2022年半导体硅片行业发展现状及行业格局分析 2021硅晶圆出货面积预计创新高

1.硅片是半导体制造的基石

硅片是以多晶硅为原材料，利用单晶硅制备方法形成硅棒，而后经过切割而来。一方面，硅材料具备单向导电特性、热敏特性、光电特性、掺杂特性等优良性能，可生长成为大尺寸高纯度晶体，契合下游半导体应用需求；另一方面，硅材料以二氧化硅和硅酸盐方式广泛存在于矿物、岩石中，储量丰富、获取成本低，故而成为当下应用最广泛、最重要的半导体基础材料。硅作为第一代半导体材料，占据目前绝大部分应用市场份额。从半导体器件的产值来看，全球95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路采用硅作为衬底材料。虽然第二代和第三代材料相比其存在一定的优势，但目前来看，硅材料在相当长的时间内依然会维持其主流半导体材料的地位。

根据晶胞的排列方式，硅可被划分为单晶硅和多晶硅。其中，单晶硅的晶胞是有序、有规律的，而多晶硅的晶胞是无序、无规律的。相比于多晶硅，单晶硅由于其晶胞规则有序，导电能力较强，同时光电转换效率更高，被广泛应用于太阳能和电子领域。从制作工艺来讲，多晶硅是单晶硅的上游材料，单晶硅棒是利用直拉法或区熔法对多晶硅的原子结构进行重组而获得。上游多晶硅原料的主要成本为电力，国内半导体硅料的主要厂商为黄河水电，国际企业主要有德国瓦克。

硅片根据其下游应用可以主要分为半导体硅片和光伏硅片，半导体硅片比光伏硅片的要求更高，其中纯度为最大不同，纯度要求决定制作工艺的难易。光伏领域同时使用单晶硅及多晶硅，纯度要求为99.9999%左右（4-6N），由于对纯度、曲翘度等参数要求较低，其制造过程也相对简单。半导体领域只使用单晶硅，随着其制程的不断缩小，芯片制造工艺对硅片缺陷密度与缺陷尺寸的容忍度也在不断降低，要求其纯度达到99.999999999%（11N）以上，以通过国际主流晶圆厂的审核认证。半导体硅片技术要求高，叠加下游需求旺盛因素，通常附加值也较高，因此更具投资潜力。

成本驱动下，半导体硅片呈现向大尺寸发展趋势，但300mm级半导体硅片在长时间内依然会保持主流地位。半导体硅片是圆形，因此也叫“硅晶圆”或者“晶圆”。晶圆是芯片制造的“基底”，所有的芯片都是在这个“基底”上制造，根据不同尺寸主要分为300mm（12英寸）、200mm（8英寸）、150mm（6英寸）、125mm（5英寸）、100mm（4英寸）等规格。一方面，更大尺寸的硅片意味着可制造的芯片数量更多，相应的生产效率更高；另一方面，由于硅片是圆形，因此制造方形芯片时不可避免地会浪费硅片圆形边缘，圆形半径越大，边缘浪费将更低，300mm半导体硅片可使用面积达到200mm硅片两倍以上，可使用率达到2.5倍左右。因此，硅片尺寸越大，对晶圆厂意味着更低的生产成本。自1970年研发出50mm尺寸起，每隔5年左右半导体硅片尺寸便向前发展一个等级，并于2000年前后发展到300mm等级。目前，450mm硅片由于投资数额巨大且目前良率不理想，所以目前主流硅片还将维持在300mm等级。

2.需求推动下硅片量价齐升

下游需求带动硅片需求持续增长，2021年出货面积将创新高，硅片价格将保持高位。半导体硅片在半导体制造材料中占比为37%，是占比最高的半导体材料。90%的芯片都需要硅片作为基础，所以半导体硅片市场规模与半导体市场规模变化趋势具有一致性。随着半导体市场规模的增长，对应全球硅片出货面积从2011年的90亿平方英寸增至2020年的125亿平方英寸，CAGR为3.7%。从硅片价格来看，自2011年开始，全球半导体硅片价格因产能过剩持续下滑，直至2016年拐点出现，2017年重回上升通道，2019年价格升至0.95美元/平方英寸。考虑后疫情时代下各应用领域对各类芯片需求提升，硅片供应持续紧张，全球半导体硅片大厂陆续展现涨价意愿。2020年12月，环球晶圆表示公司目前全产能满载，并透露已调涨300mm晶圆现货价，其余产品现货价也将逐步调涨。2021年3月全球第一大半导体硅片厂商信越化学宣布从2021年4月起对其所有硅产品的销售价格提高10%-20%，主要是原材料金属硅的成本上升和中国市场需求的强劲增长导致供应短缺。考虑到全球晶圆厂大幅扩产带来的增量需求，预计硅片价格仍将保持高位。

