半導(dǎo)體制造越來越難，哪些上市公司擁有高壁壘？

本文來自“學(xué)恒的海外觀察”

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是集成了很多子系統(tǒng)的大系統(tǒng)

伴隨著芯片的集成度越來越高、半導(dǎo)體制造的先進(jìn)程度也逐漸提升。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)包含越來越多的機(jī)械、化工、軟件、材料等其它領(lǐng)域，是集成了很多子系統(tǒng)的大系統(tǒng)。

同時(shí)，涉及如此眾多產(chǎn)業(yè)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，也推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因?yàn)?，半?dǎo)體產(chǎn)品的性能逐漸提升，而成本降低、價(jià)格下降。從而滿足了市場(chǎng)對(duì)于高性能、低成本需求。

半導(dǎo)體制造五大難點(diǎn)

一是集成度越來越高。在一顆芯片上集成的晶體管的數(shù)量，越來越多，從20世紀(jì)60年代至今，從1個(gè)晶體管增加到100億以上。

二是對(duì)精度要求越來越高，工藝加工難度越大。關(guān)鍵尺寸從1988年的1um，減小到2020年的5nm，減少了99.5%。從此角度看，集成電路制造的難度在逐漸提升，難度提升的加速度也在變大。

三是單點(diǎn)技術(shù)突破難，構(gòu)成半導(dǎo)體制造工序的最小單位的工藝技術(shù)就是單點(diǎn)技術(shù)，復(fù)雜電路的制造工序超過500道工序，這些工序都是在精密儀器下進(jìn)行，人類的肉眼是看不清楚的。

四是需要將多個(gè)技術(shù)集成。集成技術(shù)的難點(diǎn)在于，如何在短時(shí)間內(nèi)完成從無(wú)限的組件技術(shù)組合中，制定低成本、滿足規(guī)格且完全運(yùn)行的工藝流程。類似：?jiǎn)稳梭w育的乒乓球中國(guó)人可以全球拿冠軍。但11人的足球隊(duì)不能拿冠軍，這就是集成技術(shù)的難點(diǎn)。

五是批量生產(chǎn)技術(shù)。將研發(fā)中心通過集成技術(shù)構(gòu)建的工藝流程移交給批量生產(chǎn)工廠。嚴(yán)格意義上的精確復(fù)制基本是不可能的。即使開發(fā)中心和批量生產(chǎn)工廠的設(shè)備相同，在同樣的工藝條件下也未必能夠得到同樣的結(jié)果。這是因?yàn)榧词故峭瑯拥脑O(shè)備，兩臺(tái)機(jī)器之間也會(huì)存在微小的性能差異(機(jī)差)。機(jī)差是半導(dǎo)體制造設(shè)備廠家在生產(chǎn)同一型號(hào)的設(shè)備時(shí)，因不可控因素的存在而可能產(chǎn)生的設(shè)備差異。隨著半導(dǎo)體精密化程度的不斷提高，機(jī)差問題也日益顯著。半導(dǎo)體制造是目前中國(guó)大陸半導(dǎo)體發(fā)展的最大瓶頸

半導(dǎo)體制造是目前中國(guó)大陸半導(dǎo)體發(fā)展的最大瓶頸。電腦CPU、手機(jī)SOC/基帶等高端芯片，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有替代，雖然性能與國(guó)際巨頭產(chǎn)品有差距，但是至少可以“將就著用”。而半導(dǎo)體制造是處于“0~1”的突破過程中。假如海外半導(dǎo)體代工廠不給中國(guó)大陸設(shè)計(jì)公司代工，那么中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將會(huì)受到很嚴(yán)重影響。

投資建議

我們認(rèn)為，市場(chǎng)對(duì)芯片設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體設(shè)備的認(rèn)識(shí)已經(jīng)很充分。而對(duì)半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)認(rèn)識(shí)不夠。同時(shí)，再加上半導(dǎo)體制造領(lǐng)域研究的高壁壘，導(dǎo)致資本市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體制造是被動(dòng)型忽視的。2020年是半導(dǎo)體制造的大年，我們繼續(xù)推薦兩大龍頭：中芯國(guó)際(00981)、華虹半導(dǎo)體(01347)。

半導(dǎo)體制造發(fā)展歷史

20世紀(jì)50年代——晶體管技術(shù)

自從1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室的第一個(gè)晶體管發(fā)明以來，20世紀(jì)50年代是各種半導(dǎo)體晶體管技術(shù)發(fā)展豐收的時(shí)期。

