半导体材料行业发展概况一、 半导体行业发展概况和趋势（一）半导体产业链概况半导体是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，可广泛应用于现代电子工业的各个领域，是信息产业的基石。半导体行业上游为半导体支撑业，包括半导体材料与半导体设备，硅片行业属半导体材料环节。中游按产品分类主要由集成电路、分立器件、传感器和光电器件四个部分组成，其中集成电路占据80%以上的市场份额，是半导体行业的核心。下游为消费电子、计算机、通信、工业等终端应用产业。（二）硅片行业概况半导体硅片行业属于半导体材料环节，为半导体支撑业之一。半导体材料按照历史进程可分为：第一代半导体材料（大部分为目前广泛使用的高纯度硅Si），第二代化合物半导体材料（砷化镓GaAs、磷化铟InP），第三代化合物半导体材料（以碳化硅SiC和氮化镓GaN为代表）。其中，硅材料因其技术成熟、成本稳定、储量丰富、应用广泛等特点，是目前用于制造半导体器件的主流基础材料。半导体硅片是半导体制造的核心材料，占全球晶圆制造材料总成本的35%，占比最高。硅材料中，半导体硅片作为生产制造各类半导体产品的载体，是半导体行业最核心的基础产品。生产半导体硅片的原材料电子级多晶硅纯度含量高，一般要求达到999999999%至99999999999%（9-11个9）。电子级多晶硅通过直拉法（CZ法）或区熔法（FZ法）的单晶生长工艺拉制成单晶硅锭。研磨片是单晶硅锭通过切割、研磨等加工工艺后制成的圆形晶片，是制作硅抛光片及硅外延片的中间产品，也可以直接用于一些分立器件芯片制作。抛光片由硅研磨片经过后续抛光、清洗等工艺，实现了硅片表面平坦化，减小了表面粗糙度，主要应用于集成电路和分立器件制造。此外，以抛光片为基础进行二次加工可制成有特殊性能的外延片、退火片以及SOI硅片。根据掺杂浓度，硅片可以分为重掺和轻掺，根据掺入元素的不同可分为P型（掺硼元素）、N型（掺磷、砷、锑元素）。轻掺硅片主要用于大规模集成电路的制造，部分用于硅外延片的衬底材料；重掺硅片一般用作硅外延片的衬底材料。根据硅片在晶圆厂中的应用场景分类，硅片可分为正片、陪片，正片可用于芯片制造；陪片包括控片（MonitorWafers）和挡片（DummyWafers），主要用于调试设备、监控设备状态、监控良率等。控片在晶圆制造中主要用来监控机台的制造能力的稳定性、制造环境的洁净度等，利用控片可对离子注入、薄膜沉积、光刻、刻蚀和研磨等制程中的例如电阻率、薄膜沉积速率、刻蚀速率、研磨速率以及均匀性等指标进行监测。挡片的作用主要是在晶圆制造过程中维持机台的稳定性，使用对象包括炉管、暖机挡片、传送挡片等；挡片被用于隔绝制程条件较差的地方以及填充产品不足时空出的位置，如对炉管内的气流进行阻挡分层并使炉管内温度均匀分布，从而使气流中的反应气体与被加工硅片均匀接触、均匀受热，发生化学物理反应，沉淀或生长均匀的高质量薄膜。对于新进入的硅片供应商，一般会先为客户提供陪片，其后才能逐步导入正片产品。根据观研网的数据，晶圆厂陪片的用量大，且越是先进制程的产线越需要陪片的应用，65nm制程每投10片正片，需要加6片陪片，而28nm及以下制程，每10片正片需要加15-20片陪片。为了避免浪费，晶圆厂对制造中使用过的控挡片进行回收再利用，将其工艺薄膜、金属颗粒残留等杂质去除，经抛光后制成再生晶圆服务后可达到再次使用的标准。1、硅片技术发展根据戈登摩尔于1965年提出的摩尔定律，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，相应的集成电路性能也将提升一倍，成本随之下降一半。40多年中，芯片的集成化趋势一如摩尔的预测，硅片的尺寸也由2英寸（50mm）逐渐发展至4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）、12英寸（300mm）。