半導體硅片作為最主要的半導體制造材料，是半導體器件的主要載體，下游通過對硅片進行光刻、刻蝕、離子注入等加工工序后用于后續制造。半導體制造材料還包括電子氣體、光掩模、光刻膠配套試劑、拋光材料、光刻膠、濕法化學品與濺射靶材等。半導體硅片材料市場規模在半導體制造材料市場中一直占據著最高的市場份額。根據 SEMI 統計，半導體硅片、電子氣體、光掩模占據全球半導體制造材料行業的主要市場份額，半導體硅片市場規模在半導體制造材料市場中占比最高。

根據 SEMI 統計，中國大陸半導體制造材料市場規模處于持續增長中，且于2021 年首次實現百億美元，達到 119.29 億美元。其中 2019 年至 2021 年，中國大陸半導體材料市場規模從 87.17 億美元增長到 119.29 億美元，復合增長率為16.98%。根據 SEMI 預計，中國大陸半導體材料市場規模于 2022 年仍將保持增長。

半導體硅片介紹及主要種類

①半導體硅片簡介?

硅是常見的半導體材料之一。硅元素在地殼中含量約 27%，僅次于氧元素。硅元素以二氧化硅和硅酸鹽的形式大量存在于沙子、巖石、礦物中，儲量豐富并且易于取得。二氧化硅經過化學提純，成為多晶硅。多晶硅根據其純度由低到高，一般可以分為冶金級、太陽能級和半導體級。其中，半導體級多晶硅的硅含量最高，一般要求達到 9N 至 11N，是生產半導體硅片的基礎原料。?

半導體級多晶硅通過在單晶爐內的晶體生長，生成單晶硅棒，這個過程稱為晶體生長。半導體硅片則是指由單晶硅棒切割而成的薄片。下游在硅片上進行光刻、刻蝕、離子注入等后續加工。

②半導體硅片的主要種類?

半導體硅片通常可以按照尺寸、工藝進行分類。?

A、按半導體硅片的尺寸分類半導體硅片的尺寸（以直徑計算）主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、5 英寸（125mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）與 12 英寸（300mm）等規格，半導體硅片正在不斷向大尺寸的方向發展。

一方面，硅片的尺寸越大，在單片硅片上制造的芯片數量就越多，單位芯片的成本隨之降低。另一方面，硅片的尺寸越大，在圓形硅片上制造矩形芯片造成的邊緣無法被利用的損失會越小，有利于進一步降低芯片的成本。

以 12 英寸和8 英寸半導體硅片為例，12 英寸半導體硅片的面積為 8 英寸半導體硅片面積的2.25 倍，但在同樣的工藝條件下，12 英寸半導體硅片可使用率（衡量單位硅片可生產的芯片數量的指標）是 8 英寸半導體硅片的 2.5 倍左右。但是自 12 英寸半導體硅片研發成功以后，由于尺寸繼續擴大的全產業鏈投資和研發成本過大，半導體硅片產業尚未向更大尺寸發展。目前，全球市場主流的產品是 8 英寸、12英寸半導體硅片。?

半導體硅片的尺寸越大，相應半導體硅片生產線的投資規模越大，對半導體硅片企業的生產技術、設備、材料、工藝的要求越高。?

從下游適配的應用領域來看，8 英寸及以下半導體硅片的需求主要來源于功率器件、電源管理器、非易失性存儲器、MEMS、顯示驅動芯片與指紋識別芯片等，終端應用領域主要為移動通信、汽車電子、物聯網、工業電子等；12 英寸半導體硅片的需求主要來源于存儲芯片、圖像處理芯片、通用處理器芯片、高性能 FPGA（現場可編程門陣列）與 ASIC（專用集成電路），終端應用主要為智能手機、計算機、云計算、人工智能、SSD（固態存儲硬盤）等較為高端的應用領域。

B、按制造工藝分類?

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 SOI 硅片。?

