硅片概況

常見的半導體材料包括硅（Si）、鍺（Ge）等元素半導體及砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）等化合物半導體。相較于鍺，硅的熔點為 1415℃，高于鍺的熔點 937℃，較高的熔點使硅可以廣泛應用于高溫加工工藝中；硅的禁帶寬度大于鍺，更適合制作高壓器件。相較于砷化鎵，硅安全無毒、對環境無害，而砷元素為有毒物質；并且鍺、砷化鎵均沒有天然的氧化物，在晶圓制造時還需要在表面沉積多層絕緣體，這會導致下游晶圓制造的生產步驟增加從而使生產成本提高。

硅基半導體材料是目前產量最大、應用最廣的半導體材料，90%以上的半導體產品是用硅基材料制作的。硅在地殼中占比約 27%，是除了氧元素之外第二豐富的元素，硅元素以二氧化硅和硅酸鹽的形式大量存在于沙子、巖石、礦物中，儲量豐富并且易于取得。通常將 95-99%純度的硅稱為工業硅。沙子、礦石中的二氧化硅經過純化，可制成純度 98%以上的硅；高純度硅經過進一步提純變為純度達 99.9999999%至99.999999999%（9-11 個 9）的超純多晶硅；超純多晶硅在石英坩堝中熔化，并摻入硼（P）、磷（B）等元素改變其導電能力，放入籽晶確定晶向，經過單晶生長，制成具有特定電性功能的單晶硅錠。熔體的溫度、提拉速度和籽晶/石英坩堝的旋轉速度決定了單晶硅錠的尺寸和晶體質量，而熔體中的硼（P）、磷（B）等雜質元素的濃度決定了單晶硅錠的電特性。

單晶硅錠經過切片、研磨、蝕刻、拋光、外延（如有）、鍵合（如有）、清洗等工藝步驟，制造成為半導體硅片。在生產環節中，半導體硅片需要盡可能地減少晶體缺陷，保持極高的平整度與表面潔凈度，以保證集成電路或半導體器件的可靠性。

在半導體硅片上可布設晶體管及多層互聯線，使之成為具有特定功能的集成電路或半導體器件產品，下游主要包括手機與平板電腦、物聯網、汽車電子、人工智能、工業電子、軍事太空等領域。

半導體硅片分類

根據尺寸分類，半導體硅片的尺寸（以直徑計算）主要有 50mm（2 英寸）、75mm（3 英寸）、100mm（4 英寸）、150mm（6 英寸）、200mm（8 英寸）與 300mm（12英寸）等規格。

1965 年，戈登摩爾提出摩爾定律：集成電路上所集成的晶體管數量，每隔 18 個月就提升一倍，相應的集成電路性能增強一倍，成本隨之下降一半。對于芯片制造企業而言，這意味著需要不斷提升單片硅片可生產的芯片數量、降低單片硅片的制造成本以便與摩爾定律同步。

半導體硅片的直徑越大，在單片硅片上可制造的芯片數量就越多，單位芯片的成本隨之降低。在摩爾定律的影響下，半導體硅片正在不斷向大尺寸的方向發展。硅片的尺寸越大，相對而言硅片邊緣的損失會越小，有利于進一步降低芯片的成本。例如，在同樣的工藝條件下，300mm 半導體硅片的可使用面積超過 200mm 硅片的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產的芯片數量的指標）是 200mm 硅片的 2.5 倍左右。

目前，全球市場主流的產品是 300mm 和 200mm 直徑的半導體硅片。終端應用領域來看，300mm 主要應用在智能手機、計算機、云計算、人工智能、 SSD（固態存儲硬盤）等較為高端領域，目前出貨面積占比 60%以上。200mm 硅片主要應用在移動通信、汽車電子、物聯網、工業電子等領域，目前出貨面積 20%以上。

根據制造工藝分類，半導體硅片主要可以分為拋光片、外延片與以 SOI 硅片為代表的高端硅基材料。單晶硅錠經過切割、研磨和拋光處理后得到拋光片。拋光片經過外延生長形成外延片，拋光片經過氧化、鍵合或離子注入等工藝處理后形成 SOI 硅片。