第一個(gè)晶體管用鍺半導(dǎo)體材料。

第一個(gè)制造硅晶體管的是德州儀器公司(TXN.US)。

20世紀(jì)60年代——改進(jìn)工藝

此階段，半導(dǎo)體制造商重點(diǎn)在工藝技術(shù)的改進(jìn)，致力于提高集成電路性能以及降低成本。由于半導(dǎo)體制造的工藝性涉及多個(gè)行業(yè)，專門從事供應(yīng)的行業(yè)發(fā)展起來以提供硅片制造需要的化學(xué)材料和設(shè)備。

眾多高技術(shù)公司于20世紀(jì)60年代成立，：

1968年，成立英特爾公司(INTC.US)。

1969年，成立AMD(AMD.US)。

20世紀(jì)70年代——提升集成度

在20世紀(jì)70年代初期，微處理器是德州儀器公司和英特爾公司發(fā)明的，隨著被市場(chǎng)應(yīng)用廣泛接受，產(chǎn)生了對(duì)更多芯片集成在一起的需求。大規(guī)模級(jí)的集成電路僅存在了幾年，就被超大規(guī)模集成電路迅速取代，超大規(guī)模集成電路是20世紀(jì)70年代末的集成標(biāo)準(zhǔn)。

20世紀(jì)80年代——實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

20世紀(jì)80年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)點(diǎn)燃了硬件和軟件的需求，同時(shí)面對(duì)日本集成電路制造商的競(jìng)爭(zhēng)壓力，日本擴(kuò)展他們的制造能力使得成品率和質(zhì)量達(dá)到了意想不到的水平。隨著這些發(fā)展，美國(guó)半導(dǎo)體公司由于競(jìng)爭(zhēng)力弱大為震驚，甚至恐慌。到20世紀(jì)80年代中期，日本幾乎完全占領(lǐng)了快速增長(zhǎng)和技術(shù)需求的DRAM (動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)市場(chǎng)份額。

1987年在美國(guó)國(guó)防部指導(dǎo)下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界成立了SEMATECH。一是開發(fā)關(guān)于制造設(shè)備的規(guī)范和變革全行業(yè)的政策，二是應(yīng)對(duì)來自日本競(jìng)爭(zhēng)威脅。

美國(guó)的公司強(qiáng)調(diào)改善半導(dǎo)體設(shè)備、制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制造設(shè)備、晶圓加工流程的自動(dòng)化，目的是大幅度減少工藝中的操作者，因?yàn)槿耸莾艋g中的主要沾污源。

由于芯片快速向超大規(guī)模集成電路發(fā)展，芯片設(shè)計(jì)方法變化、特征尺寸減小。這些變化向工藝制造提出挑戰(zhàn)，需要綜合工藝的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

20世紀(jì)90年代——高效率批量生產(chǎn)

在20世紀(jì)90年代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)變得更加激烈。要想在世界芯片市場(chǎng)生存，制造商在約定的時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)出復(fù)雜的高質(zhì)量芯片是至關(guān)重要的。

半導(dǎo)體設(shè)備是高度自動(dòng)化的，先進(jìn)的材料傳送系統(tǒng)在工作站之間移動(dòng)硅片無(wú)須入工干涉。軟件系統(tǒng)控制了幾乎所有設(shè)備功能，包括故障查詢?cè)\斷。技師和工程師干預(yù)下載生產(chǎn)菜單到設(shè)備軟件數(shù)據(jù)庫(kù)，并翻譯軟件診斷命令，以采取正確的設(shè)備維護(hù)行動(dòng)。

半導(dǎo)體制造五大難點(diǎn)——集成眾多子系統(tǒng)的大系統(tǒng)

伴隨著芯片的集成度越來越高、半導(dǎo)體制造的先進(jìn)程度也逐漸提升。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)包含越來越多的機(jī)械、化工、軟件、材料等其它領(lǐng)域，是集成了很多子系統(tǒng)的大系統(tǒng)。

同時(shí)，涉及如此眾多產(chǎn)業(yè)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，也推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因?yàn)?，半?dǎo)體產(chǎn)品的性能逐漸提升，而成本降低、價(jià)格下降。從而滿足了市場(chǎng)對(duì)于高性能、低成本需求。

