硅晶圓是重要的半導(dǎo)體材料，規(guī)模超百億美元
硅晶圓是需求量最大的半導(dǎo)體材料
半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能（導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間）、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料，是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體材料的研究始于19世紀(jì)，至今已發(fā)展至第四代半導(dǎo)體材料，各個(gè)代際半導(dǎo)體材料之間互相補(bǔ)充。
| 第一代半導(dǎo)體：以硅（Si）、鍺（Ge）等為代表，是由單一元素構(gòu)成的元素半導(dǎo)體材料。硅半導(dǎo)體材料及其集成電路的發(fā)展導(dǎo)致了微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的飛躍。
l 第二代半導(dǎo)體：以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等為代表，也包括三元化合物半導(dǎo)體，如GaAsAl、GaAsP，還包括一些固溶體半導(dǎo)體、非靜態(tài)半導(dǎo)體等。隨著以光通信為基礎(chǔ)的信息高速公路的崛起和社會(huì)信息化的發(fā)展，第二代半導(dǎo)體材料顯示出其優(yōu)越性，砷化鎵和磷化銦半導(dǎo)體激光器成為光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，同時(shí)砷化鎵高速器件也開拓了光纖及移動(dòng)通信的新產(chǎn)業(yè)。
l 第三代半導(dǎo)體：以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料。具備高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速率及抗強(qiáng)輻射能力等優(yōu)異性能，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率電子器件，在半導(dǎo)體照明、新一代移動(dòng)通信、能源互聯(lián)網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
| 第四代半導(dǎo)體：以氧化鎵（Ga2O3）、金剛石（C）、氮化鋁（AlN）為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度超過4eV；以及以銻化物（GaSb、InSb）為代表的超窄禁帶半導(dǎo)體材料。超寬禁帶材料憑借其比第三代半導(dǎo)體材料更寬的禁帶，在高頻功率器件領(lǐng)域有更突出的特性優(yōu)勢(shì)；超窄禁帶材料由于易激發(fā)、遷移率高，主要用于探測(cè)器、激光器等器件的應(yīng)用中。
硅材料制造全球絕大部分的半導(dǎo)體產(chǎn)品，也是占比最大的半導(dǎo)體制造材料。在1950年代初期，鍺是主要的半導(dǎo)體材料。但鍺半導(dǎo)體器件的耐高溫和抗輻射性能較差，到1960年代逐漸被硅材料取代。
由于硅器件的漏電流要低得多，且二氧化硅是一種高質(zhì)量的絕緣體，很容易作為硅器件的一部分進(jìn)行整合，至今半導(dǎo)體器件和集成電路仍然主要用硅材料制成，硅產(chǎn)品構(gòu)成了全球絕大部分半導(dǎo)體產(chǎn)品。根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，在硅晶圓制造過程中，半導(dǎo)體硅片（硅晶圓）也是占比最大的原材料，2018年約38%。
半導(dǎo)體硅片根據(jù)不同參數(shù)的分類
半導(dǎo)體硅晶圓（Semiconductor Silicon Wafer）是制造硅半導(dǎo)體產(chǎn)品的基礎(chǔ)，可根據(jù)不同參數(shù)進(jìn)行分類。
根據(jù)尺寸（直徑）不同，半導(dǎo)體硅片可分為2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、5英寸（125mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）、12英寸（300mm），在摩爾定律影響下，半導(dǎo)體硅片正在不斷向大尺寸的方向發(fā)展，目前8英寸和12英寸是主流產(chǎn)品，合計(jì)出貨面積占比超過90%。
根據(jù)摻雜程度不同，半導(dǎo)體硅片可分為輕摻和重?fù)?。重?fù)焦杵膿诫s元素?fù)饺肓看?，電阻率?一般用于功率器件等產(chǎn)品；輕摻硅片摻雜濃度低，一般用于集成電路領(lǐng)域，技術(shù)難度和產(chǎn)品質(zhì)量要求更高。由于集成電路在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)中占比超過80%，全球?qū)p摻硅片需求更大。