單晶硅錠經過切割、研磨和拋光處理后得到拋光片，拋光片是單面或者雙面被拋光成原子級平坦度的硅片。隨著集成電路制程向更先進、更精細化的方向發展，光刻機的景深也越來越小，硅片上極其微小的高度差都會使集成電路布線圖發生變形、錯位，這對硅片表面平整度提出了苛刻的要求。此外，硅片表面顆粒度和潔凈度對半導體產品的良品率也有直接影響。拋光工藝可去除加工表面殘留的損傷層，實現半導體硅片表面平坦化，并進一步減小硅片的表面粗糙度以滿足芯片制造工藝對硅片平整度和表面顆粒度的要求。拋光片可直接用于制作半導體器件，也可作為外延片和 SOI 硅片的襯底材料。

根據半導體硅片中硼、磷、砷、銻等元素的摻雜濃度不同，半導體拋光片還可以進一步劃分為輕摻拋光片和重摻拋光片，摻雜越多，電阻率越低。

輕摻拋光片主要用于集成電路領域，重摻拋光片主要用于功率器件等領域。

重摻拋光片通常經過后續外延加工后再進行下游應用，而輕摻拋光片通常可直接用于下游應用，因此，輕摻拋光片的技術難度和對產品質量的要求更高。?

拋光片經過外延生長形成外延片。外延是通過化學氣相沉積的方式在拋光面上生長一層或多層具有特定摻雜類型、電阻率、厚度和晶格結構的新硅單晶層。?

外延技術可以減少硅片中因晶體生長產生的缺陷，具有更低的缺陷密度和氧含量。外延片常在 CMOS 電路中使用，如通用處理器芯片、圖形處理器芯片等，由于外延片相較于拋光片含氧量、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，從而提升了集成電路的可靠性。除此之外，通常在低電阻率的硅襯底上外延生長一層高電阻率的外延層，應用于二極管、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）等功率器件的制造。功率器件常用在大功率和高電壓的環境中，硅襯底的低電阻率可降低導通電阻，高電阻率的外延層可以提高器件的擊穿電壓。

外延片提升了器件的可靠性，并減少了器件的能耗，因此在工業電子、汽車電子等領域廣泛使用。SOI 硅片即絕緣體上硅，是常見的硅基材料之一，其核心特征是在頂層硅和支撐襯底之間引入了一層氧化物絕緣埋層。

SOI 硅片適合應用在要求耐高壓、耐惡劣環境、低功耗、集成度高的芯片上，如射頻前端芯片、功率器件、傳感器以及硅光子器件等芯片產品。

拋光片是生產傳感器、模擬芯片、分立器件、功率器件、射頻前端芯片等半導體產品的關鍵基礎材料；外延片主要用于制作邏輯芯片、分立器件。

8 英寸硅片主要用于傳感器、模擬芯片、分立器件、功率器件、射頻前端芯片等領域。12 英寸硅片可用于邏輯芯片、存儲芯片、圖像處理芯片、通用處理器芯片、功率器件等領域。

半導體硅片行業作為技術密集型行業，半導體硅片生產涉及諸多學科知識的綜合應用。半導體硅片的生產需要半導體級多晶硅作為原材料。通過晶體生長工藝，半導體級多晶硅在石英坩堝中融化，通過摻入硼、磷、砷、銻等元素改變其導電性能后，可制備出具有特定性能的半導體級單晶硅棒；單晶硅棒再經過滾磨、截斷、切片、倒角、研磨、刻蝕、拋光、清洗、檢查、包裝等工藝步驟，最終制造成為拋光片；外延片生產過程主要為在拋光片的基礎上進行外延生長。

晶體生長工藝流程

使用 CZ 直拉法技術，生產覆蓋 4 英寸、5 英寸、6 英寸、8 英寸和 12英寸的半導體單晶硅棒。晶體生長工藝流程如下：

拋光片生產的主要工藝流程如下：

外延片工藝流程?

12 英寸外延片生產流程是在 12 英寸拋光片的基礎上進行外延生長，然后經清洗、檢查、包裝環節，運輸給客戶。外延片生產工藝流程如下：

半導體及半導體行業介紹?

半導體是指在常溫下導電性能介于絕緣體與導體之間的材料。常見的半導體包括硅、鍺等元素半導體及砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化硅等化合物半導體。?

