半导体行业系列专题（七）：晶圆代工：特色工艺蓬勃发展，自主可控成果显著

证券研究报告 半导体行业系列专题（七） 晶圆代工：特色工艺蓬勃发展，自主可控成果显著 半导体行业强于大市（维持） 证券分析师 付强投资咨询资格编号：S1060520070001 徐勇投资咨询资格编号：S1060519090004 陈福栋投资咨询资格编号：S1060524100001 2024年12月19日 请务必阅读正文后免责条款 1 投资要点 行业：寡头垄断格局，先进制程+特色工艺同步发展。发展至今，集成电路行业已构建垂直化、专业化分工格局，专注晶圆代工的Foundry厂担任推动先进制程节点持续向前推进的重任，是集成电路行业的重要组成部分之一。晶圆代工行业重资产、长周期、高壁垒，行业参与者少，市场集中度高，行业TOP5合计市占率高达89.7%，寡头垄断格局明显。未来，晶圆代工制程节点将持续向前推进，台积电、 三星Foundry、Intel技术路线图均显示要将晶体管微缩至1X埃水平；同时，物联网、新能源汽车等快速发展，对纷杂博乱的特色工艺带来巨大需求，特色工艺也是Foundry厂重点布局的另一大方向。集成电路关乎国计民生，国内晶圆代工是短板，且频遭海外制裁，国家政策大力支持，国内晶圆代工产业稳步发展。 海外：执先进制程之牛耳，台积电巨头独一档。海外先进制程领域领先优势明显，台积电、三星Foundry、Intel最具代表性，也是少数 在7nm以下依旧坚持向前推进的厂商，目前，台积电、三星Foundry均达到3nm制程节点，但台积电明显占优。台积电是晶圆代工巨头，在制程节点、产能、市占率、客户等方面均处于全球领先地位。2023年，台积电年产能合计超过1600万片（折合12英寸晶圆）；2024Q2，台积电市占率62.3%，稳居全球第一，且远高于排名第二的三星Foundry（市占率11.5%），行业领先地位稳固。 中国大陆：频遭制裁，自主可控成果显著。近年，中国大陆集成电路行业频繁遭海外制裁，晶圆代工是重灾区，核心设备光刻机难以进 口，先进制程推进节奏受到影响，自主突破或是最优选择。此外，在成熟制程以及特色工艺方面，中国大陆晶圆厂进展迅速，在技术平台、产能、客户订单等方面取得重大进展，显示驱动IC、功率、模拟、CIS、PMIC等均有所突破。国内晶圆代工厂前三甲为中芯国际、华虹集团、晶合集成，近年在特色工艺领域影响力稳步提升，且在部分领域已经处于行业领先地位，例如，2024Q3，晶合集成在大尺寸DDIC以及中小尺寸LCDDDIC代工领域市场份额全球第一。综上，在国家政策大力支持以及产业链共同努力下，国内晶圆代工自主可控取得一定突破，成果显著。 投资建议：晶圆代工是海外对华制裁的重灾区，自主可控是主旋律，国家频出政策大力扶持，与海外先进水平的差距有望逐渐缩小；在 AI、物联网、新能源汽车等需求的带动下，晶圆代工行业规模将持续增长，先进制程、特色工艺将获得同步发展。推荐晶合集成，建议关注中芯国际、华虹公司、华润微、燕东微。 风险提示：（1）国内技术产品开发不及预期的风险。（2）海外制裁加剧的风险。（3）下游需求不及预期的风险。 目录CONTENTS 一、行业：寡头垄断格局，先进制程+特色工艺同步发展 二、海外：执先进制程之牛耳，台积电巨头独一档 三、中国大陆：频遭制裁，自主可控成果显著 四、投资建议与风险提示 集成电路行业呈现垂直化、专业化分工格局，制造环节是重中之重。集成电路行业上游为材料、设备，中游为生产，下游为终端应用， 生产环节又划分为设计、制造和封测，制造是集成电路行业垂直化分工的核心环节之一。 晶圆代工承担推动半导体工艺制程向前推进的重任，地位举足轻重。根据参与产业链环节的不同，集成电路厂商分为IDM模式、晶圆代工模式（Foundry模式）和Fabless模式，其中，Foundry模式不涵盖设计环节，专门负责集成电路制造，很大程度上承担制程节点向前推进的重任，代表企业有台积电、三星Foundry、中芯国际等。 