根據(jù)工藝，半導(dǎo)體硅片可分為研磨片、拋光片及基于拋光片制造的特殊硅片外延片、SOI等。研磨片可用于制造分立器件；輕摻拋光片可用于制造大規(guī)模集成電路或作為外延片的襯底材料，重?fù)綊伖馄话阌米魍庋悠囊r底材料。相比研磨片，拋光片具有更優(yōu)的表面平整度和潔凈度。
在拋光片的基礎(chǔ)上，可以制造出退火片、外延片、SOI硅片和結(jié)隔離硅片等。退火片在氫氣或氬氣環(huán)境下對(duì)拋光片進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，以去除晶圓表面附近的氧氣，可以提高表面晶體的完整性。外延片是在拋光片表面形成一層氣相生長(zhǎng)的單晶硅，可滿足需要晶體完整性或不同電阻率的多層結(jié)構(gòu)的需求。SOI硅片（Silicon-On-Insulator）是在兩個(gè)拋光片之間插入高電絕緣氧化膜層，可以實(shí)現(xiàn)器件的高集成度、低功耗、高速和高可靠性，在活性層表面也可以形成砷或砷的擴(kuò)散層。結(jié)隔離硅片是根據(jù)客戶的設(shè)計(jì)，利用曝光、離子注入和熱擴(kuò)散技術(shù)在晶圓表面預(yù)形成IC嵌入層，然后再在上面生長(zhǎng)一層外延層。
根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，半導(dǎo)體硅片可分為正片、假（陪）片。正片（Prime Wafer）用于半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造，假片（Dummy Wafer）用來暖機(jī)、填充空缺、測(cè)試生產(chǎn)設(shè)備的工藝狀態(tài)或某一工藝的質(zhì)量狀況。假片一般由晶棒兩側(cè)品質(zhì)較差部分切割而來，由于用量巨大，在符合條件的情況下部分產(chǎn)品會(huì)回收再利用，回收重復(fù)利用的硅片稱為可再生硅片（Reclaimed Wafer）。據(jù)觀研網(wǎng)數(shù)據(jù)，65nm制程的晶圓代工廠每10片正片需要加6片假片，28nm及以下制程每10片正片則需要加15-20片假片。
半導(dǎo)體硅片行業(yè)具有周期性，2021年市場(chǎng)規(guī)模126億美元
半導(dǎo)體硅片的市場(chǎng)規(guī)模隨著全球半導(dǎo)體行業(yè)景氣度波動(dòng)，單位面積價(jià)格在2016年觸底后回升。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，全球半導(dǎo)體硅片銷售額由2005年的79億美元增長(zhǎng)到2021年的126億美元，其中出貨面積由66.45億平方英寸增加到141.65億英寸，單位面積價(jià)格先降后升，由2005年的1.19美元/英寸降至2016年的0.67美元/英寸，之后回升至2021年的0.89美元/英寸。作為半導(dǎo)體產(chǎn)品最重要的主要原材料，全球半導(dǎo)體硅片的市場(chǎng)規(guī)模的波動(dòng)方向基本與全球半導(dǎo)體銷售額一致，且波動(dòng)幅度更大，具有明顯的周期性。
半導(dǎo)體硅片制造工序繁多，行業(yè)壁壘較高
半導(dǎo)體硅片制造流程復(fù)雜，拉單晶是關(guān)鍵環(huán)節(jié)
半導(dǎo)體硅片的上游是半導(dǎo)體級(jí)多晶硅材料，下游是半導(dǎo)體產(chǎn)品。硅元素在自然界中以二氧化硅為主要存在形式，通過化學(xué)還原生成多晶硅材料，之后再進(jìn)行提純。光伏用多晶硅材料純度要求為6~9個(gè)“9”之間（99.9999%-99.9999999%），半導(dǎo)體用純度要求11個(gè)“9”以上（99.999999999%)。制作完成的半導(dǎo)體硅片被晶圓廠用作襯底制造出各類半導(dǎo)體產(chǎn)品，并最終應(yīng)用于手機(jī)、電腦等終端產(chǎn)品中。
半導(dǎo)體硅片制造流程復(fù)雜，主要包括拉單晶和硅片的切磨拋外延等工藝。半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)流程復(fù)雜，涉及工序較多。研磨片工序包括拉單晶、截?cái)?、滾圓、切片、倒角、研磨等，拋光片是在研磨片的基礎(chǔ)上經(jīng)邊緣拋光、表面拋光等工序制造而來；拋光片經(jīng)外延工藝制造出硅外延片，經(jīng)退火熱處理制造出硅退火片，經(jīng)特殊工藝制造出絕緣體上硅SOI。硅片制造過程中需要經(jīng)過多次清洗，在銷售給客戶之前還需要經(jīng)過檢驗(yàn)和包裝。
步驟一：拉單晶。電子級(jí)高純度多晶硅通過單晶生長(zhǎng)工藝可拉制成單晶硅棒，常用方法有直拉法（Czochralsk，CZ法）和區(qū)熔法（Float-Zone，F(xiàn)Z法）兩種。FZ法純度高，氧含量低，電阻率較高，能耐高壓，但工藝難度大，大尺寸硅片制備困難且成本高，因此主要以8英寸及以下尺寸為主，主要用于中高端功率器件。CZ法氧含量高，更容易生產(chǎn)出大尺寸單晶硅棒，工藝也已成熟，成本較低，因此目前半導(dǎo)體行業(yè)主要采用CZ法拉制單晶硅棒。拉單晶技術(shù)直接決定了位錯(cuò)、COP（crystal originated pit,晶體原生凹坑）、旋渦等晶體原生缺陷的密度及電阻率、電阻率梯度、氧、碳含量等晶體技術(shù)指標(biāo)的好壞，是半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)工序中最為核心的技術(shù)。
