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1、半导体材料行业市场需求与投资规划一、 半导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。二、 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
2、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、中国半导体制造技术的不断进步与半导体终端产品市场的发展，中国大陆半导体硅片市场步入了发展的快车道。产能方面，据ICInsights统计数据，2018年中国硅晶圆产能243万片/月（等效于8英寸硅片），中国大陆硅
3、晶圆产能占全球硅晶圆产能125%。据ICInsights对未来产能扩张预测，2022年中国大陆晶圆厂硅晶圆产能将达410万片/月，占全球产能1715%，2018至2022年，年复合增长率为2293%。因此，中国半导体硅片的销售额将随着下游晶圆厂的扩产而打开提升空间。根据SEMI数据，2015年中国半导体硅材料市场规模为1016亿元，2021年增长至2505亿元，2015年至2021年复合增长率达到162%。国内半导体硅材料生产企业技术水平不断提升，中国市场占比维持较高水平。即便如此，中国硅片市场90%左右的市场仍由日本信越化学、SUMCO、德国Siltronic、中国台湾环球晶圆等国际巨头占据
4、，国产化率水平仍旧较低。以直径计算，半导体硅片的尺寸规格主要有2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、5英寸（125mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）与12英寸（300mm）等；根据用途分类，半导体硅片可分为抛光片、退火片、外延片、结隔离片和以SOI硅片为代表的高端硅片。其中，抛光片是用量最大的产品，其他的硅片产品都是在抛光片的基础上二次加工产生的。在摩尔定律的影响下，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展。硅片尺寸越大，在单片硅片上制造的芯片数量就越多，单位芯片的成本随之降低。同时，在圆形的硅片上制造矩形的芯片会使硅片边缘处的一些区域无法被利用，必然会浪费
5、部分硅片。硅片的尺寸越大，相对而言硅片边缘的损失会越小，有利于进一步降低芯片的成本。例如，在同样的工艺条件下，12英寸半导体硅片的可使用面积超过8英寸硅片的两倍以上，可使用率（衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标）是8英寸硅片的25倍左右。半导体硅片尺寸越大，对半导体硅片的生产技术、设备、材料、工艺的要求越高。全球范围内，2008年以前，半导体硅片中8英寸占比最高；2008年12英寸硅片首次超过8英寸硅片的市场份额。得益于移动通信、计算机等终端市场持续快速发展，12英寸硅片出货面积自2000年以来市场份额逐步提高，从9，400万平方英寸扩大至2021年的9598亿平方英寸，市场份额从169%大幅
6、提升至6847%，成为半导体硅片市场主流的产品，预计到2022年市场份额将接近70%。2011年至2019年，8英寸半导体硅片市场占有率稳定在25%至27%之间，其中2016年至2017年，由于汽车电子、智能手机用指纹芯片、液晶显示器市场需求快速增长，8英寸硅片出货面积从2，69000百万平方英寸上升至3，08500百万平方英寸，同比增长1468%；2018年，受益于汽车电子、工业电子、物联网等应用领域需求依旧强劲，以及功率器件、传感器等生产商8英寸产能增加，带动8英寸硅片继续保持增长。2021年8英寸硅片出货面积达到3，443百万平方英寸，增长了1687%。目前，全球市场主流的产品是8英寸、
7、12英寸直径的半导体硅片，占全球半导体硅片出货量的90%以上，下游芯片制造行业的设备投资也与8英寸和12英寸规格相匹配。核心技术方面，为了满足12英寸硅片较高的技术指标要求，厂商需要投入更大的研发成本，在单晶生长、硅片加工及硅片清洗等方面实现技术突破。例如，对于单晶生长相关核心技术，12英寸硅单晶生长需要采用更大尺寸的热场设计、更高磁场强度的超导磁场；对于硅片加工相关核心技术，厂商需要增加掌握磨削工艺及双面抛光等相关核心技术，并调整其与原有工艺的匹配性；对于硅片清洗相关核心技术，12英寸硅片在传统多片清洗技术的基础上开始引入单片清洗技术。生产设备及投资规模方面，12英寸硅片的生产工艺更为复杂，
8、一方面增加了如粗磨削机、精磨削机、双面抛光机等12英寸硅片制造的特需设备，另一方面设备的精度要求比8英寸更高。同时，12英寸加工设备大多采用单片加工方式，与8英寸加工设备大多采用批加工方式相比，同样的产量需要投入更多数量的设备，故设备投资也会较8英寸产线有大幅增加。8英寸硅抛光片主要应用于90nm以上制程范围的模拟电路、功率芯片、CMOS图像传感器、微控制器（MCU）、射频前端芯片、嵌入式存储器等芯片，这些芯片的应用场景包括微机电系统（MEMS）、电源管理、汽车电子、工业控制、物联网等领域；12英寸硅抛光片主要应用于28nm及以下半导体制程范围制造逻辑电路、存储器等高集成度的芯片，这些芯片多在