模式介绍 代表企业 IDM模式 涵盖集成电路设计、集成电路制造、集成电路封测以及后续的产品销售等环节 Intel、三星电子 Foundry模式 不涵盖集成电路设计环节，专门负责集成电路制造，为集成电路设计公司提供晶圆代工服务 台积电、三星Foundry、格罗方 德、中芯国际、晶合集成 Fabless模式 不涵盖集成电路制造环节和集成电路封测环节，专门负责集成电路设计和后续的产品销售，将集成电路制造和封测外包给专业的集成电路制造、封测企业 高通、英伟达 集成电路产业链结构集成电路行业经营模式 数据来源：晶合集成招股说明书，平安证券研究所 在AI、5G、物联网等趋势的引领下，集成电路行业蓬勃发展，晶圆代工市场也随之持续增长。根据TechInsights数据，2021-2028年， 全球晶圆代工市场规模预计从1115亿美元增长到2199亿美元，年复合增长率10.19%。 晶圆代工重资产、长周期、高壁垒，行业参与者较少，寡头垄断格局明显。晶圆代工属于典型的技术、资本、人才密集型产业，门槛高，头部效应显著。台积电是全球晶圆代工行业引领者，根据TrendForce数据，2024Q2市占率62.3%，稳居行业第一；三星Foundry紧随其后，市占率11.5%，位居第二；行业TOP5市占率合计达到89.7%，呈现明显的寡头垄断格局。 2500 2000 全球晶圆代工市场规模预测（亿美元） 全球晶圆代工产业格局@2024Q2（%） 台积电三星电子中芯国际联电格芯华虹集团高塔半导体世界先进力积电晶合集成其他 1500 1000 500 0 2021202220232024E2025E2026E2027E2028E 数据来源：TechInsights，TrendForce，平安证券研究所 半导体制造最显著的发展方向是向更先进的制程持续推进。发展至今，先进制程进一步向前推进的难度高、投入大，国际上坚持投入 7nm及以下先进制程节点的公司屈指可数，仅剩台积电、三星Foundry、Intel（IDM模式，不属于典型的代工模式）等少数巨头。目前，规模量产的最先进的制程节点是3nm。 关于先进制程节点推进节奏，台积电、三星Foundry、Intel均有详细的技术路线图，均显示要将晶体管微缩至1X埃水平。台积电技术 路线图显示，其计划在2026-2027年推出A16节点；三星Foundry路线图显示，其计划在2027年推出SF1.4制程；IntelFoundry路线图显示，其14A节点最快于2026年推出。 台积电技术路线图三星Foundry技术路线图IntelFoundry技术路线图 数据来源：半导体行业观察公众号，平安证券研究所 先进制程进一步向前推进将推动晶体管结构从FinFET逐渐转向GAAFET。FinFET在22nm制程正式商业化，并自16/14nm起成为主流，成功 延续了摩尔定律；随着制程节点扩展到3nm，FinFET对电流的控制能力下降，晶圆厂巨头逐渐转向GAAFET结构，其栅极完全包围着纳米线/纳米片，具备更强的电气控制能力，可满足晶体管进一步微缩化时对电气性能的苛刻要求。 大厂动态：2022年，三星率先宣布实现3nm制程量产，采用的便是GAAFET结构；台积电在3nm制程依然采用FinFET结构，并将在2nm制程采用GAAFET结构。 晶体管结构演变工作电压随工艺技术发展的变化 数据来源：电子工程世界公众号，平安证券研究所 物联网、新能源汽车等对特色工艺需求较大，Foundry厂纷纷布局，特色工艺蓬勃发展。特色工艺泛指除持续向前推进的先进制程以外 的其他应用领域的晶圆制造工艺，应用范围包括功率、射频、电源管理、CIS、显示驱动IC、MCU、MEMS等。先进制程的研发投入大、周期长，导致仅少数行业巨头可承担工艺节点持续向前推进的巨大成本；先进制程的需求主要集中在智能手机、高性能计算等领域，物联网、新能源汽车、通信等领域同样存在可观的市场需求，这两大原因共同推动众多行业参与者广泛布局特色工艺。 