半導體產業以半導體材料和設備產業為依托，主要包括設計、制造和封裝測試等制造環節。根據 WSTS 分類標準，半導體產品主要可分為集成電路、分立器件、傳感器與光電子器件四種類別，并廣泛應用于移動通信、計算機、云計算、大數據、汽車電子、物聯網、工業電子、人工智能、軍事太空、虛擬現實、LED和智能穿戴等行業。

半導體產業在保障國家安全、促進國民經濟增長過程中起到了基礎性、決定性作用，而半導體材料產業得益于其較高的附加值和對整個電子信息產業的支撐作用，是整個半導體產業發展的基石。

半導體行業發展情況?

半導體行業市場規?？傮w呈波動上升趨勢，主要受宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素的影響。根據 WSTS 數據，2011 年至 2021 年，全球半導體行業銷售額從 2,995.21 億美元增長至 5,558.93 億美元，銷售額增長 85.59%；其中 2021 年全球半導體行業銷售額較 2020 年增長 26.23%，為 2010 年以來的年度最大漲幅。根據 WSTS 預測數據顯示，2022 年全球半導體行業市場規?？傮w將繼續保持增長，預計將增長 10.37%至 6,135.23 億美元。

得益于半導體制造產能重心的轉移、政府政策扶持等多重影響，中國半導體行業市場規模呈現持續增長趨勢。特別是 2021 年，國內宏觀經濟運行良好。根據中國半導體協會統計數據，2021 年度中國半導體市場規模首次突破萬億，達到 10,458.30 億元，同比增長 18.20%。

半導體材料是半導體產業的重要組成部分。根據 SEMI 統計，自 2016 年至2021 年，全球半導體材料市場規模自 430 億美元增長至 643 億美元，復合增長率為 8.37%。按應用環節劃分，半導體材料包括半導體制造材料與半導體封測材料，其中半導體制造材料市場規模占比較高。

根據 SEMI 統計，自 2018 年開始，半導體制造材料市場規模保持占據半導體材料總體市場規模 60%以上比例。2016 年至2021 年，半導體制造材料市場規模由 248 億美元增長至 404 億美元，復合增長率為 10.25%，高于半導體材料總體增長率。

全球半導體硅片產業鏈?

半導體硅片是芯片制造的核心關鍵材料，且在芯片制造材料成本中占比較高。半導體硅片企業的下游客戶是芯片制造企業，包括晶圓代工廠商和 IDM 廠商。下游行業應用覆蓋計算、無線通信、消費電子、汽車電子、工業電子、存儲和有線通信等。

根據 SEMI 統計，2019 至 2021 年，全球半導體硅片出貨面積分別為 116.77億平方英寸、122.90 億平方英寸以及 140.17 億平方英寸，全球半導體硅片出貨面積穩定在高位水平。2020 年和 2021 年，全球半導體硅片出貨面積同比增長分別為 5.26%和 14.05%。

2011 年至 2016 年，全球半導體硅片價格呈現下降趨勢，主要受 12 英寸大硅片的普及造成單位面積制造成本下降、全球半導體硅片廠商擴產導致的競爭加劇、下游終端市場需求低迷等因素的疊加影響。2016 年，隨著下游終端市場需求增加及新興終端市場規模的擴張，全球半導體硅片市場價格止跌反彈。根據SEMI 統計，2019 年至 2021 年，全球半導體硅片銷售單價分別為 0.95 美元/平方英寸、0.90 美元/平方英寸以及 0.98 美元/平方英寸，銷售單價穩定在較高水平。

全球半導體硅片市場最主流的產品規格為 12 英寸硅片和 8 英寸硅片，8 英寸硅片出貨面積保持相對平穩狀態，12 英寸硅片出貨面積保持波動上漲。自 2011年以來，6 英寸及以下小尺寸硅片的需求持續存在，但受技術升級、大尺寸硅片供給增加等不利因素的影響，6 英寸及以下小尺寸硅片出貨量基本維持在相對穩定水平。

根據 SEMI 統計，8 英寸半導體硅片出貨面積從 2016年的 2,690.27 百萬平方英寸上升至 2018 年的 3,278.43 百萬平方英寸，復合增長率為 10.39%。受全球貿易摩擦及全球智能手機、汽車銷量下滑和新冠疫情的影響，2019 年 8 英寸半導體硅片的出貨面積下降至 2,967.48 百萬平方英寸，2020年繼續下滑，降至 2,945.59 百萬平方英寸。2021 年恢復增長趨勢，8 英寸半導體硅片的出貨面積增長至 3,442.81 百萬平方英寸，較 2020 年增長 16.88%。?

