半导体制造的核心材料：一文读懂半导体大硅片

半导体行业中，材料和设备是两大核心支柱；半导体硅片则是半导体制造的核心材料。

半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品等，根据SEMI统计2018年硅片的销售额为121.0亿美元，占全球半导体制造材料行业36.6%的市场份额，是晶圆厂采贩材料中最重要的环节。

半导体硅片行业增长势头如何？行业发展趋势是什么？工艺难点在哪里？以及竞争格局怎么样？国产替代有没有？

对于这些关键问题，方正证券在最新报告《半导体大硅片研究框架——深度报告》予以解答。

过去几年，半导体硅片行业不断增长。

2016至2018年，全球半导体硅片销售金额从72亿美元增长至114亿美元，年均复合增长率达25.7%。 2019年全球半导体硅片市场规模为105亿美元，同比下降7.9%。

行业需求拉动了硅片行业的增长。

手机对逻辑、存储器、CIS等需求的拉动，服务器对NAND需求的拉动，汽车电子对功率半导体需求的拉动等使得需要消耗更加多的晶圆，从而推动硅片行业的增长。

8寸硅片：2018-2020年，全球8英寸硅片的需求分别为570、490、500万片/月。

12寸硅片：2018-2020年，全球12英寸硅片的需求分别为625、580、600万片/月。

中国大陆半导体硅片需求：

8寸硅片：国内晶圆厂2020年之前主要还是8寸线为主，预计到2020年，国内8寸硅片的需求在接近100万片/月。

12寸硅片：2020年之后国内12寸晶圆厂占比会超过8寸晶圆厂，相应的硅片需求也超过8寸硅片需求。

芯片制造产能情况是判断半导体硅片需求量最直接的指标。过去几年，全球芯片制造产能稳步增加，中国芯片制造产能增速大幅高于全球增速。

2017至2020年，全球芯片制造产能（折合成8寸）预计将从1985万片/月增长至2407万片/月，年均复合增长率6.6%；中国芯片制造产能从276万片/月增长至460万片/月，年均复合增长率18.50%。

近年来，随着中芯国际、华力微电子、长江存储、华虹宏力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。

报告表示，晶圆厂材料成本的40%是硅片，硅片尺寸越大，能够生产的晶片数量就越多，也就意味着制造的成本就越低。

从市场份额看，目前8寸和12寸合计占到市场份额的90%，且12寸硅片占比提升。

1. 12寸硅片：目前最主流的硅片尺寸。 2017-2020年，12寸硅片占从67%提升到68.4%。

2. 8寸硅片： 逐步向12寸硅片转移。2017-2020年，8寸硅片占从25.8%下降到25.4%。

3. 6寸硅片：逐步向8寸硅片转移。2017-2020年，6寸硅片占从7.2%下降到6.2%

从行业趋势看，硅片整体向大尺寸趋势发展。

1、12寸硅片：2014年-2020年间，加工12寸晶圆的IC晶圆厂数量增长率为30%，2020年将达到117座。

2、8寸硅片：2016年全球已有188座8寸晶圆厂，2021年可望增加到197座。受益于汽车电子、工业电子和物联网等应用领域的强劲需求，8寸晶圆厂自2017年底以来一直处于满产的状态。

3、6寸硅片：产品主要集中在晶闸管，整流桥，事极管等相对低端的功率器件领域。

方正证券表示，随着大基金的持续投入和地方政府的配套资金支持，12寸晶圆厂积极扩建，2020年之后中国大陆将出现12寸晶圆厂占比大于8寸晶圆厂的拐点。

半导体硅片的制造流程分“前中后”道 ，前道工艺重要性占到90%，核心工艺在前道的单晶硅生长环境。

前道的核心材料是多晶硅料。

近年来，随着国内产量逐年增加，中国大陆对进口多晶硅料的依赖程度逐步降低，预计2020年进口多晶硅料占比仅约20%。

半导体材料和设备是相辅相成的，前道的核心设备是单晶硅生长炉。

生长方式有CZ（直拉法）、FZ、MCZ、CCZ。直拉法单晶炉是用于直拉法单晶硅生长的设备，也是目前的生产中范围、数量最多的半导体材料与用设备。未来直拉晶体炉的改良方向，主要为单晶大直径化，设备控制高度自动化。

由于具有技术难度高、研发周期长、资金投入大、客户认证周期长等特点，全球半导体硅片行业进入壁垒较高，行业集中度高。方正证券预计，2020年全球硅片产能有望达到700万片/月左右。

全球来看，目前硅片行业主要被日本，德国和中国台湾厂家垄断。

2018年，全球前五大硅片企业日本信越化学、日本SUMCO、德国Siltronic、中国台湾环球晶圆、韩国SK Siltron合计销售额740亿元，市场份额已从2016年的85%提升至2018年的93%，日本企业占比50%以上。

其中，信越化学是全球第一家多晶硅企业，1999年并购了日立的硅片业务，目前是全球排名第一的半导体硅片制造商。

国内供应来看，主要生产8寸及以下的半导体硅片，仅有少数几家企业具有12寸半导体硅片的生产能力。国内目前量产销售12寸硅片的只有沪硅产业，中环股份正在积极量产进程中。

方正证券预计，随着中国大陆芯片制造企业技术实力的不断提升，到2020年中国大陆企业12寸制造芯片产能将会超过8寸制造芯片制造产能。