直拉法加工工藝：
l 裝料：將多晶硅和摻雜劑放入單晶爐內(nèi)的石英坩堝內(nèi)，摻雜劑的種類依所需生長(zhǎng)的電阻率而定，主要有生長(zhǎng)P型的硼和生長(zhǎng)N型的磷、砷、銻等。
l 熔化：裝料結(jié)束后，加熱至硅熔化溫度（1420℃）以上，將多晶硅和摻雜劑熔化，揮發(fā)一定時(shí)間后，將籽晶下降與液面接近，使籽晶預(yù)熱幾分鐘，俗稱“烤晶”，以除去表面揮發(fā)性雜質(zhì)同時(shí)可減少熱沖擊。
l 引晶：當(dāng)溫度穩(wěn)定后，將籽晶與熔體接觸，然后具有一定轉(zhuǎn)速的籽晶按一定速度向上提升，隨著籽晶上升硅在籽晶頭部結(jié)晶，稱為“引晶”或“下種”。
l 縮頸：在引晶后略微降低溫度，提高拉速，拉一段直徑比籽晶細(xì)的部分。其目的是排除接觸不良引起的多晶和盡量消除籽晶內(nèi)原有位錯(cuò)的延伸。頸一般要長(zhǎng)于20mm。
l 放肩：縮頸工藝完成后，通過逐漸降低提升速度及溫度調(diào)整，使晶體直徑逐漸變大到所需的直徑為止。在放肩時(shí)可判別晶體是否是單晶，否則要將其熔掉重新引晶。
l 等徑生長(zhǎng)：當(dāng)晶體直徑到達(dá)所需尺寸后，提高拉速，使晶體直徑不再增大，稱為收肩。收肩后保持晶體直徑不變，就是等徑生長(zhǎng)。此時(shí)要嚴(yán)格控制溫度和拉速不變。單晶硅片取自于等徑部分。
| 收尾：在長(zhǎng)完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么效應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)位錯(cuò)與滑移線。于是為了避免此問題的發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與液面分開。這一過程稱之為收尾階段。長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出，即完成一次生長(zhǎng)周期
區(qū)熔法加工工藝：
l 在真空或稀有氣體環(huán)境下的爐室中，利用電場(chǎng)給多晶硅棒加熱，直到被加熱區(qū)域的多晶硅融化，形成熔融區(qū)。
l 用籽晶接觸熔融區(qū)，并融化。
使多晶硅上的熔融區(qū)不斷上移，同時(shí)籽晶緩慢旋轉(zhuǎn)并向下拉伸，逐漸形成單晶硅棒。
步驟二：切片。單晶硅棒磨成相同直徑，然后根據(jù)客戶要求的電阻率，用內(nèi)徑鋸或線鋸將晶棒切成約1mm厚的薄片，形成晶圓。根據(jù)目前的工藝、技術(shù)水平，為了降低硅材料的損耗、提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量，一般采用線切割方法進(jìn)行切片。
步驟三：倒角。硅片倒角加工的目的是消除硅片邊緣表面經(jīng)切割加工所產(chǎn)生的棱角、裂縫、毛刺、崩邊或其他的缺陷以及各種邊緣表面污染，從而降低硅片邊緣表面的粗糙度，增加硅片邊緣表面的機(jī)械強(qiáng)度、減少顆粒的表面沾污。
步驟四：研磨。在研磨機(jī)上用磨料將切片拋光到所需的厚度，同時(shí)提高表面平整度。研磨的目的是為了去除在切片工序中，硅片表面因切割產(chǎn)生的深度約20~25um的表面機(jī)械應(yīng)力損傷層和表面的各種金屬離子等雜質(zhì)污染，并使硅片具有一定的平坦表面。
步驟五：蝕刻和拋光。通過化學(xué)蝕刻去除前面步驟對(duì)晶圓表面造成的機(jī)械損傷，然后采用硅溶膠機(jī)械化學(xué)拋光法使晶圓表面更加平整和光潔。
步驟六：清潔和檢查。清潔后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，合格后銷售給客戶。也可進(jìn)一步用來制作SOI、外延片等特殊硅片。
?半導(dǎo)體硅片行業(yè)壁壘較高，先發(fā)優(yōu)勢(shì)和規(guī)模效應(yīng)突出
技術(shù)壁壘：半導(dǎo)體硅片技術(shù)參數(shù)要求高，各工藝環(huán)節(jié)需要長(zhǎng)期積累。半導(dǎo)體硅片核心工藝包括單晶工藝、切片工藝、研磨工藝、拋光工藝、外延工藝等，技術(shù)專業(yè)化程度較高，其中單晶工藝是最為核心的技術(shù)，其決定了硅片尺寸、電阻率、純度、氧含量、位錯(cuò)、晶體缺陷等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，在單晶生長(zhǎng)過程中，需要注意溫度控制和提拉速率等。晶圓研磨、拋光工藝決定硅片的厚度、表面平整度、表面潔凈度、表面顆粒度、翹曲度等指標(biāo)。外延工藝的重點(diǎn)是保證外延層厚度的均勻性和外延層電阻率的片內(nèi)均勻性。隨著工藝制程不斷向前推進(jìn)，對(duì)硅片性能指標(biāo)要求也越來越高，比如前沿的12英寸硅片需要達(dá)到的部分參數(shù)如下：
l 晶體缺陷：硅原子對(duì)稱排列，5億個(gè)硅原子中只有1個(gè)缺陷；
l 表面平整度：硅片表面的高度落差小于10nm；
