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1、半导体硅片行业壁垒分析一、 半导体硅片行业壁垒（一）半导体硅片技术壁垒半导体硅片行业属于技术高度密集型行业，涵盖微电子学、物理学、材料学等诸多学科知识，需要有能综合运用各学科知识的能力。半导体硅片生产过程中涉及到拉晶、研磨、抛光、外延等众多工序，每一道工序涉及到的技术也不同，技术专业化程度高。此外，半导体行业的飞速发展对半导体硅片的尺寸、杂质含量、晶体缺陷、表面平整度等方面提出更高的要求，生产企业须具备相应的综合技术水平和研发能力才能跟市场发展需求。因此，技术构成了本行业的进入壁垒之一。（二）半导体硅片资金壁垒半导体硅片行业属于资金密集型行业。半导体硅片生产工艺复杂，企业前期需要投入大量的资金
2、用于生产线以及相关配套设备的建造，且多数设备依赖进口，价格昂贵。随着半导体技术的进步及客户需求的迭代也迫使企业需要不断投入设备才能紧跟时代发展步伐。因此资金也构成了行业进入壁垒之一。（三）半导体硅片人才壁垒半导体硅片的研发和生产过程复杂，涉及多学科领域，因此进入该行业需要具备综合专业知识和丰富生产经验的复合型人才。此外，生产设备的更新改造、调试等及生产工艺的改进均需要高水平的技术团队，需要大量的人力资源投入和时间积淀。人才壁垒是新进企业进入行业的屏障之一。（四）半导体硅片认证壁垒半导体硅片具备高技术型和高精密性，其优劣对电子元器件的性能产生重要影响，属于核心材料。因此，下游芯片制造厂商对半导体
3、硅片供应商的选择非常谨慎，并设有严格的认证标准和程序，认证需花费较长时间，例如面向汽车电子产品应用领域的半导体硅材料，整个认证过程需要1-2年时间。进入企业除了需要通过业内权威的质量管理体系认证以外，还面临较长时间的采购认证。二、 半导体硅片：半导体产业的基石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
4、。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
5、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。三、 半导体硅片行业发展半导体硅片行业
6、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。全球半导体硅片进入壁垒高，核心技术主要被国外厂商所掌握。因此目前全球的半导体硅片市场主要由国外厂商主导，使行业呈现高度垄断的竞争格局。目前自2020第4季度芯片出现短缺以来，各国越发重视半导体产业链的建设。美国、欧洲先后出台相关法案加大对产业的投资力度，扶持本土企业。但是随着国际局势的不明朗和贸易摩擦的加剧，使用国产硅片代替市场空间广阔，国内的半导体硅片企业将从众收益。除此之外，由于国外厂商新建产线需要一定的时间才能使公司产能增加且目前半导体硅片需求增加，国内公司不断提升的产能将会补充国外公司缺少的产能，从而使国内半导体硅片企业走向
7、国际，提升在国际市场中的市占率。需求端：随着新能源汽车、物联网等下游行业的景气度提升，芯片的需求量提升。下游芯片的供应紧张向上游传导，硅片是芯片制造不可缺少且市场份额占比最大的原材料，因此硅片的需求量持续上涨。供应端：硅片厂商2021年满产满销，产能紧张。2021年产能释放需要一定的周期，而需求量仍然较大，因此半导体硅片的价格会有一定的上升。四、 半导体硅片技术发展半导体硅片的生产工艺流程复杂，涉及工艺众多，主要生产环节包含了晶体成长、硅片成型、外延生长等工艺。晶体成长主要指电子级高纯度多晶硅通过单晶生长工艺拉制成单晶硅棒。硅片成型主要指将单晶硅棒通过滚圆、切割、清洗、研磨、抛光、再清洗去除杂
8、质等工艺，加工成为半导体硅抛光片。外延生长主要指通过化学气相沉积的方式在半导体硅抛光片上生长一层或多层掺杂类型、电阻率、厚度和晶格结构都符合特定器件要求的新硅单晶层，形成半导体硅外延片。光伏行业的硅片尺寸跟随着半导体行业晶圆尺寸发展的步伐，半导体行业晶圆尺寸不断变大，光伏行业尺寸也相应迭代。2019年8月，TCL中环正式推出基于12英寸长晶技术的硅片产品，包含M12（210mm-f295）、M10（200mm-f281）、M9（192mm-f270）三种规格。G12产品将整个产业链提升到全新的平台。作为行业的龙头企业，半导体硅片行业的龙头TCL中环、华润微等企业拥有超千份专利。中国半导体行业协
9、会于1990年11月17日成立，是由全国半导体界从事集成电路、半导体分立器件、半导体材料和设备的生产、设计、科研、开发、经营、应用、教学的单位及其它相关的企、事业单位自愿参加的、非营利性的、行业自律的全国性社会团体。协会宗旨是按照国家的宪法、法律、法规和政策开展本行业的各项活动；为会员服务，为行业服务，为政府服务；在政府和会员单位之间发挥桥梁和纽带作用；维护会员单位和本行业的合法权益，促进半导体行业的发展。五、 半导体硅片行业概况半导体硅片是制造芯片的载体，因原材料为硅，又称为硅晶片。规划和无经理硅提炼、提纯、单晶硅生产、晶圆成型等工艺后，才能进入芯片单路蚀刻等后续环节，是制造芯片的最重要的前