硅片制作流程（略）

半導體硅片的生產流程包括拉晶—>滾磨—>線切割—>倒角—>研磨—>腐蝕—>熱處理—>邊緣拋光—>正面拋光—>清洗—>檢測—>外延等步驟。其中拉晶、研磨和拋光是保證半導體硅片質量的關鍵。

單晶生長技術的重點在于保證拉制出的硅錠保持極高純度水平（純度至少為99.999999999%）的同時，有效控制晶體缺陷的密度。當前制備單晶硅技術主要分為懸浮區熔法（FZ 法）和直拉法（CZ 法）兩種。

下游應用帶動硅片市場不斷增長

硅片終端應用逐漸多元化

目前手機、計算機等仍是半導體行業終端最大的應用市場。2018 年全球手機和基站、計算機用芯片銷售額分別為 487 億美元、280 億美元，在半導體終端市場的占比分別為 36%、21%。

據 Gartner 預計，2017-2022 年增速最快的半導體終端應用領域是工業電子和汽車電子，將成為未來幾年全球半導體行業增長最重要的驅動力。其中，工業電子年復合增長率預計可達 12%。隨著工業從規模化走向自動化、智能化，工業與信息化的深度融合、智能制造轉型升級將帶動工業電子需求的增長。汽車電子 2017-2022 年預計復合增長率為 11%。汽車電子的增長主要源于傳統車輛電子功能的擴展、自動駕駛技術的不斷成熟以及電動汽車行業的快速成長。車輛的 ABS（防抱死）系統、車載雷達、車載圖像傳感系統、電子車身穩定程序、電控懸掛、電動手剎、壓力傳感器、加速度計、陀螺儀與流量傳感器等，均需要使用半導體產品，汽車智慧化的趨勢極大地拉動了汽車電子產品的增長。隨著電動汽車的普及與車輛電壓、電池容量標準的不斷提高，電源管理器與分離式功率器件的需求量也將隨之上升。通常情況下，汽車電子芯片使用200mm 及以下拋光片與 SOI 硅片。汽車電子市場規模的擴大將拉動 200mm 及以下拋光片與 SOI 硅片的需求。

未來的爆發式增長將會出現在大數據、云計算、人工智能、新能源汽車、區塊鏈等新興終端應用。半導體硅片行業除了受宏觀經濟影響，亦受到具體終端市場的影響。例如 2010 年，全球宏觀經濟增速僅 4%，但由于 iPhone4 和 iPad 的推出，大幅拉動了半導體行業的需求，2010 年全球半導體行業收入增長達 32%。2017 年開始，大數據、云計算、人工智能、新能源汽車、區塊鏈等新興終端應用的出現，半導體行業進入了多種新型需求同時爆發的新一輪上行周期。半導體硅片可應用于多個潛在新興終端市場，如汽車電子功率器件、5G 通信設備中的射頻芯片等，有望爆發式增長。

芯片產能投放拉動硅片需求

芯片制造產能情況是判斷半導體硅片需求量最直接的指標。2017 至 2020 年，全球芯片制造產能（折合成 200mm）預計將從 1985 萬片/月增長至 2407 萬片/月，年均復合增長率 6.64%；中國芯片制造產能從 276 萬片/月增長至 460 萬片/月，年均復合增長率 18.50%。近年來，隨著中芯國際、華力微電子、長江存儲、華虹宏力等中國大陸芯片制造企業的持續擴產，中國大陸芯片制造產能增速高于全球芯片產能增速。隨著芯片制造產能的增長，對于半導體硅片的需求仍將持續增長

大硅片市場規模持續發展

全球半導體市場規模近年來增速平穩，2012-2018 年復合增速 8.23%。其中，中國大陸集成電路銷售規模從 2158 億元迅速增長到 2018 年的 6531 億元，復合增速為20.27%，遠超全球其他地區，全球半導體產業加速向大陸轉移。集成電路一般分為設計、制造和封測三個子行業，在制造和封測行業中，均需要大量的半導體新材料支持。2018 年全球半導體材料市場產值為 519.4 億美元，同比增長 10.68%。其中晶圓制造材料和封裝材料分別為 322 億美元和 197.4 億美元，同比+15.83%和+3.30%。