如此高度行業(yè)集成的產(chǎn)業(yè)，具有五大難點(diǎn)，分兩類。

一類是：高精細(xì)度、高集成度。

二類是：?jiǎn)吸c(diǎn)工藝技術(shù)、集成單點(diǎn)技術(shù)、批量生產(chǎn)技術(shù)。

第一，集成度越來越高

在一顆芯片上集成的晶體管的數(shù)量，越來越多，從20世紀(jì)60年代至今，從1個(gè)晶體管增加到100億以上。電路集成度越高，挑戰(zhàn)半導(dǎo)體制造工藝的能力，在可接受的成本條件下改善工藝技術(shù)，以生產(chǎn)高級(jí)程度的大規(guī)模集成電路芯片。為達(dá)到此目標(biāo)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已變成高度標(biāo)準(zhǔn)化的，大多數(shù)制造商使用相似的制造工藝和設(shè)備。開發(fā)市場(chǎng)成功的關(guān)鍵是公司在合適的時(shí)間推出合適的產(chǎn)品的能力。

第二，對(duì)精度要求越來越高

精度高體現(xiàn)在關(guān)鍵尺寸(CD)，芯片上的物理尺寸特征被成為特征尺寸，業(yè)內(nèi)描述特征尺寸的術(shù)語(yǔ)是電路幾何尺寸。通俗理解是，關(guān)鍵尺寸越小，工藝加工難度越大。

關(guān)鍵尺寸從1988年的1um，減小到2020年的5nm，減少了99.5%。從此角度看，集成電路制造的難度在逐漸提升，難度提升的加速度也在變大。

從晶體管結(jié)構(gòu)圖看，關(guān)鍵尺寸是晶體管的柵長(zhǎng)(下圖中的線寬)。

第三，單點(diǎn)技術(shù)突破難

構(gòu)成半導(dǎo)體制造工序的最小單位的工藝技術(shù)就是單點(diǎn)技術(shù)，或者組件技術(shù)。集成電路制造就是在硅片上執(zhí)行一系列復(fù)雜的化學(xué)或者物理操作。

復(fù)雜電路的制造工序超過500道工序，500道工序相當(dāng)于500個(gè)單點(diǎn)技術(shù)，并且，這些工序都是在精密儀器下進(jìn)行，人類的肉眼是看不清楚的，給制造帶來很大的困難。以最典型的CMOS工藝為例，涉及到以下步驟。

我們將上圖眾多步驟劃分為6個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)區(qū)——擴(kuò)散(包括氧化、膜淀積和摻雜工藝)、光刻、刻蝕、薄膜、離子注入和拋光。

第四，需要將多個(gè)技術(shù)集成

結(jié)合單點(diǎn)技術(shù)，將電路植入硅片，構(gòu)建此工藝流程的技術(shù)就是集成技術(shù)。例如在生產(chǎn)DRAM需要500道以上工序，該流程先在研發(fā)中心制定，且制定的流程是可以實(shí)際生產(chǎn)的。

在制定工藝流程階段，單點(diǎn)技術(shù)的組合方式是無(wú)限的，即使是制造同樣集成度、同樣精密度的DRAM，不同半導(dǎo)體廠家采取的方式也各不相同。此外，不同的技術(shù)集成人員的工藝流程結(jié)構(gòu)也不同。

集成技術(shù)的難點(diǎn)在于，如何在短時(shí)間內(nèi)完成從無(wú)限的組件技術(shù)組合中，制定低成本、滿足規(guī)格且完全運(yùn)行的工藝流程。

集成技術(shù)我們用通過乒乓球、足球來理解。半導(dǎo)體制造的單點(diǎn)技術(shù)我們中國(guó)人可以突破，就跟單人體育的乒乓球一樣，中國(guó)人可以全球拿冠軍。但是，把這些單點(diǎn)技術(shù)組合到一起，就跟11人的足球隊(duì)伍一樣，組合到一起就不能拿冠軍。這就是集成技術(shù)的難點(diǎn)。

第五，批量生產(chǎn)技術(shù)

這一段文字較多，但都是很重要的。

將研發(fā)中心通過集成技術(shù)構(gòu)建的工藝流程移交給批量生產(chǎn)工廠，在硅片上植入符合目標(biāo)質(zhì)量要求的半導(dǎo)體并進(jìn)行大量生產(chǎn)的技術(shù)就是批量生產(chǎn)技術(shù)。

真正嚴(yán)格意義上的精確復(fù)制基本是不可能的。即使開發(fā)中心和批量生產(chǎn)工廠的設(shè)備相同，在同樣的工藝條件下也未必能夠得到同樣的結(jié)果。一般情況下難以得到相同的結(jié)果。