10、置工艺。该概念主要包含：研发及制造半导体晶圆、硅片以及抛光片等产品的公司。按照工艺类型分类，可以分为抛光片、外延片和SOI硅片。其中抛光片和外延片是市场主流产品，市场规模约130亿美元，SOI硅片主要用射频前端等特殊应用领域，市场规模约为10亿美元。抛光片：是将纳米级二氧化硅颗粒与高效粘合剂混合后，均匀地涂覆于聚酯薄膜的表面，经干燥和固化反应而成。外延片：外延是半导体工艺当中的一种。在bipolar工艺中，硅片最底层是P型衬底硅（有的加点埋层）；然后在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层；再后来在外延层上注入基区、发射区等等。最后基本形成纵向NPN管结构：外延层在其中是集电区，外延上面有
11、基区和发射区。外延片就是在衬底上做好外延层的硅片。SOI：全称为Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。一般以硅片的直径来区分规格，通常有6英寸、8英寸和12英寸。目前半导体硅片的尺寸一直在向大尺寸不断发展。直径大的半导体硅片可以降低单位芯片的平均生产成本，从而提供更高的规模经济规模。但是大尺寸硅片由于纯度高，技术研发与规模化生产难度高，需要对生产工艺改进并且对设备性能进行提升。随着5G手机、高性能计算、汽车电动化及智能化、物联网等行业的驱动下，8英寸硅片和12英寸硅片已经成为主流。2021年Q4，8英寸硅片出货600万片/月
12、，12英寸硅片出货量超过750万片/月。根据硅片应用场景，硅片可以分为正片、陪片和时刻电极。正片可以在晶圆制造中直接使用。陪片按功能又可以分为测试片、挡片和控片。测试片是用来实验和检查制造设备运行初期的状态，以改善其稳定性。挡片是用于新生产线的调试以及在晶圆生产的过程中对正品进行保护。控片是在正式生产前对新工艺测试和监控良率。六、 半导体硅片驱动因素国内晶圆厂商中芯，华虹等主要晶圆代工厂及士兰微、华润微、闻泰、长江存储等IDM厂商积极扩产，12英寸逻辑扩产主要集中于28nm及以上的成熟制程，预计到2023年形成产能1065万片/月，相较2020年产能提升370%。3DD预计从2020年的5万片
13、/月扩产到2023年的275万片/月。DRAM从2020年的4万片/月扩产到25万片/月。8英寸2023年产能相较2020年产能提升50%。国家为推动半导体材料行业的发展，从减轻税收、建立投资基金、明确产业发展路径等多个方面推动半导体材料行业的发展。环保政策和标准日益完善和严格，监管和执法力度不断加大，提高对企业环境整治的要求。半导体硅片企业面临更大环保压力，环保投入增加使得生产成本增加。新环保相关法律实行，政府监管执法愈发严格，对企业环保监管力度和标准提高，社会民众环保意识增强，半导体硅片企业面临巨大环保压力。国家发布超低排放标准，企业环保项目投资将增加，环保投入和运行成本将升高。七、 半导
14、体硅片价格走势半导体硅片处于半导体行业产业链上游，其价格走势与半导体行业景气度密切相关。从2014年开始，受通讯、计算机、汽车产业、消费电子、光伏产业、智能电网、医疗电子等应用领域需求带动，人工智能、物联网等新兴产业崛起的影响，近些年半导体硅片价格探底回升，根据SEMI和公开数据整理，半导体硅片价格从2016年067美元/平方英寸增长至2021年价格098美元/平方英寸。预计伴随着下游市场持续增长，半导体硅片行业景气度将持续上升，从而带动半导体硅材料价格上涨。八、 半导体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
15、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。半导体硅片受到下游芯片景气度的影响，具有一定周期性，周期通常为3-4年。2020年随着疫情经济以及5G、新能源、AIoT的快速渗透，对芯片的需求的不断提升，对硅片的需求也不断加大，半导体硅片处于景气上行周期，2021年全球硅片出货面积达142亿平方英寸，同比增长14%。全球硅片市场高度集中，前五大厂商约占89%的市场份额，日本硅片企业领先。日本企业一直在半导体硅片领域处于领先地位，信越化学（Shin-Etsu）和胜高（Sumco）合计市场份额超过
16、50%。2016年12月，环球晶圆（GlobalWafers）以683亿美元收购当时排名全球第四的美国SunEdisonSemiconductor（SEMI）。收购案完成后，环球晶圆成为中国台湾最大、全球第三大的半导体硅片供应商。SKSiltron与存储大厂海力士同属SK集团，随着存储市场的快速发展市场，SKSiltron占有率持续提升。九、 半导体硅片及下游市场规模5G技术的应用，人工智能的发展，云计算数据量和终端电子产品需求大幅增加，以及新冠肺炎疫情蔓延带动居家办公、居家娱乐等信息化生活方式，促进了消费电子需求回升，各类半导体需求反弹，供需矛盾从芯片制造领域传导至上游硅片环节。据SEMI统计，2021年全球半导体硅片出货面积达到1416亿平方英寸，硅片市场规模达到1262亿美元，创历史新高。SEMI报告显示，全球半导体硅片出货面积有望在2023年攀升至更高水平。2014年起，随着中国各半导体制造商生产线投产、中国半导体制造
