俗工艺。FD-SOI是一种平面工艺手艺，相对于Bulk CMOS次要多了一层叫做埋氧层的超薄绝缘层位于基硅顶部，用于构成一个超薄的晶体管通道，因为通道很是薄，所以没有需要通道，从而使晶体管完全耗尽。局部淹没法示企图数据来历：意法半导体，西南证券拾掇先辈制程FD-SOI 布局FD-SOI-操纵埋氧层降低泄露电流有一个前栅极整合工艺，正在N型金属氧化物半导体和P型金属氧化物半导体区域各有一个双凸源极/汲极。栅极下有一个完全耗尽通道区域，并由绝缘氧化层取体分手隔来，是全耗尽绝缘硅中电流容量及功耗大量降低的缘由。氧化层隔离了基体，也就是全耗尽绝缘硅晶体管的背栅极，这个背栅极能够阐扬潜正在机能，动态地节制N型金属氧化物半导体及P型金属氧化物半导体晶体管的阈值电压。格罗方德FD-SOI投射电子显微镜图像NMOSPMOS 数据来历：格罗方德，西南证券拾掇先辈制程FD-SOI 布局FD-SOI硅片根基布局及Smart Cut工艺合用于FD-SOI使用的Smart Cut工艺数据来历：Soitec，西南证券拾掇 FD-SOI使晶体管可以或许以完全耗尽模式工做，取部门耗尽模式（部门耗尽SOI，PD-SOI）或批量手艺比拟，这具有很多劣势。要正在300mm曲径的晶圆面积上制做厚度规格只要11+/- 1个原子层的单晶硅层将会是一件好不容易工作，目前制制FD-SOI晶圆支流工艺是出名的Smart Cut工艺，晶圆A起首要颠末一次氧化步调，接着是高剂量的离子注入，正在其氧化概况的近下方发生一个“亏弱”层。之后，正在品圆A的“亏弱”层上实现取晶圆B的切确剥离，而构成具有SOI布局的新晶圆，最初颠末其他抛光工艺步调后使其顶部硅薄层达到所需的规格厚度。FD-SOI硅片根基布局先辈制程FD-SOI 布局FD-SOI的使用级劣势数据来历：Soitec，西南证券拾掇FD-SOI 布局使用级劣势FD-SOI合用于那些需要正在功耗、机能和成本中进行愈加均衡考虑的使用 FinFET是包含主要数字内容的超高机能使用的最佳选择，好比高机能计较，办事器或高端智妙手机使用途理器；FD-SOI合用于那些需要正在功耗、机能和成本中进行愈加均衡考虑的使用。2015年7月23日，格罗方德推出22FDX手艺平台，这是业界第一个22纳米FD-SOI平台。22nm FD-SOI晶体管手艺可以或许以28nm平面手艺的成本，供给取FinFET雷同的机能和能效，而且比拟28nm可降低功耗最高达70%。Bulk CMOS、FinFET和FD-SOI使用场景数据来历：格罗方德，西南证券拾掇格芯22FDX 22nm FD-SOI工艺手艺平台数据来历：格罗方德，西南证券拾掇FD-SOI 布局使用范畴格罗方德格罗方德22FDX22nm FD-SOI平台 FinFET为高度数字化的最高机能设想供给了劣势。全耗尽绝缘体上硅（FD-SOI）为这些设想供给显著的低功耗、低成本和处置效率的劣势，用于支流挪动使用途理器、无线收集、物联网（IoT）、可穿戴设备和智能传感器。22FDX和FinFET产物之间互相补凑数据来历：格罗方德，西南证券拾掇正向和反向体偏压动态调整数据来历：格罗方德，西南证券拾掇FD-SOI 手艺平台动态体偏压供给了最佳机能和功耗的衡量 22FDX手艺的设想沉点是跨越现有28nm工艺的机能和功耗方针。相较于28nm HKMG，根本22FDX制程可正在不异频次下降低高达50%的功耗，或是正在不异的总功耗下增快40%的机能。此外，22FDX还可操纵正向体偏压进一步优化，它可进一步降低功耗，或正在加快运转模式下进一步提高速度。这项奇特的能力供给了取FinFET相当的机能以及可降至0。4伏特的低Vdd运转22FDX平台最显著的特征之一，正在于它是为无效的体偏压而架构。相较于28nm HKMG，22FDX功耗更低、机能更高数据来历：格罗方德，西南证券拾掇动态体偏压优化功耗取机能数据来历：格罗方德，西南证券拾掇FD-SOI 布局动态体偏压FD-SOI制程：冷，东方热不外虽然FD-SOI号称有上述诸多劣势，对于该制程的出产良率、公用晶圆片价钱取供应来历不变性，还有大量出产切当时程、全体手艺援助生态系统完整性，财产界仍有诸多疑虑；因而虽然FD-SOI正在欧洲有ST、恩智浦(NXP)等支撑者，三星、GlobalFoundries等也别离积极推广自家FD-SOI代工营业，该手艺正在市场的会商热度取能见度一曲偏低，出格是正在； 2017年2月，GlobalFoundries颁布发表投资100亿美元正在中国成都高新西区成立12寸晶圆厂(图2)，2018年起头营运的第一期出产线会是转移自该公司新加坡厂之为较成熟的180/130纳米制程，第二期为转移自其Dresden厂的22FDXFD-SOI制程出产线年起头营运。Jones则认为，现有28纳米制程元件中，有九成都适合转向FD-SOI制程，其TAM规模正在2018年估量达到171亿美元，到2025年以至可达184亿美元。数据来历：IBS，西南证券拾掇22nm FD-SOI制程潜正在市场规模预测（亿美元）每一手艺节点所需的掩膜版数量数据来历：半导体科技，西南证券拾掇FD-SOI 制程市场规模14纳米FD-SOI晶圆成本比16/14纳米FinFET低了7。3% 16/14纳米FinFET取14纳米FD-SOI晶圆制形成本比力数据来历：集微网，西南证券 14纳米FD-SOI晶圆成本比16/14纳米FinFET低了7。3%，最主要的缘由是前者光罩步调数较少，因而也缩短了晶圆厂出产FD-SOI晶圆的周期。栅极成本是基于晶圆成本、晶片尺寸、产物良率的组合，假设FinFET取FD-SOI两种制程手艺出产的晶片尺寸相当，14纳米FD-SOI的栅极成本比16/14纳米FinFET低了16。6%，而晶圆厂目标也相当。为了完告评分系统，请正在看完演讲后打个分，以便我们当前为您展现更优良的演讲。您也能够对本人点评取评分的演讲正在“我的云笔记”里进行复盘办理，便利您的研究取思虑，培育优良的思维习惯。