l 表面潔凈度：硅片表面微顆粒尺寸在10nm以內(nèi)；
| 無雜質(zhì)污染：要求表面雜質(zhì)含量小于百億分之一。
客戶認(rèn)證壁壘：芯片制造企業(yè)對(duì)于引入新供應(yīng)商態(tài)度謹(jǐn)慎且認(rèn)證周期長(zhǎng)。半導(dǎo)體硅片是芯片制造企業(yè)生產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品的重要原材料，芯片制造企業(yè)對(duì)于引入新供應(yīng)商態(tài)度謹(jǐn)慎，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，需要經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的認(rèn)證周期。通常，芯片制造企業(yè)會(huì)要求硅片供應(yīng)商先提供一些硅片供其試生產(chǎn)，待通過內(nèi)部認(rèn)證后，芯片制造企業(yè)會(huì)將產(chǎn)品送至下游客戶處，獲得其客戶認(rèn)可后，才會(huì)對(duì)硅片供應(yīng)商進(jìn)行認(rèn)證，最終正式簽訂采購合同。
資金壁壘和規(guī)模壁壘：半導(dǎo)體硅片行業(yè)是一個(gè)資金密集型行業(yè)，且需要達(dá)到一定銷售規(guī)模才能盈利。半導(dǎo)體硅片要形成規(guī)?；a(chǎn)，所需投資金額較大，如一臺(tái)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備價(jià)值達(dá)數(shù)千萬元，大尺寸硅片生產(chǎn)線的投資金額以十億元計(jì)。同時(shí)，由于前期固定資產(chǎn)投資額大，半導(dǎo)體硅片企業(yè)需要形成一定的規(guī)模銷售后才能盈利，前期經(jīng)營(yíng)壓力較大，毛利率可能為負(fù)。
人才壁壘：半導(dǎo)體硅片企業(yè)需要復(fù)合型人才。半導(dǎo)體硅片的研發(fā)和生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，涉及固體物理、量子力學(xué)、熱力學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域交叉，因此需要具備綜合專業(yè)知識(shí)和豐富生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的復(fù)合型人才。
12英寸供不應(yīng)求，國(guó)際環(huán)境加速國(guó)產(chǎn)替代
半導(dǎo)體硅片發(fā)展歷史：起始于美國(guó)，日本后來居上
半導(dǎo)體硅片起始于美國(guó)，MEMC曾引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展并創(chuàng)下多個(gè)全球第一。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)源于美國(guó)，半導(dǎo)體硅片亦如此。1956年，美國(guó)孟山都化學(xué)公司成立孟山都電子材料公司（MEMC Electronic Materials，MEMC）,負(fù)責(zé)生產(chǎn)制造晶體管和整流器的硅片。
在之后的幾十年里，MEMC為行業(yè)技術(shù)發(fā)展、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等都做出了極大貢獻(xiàn)，突破的技術(shù)包括化學(xué)機(jī)械研磨CMP、外延層的生長(zhǎng)、零錯(cuò)位晶體、氧控制等；同時(shí)公司也是全球第一家量產(chǎn)4英寸、8英寸的硅片廠商。作為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，MEMC在20世紀(jì)60年代獲得80%的市場(chǎng)份額。但后期由于連續(xù)虧損，孟山都在1989年將MEMC賣給了德國(guó)化工企業(yè)，并于2016年被中國(guó)臺(tái)灣的環(huán)球晶圓收購。
隨著本土半導(dǎo)體的崛起，日本硅片廠商后來居上，韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)也在全球占有一席之地。20世紀(jì)50年代末，日本公司通過技術(shù)引進(jìn)，開始布局硅晶圓產(chǎn)業(yè)。在超大規(guī)模集成電路研究計(jì)劃（VLSI，1976-1980）的推動(dòng)下，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，其中存儲(chǔ)器在20世紀(jì)80年代超過美國(guó)，硅片廠商也在此期間獲得黃金發(fā)展期，最終經(jīng)過整合并購形成信越化學(xué)和SUMCO兩家國(guó)際半導(dǎo)體硅片巨頭，2001年信越化學(xué)在全球率先量產(chǎn)12英寸半導(dǎo)體硅片。日本半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)從20世紀(jì)90年代超過美國(guó)后，至今仍在全球占據(jù)主導(dǎo)地位。20世紀(jì)90年代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從日本向韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣轉(zhuǎn)移，韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣硅片企業(yè)得以成長(zhǎng)，并在全球占有一席之地。
