硅片国产化带来超200亿设备需求 单晶炉独占55亿

硅晶片设备生产

(一)硅片生产设备梳理：单晶炉等核心设备已实现国产化

半导体硅片的生产流程包括拉晶—>滚磨—>线切割—>倒角—>研磨—>腐蚀—>热处理—>边缘抛光—>正面抛光—>清洗—>检测—>外延等步骤。其中拉晶、研磨和抛光是保证半导体硅片质量的关键。涉及到单晶炉、滚磨机、切片机、倒角机、研磨设备、CMP抛光设备、清洗设备、检测设备等多种生产设备。

图表1 半导体硅片生产工艺流程

图表2 半导体硅片主要生产设备及厂商

1、拉晶：直拉法是主流，国内已实现单晶炉国产化

将多晶硅拉制成单晶硅棒主要有两种技术工艺，直拉法(CZ法)和区熔法(FZ)，区熔法得到的硅片纯度更高，但成本更高，硅片尺寸偏小(只能生产150mm以下)，主要用于功率器件硅片的生产。目前90%以上的半导体硅片通过直拉法生产。

拉晶步骤是半导体硅片生产过程中的关键步骤，很大程度上决定了硅片的质量。拉晶过程中用到的设备是单晶炉，单晶炉由炉体、热场、磁场、控制装置等部件组成，其中控制炉内温度的热场和控制晶体生长形状的磁场是决定单晶炉生产能力的关键。

国内公司中，晶盛机电、理工晶科、南京晶能是领先的半导体硅生长设备单晶炉提供商。其中晶盛机电承担的02专项“300mm硅单晶直拉生长设备的开发”、“8英寸区熔硅单晶炉国产设备研制”两大项目，均已通过专家组验收。晶盛的8寸直拉单晶炉和区熔单晶炉均已实现了产业化，为有研半导体、环欧半导体、金瑞泓等国内知名半导体硅片生产商累计供应了几十台设备。晶盛的12寸直拉单晶炉也已经可以满足工业化量产的要求，预计将为国内大硅片项目供货。南京晶能则率先实现了12寸直拉单晶炉的国产化，为新昇半导体的国产大硅片项目累计供了三台设备，连续数月稳定运行，其技术先进性、使用节能性等指标甚至超越了国外设备，后续的订单也在洽谈中。

2、磨、切、倒角设备：已部分实现国产化

晶棒加工完成后，需要将晶棒切割成预定厚度的硅片。8寸晶棒的切割一般采用内圆切割机，通过内圆刀片上的金刚石涂层进行切割。由于切割刀片的直径太大会使得刀片容易发生变形，因此12寸硅片一般使用多线切割技术，采用金刚线与砂浆进行切割，多线切割不仅可以实现大直径硅片的切割，而且切割损耗低于内圆切割技术。硅片切割完成后，需要对硅片进行倒角处理，通过倒角机对硅片的边缘进行研磨，得到光滑的硅片边沿。

硅片的切片机和倒角机对于切割研磨的精度控制和稳定性有很高的要求，目前只有中电科45所能提供部分切片机产品，主要还是依赖于进口产品。

3、研磨抛光设备：硅片质量的重要保障设备，已开启国产化进程

硅片的表面完整度和平整度直接影响后续生产的良率和质量，因此需要通过研磨、腐蚀、抛光等工序对硅片表面进行深度加工。

研磨、抛光设备已开始国产化进程。半导体硅片的研磨和CMP抛光设备同样对于精度和稳定性有极高的要求，否则很难使硅片都达到预定的厚度。目前半导体硅片研磨设备和CMP抛光设备主要依靠进口，但已经开始了国产化的进程。晶盛机电已与美国知名抛光设备提供商Revasum公司就200mm硅片相关设备达成合作共识，其中8英寸抛光机计划于2018年推出市场，未来有望将产品拓展至12英寸抛光设备。

(二)设备空间：未来三年合计空间达220亿，单晶炉空间达55亿

半导体硅片的国产化进程将带来巨大的生产设备投资需求，我们通过以下模型测算2017-2020年间，半导体硅片的国产化带来的设备需求空间。

关键假设：

1.每台单晶炉月产硅片1万片。

2.调研了解到，硅片厂商在做设备投入时，会考虑多投30%的设备做为待机设备。

3.2020年12寸硅片国内需求量200万片/月，国内供给量120万片/月;8寸硅片国内需求量120万片/月，国内供给量100万片/月。

测算结果：

根据我们的模型测算，2018-2020年间8寸、12寸半导体硅片的国产化将带来合计达到55亿元的单晶炉设备需求，设备总需求空间则达到220亿。分年份看，2019、2020年对应较高的设备投资需求，考虑到项目方会提前进行设备采购，2018年预计就将有较大的实际设备投资需求。

各类设备中，单晶炉占据最大的需求空间，然而其他种类设备的合计空间仍然不可小觑，尤其是尚未实现国产化的设备，一旦国产化进程获得突破，预计将快速占据国内市场份额。

此外，该模型的测算还有一隐含假设，即投产的国产化硅片项目以100%的产能进行供货，实际上随着羊群效应导致越来越多的国产硅片参与者进入市场，名义建设产能极有可能高于实际市场需求，那么各硅片供应商的实际产能利用率预期将低于100%，进一步提升硅片生产设备的需求空间，即新进入者的不断进入市场将持续提升硅片生产设备的行业天花板。

图表3 12寸硅片国产化对应设备需求测算

图表4 8寸硅片国产化对应设备需求测算

图表5 各细分设备合计需求空间