半導(dǎo)體硅片行業(yè)研究：行業(yè)高景氣國產(chǎn)硅片厚積薄發(fā)

半導(dǎo)體硅片行業(yè)研究：行業(yè)高景氣，國產(chǎn)硅片厚積薄發(fā)核心觀點：硅片是芯片的起點，2021年全球半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模達(dá)140億美元，行業(yè)高度集中，CR5市場份額接近90%。硅片是用量最大的半導(dǎo)體材料，90%以上半導(dǎo)體產(chǎn)品使用硅片制造。隨著5G、新能源、AIoT的快速滲透，2021年半導(dǎo)體行業(yè)迎來超級景氣周期，硅片需求持續(xù)旺盛，全球半導(dǎo)體硅片出貨面積達(dá)142億平方英寸，同比增長14%，市場規(guī)模達(dá)140億美元。半導(dǎo)體行業(yè)周期性波動導(dǎo)致硅片需求周期性波動，硅片行業(yè)并購整合不斷，行業(yè)競爭格局高度集中，前5大廠商市場份額接近90%。硅片新增產(chǎn)能釋放需到2024年，短期供需有望持續(xù)偏緊，長期LTA有助穩(wěn)量穩(wěn)價。硅片擴產(chǎn)周期在2年以上，全球12英寸硅片在2020年之前主要依靠原有廠房進(jìn)行產(chǎn)能擴充，新建廠房產(chǎn)能釋放的高峰將在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍將處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。本次產(chǎn)能擴張，下游晶圓廠與硅片廠商積極綁定，通過長期合約（Long-termAgreements）保障供應(yīng)鏈穩(wěn)定?；盒酒钠瘘c，最重要的半導(dǎo)體材料硅片：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基石半導(dǎo)體硅片是生產(chǎn)集成電路、分立器件、傳感器等半導(dǎo)體產(chǎn)品的關(guān)鍵材料。在眾多半導(dǎo)體原材料中，硅具有明顯的優(yōu)勢，硅熔點高、禁帶寬度大，可廣泛運用于高溫、高壓器件。此外，硅具有天然優(yōu)質(zhì)絕緣氧化層，在晶圓制造時可減少沉積絕緣體工序，從而減少了生產(chǎn)步驟并降低了生產(chǎn)成本。硅在自然界中的儲量豐富，在地殼中約占27%，硅材料的成本顯著低于其他類型半導(dǎo)體材料。由于硅的技術(shù)和成本優(yōu)勢，硅片成為了目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的半導(dǎo)體材料，占據(jù)全部產(chǎn)品的90%以上，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)性的一環(huán)。硅片生產(chǎn)工藝半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)流程復(fù)雜，涉及工藝眾多，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)包含晶體生長、硅片成型、外延生長等工藝。多晶硅經(jīng)過熔化，接入籽晶，再通過旋轉(zhuǎn)拉晶或者區(qū)域熔融的方式得到高純度的單晶硅棒。單晶硅棒經(jīng)過切、磨、拋等步驟形成拋光片，拋光片還可以進(jìn)一步加工形成外延片。長晶：直拉法和區(qū)熔法長晶是硅片生產(chǎn)最核心的環(huán)節(jié)，單晶制備階段決定了硅片的直徑、晶向、摻雜導(dǎo)電類型、電阻率范圍及分布、碳氧濃度、晶格缺陷等技術(shù)參數(shù)。單晶硅制備方法包括直拉法（CZ法）和區(qū)熔法（FZ法）兩類，直拉法市占率高。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，在高純惰性氣體的保護(hù)下加熱熔化，再將單晶硅籽晶插入熔體表面，待籽晶與熔體找尋到熔化點后，隨著籽晶的提拉晶體逐漸生長形成單晶硅棒；區(qū)熔法是把多晶硅棒放在熔爐里，放入一個籽晶，然后用高頻加熱線圈加熱籽晶與多晶接觸區(qū)域生長單晶硅，區(qū)熔法因為沒有坩堝的污染，生產(chǎn)的硅片純度較高，碳、氧含量較低，耐高壓性能好，區(qū)熔硅片代表產(chǎn)品有高壓整流器、探測器等。直拉法是最常用的制備工藝，采用直拉法的硅單晶約占85%，12英寸硅片只能用直拉法生產(chǎn)。硅片分類按照硅片尺寸分類，可分為6英寸及以下硅片、8英寸硅片和12英寸硅片，8英寸硅片和12英寸硅片是市場主流產(chǎn)品。硅片大尺寸化趨勢明顯8英寸、12英寸硅片占據(jù)90%以上的市場份額，12英寸硅片市場占有率不斷提升。硅片尺寸的提升提高了硅片的利用率，但6英寸和8英寸晶圓制造產(chǎn)線大部分建設(shè)時間較早，設(shè)備折舊已經(jīng)完畢，芯片制造成本偏低，綜合成本具有一定優(yōu)勢，未來仍會是各尺寸硅片市場共存的狀態(tài)。周期：行業(yè)周期波動，市場高度集中硅片的需求具有周期性半導(dǎo)體硅片受到下游芯片景氣度的影響，具有一定周期性，周期通常為3-4年。2020年隨著“疫情經(jīng)濟(jì)”以及5G、新能源、AIoT的快速滲透，對芯片的需求的不斷提升，對硅片的需求也不斷加大，半導(dǎo)體硅片處于景氣上行周期，2021年全球硅片出貨面積達(dá)142億平方英寸，同比增長14%。競爭格局：市場高度集中，日本企業(yè)領(lǐng)先全球硅片市場高度集中，前五大廠商約占89%的市場份額，日本硅片企業(yè)領(lǐng)先。日本企業(yè)一直在半導(dǎo)體硅片領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，信越化學(xué)（Shin-Etsu）和勝高（Sumco）合計市場份額超過50%。2016年12月，環(huán)球晶圓（GlobalWafers）以6.83億美元收購當(dāng)時排名全球第四的美國SunEdisonSemiconductor