競(jìng)爭(zhēng)格局：本土供應(yīng)需求強(qiáng)烈，市場(chǎng)集中度有望下降
半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展伴隨著整合收購，競(jìng)爭(zhēng)格局由分散走向集中。半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期由美國(guó)MEMC主導(dǎo)，之后眾多企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)，1998年市場(chǎng)格局極度分散，全球主要市場(chǎng)參與者超過25家。但隨著硅片尺寸越來越大，所需投資額大幅提高，規(guī)模效應(yīng)是企業(yè)盈利的關(guān)鍵，在眾多硅片廠商出現(xiàn)連續(xù)虧損的情況下收購兼并不斷發(fā)生。通過不斷的整合收購，全球半導(dǎo)體硅片行業(yè)由分散走向集中，2019年全球前五大硅片廠商合計(jì)市占率超過90%。
國(guó)際環(huán)境加速國(guó)產(chǎn)替代，全球市場(chǎng)集中度有望下降。在國(guó)際關(guān)系緊張的情況下，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈安全成為各國(guó)政府和企業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)，半導(dǎo)體硅片作為核心原材料，本土供應(yīng)需求強(qiáng)烈，2022年中國(guó)臺(tái)灣環(huán)球晶圓收購德國(guó)世創(chuàng)電子因未獲德國(guó)審核通過而宣告失敗。在以中國(guó)大陸半導(dǎo)體硅片廠商為代表的供給影響下，半導(dǎo)體硅片行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局有望發(fā)生改變，全球市場(chǎng)集中度有望下降。根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2020年全球前三大半導(dǎo)體硅片廠商合計(jì)市占率由2019年的68.2%下降至63.8%；前五大廠商合計(jì)市占率由92.6%下降至86.6%。
8英寸和12英寸硅片需求增加，小尺寸硅片需求穩(wěn)定
半導(dǎo)體含量提升推動(dòng)硅片出貨面積增加，2021年全球硅片出貨面積創(chuàng)歷史新高。歷史上半導(dǎo)體行業(yè)的年均增速高于電子系統(tǒng)整體市場(chǎng)，主要驅(qū)動(dòng)力是電子系統(tǒng)中使用的半導(dǎo)體的含量不斷增加。比如隨著全球手機(jī)、汽車和個(gè)人電腦出貨量增長(zhǎng)趨于成熟和放緩，電子系統(tǒng)市場(chǎng)2011-2021年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率為3.5%，而半導(dǎo)體行業(yè)2011-2021年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率為6.5%。根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，2021年電子系統(tǒng)中的半導(dǎo)體含量提高到了33.2%，創(chuàng)歷史新高，同時(shí)預(yù)期終值將超過40%。在半導(dǎo)體含量推動(dòng)作用下，硅片出貨面積曾上升趨勢(shì)，根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2021年全球硅片出貨面積141.65億平方英寸，創(chuàng)歷史新高。
半導(dǎo)體硅片新增需求集中在8英寸和12英寸，6英寸及以下尺寸硅片需求穩(wěn)定。根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)，6英寸及以下尺寸的半導(dǎo)體硅片需求量在2000年到2015年之間呈下降趨勢(shì)，2015年后基本保持穩(wěn)定；12英寸硅片從2001年商業(yè)化生產(chǎn)后，需求量持續(xù)攀升；8英寸硅片需求量波動(dòng)相對(duì)較少。Omdia預(yù)計(jì)2021至2025年，8英寸和12英寸半導(dǎo)體硅片需求量將增加，6英寸及以下尺寸硅片需求保持平穩(wěn)。從出貨片數(shù)來看，2021年12英寸占比47.7%，8英寸占比34.3%，小尺寸占比18.0%；從出貨面積來看，2021年12英寸占比70.9%，8英寸占比22.6%，小尺寸占比6.5%。
