2026年产业深度：半导体材料系列（三），12英寸硅片引领大尺寸化趋势

12 英寸硅片已成为市场主流

1.1. 硅片是芯片制造的“地基”

硅片是芯片制造的“地基”，硅片的性能和供应能力直接影响半导体产业链的竞争 力。12 英寸硅片是目前业界最主流规格的硅片，根据 SEMI 统计，12 英寸硅片贡 献了 2024 年全球所有规格硅片出货面积的 75%以上。尤其是人工智能时代需要 更强的数据算力、更快的数据传输、更大的数据存储和更灵敏的人机交互，而用 于实现前述功能的市场最主流、技术最先进的逻辑和存储芯片（一般 90 纳米工艺 制程以下）以及部分高端模拟和传感器芯片均采用 12 英寸晶圆制造工艺，12 英 寸产能是目前全球晶圆厂扩产的主流方向，未来 12 英寸硅片全球出货面积占比将 持续提升。12 英寸硅片全球寡头垄断格局已持续多年，2024 年全球前五大厂商供 货占比高达 80%，而我国 12 英寸晶圆厂产能全球占比预计 2026 年将超过 30%， 这一自给结构矛盾对我国半导体产业链的发展形成制约。 硅元素在地球中含量仅次于氧元素，占地球地壳总质量的 26%，其性质稳定、获 取成本低、提纯工艺成熟，在半导体领域得到广泛应用。目前全球 95%以上的半 导体器件采用硅片作为衬底，占半导体器件 80%的集成电路产品中 99%以上采用 硅片作为衬底。在硅片衬底的基础上，通过光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入等 多道工序完成各类半导体器件制作，从而硅片是芯片制造的地基。根据 SEMI 统 计，九大类晶圆制造材料中硅片占比 30%，是晶圆制造耗用最大的材料。

半导体硅片市场景气度与下游半导体和终端应用市场高度相关，受益于智能手机、 个人电脑、物联网、汽车电子、人工智能和高性能计算等终端需求持续涌现。根 据 WSTS 统计，全球半导体市场规模从 2017 年的 4,122 亿美元提升至 2024 年的 6,269 亿美元，年均复合增长率为 6.17%。

根据 SEMI 统计，全球电子级硅片（不含 SOI 硅片）销售规模随之从 2017 年 87 亿美元增长到 2024 年的 115 亿美元，年均复合增长率为 4.07%。2022 年四季度开 始，随着宏观经济波动和消费电子产品需求放缓，全球主要晶圆厂 2023 年产能利 用率不足，导致 2023 年全球电子级硅片市场规模同比行业景气峰值的 2022 年下 滑至 124 亿美元。2024 年下半年随着下游复苏，半导体行业开始回暖，但电子级 硅片属于半导体产业链最上游，前期库存仍需一定时间消化，导致电子级硅片市 场回暖存在滞后性，2024 年全球电子级硅片市场规模进一步降至 115 亿美元，但 下降幅度同比 2023 年收窄，且 12 英寸硅片出货面积同比 2023 年已有所回升。在 宏观政治环境维持稳定的情况下，预计 2025 年电子级硅片市场规模同比回升。

自 2020 年初至 2022 年，随着居家办公需求的快速增长、5G 商业化带来的换机需 求以及全球芯片产能紧缺等因素推动下，全球半导体产业迎来上行周期。根据 SEMI 的数据，2022 年全球半导体硅片出货面积增长至 146 亿平方英寸，达到历 史新高。而 2023 年以来，随着世界经济呈现衰退态势、消费电子周期需求下行、 半导体行业处于去库存周期及国际局势紧张等多重影响，半导体行业短期有所下 滑，但 2024 年随着下游复苏，半导体行业开始回暖，并逐渐向上游的半导体硅片 行业传导，根据 SEMI 数据，预计 2025 年全球半导体硅片出货面积将同比增长 5.06%。