2018年，在市場產值為 322 億美金的半導體制造材料中，大硅片、特種氣體、光掩模、CMP材料、光刻膠、光刻膠配套、濕化學品、靶材分別占比 33%、14%、13%、7%、6%、7%、4%、3%。分地區來看，目前大陸半導體材料市場規模 83 億美元，全球占比 16%，僅次于中國臺灣和韓國，為全球第三大半導體材料區域。

隨著半導體市場不斷放量以及工藝制程不斷復雜，全球半導體硅片材料市場不斷增長，硅片材料在半導體制造材料中占比 33%，為占比最大的材料。2019 年全球硅片材料市場規模達到 112 億美元，雖然相對 2018 年略有下滑，但整體仍維持在較高水平。出貨面積來看，2019 年半導體硅片出貨面積 11810 百萬平方英寸，較 2018 年有所下滑，主要是由于存儲器市場疲軟和庫存正常化所致。

硅片價格呈現出一定的周期性。2011-2016 年受行業低迷影響，硅片價格一路下行。2016 年之后，全球半導體硅片銷售單價從 0.67 美元/英寸上升至 0.95 美元/英寸。需求側來看，隨著終端應用如 5G、AI、新能源汽車的快速發展，對芯片的大量需求使晶圓廠更有動力去大規模擴建工廠和生產線，進而拉動對上游硅片尤其是大硅片的需求。供給端方面，新增產能尚需時間落地，所以中短期供需不平衡的局面仍將持續，硅片價格有望繼續走高。

國內硅片市場規模持續增長。受益于全球半導體行業轉移，國內硅片市場規模持續增長，2018 年國內硅片市場規模超過 9 億美元。

十二英寸硅片為主流方向

目前，12 英寸硅片在下游產業中廣泛應用，產品大多使用于制造消費電子芯片。其中，NAND（包括 3D NAND 和 2D NAND）占據最大的下游應用，占比達 33%。邏輯芯片和 DRAM 芯片分別占比 25%和 22%。CIS 等其他應用占據了剩余的 20%的市場份額。其中，受益于 5G 的持續發展，2020-2023 年，智能手機對十二英寸硅片的復合需求增速有望達到 7.8%。

全球 DRAM 下游主要包括移動終端（40%）、服務器（22%）和個人電腦（19%）等業務。在5G換機潮以及數據處理等行業的快速發展下，全球DRAM需求有望持續快速增長。據 SUMCO，全球 DRAM 2019-2023 年需求復合增速有望達到 19.2%。

目前全球 DRAM 主要供應廠商包括三星（45%），海力士（29%），美光（21%）等，全球主流 DRAM 工藝目前為 2znm、1xnm 和 1ynm，未來 1znm 和 1anm 有望逐步放量。

全球 NAND 下游主要包括手機（48%）、SSD（43%）等業務。在 5G 換機潮、云數據處理以及移動電源等行業的快速發展下，全球 NAND 需求有望持續快速增長。據 SUMCO，全球 NAND 2019-2023 年需求復合增速有望達到 39.4%。

目前全球 NAND 主要供應廠商包括三星（33%），鎧俠（19%），西數（15%），美光（11%），海力士（11%）和因特爾（10%）等。目前，3D NAND 已經成為 NAND 主流工藝。

2016 年至 2018 年，受益于手機、計算機、云計算服務器用 CPU、 GPU 出貨量的增加，邏輯芯片市場規模從 914.98 億美元上升至 1,093.03 億美元，年均復合增長率9.30%。據 Gartner，2016 至 2022 年，全球芯片制造產能中，預計 20nm 及以下制程占比 12%，32/28nm 至 90nm 占比 41%，0.13μm 及以上的微米級制程占比 47%。目前，90nm及以下的制程主要使用 300mm 半導體硅片，90nm 以上的制程主要使用 200mm 或更小尺寸的硅片。

12 寸硅片需求持續擴大。在下游云計算、區塊鏈等新興市場的帶動下，12 寸硅片持續快速增長。2018 年出貨面積占比達到 63%，硅片出貨量達到 470 萬片/月。據 SUMCO，未來 3-5 年全球 12 寸硅片仍然存在缺口。

2018 年，全球 8 寸硅片出貨面積占比達到 26%，硅片出貨量達到 430 萬片/月。在汽車電子等需求的拉動下，疊加 8 寸硅片基本無新增產能，8 寸硅片有望持續景氣。

審核編輯 ：李倩