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2016年至2018年,中国大陆半导体硅片销售额从5.00亿美元上升至9.92亿美元,年均复合增长率高达40.88%,远高于同期全球半导体硅片的年均复合增长率25.65%,但在全球大硅片市场中仅占8%。基于国内半导体产业链稳定,实现芯片自主可控,半导体硅片进口替代为当务之急。
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硅片是半导体产业链的起点,是产业的最上游,贯通了整个芯片制造的前道和后道工艺,是制造芯片的关键材料。硅片制造技术较难、下游应用广泛、市场价值较高。其产量和质量直接制约整个半导体产业,主要用于半导体、光伏两大领域。
在硅片领域,半导体硅片的价格,同步芯片制造节点升级,从130/90nm、到40/28nm、再到7/5nm,半导体硅片高阶产品可能高于初阶产品8~10倍价格;大硅片的质量要求和技术难度相当高,是芯片制造不可或缺的半导体材料。

根据我国半导体材料细分产品竞争力及目前国产化进度,目前中国半导体材料产业分为三大梯队。
第一梯队是部分产品技术标准达到全球一流水平,本土产线已实现中大批量供货。包括:CMP抛光材料、湿电子化学品、靶材、封装基板及引线框等部分封装材料。
第二梯队是个别产品技术标准达到全球一流水平,本土产线已小批量供货。主要包括:大硅片(待腾飞)、电子气体、化合物半导体、掩膜版等。
第三梯队:光刻胶。技术和全球一流水平仍存在一定差距,目前基本未实现批量供货。
大硅片是市场规模最大的一种半导体材料,全球半导体材料市场规模约320多亿美元,其中,大硅片市场规模约120美元,是制造材料中唯一成本占比最高(超过1/3)的核心材料。
其次是电子气体、掩膜版,分别在半导体材料中占比12.9%和12.2%,抛光材料、光刻胶和靶材的市场规模相对较小,分别在半导体材料中占比仅为6.6%、5.2%、2.4%。

半导体硅片纯度要求标准为11个9以上(99.999999999%),光伏相对要求较低,纯度标准为4至6个9(99.9999%);半导体大硅片表面的平整度、光滑度以及洁净度要控制在1nm以内,因此需要通过研磨、倒角、抛光、清洗等精密且严谨的工艺才能制作完成。
不同制造工艺下的硅片应用于不同领域。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。
目前全球半导体硅片市场最主流的产品规格为300mm硅片和200mm硅片,300mm硅片占比持续上升。2018年,300mm硅片和200mm硅片市场份额分别为63.83%和26.14%,两种尺寸硅片合计占比接近90.00%。
2019年底,瓦森纳协议在修订过程中第一次增加了对大硅片的技术管控内容,即对300mm直径的硅晶圆,要达到在任意26mm*8mm面积内的局部平整度差小于等于20nm,以及边缘去除方面小于等于2mm的切割、研磨、抛光技术。根据技术标准,这次大硅片技术管控是针对14nm硅片的生产制造技术。
按照半导体大硅片需求框架,产业链分为上游硅片制造厂商、中游晶圆加工厂商和下游的应用厂商。
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,行业呈现寡头垄断。
全球硅片行业前五大厂商:日本信越半导体(份额28%)、日本SUMCO(24%)、中国台湾环球晶圆(16%)、德国Silitronic(14%)、韩国LG(10%),市场占有率达到93%。其中,仅家日本企业所占的全球市场份额就超过50%。日本的信越化学与SUMCO集团当属半导体硅片领域两大龙头,其下游客户基本实现对英特尔、台积电、三星、索尼等知名厂商全覆盖。
国内硅片厂商大硅片技术布局起步较晚,目前大陆自主生产以4、6英寸硅片为主,主要应用场景仍然以光伏和低端分立器件制造为主,而8英寸和12英寸的大尺寸半导体硅片仍然高度依赖进口。
目前国内12英寸硅片供应商主要包括上海新昇,重庆超硅、中环股份等,8英寸硅片供应商主要包括重庆超硅、中环股份、金瑞泓、北京有研等。中环股份和硅产业集团为国内硅片制造商的领头羊,近年来技术和验证持续突破,市场占比合计约3%。
根据立鼎产业研究网数据,国内硅片制造商主要分三个类别。第一类是以上海硅产业集团、北京有研半导体材料、浙江金瑞泓科技、超硅半导体为代表的本土制造商,第二类是以京东方(电子行业)和天津中环股份(光伏行业)为代表的其它行业切入的硅片制造商,第三类是以江苏中辰(中国台湾环球投资)、上海合晶(中国台湾合晶投资)、宁夏银和(日本FerroTec投资)的国外或者中国台湾投资的制造商。

根据芯思想《中国晶圆制造线白皮书》数据,截至2019年底,我国12寸晶圆制造厂装机月产能约90万片,同比增长50%;8英寸晶圆制造厂装机月产能约100万片,同比增长10%。在现有产线扩产和在建产线的需求预期的驱动下,未来两年,国内市场需求将出现成倍增长,中国半导体协会预测到2020年,国内对12英寸大硅片需求将增加到105万片/月,对8英寸硅片需求将增加到96.5万片/月。
国内大硅片产线分布较为集中,投资总额超过1300亿元,8英寸硅片产线规划产能合计376万片/月,12英寸合计676万片/月;其中过半产能集中在江浙沪地区(8英寸为208万片/月,12英寸为324万片/月),而投资额及产能最高的为广西启世半导体公司,投资200亿,规划建设产能高达120万片/月的12英寸硅片产线。
硅片产业链中游晶圆加工厂商主要包括:晶圆代工厂(台积电、中芯国际、台湾联华电子、华虹宏力等);IDM厂商(德州仪器、英特尔、三星、海力士、东芝等)。产品主要包括:微处理器、存储芯片、模拟芯片、传感器、分立器件、硅光子等。
半导体硅片下游应用广泛,主要应用于芯片制造,终端应用领域涵盖智能手机、便携式设备、物联网、汽车电子、人工智能、工业电子、军事、航空航天等众多行业。

国内大尺寸硅片建设多启动于2017年左右,考虑到建厂到硅片生产,要有1-2年甚至更长时间。而硅片生产出来后,还要进行漫长和严苛的验证,至少需要两年左右,之后才能开始批量供应,因此预计国内大尺寸硅片放量多发生于2021-2022年。总体而言,我国硅片的发展不仅需要资金的投入和技术的研发,更加需要整个产业链形成合力,共同积极推进我国硅片乃至半导体产业的崛起。


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