基于成本考慮，分立器件繼續(xù)沿用小尺寸，集成電路向大尺寸遷移。分立器件由于價(jià)格偏低，生產(chǎn)廠商對(duì)于投資大尺寸產(chǎn)線動(dòng)力不足，目前仍以6英寸及以下硅片為主。集成電路使用大尺寸硅片帶來的經(jīng)濟(jì)效益明顯，比如12英寸硅片的面積是8英寸的2.25倍，可使用率是8英寸的2.5倍左右，單片可產(chǎn)出的芯片數(shù)量增加，單個(gè)芯片的成本隨之降低。若硅片尺寸增大帶來的成本節(jié)約可以彌補(bǔ)投資大尺寸晶圓制造產(chǎn)線的成本，廠商便有向大尺寸遷移的動(dòng)力。目前商用的最大半導(dǎo)體硅片尺寸是12英寸，18英寸（450mm）硅片由于工藝和技術(shù)難度較大，目前還沒有看到量產(chǎn)的可能。
12英寸半導(dǎo)體硅片需求旺盛，供求緊張態(tài)勢(shì)有望持續(xù)至2026年
遠(yuǎn)程辦公、汽車半導(dǎo)體、元宇宙等新需求推動(dòng)12英寸半導(dǎo)體硅片需求增加。根據(jù)SUMCO 2022年2月的預(yù)測(cè)，12英寸半導(dǎo)體硅片的需求量將在遠(yuǎn)程辦公、線上會(huì)議、自動(dòng)駕駛、元宇宙等新需求的推動(dòng)下增加，其中全球數(shù)據(jù)量將從每年13ZB增加到160ZB，數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)需求旺盛。SUMCO預(yù)計(jì)2021-2025年高性能計(jì)算和DRAM對(duì)12英寸半導(dǎo)體硅片需求量的CAGR分別為14.7%和10%。
下游晶圓廠積極投資擴(kuò)產(chǎn)，增加對(duì)12英寸半導(dǎo)體硅片的需求。為了滿足下游終端需求，晶圓廠正在加大資本開支擴(kuò)充產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2022年投資總額約1500億美元，其中第三方代工廠在先進(jìn)制程方面尤為積極，2020-2025年的CAGR為8.1%，IDM的CAGR為4.6%。在高額資本開支下，預(yù)計(jì)全球12英寸拋光片需求量將從2020年375.1萬片/月增加到2025年的555.4萬片/月，外延片將從229.2萬片/月增加到268.2萬片/月；晶圓代工廠所需12英寸硅片量將從2020年的159.3萬片/月提高到2025年的274.8萬片/月。
擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)度落后于需求增加，12英寸半導(dǎo)體硅片供不應(yīng)求。根據(jù)SUMCO 2月的最新預(yù)測(cè)，2021-2026年12英寸硅片需求量的CAGR為8.4%。由于12英寸半導(dǎo)體硅片新建廠房的大規(guī)模投產(chǎn)需要等到2024年，擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)度落后于需求增加，2022、2023年12英寸硅片供應(yīng)缺口將比2021年更大，預(yù)計(jì)從2022年至2026年全球12英寸硅片廠商的產(chǎn)能利用率均將保持在100%以上。另外，8英寸及以下硅片供不應(yīng)求的狀態(tài)也將在2022年持續(xù)?；诖?，各大半導(dǎo)體硅片廠商進(jìn)入2022年后，在2021年漲價(jià)的基礎(chǔ)上再次漲價(jià)。
SUMCO大額擴(kuò)產(chǎn)滿足長(zhǎng)約需求，環(huán)球晶圓收購失敗后亦宣布擴(kuò)產(chǎn)。SUMCO已與客戶簽訂從2022到2026年的5年長(zhǎng)約，為了滿足客戶需求，SUMCO計(jì)劃投資2287億日元（約125億人民幣）在Imari和Omura新建廠房擴(kuò)產(chǎn)，這是自2008年以來首度投資建設(shè)新的工廠。兩個(gè)新廠房將于2022年動(dòng)工，2023年下半年開始投產(chǎn)，并分別于2Q25、2023年底滿產(chǎn)，這些新增產(chǎn)能已包含在長(zhǎng)約中。環(huán)球晶圓收購世創(chuàng)電子失敗后，也于2022年2月宣布了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，將于2022年至2024年投入1000億新臺(tái)幣（約228億人民幣），用于擴(kuò)充現(xiàn)有廠區(qū)以及興建新廠，新產(chǎn)線預(yù)計(jì)2023年下半年開始投產(chǎn)。
?本土半導(dǎo)體硅片供需兩旺，國(guó)內(nèi)大廠加速崛起
國(guó)內(nèi)積極投入晶圓廠建設(shè)，為本土半導(dǎo)體硅片廠商創(chuàng)造機(jī)遇
中國(guó)是全球新建晶圓廠數(shù)量最多的國(guó)家，增加對(duì)8英寸和12英寸硅片的需求。根據(jù)SEMI的預(yù)計(jì)，2020年至2024年間將有眾多晶圓廠上線，包括25座8英寸晶圓廠和60座12英寸晶圓廠，其中中國(guó)是新增數(shù)量最多的國(guó)家，中國(guó)大陸新增14座8英寸和15座12英寸，中國(guó)臺(tái)灣新增2座8英寸和15座12英寸，在新建8英寸晶圓廠方面，中國(guó)大陸的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國(guó)家/地區(qū)。2021、2022年中國(guó)大陸新建數(shù)量分別為5座和3座，新增晶圓廠的投產(chǎn)將帶動(dòng)對(duì)半導(dǎo)體硅片的需求。
