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半導(dǎo)體硅片市場數(shù)據(jù)情況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 玲瓏輪胎    2023-01-02

1）半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)鏈情況

半導(dǎo)體硅片企業(yè)的下游客戶是芯片制造企業(yè)，包括大型綜合晶圓代工企業(yè)及專注于存儲(chǔ)器制造、傳感器制造與射頻芯片制造等領(lǐng)域的芯片制造企業(yè)。半導(dǎo)體硅片的終端應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋智能手機(jī)、平板電腦、便攜式設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、人工智能、工業(yè)電子、軍事、航空航天等眾多行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新興終端市場還將不斷涌現(xiàn)。

2020 年下半年起，受益于 5G、新能源汽車、物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展趨勢，在功率半導(dǎo)體、電源管理芯片等產(chǎn)品需求帶動(dòng)下，硅片下游客戶晶圓代工廠的市場需求持續(xù)穩(wěn)步提升。結(jié)合 IC Insights 的測算，預(yù)計(jì) 2021 至 2026 年全球晶圓代工市場規(guī)模將持續(xù)增長，到 2026 年全球市場將增長到 887 億美元，年均復(fù)合增長率約為 5.24%。

數(shù)據(jù)來源：IC Insights

同時(shí)，隨著中芯國際、華力微電子、長江存儲(chǔ)等中國大陸芯片制造企業(yè)的持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，中國大陸芯片制造產(chǎn)能增速高于全球芯片產(chǎn)能增速，芯片制造產(chǎn)能的增長將帶動(dòng)國內(nèi)半導(dǎo)體硅片的需求持續(xù)增長。

2）半導(dǎo)體硅片及下游市場規(guī)模

全球半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模和出貨量受下游半導(dǎo)體行業(yè)影響較大。

5G 技術(shù)的應(yīng)用、人工智能的發(fā)展，云計(jì)算數(shù)據(jù)量和終端電子產(chǎn)品需求大幅增加，以及新冠肺炎疫情蔓延帶動(dòng)居家辦公、居家娛樂等信息化生活方式，促進(jìn)了消費(fèi)電子需求回升，各類半導(dǎo)體需求反彈，供需矛盾從芯片制造領(lǐng)域傳導(dǎo)至上

游硅片環(huán)節(jié)。據(jù) SEMI 統(tǒng)計(jì)，2021 年全球半導(dǎo)體硅片出貨面積達(dá)到 141.6 億平方

英寸，硅片市場規(guī)模達(dá)到 126.2 億美元，創(chuàng)歷史新高。SEMI 報(bào)告顯示，全球半導(dǎo)體硅片出貨面積有望在 2023 年攀升至更高水平。

2014 年起，隨著中國各半導(dǎo)體制造商生產(chǎn)線投產(chǎn)、中國半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷進(jìn)步與半導(dǎo)體終端產(chǎn)品市場的發(fā)展，中國大陸半導(dǎo)體硅片市場步入了發(fā)展的快車道。產(chǎn)能方面，據(jù) IC Insights 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018 年中國硅晶圓產(chǎn)能 243 萬片/月（等效于 8 英寸硅片），中國大陸硅晶圓產(chǎn)能占全球硅晶圓產(chǎn)能 12.5%。據(jù) ICInsights 對(duì)未來產(chǎn)能擴(kuò)張預(yù)測，2022 年中國大陸晶圓廠硅晶圓產(chǎn)能將達(dá) 410 萬片/月，占全球產(chǎn)能 17.15%，2018 至 2022 年，年復(fù)合增長率為 22.93%。

因此，中國半導(dǎo)體硅片的銷售額將隨著下游晶圓廠的擴(kuò)產(chǎn)而打開提升空間。根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，2015年中國半導(dǎo)體硅材料市場規(guī)模為101.6億元，2021年增長至250.5億元，2015 年至 2021 年復(fù)合增長率達(dá)到 16.2%。國內(nèi)半導(dǎo)體硅材料生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平不斷提升，中國市場占比維持較高水平。即便如此，中國硅片市場 90%左右的市場仍由日本信越化學(xué)、SUMCO、德國 Siltronic、臺(tái)灣環(huán)球晶圓等國際巨頭占據(jù)，國產(chǎn)化率水平仍舊較低。

3）不同尺寸硅片的應(yīng)用及出貨面積

以直徑計(jì)算，半導(dǎo)體硅片的尺寸規(guī)格主要有2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、5 英寸（125mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）與 12英寸（300mm）等；根據(jù)用途分類，半導(dǎo)體硅片可分為拋光片、退火片、外延片、結(jié)隔離片和以 SOI 硅片為代表的高端硅片。其中，拋光片是用量最大的產(chǎn)品，其他的硅片產(chǎn)品都是在拋光片的基礎(chǔ)上二次加工產(chǎn)生的。

