硅片：半导体行业基石的国产化机遇与挑战

硅材料是支撑半导体行业发展的战略性、基础性环节。近年来，汽车电动化智能化、人工智能计算、物联网等应用领域对芯片的需求快速增长，但全球芯片及相关材料短缺问题依然严峻；而加快提升国产硅片自给率，掌握供应链主动权，对我国半导体产业健康发展关系重大。挑战与机遇并存，国内集成电路硅片市场竞争格局如何？我国硅片厂商需要在哪些维度重点发力以把握发展契机？

众为资本长期聚焦“科技+产业”的投资策略，不断在芯片半导体产业开展产业链全生命周期的布局。随着相关制程和工艺的发展，硅片趋向大尺寸化，12英寸硅片成为当前及未来较长时间内的主流尺寸，众为成员企业奕斯伟材料正是该领域的佼佼者。我们也希望通过不断拓展产业资源，与优秀的企业一道，共同推动中国半导体产业的快速发展。

01、硅材料应用广泛，大尺寸硅片为未来趋势

硅片是半导体器件最重要的载体。得益于硅优异的物理性能（熔点高，禁带宽度大）和丰富的存储量（在地壳中占比约27%），硅基半导体材料是目前产量*、应用最广的半导体材料，90%以上的半导体产品都是用硅基材料制作的，可以说是集成电路制造领域中的基石材料。

图例：信息整理自公开行业资料

比如，晶圆制造材料中占比*的就是硅材料。据SEMI数据，2020年晶圆制造材料占半导体材料总量的63%，其中半导体硅材料为晶圆制造材料主要组成部分，占比约为35%。

图例：数据整理自SEMI

在应用如此广泛的情况下，硅材料已经非常成熟而且成本较低，预计在未来相当长的一段时间还会是众多类型器件的*衬底材料。

不过硅片作为半导体产业链上游的材料，其价格和出货量不可避免的受到下游半导体行业周期的影响。从较长周期观察，全球硅片的出货面积和市场规模整体呈现波动上升的走势。据SEMI统计，2021年全球半导体硅片出货面积达到141.6亿平方英寸，硅片市场规模达到126.2亿美元，创历史新高。

图例：数据整理自SEMI

由于下游半导体器件种类众多，半导体硅片也相应多样。最直观的从直径大小上可以主要分为6英寸（150mm）、8英寸（200mm）与12英寸（300mm）；根据用途分类，半导体硅片可分为抛光片、外延片和以SOI硅片为代表的高端硅片。

图例：信息整理自公开行业资料

在摩尔定律的影响下，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展。硅片尺寸越大，在单片硅片上制造的芯片数量就越多，而且硅片边缘的损失会越小，单位芯片的成本也越低。例如，在同样的工艺条件下，12英寸半导体硅片的可使用面积超过8英寸硅片的两倍以上，可使用率（衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标）是8英寸硅片的2.25倍左右。

目前，90nm及以下的制程主要使用300mm半导体硅片，90nm以上的制程主要使用200mm或更小尺寸的硅片；300mm仍将是半导体硅片的主流品种。

图例：信息整理自公开行业资料

从全球角度来看，2008年以前，半导体硅片中8英寸占比最高；2008年12英寸硅片首次超过8英寸硅片市场份额。得益于移动通信、计算机等终端市场持续快速发展，12英寸硅片出货面积自2000年以来市场份额逐步提高，从9,400万平方英寸扩大至2021年的95.98亿平方英寸，市场份额从1.69%大幅提升至68.47%，成为半导体硅片市场主流的产品，2022年市场份额接近70%。

全球大厂由于先发优势和强大资金及研发优势，垄断硅材料市场。现阶段12英寸大硅片被全球五大巨头垄断，14nm制程属于禁运范畴。全球半导体硅片市场呈现垄断格局，12英寸大硅片集中度更高——全球前五大半导体硅片企业信越化学、SUMCO、Siltronic、环球晶圆、SK Siltron，合计占约89%的市场份额。12英寸硅片份额更加集中，前5大厂商12英寸硅片占比高达96%。

图例：数据整理自SEMI

02、提升国产化率，迎战硅片生产壁垒

近年来，随着国内企业生产制造能力提升，8英寸及以下硅片的国产化率已经较高，12英寸硅片也已打破国内空白局面，国产化率正在以较快的速度提升。

但硅片的壁垒较高，特别是半导体硅片的研发和生产过程繁多复杂，涉及固体物理、量子力学、热力学、化学等多学科领域交叉。业内普遍认为，半导体硅片企业存在技术壁垒，认证壁垒，设备壁垒和资金壁垒四大维度挑战。

1. 技术壁垒

半导体硅片技术参数要求高。除去常见的尺寸大小、厚度，300mm硅片由于先进制程的要求，相对于200mm硅片，增加了平整度、翘曲度、弯曲度、表面金属残余量等参数。在纯度方面，先进制程的硅片要求在9N（99.9999999%）-11N (99.999999999%)。半导体硅片核心工艺包括单晶工艺、切片工艺、研磨工艺、抛光工艺、外延工艺等，技术专业化程度较高，其中单晶工艺是最为核心的技术，其决定了硅片尺寸、电阻率、纯度、氧含量、位错、晶体缺陷等关键技术指标，在单晶生长过程中，还需要注意温度控制和提拉速率等。