（SEMI）。收購案完成后，環(huán)球晶圓成為中國臺灣最大、全球第三大的半導(dǎo)體硅片供應(yīng)商。SKSiltron與存儲大廠海力士同屬SK集團(tuán)，隨著存儲市場的快速發(fā)展市場，SKSiltron占有率持續(xù)提升。硅片行業(yè)特征12英寸硅片技術(shù)水平要求更高，產(chǎn)線投資更大。12英寸硅片用于更窄線寬制程，故對單晶微缺陷、硅片平整度、表面顆粒物、表面沾污等技術(shù)指標(biāo)要求更加細(xì)化和嚴(yán)格，與8英寸相比，晶圓廠對12英寸硅片增加了硅片邊緣局部平整度、高度徑向二階導(dǎo)數(shù)、納米形貌等指標(biāo)要求。廠商需要掌握更復(fù)雜的生產(chǎn)工藝流程及成套的特殊控制技術(shù)才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。供需：產(chǎn)能持續(xù)偏緊，LTA有助穩(wěn)量穩(wěn)價需求端：8英寸和12英寸出貨量創(chuàng)歷史新高受益于全球半導(dǎo)體需求的高景氣，根據(jù)SUMCO統(tǒng)計，全球8英寸硅片2022Q1出貨量約600萬片/月，12英寸硅片2022Q1出貨量接近800萬片/月，創(chuàng)歷史新高。供給端：主要新增產(chǎn)能在2024年之后釋放硅片的擴產(chǎn)周期在2年以上，全球硅片產(chǎn)能至少至2023年下半年才會有明顯增長。根據(jù)Sumco的數(shù)據(jù)，全球12英寸硅片在2020年之前主要依靠原有廠房進(jìn)行產(chǎn)能擴充，新建廠房在2021年之后逐漸釋放產(chǎn)能，產(chǎn)能釋放的高峰期將在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍然將處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。晶圓代工占比持續(xù)提升，有助穩(wěn)定硅片價格晶圓代工在12英寸產(chǎn)能占比持續(xù)提升，有助減少硅片價格波動。全球12英寸產(chǎn)能存儲最高，前5名中三星、鎂光、海力士和東芝

（現(xiàn)在的鎧俠）均為存儲廠商。以臺積電為代表的晶圓代工持續(xù)擴充12英寸產(chǎn)能，2014年全球前10大12英寸產(chǎn)能中晶圓代工僅占比19.7%，2020年提升至24%。晶圓代工廠的客戶眾多，對晶圓的需求更加穩(wěn)定，有助于穩(wěn)定硅片的需求和價格。破局：百舸爭流，國產(chǎn)替代有望加速國內(nèi)12英寸晶圓廠積極擴產(chǎn)國內(nèi)晶圓廠商中芯、華虹等主要晶圓代工廠及士蘭微、華潤微、聞泰、長江存儲等IDM廠商積極擴產(chǎn)，12英寸邏輯擴產(chǎn)主要集中于28nm及以上的成熟制程，預(yù)計到2023年形成產(chǎn)能106.5萬片/月，相較2020年產(chǎn)能提升270%。3DNAND預(yù)計從2020年的5萬片/月擴產(chǎn)至2023年的27.5萬片/月。DRAM從2020年的4萬片/月擴產(chǎn)至25萬片/月。國內(nèi)硅片企業(yè)加速產(chǎn)能擴充國內(nèi)積極擴產(chǎn)8英寸