?為了抓住產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體硅片廠商積極擴(kuò)產(chǎn)
政策資金推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體硅片企業(yè)紛紛投資擴(kuò)產(chǎn)。發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已成為國(guó)家戰(zhàn)略，國(guó)家和地方政府加大支持政策力度。同時(shí)，在國(guó)產(chǎn)化大趨勢(shì)下，大量資金涌入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。在兩者推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展期，半導(dǎo)體硅片作為關(guān)鍵原材料，各廠商相繼宣布投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。
半導(dǎo)體硅片廠建設(shè)主體多，區(qū)域分散。由于國(guó)內(nèi)大尺寸半導(dǎo)體硅片企業(yè)處于發(fā)展早期，尚未形成壟斷格局。各企業(yè)和各地政府為了抓住發(fā)展機(jī)遇，積極建設(shè)硅片廠，呈現(xiàn)出建設(shè)主體多且區(qū)域分散的格局。從日本半導(dǎo)體硅片行業(yè)的發(fā)展史來看，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期，多項(xiàng)目齊頭并進(jìn)；隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟，基于規(guī)模效應(yīng)和盈利能力考慮，并購整合是最優(yōu)選擇。
?國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)正迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇期
與海外半導(dǎo)體硅片企業(yè)相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)入半導(dǎo)體硅片行業(yè)時(shí)間較晚，規(guī)?；慨a(chǎn)時(shí)間落后十年以上。其中8英寸半導(dǎo)體硅片海外量產(chǎn)時(shí)間為1984年，我國(guó)立昂微量產(chǎn)時(shí)間為2009年；12英寸半導(dǎo)體硅片海外量產(chǎn)時(shí)間為2001年，我國(guó)上海新昇量產(chǎn)時(shí)間為2018年。由于起步晚，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體硅片企業(yè)面臨較高的行業(yè)進(jìn)入壁壘，包括資金壁壘、人才壁壘、技術(shù)壁壘、認(rèn)證壁壘以及規(guī)模壁壘等。但是在國(guó)家政策和資本支持下，資金壁壘已基本解決；同時(shí)，良好的創(chuàng)業(yè)環(huán)境和待遇也吸引了優(yōu)秀的海外人才回流及本土人才加入，半導(dǎo)體硅片領(lǐng)域的人才梯隊(duì)正在建立。
本土客戶加速驗(yàn)證，部分企業(yè)已跨過認(rèn)證壁壘。新進(jìn)半導(dǎo)體硅片廠商要成為客戶主要供應(yīng)商一般需要5年以上的認(rèn)證過程：2年左右的產(chǎn)品流片評(píng)估——1年左右的陪片和測(cè)試片穩(wěn)定供應(yīng)——低價(jià)格低數(shù)量訂單正片供應(yīng)1年——正常價(jià)格訂單的B類和C類供應(yīng)商——主要供應(yīng)商。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，在有成熟供應(yīng)商的情況下，晶圓廠導(dǎo)入新硅片供應(yīng)商的意愿較低，但在國(guó)際關(guān)系緊張的情況下，國(guó)內(nèi)晶圓制造企業(yè)對(duì)于硅片本土化需求增加，更愿意為國(guó)內(nèi)企業(yè)提供認(rèn)證機(jī)會(huì)，在此背景下，國(guó)內(nèi)部分硅片企業(yè)已成功完成認(rèn)證，進(jìn)入批量供貨階段，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，國(guó)內(nèi)企業(yè)將有更多的機(jī)會(huì)導(dǎo)入海外客戶。
