我国半导体硅片发展现状与展望
半导体是电子信息产品的“心脏”，在国民经 济和社会生活各方面的应用越来越广泛，对国家经 济成长、国防安全、核心竞争力提升至关重要 ， 促进了通信、计算、医养健康、军事系统、物流、 新能源行业的发展，引导人工智能、大数据、自动 驾驶等新产业的兴起，支撑着数字经济不断发展， 并在新冠疫情防控等重大社会问题应对方面发挥了 关键作用 。随着半导体在各领域应用日趋广泛和 深入，2020年开始半导体供应紧张局面更加凸显 。各国正积极采取措施，增强和完善本国的半导体产 业链。
半导体产品主要包括集成电路、光电子器件、 分立器件和传感器件，其中集成电路在半导体产业 中占比最高，超过 80%。2021 年全球集成电路销 售额为4608.14亿美元，传感器件销售额为187.9亿 美元，光电子器件销售额为432.29亿美元，分立器 件销售额为 301 亿美元，集成电路占比达到 83%。
根据世界半导体贸易统计组织 （WSTS） 数据 ， 2022 年全球集成电路占比将达 84.22%，光电子器 件、分立器件、传感器占比分别为 7.41%、5.10% 和3.26%。
集成电路是最重要的半导体产品，硅片是集成 电路最重要的基础材料，处于集成电路产业链前 端，在集成电路芯片制造材料中占比达30%以上， 90% 以上的集成电路芯片是基于硅片制成。中 国在全球半导体产业链中参与程度较低，硅片等关 键材料对外依存度较高 。近年来，大国博弈加 剧，国际政治经济环境恶化，地震和火山爆发等自 然灾害频发，新型冠状病毒感染等流行疾病蔓延， 产业生态发生变化，《关于常规武器与两用产品和 技术出口控制的瓦森纳协定》新增 12 in 硅片技术 管制 ，增强硅片等关键材料的自主保障能力，提 升我国半导体产业链安全性成为重要课题。
（一）全球半导体硅片的发展现状
1. 全球半导体硅片的市场规模
集成电路芯片制造材料多达数百种，按类别划 分主要包括硅片、光掩膜、光刻胶及配套试剂、电 子气体、工艺化学品、溅射靶材、抛光材料等，总 体采购中硅片占比始终最高。根据国际半 导体产业协会（SEMI）数据，2021年硅片在集成电 路芯片制造材料中的采购金额占比达到33%左右， 是最主要的关键功能材料，100多亿美元的半导体硅 片支撑了5000多亿美元的半导体产业规模。近年来，随着全球半导体市场规模的持续增长， 全球半导体硅片出货面积稳步提升。2012年 全球半导体硅片出货面积为 8.8×109 in2 ，2021 年突 破1.4×1010 in2 。全球半导体硅片销售额由2012年的 87 亿美元增长到 2021 年的 126 亿美元，从 2018 年 开始连续 4 年超过 110 亿美元。根据 SEMI 统计， 2022 年全球半导体硅片出货面积将增长 4.8％，达 到1.4694×1010 in2 。预计到2025年，全球半导体硅片 出货量将增至1.649×1010 in2 。
2. 半导体硅片需求结构
近10年来，6 in及以下尺寸硅片需求基本保持 稳定，全球半导体硅片新增需求主要集中在8 in和 12 in 硅片，尤其是 12 in 硅片增速最快（见图 3）。12 in硅片年出货量自2012年的5.302×109 in2 增长至 2021年的9.598×109 in2 ，其出货面积占全部半导体硅 片比例接近70%；8 in硅片出货面积也稳步增长，从 2012年的2.378×109 in2 增长至2021年的3.443×109 in2 。2021 年，12 in 和 8 in 硅片出货面积分别同比增长 12.85%和16.87%。
12 in硅片主要应用于90 nm及以下半导体制程 范围，用于制造逻辑电路、存储器等高集成度的芯 片，多在大计算量、大存储量或便携式终端上应 用，如大数据、智能手机、计算机、人工智能等领 域。8 in硅片主要应用于90 nm以上制程范围的模拟 电路、功率芯片、互补金属氧化物半导体（CMOS） 图像传感器、微控制器、射频前端芯片、嵌入式存 储器等芯片，应用场景包括微机电系统、电源管理、 汽车电子、工业控制、物联网等领域。
