半导体硅片市场数据情况
思瀚产业研究院 玲珑轮胎    2023-01-02

1）半导体硅片产业链情况

半导体硅片企业的下游客户是芯片制造企业，包括大型综合晶圆代工企业及专注于存储器制造、传感器制造与射频芯片制造等领域的芯片制造企业。半导体硅片的终端应用领域涵盖智能手机、平板电脑、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。随着科学技术的不断发展，新兴终端市场还将不断涌现。

2020 年下半年起，受益于 5G、新能源汽车、物联网快速发展趋势，在功率半导体、电源管理芯片等产品需求带动下，硅片下游客户晶圆代工厂的市场需求持续稳步提升。结合 IC Insights 的测算，预计 2021 至 2026 年全球晶圆代工市场规模将持续增长，到 2026 年全球市场将增长到 887 亿美元，年均复合增长率约为 5.24%。

数据来源：IC Insights

同时，随着中芯国际、华力微电子、长江存储等中国大陆芯片制造企业的持续扩产，中国大陆芯片制造产能增速高于全球芯片产能增速，芯片制造产能的增长将带动国内半导体硅片的需求持续增长。

2）半导体硅片及下游市场规模

全球半导体硅片市场规模和出货量受下游半导体行业影响较大。

5G 技术的应用、人工智能的发展，云计算数据量和终端电子产品需求大幅增加，以及新冠肺炎疫情蔓延带动居家办公、居家娱乐等信息化生活方式，促进了消费电子需求回升，各类半导体需求反弹，供需矛盾从芯片制造领域传导至上

游硅片环节。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。SEMI 报告显示，全球半导体硅片出货面积有望在 2023 年攀升至更高水平。

2014 年起，随着中国各半导体制造商生产线投产、中国半导体制造技术的不断进步与半导体终端产品市场的发展，中国大陆半导体硅片市场步入了发展的快车道。产能方面，据 IC Insights 统计数据，2018 年中国硅晶圆产能 243 万片/月（等效于 8 英寸硅片），中国大陆硅晶圆产能占全球硅晶圆产能 12.5%。据 ICInsights 对未来产能扩张预测，2022 年中国大陆晶圆厂硅晶圆产能将达 410 万片/月，占全球产能 17.15%，2018 至 2022 年，年复合增长率为 22.93%。

因此，中国半导体硅片的销售额将随着下游晶圆厂的扩产而打开提升空间。根据 SEMI 数据，2015年中国半导体硅材料市场规模为101.6亿元，2021年增长至250.5亿元，2015 年至 2021 年复合增长率达到 16.2%。国内半导体硅材料生产企业技术水平不断提升，中国市场占比维持较高水平。即便如此，中国硅片市场 90%左右的市场仍由日本信越化学、SUMCO、德国 Siltronic、台湾环球晶圆等国际巨头占据，国产化率水平仍旧较低。

3）不同尺寸硅片的应用及出货面积

以直径计算，半导体硅片的尺寸规格主要有2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、5 英寸（125mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）与 12英寸（300mm）等；根据用途分类，半导体硅片可分为抛光片、退火片、外延片、结隔离片和以 SOI 硅片为代表的高端硅片。其中，抛光片是用量最大的产品，其他的硅片产品都是在抛光片的基础上二次加工产生的。

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，单位芯片的成本随之降低。同时，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。硅片的尺寸越大，相对而言硅片边缘的损失会越小，有利于进一步降低芯片的成本。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 2.5 倍左右。半导体硅片尺寸越大，对半导体硅片的生产技术、设备、材料、工艺的要求越高。

由上图可以看出，全球范围内，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 英寸硅片的市场份额。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，预计到 2022 年市场份额将接近 70%。

2011 年至 2019 年，8 英寸半导体硅片市场占有率稳定在 25%至 27%之间，其中 2016 年至 2017 年，由于汽车电子、智能手机用指纹芯片、液晶显示器市场需求快速增长，8 英寸硅片出货面积从 2,690.00 百万平方英寸上升至 3,085.00 百万平方英寸，同比增长 14.68%；2018 年，受益于汽车电子、工业电子、物联网等应用领域需求依旧强劲，以及功率器件、传感器等生产商 8 英寸产能增加，带动 8 英寸硅片继续保持增长。2021 年 8 英寸硅片出货面积达到 3,443 百万平方英寸，增长了 16.87%。

目前，全球市场主流的产品是 8 英寸、12 英寸直径的半导体硅片，占全球半导体硅片出货量的 90%以上，下游芯片制造行业的设备投资也与 8 英寸和 12英寸规格相匹配。

4）8 英寸与 12 英寸硅片的区别及发展情况

①8 英寸与 12 英寸硅抛光片生产设备、生产技术和技术指标参数存在显著差异

关键技术指标方面，由于 12 英寸硅片用于更窄线宽制程，故对单晶微缺陷、硅片平整度、表面颗粒物、表面沾污等技术指标要求更加细化和严格，例如，与 8 英寸相比，客户对 12 英寸硅片增加了硅片边缘局部平整度、高度径向二阶导 数、纳米形貌等指标要求。厂商需要掌握更复杂的生产工艺流程及成套的特殊控 制技术才能生产出合格的产品。

核心技术方面，为了满足 12 英寸硅片较高的技术指标要求，厂商需要投入更大的研发成本，在单晶生长、硅片加工及硅片清洗等方面实现技术突破。例如，对于单晶生长相关核心技术，12英寸硅单晶生长需要采用更大尺寸的热场设计、更高磁场强度的超导磁场；对于硅片加工相关核心技术，厂商需要增加掌握磨削工艺及双面抛光等相关核心技术，并调整其与原有工艺的匹配性；对于硅片清洗相关核心技术，12 英寸硅片在传统多片清洗技术的基础上开始引入单片清洗技术。

生产设备及投资规模方面，12 英寸硅片的生产工艺更为复杂，一方面增加了如粗磨削机、精磨削机、双面抛光机等 12 英寸硅片制造的特需设备，另一方面设备的精度要求比 8 英寸更高。同时，12 英寸加工设备大多采用单片加工方式，与 8 英寸加工设备大多采用批加工方式相比，同样的产量需要投入更多数量的设备，故设备投资也会较 8 英寸产线有大幅增加。