台积电 三星Foundry 射频 VIS 特色 工艺 CIS UMC MCU DDIC 华虹 MEMS 晶合 集成 … 东部高科 半导体制造特色工艺方向 数据来源：平安证券研究所 8 国内集成电路产业频遭海外制裁和打压，晶圆代工是重灾区，尤其针对先进制程。近年国内集成电路发展迅速，取得诸多突破，但也 引来海外的多番制裁，晶圆代工先进制程是重灾区，多家公司被列入“实体清单”。 自主突破是最佳选择，国家大力支持，相关支持政策陆续推出。2016年，“十三五”国家科技创新规划提出“形成28-14nm装备、材料、 工艺、封测等较完整的产业链”；2021年，上海先进制造业发展“十四五”规划提出“实现14nm先进工艺规模量产”。 管制措施推出时间 管制主要内容 2019-2020年 2019年5月，华为及68家附属关联公司被美国列入“实体名单”；2020年5月，BIS限制华为购买使用美国技术、软件设计制造的半导体；2020年8月，BIS在实体清单中新增38家华为附属公司，并修订外国制造直接产品规则，进一步限制华为使用基于美国软件/技术生产的半导体。 2020年12月 中芯国际被纳入实体名单，对用于≤10nm技术节点的产品或技术，美国商务部采取“推定拒绝”的审批政策进行审核。 2022年7月 美国众议院通过《芯片与科学法案》，主要内容包括：（1）分5年提供527亿美元用于半导体制造激励计划、研发投资、税收抵免，其中美国芯片基金共500亿美元，390亿美元用于鼓励半导体制造企业，110亿美元补贴芯片研发；（2）法案授权在未来十年拨款2000亿美元增加关键领域科技研发的投资；（3）法案要求获得补贴的半导体企业未来10年内不得在中国大陆新建或扩建先进制程的半导体工厂。 2022年7月 美国半导体厂商收到美国商务部规定，要求不得向中国供应用于制造≤14nm芯片的设备。 2022年10月 BIS对中国进行超级计算机计算芯片和包含此类芯片的计算机商品加入CCL中；对受到许可证要求限制的外国生产项目的范围扩大到实体名单上中国境内的28家现有实体；针对≤18nm的DRAM、≥128层的NAND存储芯片增加了新的许可证要求；限制美国人员在没有许可证的情况下支持在某些位于中国的半导体制造“设施”研发和制造集成电路；将包括长江存储、中国科学院大学等科研院校在内的31家实体列入未经核实名单（UVL）。 政策名称 发布时间 发布单位 主要内容 “十三五”国家科技创新规划 2016年8月 国务院 攻克14纳米刻蚀设备、薄膜设备、掺杂设备等高端制造装备及零部件，突破28纳米浸没式光刻机及核心部件，研发14纳米逻辑与存储芯片成套工艺及相应系统封测技术，开展75纳米关键技术研究，形成28-14纳米装备、材料、工艺、封测等较完整的产业链。 新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干措施 2020年8月 国务院 出台财税优惠政策、投融资政策、研究开发政策、人才政策、知识产权政策、市场应用政策、国际合作政策等，支持高端芯片和各类软件的关键核心技术研发。 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标刚要 2021年3月 全国两会 科技前沿领域攻关：集成电路设计工具、重点装备和高纯靶材等关键材料研发，集成电路先进工艺和绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、MEMS等特色工艺突破，先进存储技术升级，碳化硅、氮化镓等宽紧带半导体发展。 上海市先进制造业发 展“十四五”规划 2021年7月 上海市 政府 集成电路实现14纳米先进工艺规模量产，5纳米刻蚀机、12英寸大硅片、国产CPU、5G芯片等打破垄断。 “十四五”国家信息 化规划 2021年12月 网信委 关键核心技术创新能力显著提升，集成电路、基础软件、装备材料、核心元器件等短板取得重大突破。 近年海外对华半导体管制措施（部分）国家对集成电路制造支持政策（部分） 数据来源：美国商务部等，政