硅片直径的提升使得硅片面积平方级增长，加上硅片由于边缘部分不够平整以及存在缺陷，实际利用的面积主要集中在中间区域，进而使得单块晶圆芯片产出数量成倍增长。硅片直径越大，芯片的平均生产成本越低，进而提供更经济的规模效益。但与此同时，为确保硅片的高洁净度、平整度、低晶体缺陷，带来的质量控制和制造难度也成倍增加，需要的生产工艺技术、设备性能提升，给厂商带来更高的期初固定成本投入。根据SEMI统计，2021年12英寸硅片出货面积占比约685%，8英寸硅片占比246%，6英寸及以下占比69%。2、硅片行业发展概况半导体行业受到下游终端行业景气度的影响。2017年以来，随着智能手机、平板电脑等消费电子市场的快速发展，以及汽车电子、工业控制、物联网、云计算、新能源等科技产业的兴起，强力带动了整个半导体行业及硅片行业的规模迅速增长。我国本土半导体行业起步较晚。但在政策支持、市场拉动及资本推动等因素合力下，步入21世纪以来，我国半导体产业市场规模得到快速增长，中国大陆地区是近年来全球半导体市场增速最快的地区之一。但与此同时，我国半导体产品进出口逆差逐步加大。根据中国半导体行业协会统计，我国半导体产品进出口逆差自2014年的1，575亿美元增长至2020年2，245亿美元，年复合增长率为609%。在半导体硅片领域，我国硅片产业起步较晚，技术积累不及海外。根据测算，目前国内的半导体硅片企业主要生产6英寸及以下的半导体硅片，少数企业具有8英寸和12英寸半导体硅片的生产能力。目前6英寸及以下硅片已实现50%以上的国产化率，8英寸硅片国产化率水平较低，12英寸硅片则基本依赖进口，未来空间较大。3、硅片行业上下游市场的价格波动情况半导体硅片行业上游最重要的原材料为半导体级多晶硅，多晶硅价格受到其上游行业工业硅、能源成本以及供需的影响。按纯度要求及用途不同，多晶硅可分为光伏级多晶硅和电子级多晶硅，光伏级多晶硅产量远大于电子级多晶硅。电子级多晶硅相较于光伏级多晶硅纯度更高，生产难度更高，其行业已形成了寡头垄断的竞争格局，主要依赖进口；近年来，国内已有部分企业实现了电子级多晶硅的国产化，并开始规模量产。电子级多晶硅此前价格相对稳定，但2020年以来，受到光伏行业景气度以及多晶硅产能不足影响，光伏级多晶硅价格出现了暴涨，同时也带动了电子级多晶硅价格上涨。随着国内光伏级多晶硅产能陆续释放以及电子级多晶硅的国产化进程推进，电子级多晶硅价格预计将趋于稳定。半导体硅片下游应用领域为半导体分立器件和集成电路制造，终端为消费电子、计算机、通信、工业等应用产业。2020年、2021年，终端应用需求强劲以及叠加新冠疫情因素使得市场出现了缺芯、供需失调的情形，芯片价格也快速走高。2022年，受到下游消费疲软的影响，消费类芯片开始出现回落，但汽车、云计算、工业等领域芯片供需仍然紧张，价格仍在逐步走高。半导体分立器件及集成电路芯片的需求旺盛大力推动了硅片行业的发展，据SEMI统计，2016年，硅片价格触底至067美元/平方英寸后开始提高；2019年至2021年，全球半导体硅片销售单价分别为095美元/平方英寸、090美元/平方英寸以及098美元/平方英寸，随着下游晶圆厂陆续投产、半导体制造产业陆续向国内进行转移，国内半导体硅片价格总体预计仍将维持高位。4、硅片行业发展趋势2020年至2021年，疫情+缺芯的影响贯穿半导体全行业的发展，受到半导体终端市场需求的旺盛，全球半导体行业保持高速发展，2021年全球硅片出货量及出货规模创历史新高，市场上硅片供不应求。此外，全球晶圆厂商进一步扩厂，根据SEMI统计，2021年到2022年，全球半导体厂商将新建29所高产能的晶圆厂（其中中国大陆占19座晶圆厂），生产260万片等效8英寸晶圆，且更多晶圆厂将陆续开建。未来几年，伴随着5G技术的提升、工业物联网、大数据和新能源等终端新兴行业的高速发展，以及下游晶圆厂的积极扩建，半导体硅片的需求预计总体保持着高速增长的态势。半导体制程的逐渐缩小使得芯片生产工艺变得越发复杂，成本优势驱使着硅片的生产研发重心向大尺寸方向倾斜。然而，半导体硅片尺寸越大，对于技术和设备的要求就越高，生产工艺的难度也随之提升。