量產(chǎn)初期盈利能力較弱，待規(guī)模提升后有望改善。半導(dǎo)體硅片行業(yè)前期固定資產(chǎn)投資金額較大，在規(guī)模出貨前容易虧損，規(guī)模效應(yīng)是企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)之一。國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)入時(shí)間較短，規(guī)模效應(yīng)還未形成，相比海外大廠，前期盈利能力較弱，尤其是12英寸產(chǎn)線。以滬硅產(chǎn)業(yè)為例，2020年滬硅產(chǎn)業(yè)整體毛利率為13.10%，8英寸及以下尺寸產(chǎn)品毛利率為21.76%，12英寸產(chǎn)品毛利率則為-34.82%。隨著產(chǎn)能和銷量爬坡完成后，規(guī)模效應(yīng)有助改善企業(yè)盈利能力。
核心設(shè)備逐步國(guó)產(chǎn)化，部分廠商已建立設(shè)備設(shè)計(jì)能力。建設(shè)一條硅片生產(chǎn)線需要一系列的設(shè)備，包括單晶爐、拋光和清洗設(shè)備、切磨設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備和外延設(shè)備等。雖然目前12英寸線生產(chǎn)設(shè)備仍以進(jìn)口設(shè)備為主，但已有部分國(guó)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)入生產(chǎn)線。另外，設(shè)備的設(shè)計(jì)和改造能力也是半導(dǎo)體硅片企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一，以單晶爐為例，信越和SUMCO的單晶爐是由公司獨(dú)立設(shè)計(jì)制造或通過控股子公司設(shè)計(jì)制造；其他主要硅片廠商也有自己獨(dú)立的單晶爐供貨商，并簽有嚴(yán)格的保密協(xié)議。經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)部分廠商也已建立核心設(shè)備設(shè)計(jì)能力，以上海超硅為例，公司設(shè)有設(shè)備技術(shù)中心，核心設(shè)備單晶爐由公司自主設(shè)計(jì)制造。
中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)中長(zhǎng)期景氣上行，為硅片產(chǎn)業(yè)帶來投資機(jī)遇
半導(dǎo)體硅片企業(yè)的業(yè)績(jī)和市值與行業(yè)周期強(qiáng)相關(guān)，簽訂長(zhǎng)約有助緩解業(yè)績(jī)波動(dòng)。從全球半導(dǎo)體硅片大廠SUMCO的歷史復(fù)盤來看，公司業(yè)績(jī)和市值波動(dòng)情況基本一致，2016-2018年為上行階段，2019、2020年為下行階段。環(huán)球晶圓在2016-2018年的階段與SUMCO情形類似，毛利率、凈利率大幅提升，市值也大幅上漲；而在2019、2020年的下行周期中，環(huán)球晶圓因?yàn)榕c客戶簽訂了鎖價(jià)鎖量的長(zhǎng)約，毛利率、凈利率波動(dòng)幅度較小。另外，環(huán)球晶圓在2016年還進(jìn)行了兩次收購，其中包括全球第四大半導(dǎo)體硅片廠商，因此環(huán)球晶圓2016-2018年市值上漲10倍左右，遠(yuǎn)超SUMCO；2020年底環(huán)球晶圓開始籌劃收購世創(chuàng)電子，2022年初宣告失敗。
在國(guó)產(chǎn)替代背景下，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入黃金發(fā)展期，為硅片產(chǎn)業(yè)帶來投資機(jī)遇。在國(guó)際關(guān)系緊張的情況下，中國(guó)半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)進(jìn)入天時(shí)、地利、人和的黃金發(fā)展期，從中長(zhǎng)期來看景氣度將繼續(xù)上行，晶圓廠進(jìn)入擴(kuò)產(chǎn)期。而根據(jù)2019年底修訂的《瓦森納協(xié)議》，部分高端半導(dǎo)體硅片相關(guān)技術(shù)受到出口管制，基于供應(yīng)鏈安全考慮，國(guó)內(nèi)晶圓廠對(duì)導(dǎo)入國(guó)產(chǎn)硅片的配合度增加。根據(jù)麥斯克招股書，我國(guó)8英寸硅片僅10%左右，12英寸國(guó)產(chǎn)供應(yīng)剛起步。從日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史來看，半導(dǎo)體硅片企業(yè)的成長(zhǎng)是伴隨著本土半導(dǎo)體行業(yè)的崛起而發(fā)生，并將經(jīng)歷一段收購整合期。我們認(rèn)為，芯片國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)將助力我國(guó)培育出在全球占有一席之地的半導(dǎo)體硅片企業(yè)，當(dāng)下是投資半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇期。
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