半导体抛光片行业分析

半导体抛光片行业分析

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。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。半导体行业发展概况和趋势（一）半导体产业链概况半导体是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，可广泛应用于现代电子工业的各个领域，是信息产业的基石。半导体行业上游为半导体支撑业，包括半导体材料与半导体设备，硅片行业属半导体材料环节。中游按产品分类主要由集成电路、分立器件、传感器和光电器件四个部分组成，其中集成电路占据80%以上的市场份额，是半导体行业的核心。下游为消费电子、计算机、通信、工业等终端应用产业。（二）硅片行业概况半导体硅片行业属于半导体材料环节，为半导体支撑业之一。半导体材料按照历史进程可分为：第一代半导体材料（大部分为目前广泛使用的高纯度硅Si），第二代化合物半导体材料（砷化镓GaAs、磷化铟InP），第三代化合物半导体材料（以碳化硅SiC和氮化镓GaN为代表）。其中，硅材料因其技术成熟、成本稳定、储量丰富、应用广泛等特点，是目前用于制造半导体器件的主流基础材料。半导体硅片是半导体制造的核心材料，占全球晶圆制造材料总成本的35%，占比最高。硅材料中，半导体硅片作为生产制造各类半导体产品的载体，是半导体行业最核心的基础产品。生产半导体硅片的原材料电子级多晶硅纯度含量高，一般要求达到99．9999999%至99．999999999%（9-11个9）。电子级多晶硅通过直拉法（CZ法）或区熔法（FZ法）的单晶生长工艺拉制成单晶硅锭。研磨片是单晶硅锭通过切割、研磨等加工工艺后制成的圆形晶片，是制作硅抛光片及硅外延片的中间产品，也可以直接用于一些分立器件芯片制作。抛光片由硅研磨片经过后续抛光、清洗等工艺，实现了硅片表面平坦化，减小了表面粗糙度，主要应用于集成电路和分立器件制造。此外，以抛光片为基础进行二次加工可制成有特殊性能的外延片、退火片以及SOI硅片。根据掺杂浓度，硅片可以分为重掺和轻掺，根据掺入元素的不同可分为P型（掺硼元素）、N型（掺磷、砷、锑元素）。轻掺硅片主要用于大规模集成电路的制造，部分用于硅外延片的衬底材料；重掺硅片一般用作硅外延片的衬底材料。根据硅片在晶圆厂中的应用场景分类，硅片可分为正片、陪片，正片可用于芯片制造；陪片包括控片（MonitorWafers）和挡片（DummyWafers），主要用于调试设备、监控设备状态、监控良率等。控片在晶圆制造中主要用来监控机台的制造能力的稳定性、制造环境的洁净度等，利用控片可对离子注入、薄膜沉积、光刻、刻蚀和研磨等制程中的例如电阻率、薄膜沉积速率、刻蚀速率、研磨速率以及均匀性等指标进行监测。挡片的作用主要是在晶圆制造过程中维持机台的稳定性，使用对象包括炉管、暖机挡片、传送挡片等；挡片被用于隔绝制程条件较差的地方以及填充产品不足时空出的位置，如对炉管内的气流进行阻挡分层并使炉管内温度均匀分布，从而使气流中的反应气体与被加工硅片均匀接触、均匀受热，发生化学物理反应，沉淀或生长均匀的高质量薄膜。对于新进入的硅片供应商，一般会先为客户提供陪片，其后才能逐步导入正片产品。根据观研网的数据，晶圆厂陪片的用量大，且越是先进制程的产线越需要陪片的应用，65nm制程每投10片正片，需要加6片陪片，而28nm及以下制程，每10片正片需要加15-20片陪片。为了避免浪费，晶圆厂对制造中使用过的控挡片进行回收再利用，将其工艺薄膜、金属颗粒残留等杂质去除，经抛光后制成再生晶圆服务后可达到再次使用的标准。1、硅片技术发展根据戈登•摩尔于1965年提出的摩尔定律，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，相应的集成电路性能也将提升一倍，成本随之下降一半。40多年中，芯片的集成化趋势一如摩尔的预测，硅片的尺寸也由2英寸（50mm）逐渐发展至4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）、12英寸（300mm）。硅片直径的提升使得硅片面积平方级增长，加上硅片由于边缘部分不够平整以及存在缺陷，实际利用的面积主要集中在中间区域，进而使得单块晶圆芯片产出数量成倍增长。硅片直径越大，芯片的平均生产成本越低，进而提供更经济的规模效益。但与此同时，为确保硅片的高洁净度、平整度、低晶体缺陷，带来的质量控制和制造难度也成倍增加，需要的生产工艺技术、设备性能提升，给厂商带来更高的期初固定成本投入。根据SEMI统计，2021年12英寸硅片出货面积占比约68．5%，8英寸硅片占比24．6%，6英寸及以下占比6．9%。2、硅片行业发展概况半导体行业受到下游终端行业景气度的影响。2017年以来，随着智能手机、平板电脑等消费电子市场的快速发展，以及汽车电子、工业控制、物联网、云计算、新能源等科技产业的兴起，强力带动了整个半导体行业及硅片行业的规模迅速增长。我国本土半导体行业起步较晚。但在政策支持、市场拉动及资本推动等因素合力下，步入21世纪以来，我国半导体产业市场规模得到快速增长，中国大陆地区是近年来全球半导体市场增速最快的地区之一。