全球半导体硅片市场发展趋势分析

硅片是芯片的起点，2021年全球半导体硅片市场规模达140亿美元，行业高度集中，CR5市场份额接近90%。硅片是用量最大的半导体材料， 90%以上半导体产品使用硅片制造。随着5G、新能源、AIoT的快速渗透，2021年半导体行业迎来超级景气周期，硅片需求持续旺盛，全球半导体硅片出货面积达142亿平方英寸，同比增长14%，市场规模达140亿美元。半导体行业周期性波动导致硅片需求周期性波动，硅片行业并购整合不断，行业竞争格局高度集中，前5大厂商市场份额接近90%。

硅片新增产能释放需到2024年，短期供需有望持续偏紧，长期LTA有助稳量稳价。硅片扩产周期在2年以上，全球12英寸硅片在2020年之前主要依靠原有厂房进行产能扩充，新建厂房产能释放的高峰将在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍将处于供不应求的状态。本次产能扩张，下游晶圆厂与硅片厂商积极绑定，通过长期合约（Long-termAgreements）保障供应链稳定。

国产硅片扩产、客户验证及导入全面提速。随着中芯国际等晶圆厂龙头开启新一轮扩产周期、技术升级、晶圆产能向大陆转移以及国内政策的大力支持，我国半导体硅片市场迎来新一轮上升周期。长期来看半导体等核心技术的国产化需求凸显，国内产业链企业有也意调整供应链以分散风险，给国产硅片企业更多机会，国内硅片企业积极扩产，国产替代有望加速。 半导体硅片是生产集成电路、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料。在众多半导体原材料中，硅具有明显的优势，硅熔点高、禁带宽度大，可广泛运用于高温、高压器件。此外，硅具有天然优质绝缘氧化层，在晶圆制造时可减少沉积绝缘体工序， 从而减少了生产步骤并降低了生产成本。硅在自然界中的储量丰富，在地壳中约占 27%，硅材料的成本显著低于其他类型半导体材料。由于硅的技术和成本优势，硅片成为了目前产量最大、应用范围最广的半导体材料，占据全部产品的 90%以上，是半导体产业链基础性的一环。半导体硅片的生产流程复杂，涉及工艺众多，主要生产环节包含晶体生长、硅片成型、外延生长等工艺。多晶硅经过熔化，接入籽晶，再通过旋转拉晶或者区域熔融的方式得到高纯度的单晶硅棒。单晶硅棒经过切、磨、抛等步骤形成抛光片，抛光片还可以进一步加工形成外延片。

长晶：直拉法和区熔法

长晶是硅片生产最核心的环节，单晶制备阶段决定了硅片的直径、晶向、掺杂导电类型、电阻率范围及分布、碳氧浓度、晶格 缺陷等技术参数。

单晶硅制备方法包括直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）两类，直拉法市占率高。直拉法的原理是将高纯度的多晶硅原料放置在石英坩埚中，在高纯惰性气体的保护下加热熔化，再将单晶硅籽晶插入熔体表面，待籽晶与熔体找寻到熔化点后，随着籽晶的提拉晶体逐渐生长形成单晶硅棒；区熔法是把多晶硅棒放在熔炉里，放入一个籽晶，然后用高频加热线圈加热籽晶与多晶接触区域生长单晶硅，区熔法因为没有坩埚的污染，生产的硅片纯度较高，碳、氧含量较低，耐高压性能好，区熔硅片代表产品有高压整流器、探测器等。直拉法是最常用的制备工艺，采用直拉法的硅单晶约占85%，12英寸硅片只能用直拉法生产。按照硅片尺寸分类，可分为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英寸硅片是市场主流产品。

按照产品工艺分类，主要可分为硅抛光片、外延片和SOI硅片。硅抛光片按照掺杂程度不同分为轻掺硅抛光片和重掺硅抛光片，掺杂元素的掺入量越大，硅抛光片的电阻率越低。轻掺硅抛光片广泛应用于大规模集成电路的制造，也有部分用作硅外延片的衬底材料，重掺硅抛光片一般用作硅外延片的衬底材料。根据衬底片的掺杂浓度不同，分为轻掺杂衬底外延片和重掺杂衬底外延片，前者通过生长高质量的外延层，可以提高CMOS栅氧化层完整性、改善沟道漏电、提高集成电路可靠性，后者结合了重掺杂衬底片和外延层的特点，在保证器件反向击穿电压的同时又能有效降低器件的正向功耗。在芯片制造过程中，除上述抛光片、外延片等正片外，还有少量用于辅助生产的测试片和挡片，测试片和挡片占正片的比例在10%左右。

硅片大尺寸化趋势明显

8英寸、12英寸硅片占据90%以上的市场份额，12英寸硅片市场占有率不断提升。硅片尺寸的提升提高了硅片的利用率，但6英寸和8英寸晶圆制造产线大部分建设时间较早，设备折旧已经完毕，芯片制造成本偏低，综合成本具有一定优势，未来仍会是各尺寸硅片市场共存的状态。

• 6英寸硅片：在中高压环境中使用的功率器件以及耐高压特性的芯片，适用于500nm以上的较大线宽。

• 8英寸硅片：8英寸抛光片主要用于传感器和低制程驱动芯片；8英寸外延片用于功率器件、PMIC和CIS。

• 12英寸硅片：12英寸抛光片广泛用于NAND闪存芯片和DRAM内存芯片；12英寸外延片广泛用于CIS、CPU/GPU等逻辑芯片以及MOSFET/IGBT等功率器件。

不同硅片价格比较

SOI硅片价格远高于同尺寸外延片和抛光片，8英寸外延片主要是功率器件用重掺外延片，外延层较厚，相比抛光片价格更高。

 12英寸的外延片的外延层较薄，通常在3um以内，主要用于改善硅片的表面性能，价格是同尺寸抛光片的1.2倍左右。

　　审核编辑：汤梓红