全球硅片市场规模

全球硅片市场规模

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5．40%。硅片的出货量从2009年的6，707百万平方英寸攀升到2021年的14，165百万平方英寸，年复合增长率达6．43%。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141．65亿平方英寸，同比增长14．17%，行业销售额达126亿美元，同比增长12．5%，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，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26．2%的基础上，预计2022年销售额仍保持13．9%的增长，到2023年将继续增长4．6%达到6，624亿美元。半导体硅片竞争分析国外企业产能扩张不如国内企业，国内企业的产能可以填补海外需求的空缺从而提升市场占有率，布局海外客户；下游行业发展快导致需求量较大。国外企业掌握核心技术，国内企业仍需不断研究；行业集中度低。下游企业发展，需求较大；国际贸易摩擦和国际局势不稳定，促进政府加大对半导体产业链的布局和投资，政策利好。国外的贸易摩擦；过度竞争；政策的多变。相较于国外的半导体硅片企业，国内的半导体企业成立较晚。成立较早的外国企业掌握核心科技从而拥有较高的垄断性。近20年，国外呈现市场集中度逐提升的趋势，核心供应商从20多家缩减为至今的5家，企业主要通过兼并收购提升市场份额。对于硅片厂商而言，具备规模优势才能降低生产成本。除此之外，通过布局全产业链，兼并收购产业链上下游的企业，帮助企业提升产业链议价能力。直至2015年，我国的半导体硅片企业才开始进入发展状态。2020年沪硅产业才以22%的市场份额排名全球第七。在技术含量和产品供应能力方面，我国企业正在与外国领先企业缩小距离。硅片是芯片的起点，2021年全球半导体硅片市场规模达140亿美元，行业高度集中，CR5市场份额接近90%。硅片是用量最大的半导体材料，90%以上半导体产品使用硅片制造。随着5G、新能源、AIoT的快速渗透，2021年半导体行业迎来超级景气周期，硅片需求持续旺盛，全球半导体硅片出货面积达142亿平方英寸，同比增长14%，市场规模达140亿美元。半导体行业周期性波动导致硅片需求周期性波动，硅片行业并购整合不断，行业竞争格局高度集中，前5大厂商市场份额接近90%。硅片新增产能释放需到2024年，短期供需有望持续偏紧，长期LTA有助稳量稳价。硅片扩产周期在2年以上，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，新建厂房产能释放的高峰将在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍将处于供不应求的状态。本次产能扩张，下游晶圆厂与硅片厂商积极绑定，通过长期合约（Long-termAgreements）保障供应链稳定。半导体硅片产业链半导体硅片是重要的上游行业。半导体制造企业通过加工晶体硅原料后，得到半导体硅片产品。半导体硅片产品提供给中游生产光伏电池、光伏组件的中游企业。最后中游企业再提供给主营业务为光伏应用产品的下游企业。晶圆代工行业遵循摩尔定律当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。行业内存在IDM和垂直分工两种商业模式。从设计到制造、封测以及销售自有品牌IC都一手包办的半导体公司，被称为IDM公司。国外IDM代表有：英特尔（Intel）、SK海力士、美光、NXP、英飞凌、索尼、德州仪器（TI）、三星（Samsung）、东芝（Toshiba）、意法半导体（ST）等。大陆IDM厂商主要有：华润微电子、士兰微、扬杰科技、苏州固锝、上海贝岭等。有的半导体公司仅做IC设计，没有芯片加工厂（Fab），通常被称为Fabless，例如华为、ARM、NVIDIA和高通等。另外还有的公司只做代工，不做设计，称为代工厂（Foundry），代表企业有台积电、格罗方德、中芯国际、台联电等。国内硅片企业加速产能扩充国内积极扩产8英寸和12英寸硅片产能，8英寸产能产能将增加90万片/月达298万片/月。12英寸现有产能90万片/月，计划扩产180万片/月，满产后将达到270万片/月。12英寸大硅片需求旺盛，海外产能有限，为国内硅片企业提供战略发展期，国内硅片企业加速产品认证和客户导入，后续需密切关注各硅片公司客户认证和产能扩充进度。半导体硅片企业的下游客户是芯片制造企业，包括大型综合晶圆代工企业及专注于存储器制造、传感器制造与射频芯片制造等领域的芯片制造企业。半导体硅片的终端应用领域涵盖智能手机、平板电脑、便携式设备、物联网、汽车电子、人工智能、工业电子、航空航天等众多行业。随着科学技术的不断发展，新兴终端市场还将不断涌现。2020年下半年起，受益于5G、新能源汽车、物联网快速发展趋势，在功率半导体、电源管理芯片等产品需求带动下，硅片下游客户晶圆代工厂的市场需求持续稳步提升。结合ICInsights的测算，预计2021至2026年全球晶圆代工市场规模将持续增长，到2026年全球市场将增长到887亿美元，年均复合增长率约为5．24%。同时，随着中芯国际、华力微电子、长江存储等中国大陆芯片制造企业的持续扩产，中国大陆芯片制造产能增速高于全球芯片产能增速，芯片制造产能的增长将带动国内半导体硅片的需求持续增长。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141．6亿平方英寸，硅片市场规模达到126．2亿美元，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），中国大陆硅晶圆产能占全球硅晶圆产能12．5%。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17．15%，2018至2022年，年复合增长率为22．93%。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101．6亿元，2021年增长至250．5亿元，2015年至2021年复合增长率达到16．2%。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，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2．5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95．98亿平方英寸，市场份额从1．69%大幅提升至68．47%，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2，690．00百万平方英寸上升至3，085．00百万平方英寸，同比增长14．68%；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16．87%。目前，全球市场主流的产品是8英寸、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，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12．85%和16．87%，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。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50%。2016年12月，环球晶圆（GlobalWafers）以6．83亿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。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Sumco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19．7%，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、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106．5万片/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27．5万片/月。DRAM从2020年的4万片/月扩产至25万片/月。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