據 SEMI 預計，2022 年和 2023 年，8 英寸半導體硅片出貨量有望保持持續增長，分別達到3,608.26百萬平方英寸和3,642.29百萬平方英寸。下游模擬器件、功率分立器件、CMOS 圖像傳感器等細分市場規模的穩步增長，為 8 英寸半導體硅片需求增長提供長期穩定的驅動力。?

12 英寸半導體硅片自 2000 年以來市場需求增加，出貨面積不斷上升。2000年至 2021 年，由于移動通信、計算機等終端市場持續快速發展。根據 SEMI 統計，12 英寸半導體硅片出貨面積從 94 百萬平方英寸擴大至 9,597.72 百萬平方英寸，市場份額從 1.69%大幅提升至 2021 年的 68.47%，成為半導體硅片市場最主流的產品。

半導體硅片直徑的提升使得硅片面積平方級增長，進而使得單片硅片能產出的芯片數量也翻倍增長。硅片直徑越大，芯片的平均生產成本越低，進而提供更經濟的規模效益。但與此同時，生產更大直徑的硅片，其所需要的生產工藝改進成本、設備性能提升，也將在投產初期給廠商帶來更高的固定成本投入。此外半導體硅片制造商的技術發展與下游芯片制造企業對硅片的需求相匹配，半導體硅片尺寸的擴大需要半導體產業上下游的協同發展。因此，8 英寸和 12 英寸半導體硅片仍然是市場主流尺寸。

半導體制程向更先進、更精細化的方向發展?

遵循摩爾定律，半導體芯片的制程已經從上世紀 70 年代的 1μm、0.35μm、0.13μm 逐漸發展至當前的 90nm、65nm、45nm、22nm、16nm、10nm、7nm、5nm。90nm 以上的制程主要使用 8 英寸或更小直徑尺寸半導體硅片，90nm 及以下的制程主要使用 12 英寸半導體硅片。

根據 IC Insights 統計和預測，各種半導體制程的市占率正向著相對更加均衡的方向發展。總體來看，到 2024 年，10nm 以下、10nm-40nm、以及 40nm 以上制程各占市場約三分之一。

行業內主要企業

（1）信越化學（4063.T）信越化學是全球排名前五的半導體硅片制造商，設立于 1926 年，為東京證券交易所上市公司。主營業務包括制造和銷售聚氯乙烯、有機硅塑料、纖維素衍生物等原材料的生產和銷售網絡，擁有 PVC 化成品、有機硅、化學品、半導體硅、電子功能材料事業等眾多事業。信越化學采取多元化發展戰略，在多個產品領域均全球領先。信越化學的半導體硅片產品包括半導體拋光片（含 SOI 硅片）和半導體外延片，并于 2001 年開始大規模量產 300mm（12 英寸）半導體硅片。?

（2）SUMCO（3436.T）SUMCO 是全球排名前五的半導體硅片制造商，專注于半導體硅片的研發、生產和銷售，為東京證券交易所上市公司。主要產品包括 100-300mm（4-12 英寸）半導體拋光片與外延片。

（3）環球晶圓（6488.TWO）環球晶圓是全球排名前五的半導體硅片制造商，主要經營地在中國臺灣地區。環球晶圓專注于半導體硅片業務，主要產品有硅錠、50-300mm 硅片。?

（4）Siltronic AG（WAF.F）Siltronic AG 是全球排名前五的半導體硅片制造商，主要經營地在德國，于2015年在法蘭克福證券交易所上市。Siltronic AG專注于半導體硅片業務，從1953年開始從事半導體硅片業務的研發工作，1998 年實現 300mm 半導體硅片的試生產，2004 年 300mm 半導體硅片生產線投產。主要產品包括 125-300mm 半導體硅片。?