8 in 硅片在特色芯片产品上拥有性价比优势， 尤其在微机电系统、硅上化合物半导体、射频及功 率芯片等领域优势明显。近年来，一些新应用场景 特色芯片会率先在8 in芯片上出现，而后逐步向12 in 芯片转移。预计未来8 in硅片和12 in硅片将在各自 特定领域发挥作用，长期共存。
3. 硅片产业集中度高的局面基本保持
半导体硅片产业起始于美国，美国孟山都化学 公司成立的孟山都电子材料公司曾引领技术发展， 在20世纪60年代获得80%的市场份额。随着半导 体制造业的东移，其后期连续亏损，孟山都化学公 司在1989年将孟山都电子材料公司出售给了德国化 工企业，并于2016年被中国台湾的环球晶圆股份有 限公司收购。20 世纪 50 年代末，日本通过技术引 进，开始布局半导体产业，在超大规模集成电路研 究计划的推动下，日本半导体产业快速发展，其中 存储器在20世纪80年代超过美国，硅片厂商也在 此期间获得黄金发展期，最终经过多次整合并购形 成信越化学工业株式会社和胜高科技株式会社两家 国际半导体硅片巨头，2001年信越化学工业株式会 社在全球率先量产 12 in 半导体硅片。日本半导体 硅片产业从20世纪90年代超过美国后，至今仍在全球占据主导地位。20 世纪 90 年代半导体产业从 日本向韩国和中国台湾地区转移，韩国和中国台湾 地区硅片企业得以成长，并逐步在全球占有一席之 地。当前，日本信越化学工业株式会社、胜高科技 株式会社，中国台湾环球晶圆股份有限公司，德国 世创电子材料股份有限公司，韩国SK集团等五大 厂商占据全球90%左右的市场份额，尤其是在12 in 硅片方面占据绝对市场地位。五大厂商近几年产能 扩张主要集中在 12 in 硅片，2015 年，全球只有日 本信越化学工业株式会社和胜高科技株式会社的 12 in硅片月产能超过1×106 片，至2021年年底，前 5大厂商12 in硅片月产能都有显著增加，其中日本 信越化学工业株式会社月产能超过3.1×106 片，胜高 科技株式会社的月产能约为1.9×106 片，中国台湾环 球晶圆的月产能约为1.3×106 片，德国世创的月产能 约为9.9×105 片，韩国SK集团的月产能约为9×105 片。
4. 硅是重要的半导体材料
半导体材料经历了以硅为代表的第一代半导体 材料，以砷化镓为代表的第二代半导体材料和以碳 化硅与氮化镓为代表的第三代半导体材料 。相 比于其他半导体材料，硅材料易于制备较大尺寸晶 体、晶体结构完整性相对易控制、纯度相对易实 现，在集成电路平面工艺制程的应用技术更加成熟 且更具有规模效益，有着更大的应用领域与需求 量，因此，90%以上的芯片都是基于硅材料制造而 成，这赋予了硅材料不可替代的行业地位。但是， 硅材料也存在一定局限性，无法满足高功率、高频 率和高压等苛刻特性，不具备发光特性，等二代半 导体材料、等三代半导体材料在这些方面具备独特 优势。硅材料与第二代、第三代半导体材料的结合 将是一种选择，以硅材料为衬底，化合物材料在硅 材料上外延生长制成单晶片以满足射频芯片和功率 器件对高频、高压、高功率的需求，比如硅基氮化 镓。这几代半导体材料并不是完全替代关系，在未 来相当长的时期内它们还将并存，并在不同的应用 领域发挥各自的作用、占据各自的市场份额 。
（二）全球半导体硅片的发展态势
1. 全球半导体硅片产业东移，亚太地区成为主要的制造区域