但与此同时，我国半导体产品进出口逆差逐步加大。根据中国半导体行业协会统计，我国半导体产品进出口逆差自2014年的1，575亿美元增长至2020年2，245亿美元，年复合增长率为6．09%。在半导体硅片领域，我国硅片产业起步较晚，技术积累不及海外。根据测算，目前国内的半导体硅片企业主要生产6英寸及以下的半导体硅片，少数企业具有8英寸和12英寸半导体硅片的生产能力。目前6英寸及以下硅片已实现50%以上的国产化率，8英寸硅片国产化率水平较低，12英寸硅片则基本依赖进口，未来空间较大。3、硅片行业上下游市场的价格波动情况半导体硅片行业上游最重要的原材料为半导体级多晶硅，多晶硅价格受到其上游行业工业硅、能源成本以及供需的影响。按纯度要求及用途不同，多晶硅可分为光伏级多晶硅和电子级多晶硅，光伏级多晶硅产量远大于电子级多晶硅。电子级多晶硅相较于光伏级多晶硅纯度更高，生产难度更高，其行业已形成了寡头垄断的竞争格局，主要依赖进口；近年来，国内已有部分企业实现了电子级多晶硅的国产化，并开始规模量产。电子级多晶硅此前价格相对稳定，但2020年以来，受到光伏行业景气度以及多晶硅产能不足影响，光伏级多晶硅价格出现了暴涨，同时也带动了电子级多晶硅价格上涨。随着国内光伏级多晶硅产能陆续释放以及电子级多晶硅的国产化进程推进，电子级多晶硅价格预计将趋于稳定。半导体硅片下游应用领域为半导体分立器件和集成电路制造，终端为消费电子、计算机、通信、工业等应用产业。2020年、2021年，终端应用需求强劲以及叠加新冠疫情因素使得市场出现了缺芯、供需失调的情形，芯片价格也快速走高。2022年，受到下游消费疲软的影响，消费类芯片开始出现回落，但汽车、云计算、工业等领域芯片供需仍然紧张，价格仍在逐步走高。半导体分立器件及集成电路芯片的需求旺盛大力推动了硅片行业的发展，据SEMI统计，2016年，硅片价格触底至0．67美元/平方英寸后开始提高；2019年至2021年，全球半导体硅片销售单价分别为0．95美元/平方英寸、0．90美元/平方英寸以及0．98美元/平方英寸，随着下游晶圆厂陆续投产、半导体制造产业陆续向国内进行转移，国内半导体硅片价格总体预计仍将维持高位。4、硅片行业发展趋势2020年至2021年，疫情+缺芯的影响贯穿半导体全行业的发展，受到半导体终端市场需求的旺盛，全球半导体行业保持高速发展，2021年全球硅片出货量及出货规模创历史新高，市场上硅片供不应求。此外，全球晶圆厂商进一步扩厂，根据SEMI统计，2021年到2022年，全球半导体厂商将新建29所高产能的晶圆厂（其中中国大陆占19座晶圆厂），生产260万片等效8英寸晶圆，且更多晶圆厂将陆续开建。未来几年，伴随着5G技术的提升、工业物联网、大数据和新能源等终端新兴行业的高速发展，以及下游晶圆厂的积极扩建，半导体硅片的需求预计总体保持着高速增长的态势。半导体制程的逐渐缩小使得芯片生产工艺变得越发复杂，成本优势驱使着硅片的生产研发重心向大尺寸方向倾斜。然而，半导体硅片尺寸越大，对于技术和设备的要求就越高，生产工艺的难度也随之提升。此外，虽然我国6英寸硅片技术已成熟，但下游生产晶闸管、整流桥、二极管等分立器件厂商整体更新迭代缓慢，部分仍然停留在6英寸及以下规格产线，且仍采购一定比例的进口硅片。短期内我国硅片厂商所面临的6英寸及以下规格硅片市场需求不会急剧萎缩。8英寸硅片在功率器件、电源管理器、非易失性存储器、MEMS、显示驱动芯片与指纹识别芯片方面发挥作用，受益于下游移动通信、汽车电子、物联网及工业电子领域强劲需求，8英寸硅片仍然占据相对较大的市场份额。12英寸硅片需求主要来源于存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片等。预计未来相当长一段时间，市场上能够量产的最大尺寸硅片仍将以12英寸为主，同时3至8英寸硅片仍将持续占据一定的市场份额。半导体产业经历了由美国向日本、韩国和中国台湾地区及中国大陆的几轮产业转移。目前中国大陆正处于通信、新能源、物联网、人工智能、大数据等行业的快速崛起过程中，已成为全球最重要的半导体应用和消费市场之一。在贸易摩擦等宏观环境不确定性增加的背景下，加速进口替代、实现半导体产业自主可控已上升到国家战略高度，中国半导体行业发展迎来了历史性的机遇。根据SEMI的统计，2022年中国大陆将占全球8英寸晶圆产能的21%，处于全球领先地位，至2024年中国大陆12英寸晶圆产能将占全球约20%。未来几年将是中国大陆半导体产业的快速发展期。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。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106．5万片/月，相较2020年产能提升370%。3DD预计从2020年的5万片/月扩产到2023年的27．5万片/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。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。（二）中国硅片市场规模中国芯片市场份额占全球比