（5）SK Siltron（未上市）SK Siltron 是全球排名前五的半導體硅片制造商，主要經營地在韓國。SK Siltron 設立于 1983 年，1996 年建成 200mm 半導體硅片生產線，2002 年建成300mm 半導體硅片生產線。

根據SEMI數據，2018年至2020年，信越化學、SUMCO、環球晶圓、Siltronic AG、SK Siltron 國際龍頭半導體硅片制造商合計占有市場份額分別為92.57%、90.75%和86.61%。2020年全球半導體硅片市場格局如下所示：

雖然當前國際龍頭半導體硅片制造商占有的市場份額很高，但隨著中國大陸半導體硅片企業的積極擴產，市場份額正在快速提升。此外，中國大陸正在成為全球半導體產能第三次擴張的重要目的地。隨著晶圓廠產能緊缺，中國大陸晶圓代工廠中芯國際、華虹半導體，中國臺灣地區晶圓代工廠臺積電、聯華電子股份有限公司等晶圓廠接連在中國大陸擴產、建廠，加速國內半導體產業發展和布局，中國大陸半導體硅片制造商也將獲得前所未有的發展機遇。

國內主要企業

（1）滬硅產業（688126.SH）滬硅產業主營業務為半導體硅片及其他材料的研發、生產和銷售。該公司提供的半導體硅片產品類型涵蓋 300mm 拋光片及外延片、200mm 及以下拋光片、外延片以及 200mm 及以下的 SOI 硅片。?

（2）TCL 中環（002129.SZ）TCL 中環主要產品包括半導體材料、半導體器件、新能源材料、新材料的制造及銷售；融資租賃業務；高效光伏電站項目開發及運營。該公司 12 英寸半導體硅片在關鍵技術、產品性能質量取得重大突破，已量產供應國內主要數字邏輯芯片、存儲芯片生產商；傳統的功率半導體產品用硅片（5 英寸、6 英寸、8英寸）業務穩定增長，供應國內和國際用戶。?

（3）立昂微（605358.SH）立昂微主營業務主要分三大板塊，分別是半導體硅片、半導體功率器件、化合物半導體射頻芯片。主要產品包括 6-12 英寸半導體拋光片和外延片、6 英寸肖特基芯片和 MOSFET 芯片、6 英寸砷化鎵微波射頻芯片等三大類。?

（4）北京奕斯偉科技集團有限公司北京奕斯偉科技集團有限公司成立于 2016 年，是一家半導體領域產品和服務提供商，核心事業涵蓋芯片與方案、硅材料、先進封測三大領域。其下屬子公司西安奕斯偉硅片技術有限公司，是成立于陜西西安的硅材料制造公司，主要產品覆蓋 12 英寸半導體拋光片及外延片。?

（5）有研半導體硅材料股份有限公司有研半導體成立于 2001 年，主營業務為半導體硅材料的研發、生產和銷售，主要產品包括 6 英寸和 8 英寸半導體拋光片、刻蝕設備用硅材料、半導體區熔硅單晶等。?

（6）上海超硅半導體股份有限公司上海超硅半導體股份有限公司成立于 2008 年，主營從事大尺寸集成電路級別硅片的研發、生產和銷售，主要產品包括 200mm 的拋光片、氬氣退火片和外延片、300mm 的拋光片等。

（7）中欣晶圓

中欣晶圓間接控股股東日本磁性控股于 1996 年在東京證券交易所上市，主要從事磁性流體、半導體制造設備、液晶制造設備的生產、研發和銷售業務，其通過中欣晶圓開展半導體硅片的研發、生產和銷售。中欣晶圓主營業務為半導體硅片的研發、生產和銷售。主要產品包括 4 英寸、5英寸、6 英寸、8 英寸、12 英寸拋光片以及 12 英寸外延片，公司還從事半導體硅片受托加工和出售單晶硅棒業務。擁有完整的半導體硅片制備工藝和全尺寸的硅片生產線，可實現從晶體生長、切片、研磨、拋光到外延的全鏈條生產。

編輯:黃飛

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