半导体硅片行业专题报告.docx

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半导体硅片行业专题报告

半导体硅片行业专题报告

景气上行，百舸争流勇进者胜

1.半导体硅片：

半导体材料之最大宗产品

1.1硅片：

半导体产业重要基础材料

半导体硅片行业处于产业链的上游，是半导体材料中最为大宗的品类，为半导体行业发展提供基础支撑。

硅材料因其具有单方向导电特性、热敏特性、光电特性、掺杂特性等优良性能，可以生长为大尺寸高纯度晶体，且储量丰富、价格低廉，故成为全球应用最广泛、最重要的半导体基础材料。

硅片是制造芯片的基本衬底材料，也是唯一贯穿各道芯片前道制程的半导体材料，目前全球半导体市场中，90%以上的芯片和传感器都是基于硅材料制造而成。

半导体硅片在半导体制造材料中销售额占比最高，产业地位处于核心位置。

半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品、抛光材料、光刻胶、湿法化学品与溅射靶材等。

根据SEMI统计，2018年硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品的销售额分别为120.98亿美元、42.73亿美元、40.41亿美元、22.76亿美元，分别占全球半导体制造材料行业36.64%、12.94%、12.24%、6.89%的市场份额，其中半导体硅片销售额占比最高，为半导体制造的核心材料。

按半导体硅片应用场景划分，硅片主要可分为正片、陪片。

正片可直接用于晶圆制造，而陪片又按功能分为测试片（TestWafer）、挡片（DummyWafer）和控片（MonitorWafer）。

测试片主要用于实验及检查等用途，也用于制造设备投入使用初期以提高设备稳定性；挡片用于新产线调试以及晶圆生产控制中对正片的保护；控片多用于正式生产前对新工艺测试、监控良率，同时为监控正式生产过程中的工艺精度及良率，需要在晶圆正片生产过程中插入控片增加监控频率。

挡片和控片一般是由晶棒两侧品质较差段切割出来。

另外，部分挡控片可重复使用。

由于挡控片作为辅助生产使用且用量巨大，晶圆厂通常会回收用过的挡片，经研磨抛光，重复使用数次；而控片则需具体情况具体对待，用在某些特殊制程的控片无法回收使用，可以回收重复利用的挡控片又被称为可再生硅片。

1.2半导体硅片加工流程长，单晶硅生长技术尤为关键

半导体硅片的生产流程较长，涉及工艺较多。

半导体抛光片生产环节包含了拉晶、滚圆、切割、研磨、蚀刻、抛光、清洗等工艺；半导体外延片生产过程主要为在抛光片的基础上进行外延生长；SOI硅片主要采用键合或离子注入等方式制作。

半导体硅片每一个工艺环节均会影响产成品的质量、性能与可靠性。

目前工业上生产单晶硅通常采用的是直拉法（CZ法），它是制造单晶硅的一种重要方法，当今90％以上的单晶硅都是用直拉法生产的。

此外，区熔法也是制造单晶硅的另一种方法，其最大需求来自于功率半导体器件。

（1）直拉法

直拉法简称CZ法。

CZ法的特点是在一个直筒型的热系统汇总，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，得到单晶硅。

这种技术能够实现低微缺陷单晶生长，可以有效的控制晶体的微缺陷密度，提高晶体质量以满足各技术节点对硅片的技术要求，有效的控制晶体中的杂质含量，最大程度降低对操作工人的依赖，保证拉制晶体质量的重复性、稳定性和一致性，同时提高产出良率，降低单晶生长成本。

（2）区熔法

区熔法简称FZ发，是利用多晶锭分区熔化和结晶半导体晶体生长的一种方法，利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。

调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。

根据制造工艺分类，半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以SOI硅片为代表的高端硅基材料。

单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。

抛光片经过外延生长形成外延片，抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成SOI硅片。

根据掺杂程度的不同，半导体硅片主要分为轻掺硅片和重掺硅片。

对于硅抛光片，可分为轻掺硅抛光片和重掺硅抛光片，掺杂元素的掺入量越大，硅抛光片的电阻率越低。

轻掺硅抛光片广泛应用于大规模集成电路的制造，也有部分用作硅外延片的衬底材料。

重掺硅抛光片一般用作硅外延片的衬底材料。

对于硅外延片，根据衬底片的掺杂浓度不同，分为轻掺杂衬底外延片和重掺杂衬底外延片。

前者通过生长高质量的外延层，可以提高CMOS栅氧化层完整性、改善沟道漏电、提高集成电路可靠性，后者结合了重掺杂衬底片和外延层的特点，在保证器件反向击穿电压的同时又能有效降低器件的正向功耗。