2010 年至 2013 年，中国大陆半导体硅片市场发展趋势与全球半导体硅片市场一 致。2014 年起，随着中国各半导体制造生产线投产、中国半导体制造技术的不断 进步与中国半导体终端产品市场的飞速发展，中国大陆半导体硅片市场步入了高 速发展阶段。受全球半导体周期影响，2023 年中国大陆半导体硅片市场规模较 2022 年略有下滑，但过去几年仍呈上升趋势；2016 年至 2023 年，中国大陆半导 体硅片市场规模从 5 亿美元上升至 17 亿美元，年均复合增长率为 19.10%。未来 来看，中国大陆半导体产业仍处于快速发展阶段，发展空间广阔。 随着中国芯片 制造产能的持续扩张以及全球半导体行业于 2024 年开始回暖，预计中国半导体硅 片市场的规模将持续以高于全球市场的速度增长。

长期来看，智能化是全球经济发展的必然趋势，而半导体是人工智能时代的核心 基础设施。随着全球贸易格局变化，各国已将半导体产业，尤其是半导体产业链 的制造产能视为战略资源，美国、日本、韩国、欧盟与我国等纷纷推动半导体产 业振兴相关政策，战略扶持本土半导体产业链以及先进半导体技术的研发。根据 SEMI 预计，2030 年全球半导体市场规模有望达到万亿美元，假设保持现有增速， 全球半导体硅片市场规模届时有望翻倍，预计超过 200 亿美元。

1.2. 全球半导体硅片市场呈现大尺寸化趋势

电子级硅片按直径大小可分为 6 英寸（150mm）及以下、8 英寸（200mm）和 12 英寸（300mm）三类规格，12 英寸硅片目前主要应用于技术迭代最快的存储和逻辑芯片领域。目前全球最先进的逻辑芯片已进入 3 纳米制程，DRAM 已进入 1β 代际，NAND Flash 已进 2YY 层堆叠结构。随着芯片线宽进一步升级，结构堆叠 层数进一步增加，对作为“地基”的 12 英寸硅片的晶体缺陷控制水平、低翘曲度、 超平坦度、超清洁度和外延膜层形貌与电学性能提出了更苛刻的要求。对于拉晶 工艺，需要更高的控制精度，通过对温度、提拉速度、籽晶和石英坩埚旋转速度、 超导磁场等方面施加更为精密控制，不断提升晶体缺陷控制水平；对于成型、抛 光和清洗工艺，需要不断优化设备、改进工艺、完善原材料配比，保障硅片品质； 对于外延工艺，需要在外延设备的基础上自主优化核心部件，控制多重工艺参数， 满足客户规格要求。同时，12 英寸硅片投资规模大，一方面需要不断切入晶圆厂 新工艺研发，增加认证种类，确保规模效应，消化固定成本；一方面需要通过工 艺优化提升不同工序的投入产出比，确保成本竞争力。因此，12 英寸硅片是市场、 技术和经济效益动态均衡的产品。

半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展。在圆形的硅片上制造矩形的芯片会使 硅片边缘处的一些区域无法被利用，必然会浪费部分硅片。硅片面积越大，生产 的芯片数量越多，硅片边缘浪费面积越小，单位芯片的成本越低。12 英寸硅片的 理论面积是 8 英寸硅片的 2.25 倍，相同工艺条件下的可使用率（单位硅片可生产 的芯片数量）约为 8 英寸硅片的 2.5 倍。12 英寸硅片每片单价远高于 8 英寸硅片 单价的 2.25 倍，其单位面积的单价更高，从而附加值高、制程更先进的芯片采用 12 英寸硅片生产能获得最大经济效益。一般半导体硅片正在不断向大尺寸的方向 发展。在圆形的硅片上制造矩形的芯片会使硅片边缘处的一些区域无法被利用， 必然会浪费部分硅片。

1.3. 12 英寸硅片出货量面积占比不断提升

全球半导体硅片市场最主流的产品规格为 8 英寸硅片和 12 英寸硅片，8 英寸硅片 出货面积保持相对平稳状态，12 英寸硅片出货面积保持波动上涨。自 2011 年以 来，6 英寸及以下小尺寸硅片的需求持续存在，但受技术升级、大硅片供给增加等 因素的影响，6 英寸及以下小尺寸硅片出货量基本维持在相对稳定水平。