图例：信息整理自公开行业资料

硅片是高度定制产品。各个晶圆代工厂的硅片规格完全不同，各个终端产品的用途不同也会导致硅片的要求规格完全不同。这就要求硅片厂商要根据不同的终端客户产品来设计和制造不同的硅片，这更大增加了硅片供应难度。

2. 认证壁垒

芯片制造企业对于引入新供应商态度谨慎且认证周期长。半导体硅片是芯片制造企业生产半导体产品的重要原材料，芯片制造企业对于引入新供应商态度谨慎，为了保证产品质量的稳定性和一致性，需要经过很长时间的认证周期。

芯片制造企业通常会要求硅片供应商提供一些硅片进行试生产，并且大多数用在测试片，而不是晶圆量产片。通过测试片后，会小批量试生产量产片，待通过内部认证后，芯片制造企业会将产品送至下游客户处，获得其客户认证后，才会对硅片供应商进行最终认证，最后签订采购合同。半导体硅片企业的产品进入芯片制造企业的供应链需要经历较长的时间，对于新供应商的认证周期最短也需要12-18个月。

3. 设备壁垒

制造硅片的核心设备是单晶炉，国际主流硅片厂商的单晶炉都为自己制造。此外，一些主要硅片厂商也都有独立单晶炉供货商，签订严格的保密协定，外界硅片厂商无法购买，或者只能购买到普通单晶炉，而对于高规格单晶炉无法供货。而单晶炉的设计每家硅片厂都有自己的Know-how，依靠工艺积累优化和调整热场和磁场来达到更优的制造良率和效率，这也是国际大厂的一大竞争力。

4. 资金壁垒

半导体硅片行业是一个资金密集型行业，需要达到一定销售规模才能盈利，所需投资金额较大，如一台关键生产设备价值达数千万元。半导体12寸硅片厂的投资金额基本在几十亿元，单位投资额在每月1.5-2亿元/万片。

由于设备折旧等固定成本较高，下游需求的变化对硅片企业的产能利用率影响也较大，从而对硅片制造公司的利润影响较大。特别是新进入硅片行业的公司，在没有达到规模出货之前，几乎一直处于亏损状态。再加上晶圆厂对于硅片的认证周期较长，这期间需要硅片制造商持续投入，也需要大量资金。

03、发展快速，国产12寸硅片厂商迎机遇

现阶段，全球硅片市场规模总体持续攀升，而中国作为全球*的消费电子产品生产国、出口国和消费国，硅片制造的国产化水平将对产业安全有深远影响。硅片作为晶圆制造材料市场中占比*、最基础品种，我国在硅片领域存在技术短板且在大硅片领域表现得更为突出。在国家政策和资金的扶持下，众多企业也纷纷规划产线，对半导体大硅片进行布局。

近几年国内12寸硅片取得了快速的发展。2018年芯思想数据显示国内12寸硅片月生产量不足5万片，到2022年，根据产业调研国内12寸硅片月生产量已经超过60万片。国内公司包括沪硅产业、西安奕斯伟材料、上海超硅、TCL中环、立昂微、中欣晶圆都已经大批量出货12寸硅片。

但与国际主要半导体硅片供应商相比，中国大陆半导体硅片企业的技术和市场份额都尚需进一步提升，技术工艺水平以及良品率控制等与国际先进水平相比仍具有差距。所以，目前国内12寸硅片市场的大头还是全球龙头硅片公司。随着国内硅片公司生产工艺不断迭代走向成熟，在晶圆厂供应链国产化和降本两大诉求的驱动下，国内12寸硅片厂商有很大的机会获取更多的市场份额，迎来发展机遇。

图例：信息整理自公开行业资料

其中，众为资本投资的奕斯伟材料正是目前国内少数大规模量产12英寸大硅片的半导体材料企业，奕斯伟材料专注于半导体级12英寸硅单晶抛光片及外延片的研发与制造，在单晶品质、扭曲品质、粒子控制、污染控制等关键指标上已达到全球*水准，良率和正片率跃升至国内一流水平，产品可广泛应用于电子通讯、汽车制造、人工智能、消费电子等领域。随着二期项目的启动建设，满产后总产能将达100万片/月，出货量有望跻身世界前六。

随着国内企业集中精力打磨产品，国内企业的良率也在逐步爬升到更高水平，同时国内厂商也在持续精进技术，向更先进制程的12寸硅片上发展。

相信在国内半导体产业发展自主可控的大趋势下，国内12寸硅片的*企业有机会实现更大的突破。日前奕斯伟材料也已正式启动A股IPO进程，我们也期待国内硅片厂商在全球市场的竞争中不断进步。

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