這是因?yàn)榧词故峭瑯拥脑O(shè)備，兩臺(tái)機(jī)器之間也會(huì)存在微小的性能差異。這種差異稱作機(jī)差。機(jī)差可以說是半導(dǎo)體制造設(shè)備廠家在生產(chǎn)同一型號(hào)的設(shè)備時(shí)，因不可控因素的存在而可能產(chǎn)生的設(shè)備差異。隨著半導(dǎo)體精密化程度的不斷提高，機(jī)差問題也日益顯著。

目前全國(guó)范圍的半導(dǎo)體制造投資熱是基于這樣的邏輯——“只要買了設(shè)備、排列好，按下按鈕，人人都可以生產(chǎn)半導(dǎo)體”。這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，這種觀點(diǎn)應(yīng)用于其它行業(yè)有可能對(duì)，但是半導(dǎo)體制造是肯定錯(cuò)誤的。

投資建議

中芯國(guó)際(00981)：半導(dǎo)體代工龍頭，看好先進(jìn)制程

大陸半導(dǎo)體制造龍頭：國(guó)資背景+技術(shù)型CEO

公司是我國(guó)大陸最大半導(dǎo)體代工廠，全球第五;最先進(jìn)14nm工藝距離全球最先進(jìn)的7nm只落后2代。前兩大股東為大唐電信和國(guó)家集成電路基金。

梁孟松、楊光磊加盟，有望復(fù)制英特爾2013~2018年的輝煌

2017年技術(shù)型CEO梁孟松加盟，2019年8月原臺(tái)積電(TSM.US)研發(fā)處處長(zhǎng)楊光磊加盟，有望帶領(lǐng)公司復(fù)制2013~2018年英特爾的輝煌。2013年~2018年技術(shù)型CEO科再奇任英特爾CEO，期間英特爾凈利潤(rùn)下降9%，股價(jià)上漲157%?？圃倨嫱苿?dòng)英特爾向物聯(lián)網(wǎng)及AI轉(zhuǎn)型，在IDM模式基礎(chǔ)上，引入代工服務(wù)。

追趕者在成熟制程還有機(jī)會(huì)

除了7nm工藝的logic、RF芯片之外，公司的14nm(今年下半年貢獻(xiàn)收入)以上的技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)。例如，電源管理和指紋識(shí)別應(yīng)用需求確保8寸廠滿產(chǎn)，物聯(lián)網(wǎng)、CMOS圖像傳感器、WiFi芯片需求拉動(dòng)12寸業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。

中芯國(guó)際才是真正的核心資產(chǎn)

能夠成為國(guó)家半導(dǎo)體發(fā)展重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)的中芯國(guó)際才是核心資產(chǎn)。核心資產(chǎn)不是1~N的無(wú)限擴(kuò)大，而是0~1的關(guān)鍵突破。

核心資產(chǎn)不是有了它更好，而是缺了它不行。市場(chǎng)上所謂的核心資產(chǎn)的缺乏或者消失，對(duì)國(guó)家、對(duì)社會(huì)的影響不大，大不了再成立一家公司繼續(xù)做。而中芯國(guó)際這種半導(dǎo)體代工廠是整個(gè)科技產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，在海外限制半導(dǎo)體制造的背景下，大陸缺少半導(dǎo)體制造，會(huì)動(dòng)搖科技產(chǎn)業(yè)的根基。從這個(gè)角度看，中芯國(guó)際才是核心資產(chǎn)。

由于中芯國(guó)際處于港股，大陸資本對(duì)中芯國(guó)際認(rèn)識(shí)不夠。同時(shí)，再加上半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究的高壁壘，導(dǎo)致資本市場(chǎng)對(duì)中芯國(guó)際是被動(dòng)型忽視的。

最近一年，美國(guó)對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展各種限制的大背景下，市場(chǎng)逐漸意識(shí)到半導(dǎo)體制造才是核心資產(chǎn)，是不可或缺的資產(chǎn)。在這個(gè)邏輯下，中芯國(guó)際應(yīng)該享有比其它制造業(yè)更高的估值。

一是中芯國(guó)際作為不可獲取的核心資產(chǎn)，相對(duì)于面板龍頭、家用電器龍頭、手機(jī)零部件龍頭，中芯國(guó)際的估值有很大提升空間。

受益于半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化，市場(chǎng)認(rèn)識(shí)從低估走向合理，維持“買入”評(píng)級(jí)目標(biāo)價(jià)22~23.7港元