在摩爾定律的影響下，半導(dǎo)體硅片正在不斷向大尺寸的方向發(fā)展。硅片尺寸越大，在單片硅片上制造的芯片數(shù)量就越多，單位芯片的成本隨之降低。同時(shí)，在圓形的硅片上制造矩形的芯片會(huì)使硅片邊緣處的一些區(qū)域無法被利用，必然會(huì)浪費(fèi)部分硅片。硅片的尺寸越大，相對(duì)而言硅片邊緣的損失會(huì)越小，有利于進(jìn)一步降低芯片的成本。例如，在同樣的工藝條件下，12 英寸半導(dǎo)體硅片的可使用面積超過 8 英寸硅片的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產(chǎn)的芯片數(shù)量的指標(biāo)）是 8 英寸硅片的 2.5 倍左右。半導(dǎo)體硅片尺寸越大，對(duì)半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備、材料、工藝的要求越高。

由上圖可以看出，全球范圍內(nèi)，2008 年以前，半導(dǎo)體硅片中 8 英寸占比最高；2008 年 12 英寸硅片首次超過 8 英寸硅片的市場份額。得益于移動(dòng)通信、計(jì)算機(jī)等終端市場持續(xù)快速發(fā)展，12 英寸硅片出貨面積自 2000 年以來市場份額逐步提高，從 9,400 萬平方英寸擴(kuò)大至 2021 年的 95.98 億平方英寸，市場份額從1.69%大幅提升至 68.47%，成為半導(dǎo)體硅片市場主流的產(chǎn)品，預(yù)計(jì)到 2022 年市場份額將接近 70%。

2011 年至 2019 年，8 英寸半導(dǎo)體硅片市場占有率穩(wěn)定在 25%至 27%之間，其中 2016 年至 2017 年，由于汽車電子、智能手機(jī)用指紋芯片、液晶顯示器市場需求快速增長，8 英寸硅片出貨面積從 2,690.00 百萬平方英寸上升至 3,085.00 百萬平方英寸，同比增長 14.68%；2018 年，受益于汽車電子、工業(yè)電子、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域需求依舊強(qiáng)勁，以及功率器件、傳感器等生產(chǎn)商 8 英寸產(chǎn)能增加，帶動(dòng) 8 英寸硅片繼續(xù)保持增長。2021 年 8 英寸硅片出貨面積達(dá)到 3,443 百萬平方英寸，增長了 16.87%。

目前，全球市場主流的產(chǎn)品是 8 英寸、12 英寸直徑的半導(dǎo)體硅片，占全球半導(dǎo)體硅片出貨量的 90%以上，下游芯片制造行業(yè)的設(shè)備投資也與 8 英寸和 12英寸規(guī)格相匹配。

4）8 英寸與 12 英寸硅片的區(qū)別及發(fā)展情況

①8 英寸與 12 英寸硅拋光片生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)和技術(shù)指標(biāo)參數(shù)存在顯著差異

關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面，由于 12 英寸硅片用于更窄線寬制程，故對(duì)單晶微缺陷、硅片平整度、表面顆粒物、表面沾污等技術(shù)指標(biāo)要求更加細(xì)化和嚴(yán)格，例如，與 8 英寸相比，客戶對(duì) 12 英寸硅片增加了硅片邊緣局部平整度、高度徑向二階導(dǎo) 數(shù)、納米形貌等指標(biāo)要求。廠商需要掌握更復(fù)雜的生產(chǎn)工藝流程及成套的特殊控 制技術(shù)才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

核心技術(shù)方面，為了滿足 12 英寸硅片較高的技術(shù)指標(biāo)要求，廠商需要投入更大的研發(fā)成本，在單晶生長、硅片加工及硅片清洗等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。例如，對(duì)于單晶生長相關(guān)核心技術(shù)，12英寸硅單晶生長需要采用更大尺寸的熱場設(shè)計(jì)、更高磁場強(qiáng)度的超導(dǎo)磁場；對(duì)于硅片加工相關(guān)核心技術(shù)，廠商需要增加掌握磨削工藝及雙面拋光等相關(guān)核心技術(shù)，并調(diào)整其與原有工藝的匹配性；對(duì)于硅片清洗相關(guān)核心技術(shù)，12 英寸硅片在傳統(tǒng)多片清洗技術(shù)的基礎(chǔ)上開始引入單片清洗技術(shù)。

生產(chǎn)設(shè)備及投資規(guī)模方面，12 英寸硅片的生產(chǎn)工藝更為復(fù)雜，一方面增加了如粗磨削機(jī)、精磨削機(jī)、雙面拋光機(jī)等 12 英寸硅片制造的特需設(shè)備，另一方面設(shè)備的精度要求比 8 英寸更高。同時(shí)，12 英寸加工設(shè)備大多采用單片加工方式，與 8 英寸加工設(shè)備大多采用批加工方式相比，同樣的產(chǎn)量需要投入更多數(shù)量的設(shè)備，故設(shè)備投資也會(huì)較 8 英寸產(chǎn)線有大幅增加。