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1、半导体材料行业市场前瞻与投资战略规划一、 硅片行业竞争格局从全球市场来看，半导体硅片市场集中度高，前五大供应商稳态竞争格局渐成，垄断全球90%左右的市场份额。国际大厂具有雄厚的资本实力，多年的研发投入与历史技术积累，使其始终掌握着国际上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。排名前五的厂商分别为日本信越化学、日本胜高（SUMCO）、中国台湾环球晶圆（GlobalWafers）、德国世创（Siltronic）、韩国鲜京矽特隆（SKSiltron）。与国际主要半导体硅片供应商相比，中国大陆半导体硅片企业技术较为薄弱，市场份额较小。近年来，国内厂商加快了半导体
2、硅片的研发投入和建设，已基本解决了6英寸及以下尺寸硅片的自主供应；国内主流硅片企业已具备8英寸半导体硅片的生产能力，但市场占有率较低；在12英寸硅片生产方面，国内技术水平仍较低，目前仅有沪硅产业、立昂微、TCL中环、西安奕斯伟硅片技术等少数厂商具备生产能力。近年来国内企业积极布局8英寸以上半导体硅片领域，未来有望真正切入大硅片的市场，占据一定的份额。二、 半导体硅片市场规模（一）全球硅片市场规模近年来，全球硅片行业总体呈现向上趋势，根据SEMI统计，行业销售额从2009年的67亿美元到2021年126亿美元，年复合增长率达540%。硅片的出货量从2009年的6，707百万平方英寸攀升到2021
3、年的14，165百万平方英寸，年复合增长率达643%。2009年以来，全球半导体硅片市场规模呈现波动。2009年受全球金融危机影响行业整体低迷；2010年全球经济逐步回升，带动行业景气度回暖，硅片市场规模及出货量大幅上升；2012年起主要硅片厂商开始恢复金融危机后的扩产计划，产能大幅扩大后使得硅片市场产能过剩，导致2012-2016年在全球硅片出货量稳步上升的情况下，行业销售额由于价格下跌原因整体较为低迷。2017年至2018年，伴随着5G、物联网、人工智能、云计算等新兴市场快速发展带来半导体终端市场强劲需求，硅片出货量及行业销售额快速上升。2019年主要由于终端存储器市场疲软，导致行业销售额
4、略微下降。2020年至2021年，疫情+缺芯的影响贯穿半导体全行业发展，受益于下游需求持续旺盛，硅片供应出现供不应求的状态，根据SEMI统计，2021年行业硅片出货量（不含SOI和回收片）达到14165亿平方英寸，同比增长1417%，行业销售额达126亿美元，同比增长125%，出货量及销售额均超过2018年创历史新高。受益于下游芯片厂扩建带来的产能增长，全球半导体硅片市场规模2022年预计仍将保持高速增长，预计2023年行业规模达到142亿元。从半导体行业整体上看，据WSTS统计，2009年-2021年全球行业规模从2，263亿美元增长到5，559亿美元，规模变动趋势总体与全球硅片市场保持一致
5、，总体呈现波动性逐步上涨的特征。WSTS预测，芯片需求将继续保持强劲增长，在全球半导体市场2021年实现同比增加262%的基础上，预计2022年销售额仍保持139%的增长，到2023年将继续增长46%达到6，624亿美元。（二）中国硅片市场规模中国芯片市场份额占全球比重逐渐上升，已成为全球第一大市场，我国主要的芯片制造企业积极新增厂房、扩大产能建设或技术升级。受半导体行业的需求带动，中国大陆半导体硅片市场步入了飞跃式发展阶段。据ICMtia报告，2015-2021年中国大陆硅片市场规模从1015亿元增长到2505亿元，年平均复合增长率达到1623%，增速远超全球。随着5G移动通信，汽车电子（智
6、能网联汽车），工业电子，人工智能，新能源，各类消费电子产品等终端市场需求的持续旺盛，行业未来预计仍保持高增速，根据ICMtia报告，预计2022年中国大陆硅片市场规模达3007亿元，同比增长2004%。从中国半导体市场规模看，据中国半导体协会报告，中国半导体市场需求保持高速增长，从2015年的5，6095亿元增长到2020年的11，8143亿元，年平均复合增长率为1606%，与硅片的增长率保持一致，预测2023年可达到18，4103亿元。三、 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
7、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
8、。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。四、 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
9、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
10、硅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
11、据，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
12、费部分硅片。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
13、幅提升至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
14、、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
15、，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
16、在大计算量、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，