此外，虽然我国6英寸硅片技术已成熟，但下游生产晶闸管、整流桥、二极管等分立器件厂商整体更新迭代缓慢，部分仍然停留在6英寸及以下规格产线，且仍采购一定比例的进口硅片。短期内我国硅片厂商所面临的6英寸及以下规格硅片市场需求不会急剧萎缩。8英寸硅片在功率器件、电源管理器、非易失性存储器、MEMS、显示驱动芯片与指纹识别芯片方面发挥作用，受益于下游移动通信、汽车电子、物联网及工业电子领域强劲需求，8英寸硅片仍然占据相对较大的市场份额。12英寸硅片需求主要来源于存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片等。预计未来相当长一段时间，市场上能够量产的最大尺寸硅片仍将以12英寸为主，同时3至8英寸硅片仍将持续占据一定的市场份额。半导体产业经历了由美国向日本、韩国和中国台湾地区及中国大陆的几轮产业转移。目前中国大陆正处于通信、新能源、物联网、人工智能、大数据等行业的快速崛起过程中，已成为全球最重要的半导体应用和消费市场之一。在贸易摩擦等宏观环境不确定性增加的背景下，加速进口替代、实现半导体产业自主可控已上升到国家战略高度，中国半导体行业发展迎来了历史性的机遇。根据SEMI的统计，2022年中国大陆将占全球8英寸晶圆产能的21%，处于全球领先地位，至2024年中国大陆12英寸晶圆产能将占全球约20%。未来几年将是中国大陆半导体产业的快速发展期。二、 半导体硅片行业概况半导体硅片是制造芯片的载体，因原材料为硅，又称为硅晶片。规划和无经理硅提炼、提纯、单晶硅生产、晶圆成型等工艺后，才能进入芯片单路蚀刻等后续环节，是制造芯片的最重要的前置工艺。该概念主要包含：研发及制造半导体晶圆、硅片以及抛光片等产品的公司。按照工艺类型分类，可以分为抛光片、外延片和SOI硅片。其中抛光片和外延片是市场主流产品，市场规模约130亿美元，SOI硅片主要用射频前端等特殊应用领域，市场规模约为10亿美元。抛光片：是将纳米级二氧化硅颗粒与高效粘合剂混合后，均匀地涂覆于聚酯薄膜的表面，经干燥和固化反应而成。外延片：外延是半导体工艺当中的一种。在bipolar工艺中，硅片最底层是P型衬底硅（有的加点埋层）；然后在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层；再后来在外延层上注入基区、发射区等等。最后基本形成纵向NPN管结构：外延层在其中是集电区，外延上面有基区和发射区。外延片就是在衬底上做好外延层的硅片。SOI：全称为Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。一般以硅片的直径来区分规格，通常有6英寸、8英寸和12英寸。目前半导体硅片的尺寸一直在向大尺寸不断发展。直径大的半导体硅片可以降低单位芯片的平均生产成本，从而提供更高的规模经济规模。但是大尺寸硅片由于纯度高，技术研发与规模化生产难度高，需要对生产工艺改进并且对设备性能进行提升。随着5G手机、高性能计算、汽车电动化及智能化、物联网等行业的驱动下，8英寸硅片和12英寸硅片已经成为主流。2021年Q4，8英寸硅片出货600万片/月，12英寸硅片出货量超过750万片/月。根据硅片应用场景，硅片可以分为正片、陪片和时刻电极。正片可以在晶圆制造中直接使用。陪片按功能又可以分为测试片、挡片和控片。测试片是用来实验和检查制造设备运行初期的状态，以改善其稳定性。挡片是用于新生产线的调试以及在晶圆生产的过程中对正品进行保护。控片是在正式生产前对新工艺测试和监控良率。三、 半导体硅片行业基本风险特征（一）半导体硅片市场风险行业需求与下游终端应用领域行业的景气度紧密相关。例如，2009年，受经济危机的影响，半导体硅片行业下游传统应用领域景气程度下降，导致行业利润水平明显降低。2017年开始，伴随着5G、物联网、人工智能、云计算、新能源车等新兴市场快速发展带来半导体终端市场强劲需求，硅片行业景气度总体保持快速上升趋势。行