近年来，12 英寸硅片和 8 英寸硅片出货面积市场份额持续维持在较高水平，2024 年分别为 76.39%和 19.45%，两种尺寸硅片合计占比保持超过 95%，是当前半导 体硅片下游市场需求的主要尺寸。随着全球半导体硅片出货面积的增长，6 英寸 及以下小尺寸硅片的市场份额有所下降，2024 年约为全球半导体硅片出货面积的 4.17%。 2019 年起，受全球贸易摩擦及全球智能手机、汽车销量下滑的影响，8 英寸半导 体硅片的出货面积下降至 2,967 百万平方英寸；2020 年继续下滑，降至 2,946 百 万平方英寸。2021 年恢复增长趋势，8 英寸半导体硅片的出货面积增长至 3,443 百万平方英寸，较 2020 年增长 16.88%。由于宏观经济波动和消费电子产品需求 放缓，8 英寸半导体硅片的出货面积下滑至 2024 年的 2,366 百万平方英寸，根据 SEMI 预测，8 英寸半导体硅片预计到 2025 年将重拾增长态势，出货面积增长至 2,412 百万平方英寸。 12 英寸半导体硅片自 2000 年以来市场需求增加，出货面积不断上升。根据 SEMI 统计，2000 年至 2024 年，由于移动通信、计算机等终端市场持续快速发展，12 英寸半导体硅片出货面积从 94 百万平方英寸扩大至 9,294 百万平方英寸，市场份 额从 1.69%大幅提升至 2024 年的 76.39%。根据 SEMI 预测，2025 年全球 12 英寸 半导体硅片出货面积将增长至 9,897 百万平方英寸，其所占半导体硅片的市场份 额将增长至 77.42%。 半导体硅片直径的提升使得硅片面积平方级增长，进而使得单片硅片能产出的芯 片数量也翻倍增长。硅片直径越大，芯片的平均生产成本越低，进而提供更经济 的规模效益。但与此同时，生产更大直径的硅片，其所需要的生产工艺改进成本、 设备性能提升，也将在投产初期要求厂商更高的固定成本投入。此外半导体硅片 制造商与下游芯片制造企业对硅片的需求具有伴生性，半导体硅片尺寸的增加需 要半导体产业上下游的协同发展。根据 SEMI 数据，2018 年至 2024 年，全球 8 英 寸及 12 英寸硅片出货面积占比持续增加，预计 2025 年合计占比将达 96.29%。因 此，未来 8 英寸和 12 英寸半导体硅片仍然是市场主流尺寸。

人工智能时代需要更强的数据算力、更快的数据传输、更大的数据存储和更灵敏 的人机交互，实现前述功能技术和工艺制程最主流和最先进的逻辑和存储芯片（一 般 90 纳米工艺制程以下）以及部分高端模拟和传感器芯片均采用 12 寸晶圆制造 工艺，从而 12 英寸硅片是目前业界最主流规格的硅片，12 英寸产能也是全球晶 圆厂扩产的主力方向。根据 SEMI 统计，2025 年至 2027 年，全球 12 英寸晶圆厂 设备支出预计将达到创纪录的 4,000 亿美元。其中 2025 年将首次突破 1,000 亿美 元，达到 1,232 亿美元，这一数字基本与全球半导体设备市场规模一致，充分说 明未来全球晶圆厂扩产很少考虑非 12 英寸产能。 新产品新技术催生 12 英寸硅片更多消耗。以人工智能催生下目前供不应求的高带 宽内存（HBM）产品为例，根据 SEMI 统计，由于生产良率、堆叠工艺复杂度以 及更大的芯片尺寸，同等存储容量的 HBM 对 12 英寸硅片的需求量是目前主流 DRAM 产品的 3 倍。此外，随着 NAND Flash 堆叠层数提升至 200 层、300 层， 甚至 400 层，按目前业内技术路线共识，所有厂商均会切换至通过 2 片晶圆键合 制作 1 个 NAND Flash 完整晶圆的工艺，相当于 12 英寸硅片需求翻倍。