全球半导体产业起源于美国，1958 年，德州 仪器设计出第一款微型电子器件（IC），至20世纪 70年代，半导体产业在美国完成技术积累，同样的 硅材料产业也起源于美国，至20世纪80年代，全 球领先半导体硅材料企业仍是美国的孟山都电子材 料公司。随着半导体产业第一次转移到日本，互联 网时代半导体转移至韩国，日本索尼公司、韩国三 星集团等企业得到快速发展，在这个阶段，日本、 韩国的硅材料产业逐渐兴起，日本信越化学工业株 式会社、胜高科技株式会社、小松电子材料公司以 及韩国SK集团等不断壮大。日本更是在1996年开 始布局“超级硅”计划，期望在未来占据硅材料领 域的领先地位。进入21世纪，日本信越化学工业株 式会社率先实现 12 in 硅片商业化，并成为全球第 一大半导体硅材料供应商，随后胜高科技株式会社 和小松电子材料公司合并，成为第二大半导体硅材 料供应商。目前为止，日本企业的硅材料供应能力 占全球比例过半。随着台湾环球晶圆股份有限公司 的壮大，韩国SK集团的扩张，以及德国世创电子 材料股份有限公司将 12 in 硅片产业重点布局在新 加坡，全球近90%的硅片产出分布在亚太地区。中 国近年来加大硅片产业的布局和投资，到 2025 年 12 in硅片规划总产能超过4×106 片/月，亚太地区成 为全球半导体硅片制造的重要区域。
2. 全球半导体硅片需求持续增长
近年来，随着数字经济拉动，大算力需求不断增加，半导体在各领域的渗透日益增强，硅片需求 将保持持续增长。SEMI在2022年10月最新报告中 预计，到2025年，汽车和功率半导体的晶圆厂产能 以58%的速度增长，其次是微机电系统、代工和模 拟，其晶圆厂产能增长速度分别为 21%、20% 和 14%。汽车和功率半导体、微机电系统等领域的产 能扩张带动8 in硅片需求的增长，2025年全球8 in 硅片需求预计将达到7×106 片/月 。SEMI在2022年10月报告中预计，到2025年， 12 in晶圆厂按照产品类型划分的年复合增长率中， 功率器件相关产能增长为 39%，模拟器件为 37%、 代工为 14%、光电为 7%，存储为 5%。到 2025 年， 全球半导体制造商 12 in 晶圆制造厂产能将以接近10%的年复合增长率增长，对12 in硅片的需求将达到每月9.2×106 片。
3. 海外企业积极扩产
全球半导体硅片供应已连续几年处于紧张局面。为应对需求，抢占市场，全球主要硅片厂商积极扩充产能。德国世创电子材料股份有限公司在2022年 投资11亿欧元，在新加坡建设 12 in 硅片厂，估算 产能约为3×105 片/月；韩国SK集团宣布未来3年内 将投资1.05万亿韩元扩建12 in半导体硅片厂，估算 产能约为2.5×105 片/月；台湾环球晶圆股份有限公 司 2022 年 3 月发布消息，计划在意大利新建 12 in 硅片厂，同时拟投资50亿美元在美国德州新建12 in 硅片厂，最高产能超 1.2×106 片/月；日本胜高科技 株式会社宣布也将斥资2287亿日元建设新厂，扩产 12 in硅片，估算产能将超过5×105 片/月。
预计到 2025 年海外厂商新增 12 in 硅片产能将 超过2×106 片/月。随着产能释放，12 in硅片供需紧 张的情况将得到有效缓解。
4. 半导体硅片技术发展趋势
摩尔定律推动了半导体行业50 余年的快速成 长，集成电路芯片技术不断向更先进制程发展，借 助极紫外（EUV）光刻等先进技术，正在向 3 nm 甚至更小的节点演进，但硅基集成电路工艺的发展 愈发趋近于其物理极限，单纯靠缩小线宽已经越来 越困难，半导体行业逐步进入了后摩尔时代。
后摩尔时代集成电路芯片技术发展呈现出两个 主要特点：一是继续延续摩尔定律，以集成电路制 程微细化为特征，技术上满足更先进制程，提高集 成度和功能，同时兼顾性能及功耗。二是通过先进 封装等手段，整合高压功率芯片、模拟电路芯片、 射频芯片、传感器芯片等多种功能，实现器件功能 的融合和产品的多样化。
