2020我國半導體硅片行業終端應用市場發展需求分析產業研究報告（27頁）.docx

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1、2020 年深度行業分析研究報告內容目錄硅片：半導體產業鏈的“畫布” . - 5 -硅片概況 . - 5 -半導體硅片分類 . - 6 -硅片制作工藝. - 8 -下游應用帶動硅片市場不斷增長 . - 10 -硅片終端應用逐漸多元化 . - 10 -芯片產能投放拉動硅片需求. - 11 -大硅片市場規模持續發展 . - 11 -十二英寸硅片為主流方向 . - 13 -全球寡頭壟斷，中國逐步發力. - 18 -全球硅片寡頭壟斷 . - 18 -政策大力支持. - 19 -國內大硅片蓄勢待發. - 20 -海外巨頭各有所長 . - 22 -信越化學：全球硅片龍頭 . - 22 -勝高集團：專注半導

2、體硅片龍頭. - 23 -環球晶圓：并購助力公司快速發展 . - 23 -德國世創：歐洲硅片龍頭 . - 24 -SK Siltron：韓國硅片龍頭. - 24 -國產企業快速發展 . - 25 -滬硅產業：國內十二寸大硅片龍頭 . - 25 -立昂微電：橫跨半導體分立器件和半導體硅材料 . - 26 -中環股份：從光伏進軍半導體 . - 26 -有研半導體 . - 27 -超硅半導體 . - 28 -表目錄圖 1：半導體硅片 . - 5 -圖 2：硅片產業鏈 . - 5 -圖 3：半導體硅片技術演進史. - 6 -圖 4：200mm 硅片與 300mm 硅片 . - 6 -圖 5：200mm

3、 及 300mm 硅片下游應用. - 6 -圖 6：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積 . - 7 -圖 7：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積占比 . - 7 -圖 8：拋光片、外延片、SOI 硅片制造流程. - 7 -圖 9：拋光片、外延片、SOI 硅片比較 . - 8 -圖 10：硅片制作流程. - 9 -圖 11：直拉法（CZ）原理示意圖 . - 9 -圖 12：懸浮區熔法(FZ)原理示意圖. - 9 -圖 13：半導體終端應用市場概況 . - 10 -圖 14：全球與中國芯片產能及增速. - 11 -圖 15：全球半導體硅片出貨面積及增速 . - 11 -圖 16：全球半導體市場及增速 .

4、- 11 -圖 17：國內半導體行業發展迅速 . - 11 -圖 18：全球各地區半導體材料市場占比 . - 12 -圖 19：半導體制造材料占比. - 12 -圖 20：全球硅片市場規模及增速 . - 12 -圖 21：全球半導體硅片出貨面積及增速 . - 12 -圖 22：全球半導體硅片單價. - 13 -圖 23：國內硅片市場規模及增速 . - 13 -圖 24：2018 年十二英寸硅片下游應用 . - 13 -圖 25：智能手機對十二英寸硅片的需求 . - 13 -圖 26：全球 DRAM 下游需求占比 . - 14 -圖 27：全球 DRAM 需求預測（十億 Gb） . - 14 -

5、圖 28：全球 DRAM 各廠商份額. - 14 -圖 29：全球 DRAM 制程市占率. - 14 -圖 30：全球 NAND 下游需求占比 . - 15 -圖 31：全球 NAND 需求（十億 Gb）. - 15 -圖 32：全球 NAND 各廠商份額. - 15 -圖 33：全球 3D 及 2D NAND 市占率 . - 15 -圖 34：全球邏輯芯片銷售額及增速. - 16 -圖 35：全球芯片制造產能分布（按制程）. - 16 -圖 36：全球 12 寸硅片產能供需（千片/月） . - 16 -圖 37：全球 12 寸硅片客戶庫存 . - 17 -圖 38：全球大硅片市場格局. -

6、18 -圖 39：全球前五大硅片供應商 . - 18 - 圖 40：全球半導體硅片行業主要企業經營情況 . - 19 - 圖 41：全球大硅片市場格局. - 19 -圖 42：相關政策扶植大硅片落地 . - 19 -圖 43：國際及國內大硅片進展 . - 20 -圖 44：中國 8/12 英尺大硅片規劃產能情況（千片/月）. - 21 -圖 45：信越化學營業收入及增速 . - 22 -圖 46：信越化學歸母凈利潤及增速. - 22 -圖 47：信越化學營業收入占比 . - 22 -圖 48：信越化學營業利潤占比 . - 22 -圖 49：勝高集團營業收入及增速 . - 23 -圖 50：勝高

7、集團歸母凈利潤及增速. - 23 -圖 51：環球晶圓營業收入及增速 . - 23 -圖 52：環球晶圓歸母凈利潤及增速. - 23 -圖 53：滬硅產業營業收入及增速 . - 25 -圖 54：滬硅產業歸母凈利潤及增速. - 25 -圖 55：公司硅片業務發展歷程 . - 25 -圖 56：立昂微電營業收入及增速 . - 26 -圖 57：立昂微電歸母凈利潤及增速. - 26 -圖 58：中環股份營業收入及增速 . - 27 -圖 59：中環股份歸母凈利潤及增速. - 27 -圖 60：有研半導體主要產品. - 27 -硅片：半導體產業鏈的“畫布”硅片概況常見的半導體材料包括硅（Si）、鍺（

8、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

9、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

10、。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。圖 1：半導體硅片圖 2：硅片產業鏈資料來源：半導體行業觀察、資料來源：滬硅產業招股說明書、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）、1