2.5G、数据中心、汽车电子驱动硅片需求成长，12英寸硅片占比逐年提升

2.1半导体硅片需求稳步增长

半导体材料可以分为晶圆制造材料和封装材料，2019年全球半导体材料市场规模为521亿美元，同比下降1.1％；2020年全球半导体材料市场将略有增长，达到529.4亿美元，预计明年在下游需求复苏的带动下，市场规模将达到563.6亿美元，同比增长6.46%，其中大陆市场规模将突破100亿美元，将超过韩国位居第二。

晶圆制造材料是半导体材料主要构成部分，随着先进制程的不断发展，半导体制造材料的消耗量逐渐增加。

据SEMI统计，晶圆制造材料市场销售额从2013年的227亿美元增长到2019年的328亿美元，年复合增长率为6.33%。

在半导体制造材料中，硅片是上游材料占比最大的部分，2019年硅片占全球半导体制造材料行业37.28%。

2014年至今，在通信、计算机、汽车产业、消费电子等应用领域需求带动以及人工智能、物联网等新兴产业的崛起，全球半导体硅片市场规模呈现上升趋势，硅片营收从2014年的76亿美元提高至2018年的114亿美元，2019年度出现小幅回落。

从硅片的出货面积来看，2019年由于半导体市场需求下滑，硅片出货面积117亿平方英寸，同比下滑6.9%，预计今年全球晶圆出货量去年增长2.4%，明年将延续增长趋势，增速可望扩大至5%，有望在2022年创新高。

从国内情况来看，自2014年以来，我国半导体硅片市场规模呈稳定上升趋势。

根据ICMtia统计，2018年中国半导体硅片市场需求为172.1亿元，预计2019年的市场需求将分别达到176.3亿元，2014年至2019年的复合增长率为13.74%，国内市场需求增速高于全球平均水平。

2.25G、数据中心、汽车电子驱动硅片需求成长

从硅片的下游应用结构来看，主要下游应用包括手机、服务器、PC、汽车等，以12英寸硅片为例，其中智能手机、服务器、PC占比分别为32%、18%、20%，汽车占比5%。

从全球智能手机市场来看，2020年由于受到新冠疫情的影响，预计2020年全球智能手机市场出货量将下降11.9%，总出货量为12亿部。

在5G手机的带动下，预计全球智能手机市场将迎来强劲复苏，2021年出货量同比增速可达10%。

2020年全球5G手机出货量2亿部，预计2021、2022年可达5亿、7.5亿台，同比增速分别为150%、50%。

与4G手机相比，5G手机对存储、AP、CIS的需求均有较大提升，带动了单部手机硅含量的提升。

总体来看，单部5G手机对12英寸硅片的需求量相比4G手机提高了70%，随着5G手机需求的爆发增长，有望带动硅片需求大幅提高。

在服务器市场方面，随着云计算、大数据、人工智能、物联网等热门技术的大规模应用，全球数据流量将迎来爆发增长，预计将从2019年的201EB/月增长至2022年的396EB/月，将近翻倍增长。

全球数据流量的爆发将带动数据中心领域逻辑、存储芯片的需求提高，从而推动上游硅片行业的需求成长，2019年数据中心对硅片需求量约75万片/月，预计2024年超过150万片/月。

与传统的燃油车相比，电动汽车半导体用量有大幅提高，其中功率半导体用量提升最大。

传统的燃油车单车功率半导体用量只有71美元，轻混车（MHEV）、混动车/插电混动车（HEV/PHEV）、纯电动车（BEV）中功率半导体的单车平均成本为90美元、305美元，350美元，较传统汽车分别提高了27%、330%、393%，占半导体成本的比例分别16.9%、38.8%、45.2%。

目前，全球汽车市场正在经历由传统燃油车向电动汽车过渡的阶段，电动车渗透率快速提升，预计2023年电动车（含轻混、混动车/插电混动车、纯电动）渗透率将突破25%，2027年将突破50%。