后摩尔时代对半导体硅片提出更高的技术要 求，一是随着集成电路先进制程技术的不断发展， 对硅片的要求愈发严格，28 nm及以下先进制程硅 片产品指标全面升级，包括单晶晶体缺陷、晶体中 氧碳及掺杂物质的均匀分布、平整度等加工精密度 参数、体金属浓度和表面金属浓度等纯度指标。指 标升级给硅片制备技术带来巨大挑战，超导水平磁 场拉晶等技术采用。二是功率半导体方面正呈现由 8 in向12 in加速转移，12 in硅片已用于功率半导体 领域，需要开发 12 in 重掺单晶生长技术、背面沉 积二氧化硅薄膜技术及相应的翘曲度控制技术。同 时为了解决硅材料性能的局限性，与其他材料的整 合成为重要路径，比如结合键合工艺开发的绝缘体 上硅（SOI）、通过应变引入实现能带调制的应变 硅、硅基氮化镓等都已实用化，未来硅与磷化铟、 石墨烯、硫化钼等材料的结合可能是后摩尔时代硅 材料的重要发展方向。
5. 12 in硅片为市场主流，更大尺寸硅片商业化搁置
根据过往半导体行业规律，前一代硅片变成市 场主流，支持大约40%左右芯片制造能力时，新一 代硅片将会出现并商业化应用。但12 in硅片之后， 这个规律被改变。2011年前，英特尔公司、三星集 团和中国台湾积体电路制造股份有限公司等都曾 积极推动和准备以推进下一代晶圆和硅片的研发和 商业化，美国、欧盟、以色列曾分别成立 G450C、 EEMI450、Metro450，但因为投资极大、技术难度 极高、产品性价比等多种因素，18 in设备、硅片、 芯片均搁置，半导体产业没有迎来 18 in 时代。当 前12 in硅片已占据全部硅片出货面积比例近70%， 技术节点已经达到3 nm，以往产业规律没有延续。18 in 硅片产业的搁置，一方面为 12 in 硅片需 求规模持续增长提供了广阔的空间和持久的产品周 期；另一方面为我国 12 in 硅片技术及产业发展提 供了难得的发展机遇。根据目前半导体硅片产业现 状，我们认为，12 in硅片应用周期会延续相当长时 间，未来18 in硅片出现的可能性减小。
三、我国半导体硅片的发展现状及发展态势
（一）我国半导体硅片的发展现状
1. 我国半导体及硅片市场
2015年至2020年，我国半导体市场规模从824亿 美元增长至 1638 亿美元，年均复合增长率约为 14.74%。2021 年，我国半导体市场销售额达到 1925亿美元。
从区域结构来看，中国已经连续多年成为全球 最大的半导体消费市场，2021年中国市场占比达到 34.6%，美国、欧洲、日本和其他国家的市场份额 分别为21.9%、8.6%、7.9%和27.0%。
2021年中国集成电路全行业销售额达到10 458亿 人民币，增幅达到19%，增速全球第一。中国作为 全球最大的半导体消费市场对国内集成电路产业及 半导体硅片产业的成长提供了市场基础和广阔的国 产替代空间。
近年来，得益于国内半导体产业投融资环境的 持续改善，国内半导体硅片市场需求随着下游芯片厂的扩产而持续增加，2018年我国半导体硅片市 场规模为 172.1 亿元，2021 年达到 250.5 亿元 。根据测算，2021年国内半导体硅片市场仍 有130亿元依赖进口，国产替代空间巨大。未来随 着国内半导体产业的发展和产业生态的持续完善， 市场规模将进一步扩大，预计到2025年我国半导体 硅片市场规模将超过400亿元人民币。
2. 需求环境改善、配套能力显著提升
半导体硅片的发展依赖于下游需求牵引及上游 装备和配套材料的支撑。近年来国内产业链下游发 展迅速，设计 ‒ 制造 ‒ 封装三业结构显著改善。在 国际贸易冲突加剧的大背景下，下游集成电路厂商 对本地硅材料供应商认可度增强，同时得到政策鼓 励，采购国产材料的意愿大大提升，国内半导体硅 片进入下游市场壁垒减小。同时，产业配套方面， 国内硅材料装备制造业快速发展，单晶炉、切片 机、研磨机、清洗机等关键设备进入半导体硅片企 业；多晶硅、石英坩埚、石墨材料、抛光液、切削 液等关键原辅材料进入生产线得到批量应用，本地 化配套能力显著增强。目前8 in硅片生产所需装备 和材料基本实现全面国产化，12 in 硅片生产单晶 炉、滚磨机、截断机、中间清洗机、研磨机、倒角 机、精抛机、单片清洗机等已经开展国产化应用， 多类原辅材料进入生产线。随着制造装备及原 辅材料的国产化，国内半导体硅片产业的投资成 本、制造成本有望持续下降，产品竞争能力逐步 增强。