9、大计算量、大存储量或便携式终端上应用，其中需求占比最大的终端应用为智能手机，其次为数据中心、PC/平板电脑等。按照下游产品来分，全球8英寸晶圆代工产能中模拟芯片占比最高，达到23%，MOSFET、光电器件、分立器件占比分别为21%、17%和16%；12英寸晶圆应用结构中，存储芯片占比最高，达到了33%，逻辑电路和DRAM占比也较高，分别为25%和22%。SUMCO数据显示，2021年四季度全球8英寸晶圆需求达到594万片/月，根据SEMI对全球8英寸晶圆产能展望，预计2022年全球8英寸晶圆产能将达到640万片/月。根据SUMCO发布的全球12英寸晶圆需求预测数据，2021年末全球12英寸晶圆
10、需求达到750万片/月，到2025年预计将达到910万片/月。随着下游晶圆需求的增长，上游硅片出货量也同步增长。2021年，12英寸和8英寸硅片出货片数分别同比增长1285%和1687%，8英寸出货量增速快于12英寸硅片。其中，模拟器件、功率分立器件、CMOS图像传感器等细分市场规模的稳步增长，为8英寸硅片需求增长提供长期稳定的驱动力。目前国内拥有8英寸量产硅片生产线的主要企业包括立昂微、中环股份、沪硅产业，其中沪硅产业8英寸抛光片生产线主要位于芬兰；此外，根据公开信息，神工股份已经建成了每月5万片产能的8英寸生产线，麦斯克每月3万片产能的8英寸产品尚处于市场开拓阶段。我国8英寸半导体硅片的国
11、产化率仅为20%左右，国内晶圆厂的存量市场对8英寸半导体硅片的进口替代需求为8英寸硅片带来广阔的市场空间。12英寸硅片方面，目前，中国大陆拥有12英寸硅片产线的企业主要有沪硅产业、中环股份和立昂微。根据沪硅产业2021年年报，其最新披露的募投项目集成电路制造用300mm高端硅片研发与先进制造项目以子公司上海新昇为实施主体，将在前期30万片/月产能基础上，进一步新增30万片/月的产能；根据中环股份年报，2021年末其已经形成12英寸17万片/月产能，拟到2023年底建成60万片/月的产能目标；根据立昂微年报，其衢州基地12英寸硅片在2021年底已达到月产15万片的产能规模，在建月产10万片的产能
12、。三、 半导体硅片行业特征12英寸硅片技术水平要求更高，产线投资更大。12英寸硅片用于更窄线宽制程，故对单晶微缺陷、硅片平整度、表面颗粒物、表面沾污等技术指标要求更加细化和严格，与8英寸相比，晶圆厂对12英寸硅片增加了硅片边缘局部平整度、高度径向二阶导数、纳米形貌等指标要求。厂商需要掌握更复杂的生产工艺流程及成套的特殊控制技术才能生产出合格的产品。受益于全球半导体需求的高景气，根据SUMCO统计，全球8英寸硅片2022Q1出货量约600万片/月，12英寸硅片2022Q1出货量接近800万片/月，创历史新高。硅片的扩产周期在2年以上，全球硅片产能至少至2023年下半年才会有明显增长。根据Sumc
13、o的数据，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，新建厂房在2021年之后逐渐释放产能，产能释放的高峰期将在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍然将处于供不应求的状态。晶圆代工在12英寸产能占比持续提升，有助减少硅片价格波动。全球12英寸产能存储最高，前5名中三星、镁光、海力士和东芝（现在的铠侠）均为存储厂商。以台积电为代表的晶圆代工持续扩充12英寸产能，2014年全球前10大12英寸产能中晶圆代工仅占比197%，2020年提升至24%。晶圆代工厂的客户众多，对晶圆的需求更加稳定，有助于稳定硅片的需求和价格。国内晶圆厂商中芯、华虹等主要晶圆代工厂及士兰微
14、、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270%。3DD预计从2020年的5万片/月扩产至2023年的275万片/月。DRAM从2020年的4万片/月扩产至25万片/月。四、 半导体硅片行业基本风险特征（一）半导体硅片市场风险行业需求与下游终端应用领域行业的景气度紧密相关。例如，2009年，受经济危机的影响，半导体硅片行业下游传统应用领域景气程度下降，导致行业利润水平明显降低。2017年开始，伴随着5G、物联网、人工智能、云计算、新能源车等新兴市场快速发展带来半导体终端市场
15、强劲需求，硅片行业景气度总体保持快速上升趋势。行业呈现周期性变化。如果未来全球经济出现经济增速放缓、甚至衰退的情况，下游行业的市场需求量可能下降，将导致半导体产业陷入发展低谷。（二）半导体硅片技术风险从全球来看，半导体产业中的半导体硅材料行业具有高度垄断性，国际大厂依靠最先进的半导体硅片制造技术，特别是在8英寸和12英寸大尺寸硅片市场具有垄断地位。我国半导体相关产业起步较晚，发展时间较短，虽在半导体硅材料领域通过自主研发、引进吸收等方式已经取得了很大进步，但总体技术水平和制造能力相对发达国家还存在着一定差距。如果行业内企业在半导体硅片方面的技术更新无法追赶国际领先水平，或不能快速将行业的新技术
16、运用于产品的开发和升级，导致与国际领先技术水平的差距将被会进一步拉大。（三）半导体硅片人才竞争风险我国半导体硅片产业起步较晚，国内关键技术人才非常稀缺。企业核心技术人员的技术水平和研发能力是企业得以长期保持技术优势的关键。国内半导体硅片行业的持续发展亦会导致人才竞争不断加剧，因此，若行业内企业关键技术人才大量流失，将对行业内企业的研发技术和盈利能力造成重大不利影响。（四）半导体硅片原材料价格波动风险硅片企业的主要原材料有多晶硅、石英坩埚、石墨件、包装盒、切磨材料、抛光材料等，其价格波动将直接影响行业产品的生产成本，继而影响行业毛利率水平。虽然行业内企业可通过采取技术创新、生产流程优化以及扩大产能实现规模经济等措施化解原材料成本上涨的压力，但仍存在原材料上升的风险，这对行业企业的正常生产与盈利能力将产生不利影响。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