电动车的快速发展将带动汽车半导体市场需求的快速提高，预计2019~2024年全球车用IC市场销售额年复合成长率高于其他IC终端应用市场，并且2024年车用IC销售额占比攀升至9.7%。

2.38英寸硅片需求稳定增长，12英寸硅片占比逐年提升

半导体硅片的尺寸按直径计算主要包含2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）与12英寸（300mm）等规格。

硅片尺寸越大，在单片硅片上制造的芯片数量就越多，单位芯片的成本随之降低，随着摩尔定律的推进，向大尺寸演进是半导体硅片制造技术的发展方向。

目前，全球市场主流的产品是8英寸、12英寸直径的半导体硅片，12英寸硅片的主要应用在逻辑和存储芯片，全球先进制程的不断推进带动了12英寸硅片需求持续增长，自2000年全球第一条12英寸硅片芯片制造生产线建成以来，12英寸半导体硅片逐渐成为全球硅片市场的主流产品。

得益于移动通信、计算机等终端市场持续快速发展，300mm半导体硅片出货面积从2000年的9400万平方英寸扩大至2018年的80亿平方英寸，市场份额从1.69%大幅提升至2018年的63.83%，成为半导体硅片市场最主流的产品，预计到2020年将占市场的75%以上。

在模拟芯片、传感器及功率器件等领域，用8英寸硅片制作成本最低。

近几年来，得益于下游需求的持续增长，8英寸（200mm）半导体硅片出货量呈现逐年稳定上升趋势。

从晶圆厂的资本开支计划来看，未来主要投资集中在12英寸厂，预计从2020年至2024年之间，芯片行业将新增至少38家12英寸晶圆厂，其中中国台湾将新增11家晶圆厂，中国大陆将新增8家，大陆的12英寸晶圆产能占比将从2015年的8%提高到2024年的20%。

随着全球12英寸晶圆厂的投产以及产能释放，将带动全球12英寸硅片需求进一步成长，占比有望进一步提升。

3.兼并购浪潮打造全球五大硅片巨头，本土厂商百舸争流勇进者胜

3.1全球半导体硅片厂商集中度高，规模优势提升行业盈利水平

2018年全球半导体硅片行业销售额合计为120.98亿美元。

其中，行业前五名企业的市场份额分别为：

日本信越化学市场份额27.58%，日本SUMCO市场份额24.33%，德国Siltronic市场份额14.22%，中国台湾环球晶圆市场份额为16.28%，韩国SKSiltron市场份额占比为10.16%。

中国大陆硅产业集团占全球半导体硅片市场份额2.18%。

由于半导体硅片行业具有技术难度高、研发周期长、资金投入大、客户认证周期长等特点，全球半导体硅片行业进入壁垒较高，行业集中度高。

2018年，全球前五大半导体硅片企业信越化学、SUMCO、Siltronic、环球晶圆、SKSiltron合计销售额740.35亿元，占全球半导体硅片行业销售额比重高达93%。

①信越化学（4063.T）

信越化学是全球排名第一的半导体硅片制造商，是日本著名的化学品公司。

信越化学设立于1926年，为东京证券交易所上市公司，主营业务包括PVC（聚氯乙烯）、有机硅塑料、纤维素衍生物、半导体硅片、磷化镓、稀土磁体、光刻胶等产品的研发、生产、销售。

信越化学采取多元化发展战略，在多个产品领域均全球领先。

1999年，信越化学并购Hitachi的硅片业务，半导体硅片份额进一步提升。

信越化学于2001年开始大规模量产300mm半导体硅片，半导体硅片产品类型包括300mm半导体硅片在内的各尺寸硅片及SOI硅片。

②SUMCO（3436.T）

SUMCO是全球排名第二的半导体硅片制造商，专注于半导体硅片业务，为东京证券交易所上市公司，主要产品包括100-300mm半导体硅片与SOI硅片。

1999年，住友金属工业株式会社、三菱材料株式会社和三菱硅材料株式会社合资成立了具有300mm硅片生产能力的硅晶圆联合制作所，2002年从住友金属工业公司收购硅片业务，并与三菱材料硅业公司合并，2005年正式更名为SUMCO。

2006年SUMCO收购日本小松金属制作所后，市场份额进一步扩大。