3. 硅片制造关键技术取得重大进展
近年来，我国半导体硅片行业在加快产能建设 的同时，12 in硅片关键技术研发取得了长足进步。在国家重大专项的持续支持下，上海硅产业集团股 份有限公司实现了面向先进制程工艺节点应用的 12 in硅片批量供应，成功研发出19 nm动态随机存 取存储器（DRAM）用 12 in 硅片，取得突破性进 展。TCL 中环新能源科技股份有限公司在 12 in 硅 片关键技术、产品性能质量提升方面取得重大突 破，已量产供应国内主要逻辑芯片、存储芯片生产 商。西安奕斯伟硅片技术有限公司研发出14 nm及 以下集成电路先进制程使用的 12 in 硅片，应用于 逻辑芯片、闪存芯片、动态随机存储芯片、图像传 感器、显示驱动芯片等领域。有研半导体硅材料股 份公司建立 12 in 硅片研发中心，超导磁场下单晶 生长技术取得突破，硅片加工技术稳定，满足先进 制程工艺节点的需要，产品批量进入市场。在各企 业高强度研发投入下，目前国内成熟制程、功率半 导体硅片技术可以支撑批量生产，满足下游需要， 先进制程硅片技术正在加速突破。
（二）我国半导体硅片的发展态势
1. 我国半导体硅片市场需求将保持增长
根据 SEMI 统计，2021 年我国 8 in 晶圆产能占 全球的比例为18%，2022年达到21%，预计2025年 我国8 in晶圆产能增长将达66%，领先全球，产能 将达到1.8×106 片/月 。2021年我国12 in晶圆厂的 全球产能份额为19%，预计到2025年将增至23%， 达到2.3×106 片/月。基于我国半导体市场的现实需求，以及当前贸易 摩擦下建设自主可控半导体产业链的迫切需要，中国 发展半导体产业链的决心更为坚定。截至2022年年 底，在建及运行的12 in芯片厂产能超过1.7×106 片/月 （见表2），晶圆厂产能建设保持强劲增长。下游8 in、12 in晶圆厂产能的扩充叠加国产替 代的现实需要，将拉动国产半导体硅片需求的快速 增长。
2. 我国产业政策支持硅片产业发展
近年来，在国家高度重视下，工业和信息化 部、科学技术部等部门陆续出台发布了半导体硅片 研发、税收优惠与产业化系列政策，将半导体硅片 产业纳入集成电路整体产业支持中。2020年颁布的 《关于促成集成电路产业和软件产业高质量发展企 业所得税政策的公告》中规定：国家鼓励的集成电 路设计、装备、材料、封装、测试企业和软件企 业，自获利年度起，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照25%的法定税率减半征收 企业所得税。2020年颁布的《财政部 海关总署 税 务总局关于支持集成电路产业和软件产业发展进口 税收政策的通知》中规定：集成电路用光刻胶、掩 模版、8 in及以上硅片生产企业，进口国内不能生 产或性能不能满足需求的净化室专用建筑材料、配 套系统和生产设备（包括进口设备和国产设备）零 配件，免征进口税。上述政策极大地鼓舞了相关企 业加快发展、积极参与国际竞争。
3. 硅片企业投资力度空前、产能建设加快
近年来，国家成立了集成电路产业基金，资本 市场推出科创板，地方及社会资本积极参与，集成 电路产业融资渠道畅通，半导体硅片企业融资难问 题得到有效解决。上海硅产业集团股份有限公司、 浙江立昂微电子股份有限公司、有研半导体硅材料 股份公司登陆资本市场，募集资金发展半导体硅片 产业。西安奕斯伟硅片技术有限公司、杭州中欣晶圆半导体股份有限公司等取得社会资本支持，同时积极争取科创板上市。在资本的强力支持下，国内 半导体硅片骨干企业得到了快速发展，形成了相当 好的产业基础，对国内半导体产业的支撑保障能力 显著增强。
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