12英寸硅片出货量比重超过60%，未来仍将继续提升。随着终端芯片的先进制程占比持续增加，对12英寸硅片的需求也相应扩张，全球12英寸半导体硅片占总体出货量的比重从2010年的50%增至2020年的63%，整体呈现稳定上升趋势。由此可预计未来下游晶圆厂将继续集中于12英寸硅片的研发和扩产，12英寸硅片出货占比还将进一步增加。

晶圆厂大幅扩产，随着新增产能释放硅片需求也将继续增长。据SEMI统计，全球半导体制造商将在今年年底前开始建造19座新的高产能晶圆厂，并在2022年再开工建设10座，这29家晶圆厂的设备支出预计在未来几年将超过1400亿美元，以200mm尺寸晶圆等效计算，这29家晶圆厂每月可生产260万片。根据芯思想统计，截止到2021Q2，中国内地12英寸、8英寸和6英寸及以下的晶圆制造线共有200条，已经投产的12英寸晶圆制造线有27条，合计装机月产能约118万片，已经投产的8英寸晶圆制造线共有28条，合计装机月产能约120万片；已经投产的6英寸及以下晶圆制造线装机产能约400万片约当6英寸产能。在建未完工、开工建设或签约的12英寸晶圆制造线29条，相关投资金额高达6000亿元，规划月产能达132万片，在建未完工、开工建设或签约的8英寸晶圆制造线10条，规划产能27万片/月，预计2022-2023年将迎来新增产能集中释放。

3.行业格局呈寡头垄断，国产替代蓄势待发

全球半导体硅片行业市场主要由四家厂商占据，占比高达86.6%，整体呈现寡头垄断格局。半导体硅片行业市场集中度较高，根据SEMI数据，2020年全球前五大半导体硅片厂商分别为日本的信越化学、日本盛高(SUMCO)、中国台湾地区的环球晶圆、德国SiltronicAG以及韩国的SKSiltron。其中，日本的信越化学和SUMCO合计份额为49.04%，前五大厂商一共占据全球半导体硅片市场超过85%的份额，但相较2019年市场占比总和有所下降。2021年2月，环球晶圆公开收购SiltronicAG50.8%股份，按合并后营收规模来看，环球晶圆市场份额居第二位，占比26.26%，此后半导体硅片市场寡头变为四家。

国内硅片企业加速追赶，国产替代空间巨大。目前全球各半导体硅片大厂已陆续实现8英寸和12英寸半导体硅片的量产，且正在积极研发12英寸以上的更大尺寸的硅片。而我国目前只有极少企业拥有12英寸的半导体硅片制造技术，国产化率不足1%，8英寸硅片国产化率仅达10%，国内晶圆厂的硅片国产替代需求十分旺盛。随着硅片市场需求的逐步扩大和半导体硅片制作技术的不断突破，国内厂商持续扩张产能，沪硅产业、中环股份和立昂微为国内硅片制造龙头，产销逐年上涨。

立昂微是我国较早一批专业从事半导体硅片和半导体功率器件研发、生产和销售的企业之一，主营业务包括半导体硅片、半导体功率器件、化合物半导体射频芯片三大板块，以产业链上下游一体化作为核心竞争优势。立昂微子公司浙江金瑞泓、衢州金瑞泓主要从事8英寸及以下半导体硅片业务，主要产品包括硅研磨片、硅抛光片、硅外延片等；子公司金瑞泓微电子主要从事12英寸半导体硅片业务。就具体规格而言，公司6英寸硅片产线长期处于满负荷运转状态，8英寸硅片产线的产能充分释放，12英寸硅片在关键技术、产品质量以及客户供应上取得重大突破，并预计将在2021年底达到年产180万片规模的产能。营收方面，2017-2020年公司半导体硅片业务实现的收入占主营业务收入的比例分别为52.30%、65.62%、64.21%和65.6%。

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