大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要崛起，從設(shè)計(jì)到代工、封測(cè)都要自主化，所以大陸的芯片設(shè)計(jì)公司尋求大陸代工是必然趨勢(shì)。無(wú)論是國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)巨頭，還是芯片設(shè)計(jì)中小型公司，都在有可能將代工轉(zhuǎn)向國(guó)內(nèi)，這種代工訂單轉(zhuǎn)移逐漸成為業(yè)內(nèi)共識(shí)，且趨勢(shì)正在加強(qiáng)。中芯國(guó)際作為國(guó)內(nèi)代工龍頭(產(chǎn)線種類多、產(chǎn)能大)，將明顯受益。

預(yù)計(jì)2019~2021年收入分別為31.32億美元/36.04億美元/40.59億美元，增速分別為-6.8%/15.1%/12.6%，2019~2021年利潤(rùn)分別為2.07億美元/1.84億美元/2.26億美元，增速55%/-11%/23%。

公司作為半導(dǎo)體代工的技術(shù)跟隨著，技術(shù)節(jié)點(diǎn)突破是關(guān)鍵，應(yīng)該先看公司的技術(shù)，再看收入，最后才是利潤(rùn)。中長(zhǎng)期看好國(guó)產(chǎn)化替代大背景下的大陸代工廠崛起。

公司合理PB估值范圍2.5~2.7倍，公司合理估值22~23.7港元，維持業(yè)績(jī)預(yù)測(cè)和“買入”評(píng)級(jí)。

風(fēng)險(xiǎn)提示

14nm工藝進(jìn)展不及預(yù)期，全球產(chǎn)能松動(dòng)，影響公司毛利率。

華虹半導(dǎo)體(01347)：公司專注特色工藝，收入增速?gòu)?qiáng)于全球市場(chǎng)

公司是全球領(lǐng)先的純晶圓代工企業(yè)，特別專注于嵌入式非易失性存儲(chǔ)器、功率器件、模擬與電源管理和邏輯及射頻等差異化特色工藝平臺(tái)，質(zhì)量管理體系滿足汽車電子芯片生產(chǎn)的嚴(yán)苛要求。公司分立器件平臺(tái)繼續(xù)顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，尤其是超級(jí)結(jié)、IGBT 和通用 MOSFET。預(yù)計(jì)分立器件在未來的需求仍將持續(xù)增長(zhǎng)。2019年第二季度，全球半導(dǎo)體銷售額為982億美元，較去年同期減少16.8%;2019年上半年，全球銷售額同比下滑14.5%。全球半導(dǎo)體市場(chǎng)仍處于下滑期。全球主要地區(qū)和半導(dǎo)體產(chǎn)品類別銷售額均下降。

正因?yàn)楣緦Ｗ⒂谇度胧椒且资源鎯?chǔ)器、功率器件、模擬與電源管理和邏輯及射頻等差異化特色工藝平臺(tái)，質(zhì)量管理體系滿足汽車電子芯片生產(chǎn)的嚴(yán)苛要求。公司分立器件平臺(tái)繼續(xù)顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，尤其是超級(jí)結(jié)、IGBT 和通用 MOSFET。分立器件在未來的需求仍將持續(xù)增長(zhǎng)，從而帶動(dòng)公司收入增長(zhǎng)。

聚焦中小客戶分散風(fēng)險(xiǎn)

公司為了穩(wěn)定增長(zhǎng)，從一開始選擇的就是中小客戶戰(zhàn)略，從目標(biāo)客戶角度選擇差異化競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)樾】蛻舻某鲐浟啃?，無(wú)法通過加大出貨量來分?jǐn)偭髌杀?，公司服?wù)的客戶的議價(jià)能力相對(duì)弱。大客戶的議價(jià)能力強(qiáng)，利潤(rùn)率低，風(fēng)險(xiǎn)大，大客戶的訂單調(diào)整影響公司業(yè)績(jī)穩(wěn)定性。

維持“買入”評(píng)級(jí)

預(yù)測(cè)2019~2021年收入分別為10.09億美元/16.69億美元/13.32億美元，增速分別為8.5%/15.8%/14%，2019~2021凈利潤(rùn)分別為2.12億美元/2.36億美元/2.55億美元，增速分別為16.3%/11.2%/8.1。維持“買入”評(píng)級(jí)。

風(fēng)險(xiǎn)提示

新半導(dǎo)體器件工藝替代，下游功率器件需求放緩，無(wú)錫廠不能按期量產(chǎn)。

(編輯：彭謝輝)