11、00mm（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

12、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。圖 3：半導體硅片技術演進史圖 4：200mm 硅片與 300mm 硅片資料來源：芯片制造、資料來源：臺灣聯華電子官網、圖 5：200mm 及 300mm 硅片下游應用尺寸下游應用終端應用領域功率器件、電源管理器、非易失性存儲器、 MEMS、顯示驅動芯片與指200mm 及以下紋識別芯片、高精度模擬電路、射頻前端芯片、嵌入式存儲器、 CMOS（互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器、高壓 MOS 等移動通信、汽車電子、物聯網、工業電子存儲芯片

13、、圖像處理芯片、通用處理器芯片、高性能 FPGA（現場可編智能手機、計算機、云計算、人工智300mm程門陣列）與 ASIC（專用集成電路）能、SSD（固態存儲硬盤）等較為高端領域資料來源：滬硅產業招股說明書、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。圖 6：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積圖 7：全球不同尺寸半導體硅片出貨

14、面積占比資料來源：滬硅產業招股說明書、資料來源：滬硅產業招股說明書、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。圖 8：拋光片、外延片、SOI 硅片制造流程資料來源：滬硅產業招股說明書、圖 9：拋光片、外延片、SOI 硅片比較種類核心優勢 應用拋光片直接用于制作半導體器件，廣泛應用于存硅片表面平坦化，并進一步減小硅片的表面粗糙度儲芯片與功率器件等。作為外延片、SOI 硅片以滿足芯片制造工藝對硅片平整度和表

15、面顆粒度的要求的襯底材料外延片含氧量、含碳量、缺陷密度更低，提高了柵氧化層 的完整性，改善了溝道中的漏電現象，從而提升了集成電 常在 CMOS 電路中使用，如通用處理器芯 路的可靠性。片、圖形處理器芯片等硅襯底的低電阻率可降低導通電阻，高電阻率的外 二極管、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）等 延層可以提高器件的擊穿電壓。外延片提升了器件的可靠功率器件的制造性，并減少了器件的能耗SOI 硅片通過絕緣埋層實現全介質隔離，這將大幅減少硅片耐高壓、耐惡劣環境、低功耗、集成度高的寄生電容以及漏電現象，并消除了閂鎖效應。SOI 硅片的芯片上，如射頻前端芯片、功率器件、汽車具有寄生電容小、短溝道效應小、低壓低

16、功耗、集成密度電子、傳感器以及星載芯片等高、速度快、工藝簡單、抗宇宙射線粒子的能力強資料來源：滬硅產業招股說明書、硅片制作流程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。1）直拉法 該方法可以有效的控制晶體的微缺陷密度，提高晶體質量以滿足各技術節點對硅片的技術要求；有效的控制晶體中的雜質含量，特

17、別是氧、碳含量；并最大程度降低對操 作工人的依賴，保證拉制晶體質量的重復性、穩定性和一致性。相比懸浮區熔法，直拉 法成本更低，生長速率較快，更適合大尺寸（12 英寸）單晶硅棒的拉制，目前約 85% 單晶硅片皆由直拉法制成，主要應用在邏輯，存儲器芯片中。直拉法的原理是將高純度 的多晶硅原料放置在石英坩堝中加熱熔化，再將單晶硅籽晶插入熔體表面，待籽晶與熔 體熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶體便會在籽晶下端生長，并隨著籽晶的提拉晶體逐漸生 長形成晶棒。圖 10：硅片制作流程資料來源：滬硅產業招股說明書、各公司官網、2）懸浮區熔法 該法制備的單晶硅的電阻率非常高，特別適合制作電力電子器件。懸浮區熔法制備的單

18、晶硅占有的市場份額較小，目前約 15%的硅片由此法制備。懸浮區熔法的原理是 將圓柱形硅棒固定于垂直方向，用高頻感應線圈在氬氣氣氛中加熱，使棒的底部和在其 下部靠近的同軸固定的單晶籽晶間形成熔滴，這兩個棒朝相反方向旋轉。然后將在多晶 棒與籽晶間只靠表面張力形成的熔區沿棒長逐步向上移動，將其轉換成單晶。 圖 11：直拉法（CZ）原理示意圖圖 12：懸浮區熔法(FZ)原理示意圖資料來源：IC Insights、資料來源：Trendforce、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 4

19、87 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?；呦蜃詣踊?、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

20、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。圖 13：半導體終端應用市場概況資料來源：Gartner、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

21、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

22、/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。 圖 14：全球與中國芯片產能及增速圖 15：全球半導體硅片出貨面積及增速資料來源：SEMI、資料來源：Gatrner、目前，中國大陸企業的 300mm 芯片制造產能低于 200mm 芯片制造產能。隨著 中國大陸芯片制造企業技術實力的不斷提升，預計到

23、2020 年，中國大陸企業 300mm 制造芯片產能將會超過 200mm 制造芯片制造產能。大硅片市場規模持續發展 圖 16：全球半導體市場及增速圖 17：國內半導體行業發展迅速5000400030002000100002012201320142015201620172018100%80%60%40%20%0%-20%700060005000400030002000100002012201320142015201620172018制造行業營收(億元)封裝行業營收(億元)30%20%10%0%全球半導體市場規模(億美元)同比增長(%,右軸)設計行業營收(億元)同比增長(%,右軸)資料來源：WST

24、S、資料來源：前瞻產業研究院、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

25、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。 圖 18：全球各地區半導體材料市場占比圖 19：半導體制造材料占比12%22%7%11%17%15%16%中國臺灣 韓國 中國大陸 日本 美國 歐洲 其他13%3%4%7%6%7%33%14%13%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其他資料來源：SEMI、資料來源：SEMI、隨著半導體市場

26、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?；?。圖 20：全球硅片市場規模及增速圖 21：全球半導體硅片出貨面積及增速資料來源：SEMI、資料來源：SEMI、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

27、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。圖 22：全球半導體硅片單價圖 23：國內硅片市場規模及增速資料來源：SEMI、資料來源：SEMI、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