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中国半导体行业强势崛起,叠加产业链自主可控,为半导体材料行业提供发展机会

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中国半导体行业强势崛起,叠加产业链自主可控,为半导体材料行业提供发展机会

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2021年中国半导体硅材料行业概览
2021年中国半导体硅材料行业概览

头豹研究院

发布时间

2021-7-2 00:00

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全文字数:3119字,精读时间:5分钟

本文援引于报告《2021年中国半导体硅材料行业概览》,首发于头豹科技创新网(www.leadleo.com)。

 

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世界半导体大会聚焦“芯片荒”,全球半导体产业链布局加速重整

6月9日,2021年世界半导体大会在南京开幕。中国证券报记者从大会获悉,2020年,我国集成电路产业整体规模达到8848亿元,同比增长17%,“十三五”期间年均复合增长率为19.6%。我国集成电路产业结构也实现突破性改善,2020年集成电路制造业规模实现对封测业规模的历史首次超越。

数字经济以及智能应用将持续推动半导体市场的成长。最新数据显示,今年一季度半导体市场前十五大公司整体同比增长了21%,除Intel外所有IDM、Fabless、Foundry都是普遍增长,从应用领域来看包括智能手机、汽车电子/电动汽车、服务器/数据中心、PC、AI(人工智能)、5G通讯等各个领域应用都是全面性增长,特别是存储器以强劲的势头继续成长。“综合各家预测机构数据成长率在15-20%之间,虽然下半年可能会有一些放缓,但超越5000亿美元的里程碑应该在今年可以达成。”居龙强调,在数字经济、智能应用的强劲带动下,全球半导体市场至2022年将实现三年连续增长的Super Cycle超级周期。

硅片作为半导体产业链的起点,直接影响芯片的制造质量。主流单晶硅圆片为8和12英寸,半导体硅片向大尺寸演进是硅片制造技术的主要发展方向

硅片是半导体产业链的起点,会直接影响芯片的制造质量。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。半导体晶圆制造材料市场中半导体硅片是最大宗产品,占晶圆制造材料市场规模比例31%,全球半导体材料市场份额达36%。

单晶硅圆片按其直径主要分为6英寸、8英寸、12英寸及18英寸等,目前主流硅片尺寸为8和12英寸。半导体硅片向大尺寸演进是硅片制造技术的发展方向,可提高生产效率并降低成本。

硅基材料由于抗辐射、耐高温性能好、可靠性高、兼容性强等特点,在上世纪60年代后期逐步取代锗基材料成为主流半导体材料,目前95%以上的半导体芯片和器件由硅基材料制造。

半导体硅片分为抛光片、外延片与以 SOI 硅片为代表的高端硅基材料,不同的硅片应用于不同的领域,由于SOI硅片拥有极高性能,被广泛应用于高端芯片中

半导体单晶硅片生产工艺可分为直拉法、外延法和区熔法,其中直拉法和区熔法用于制备单晶硅棒材。根据制造工艺分类,半导体硅片可分为抛光片、外延片与以SOI硅片为代表的高端硅基材料。单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。抛光片经过外延生长形成外延片,抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成 SOI 硅片。抛光片可直接用于制作半导体器件,广泛应用于存储芯片与功率器件等。

外延片是通过化学气相沉积的方式在抛光面上生长一层或多层,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。外延片常在CMOS 电路中使用,如通用处理器芯片、图形处理器芯片等。

SOI硅片即绝缘体上硅,是常见硅基材料之一,SOI硅片具有寄生电容小、短沟道效应小、低压低功耗、集成密度高、速度快、抗宇宙射线粒子的能力强等优点。因此,SOI硅片适合应用在要求耐高压、耐恶劣环境、低功耗、集成度高的芯片上,如射频前端芯片、功率器件、汽车电子、传感器以及星载芯片等。

中国RF-SOI产业链发展不均衡,射频前端模块和器件大部分依赖进口,国产RF-SOI硅片以出口为主

SOI硅片价格高于一般硅片4至5倍;制作方法需使用两片硅片,导入多道工艺。SOI硅片工艺一般采用智慧切割法(Smart Cut)制作:SOI 硅片的制作概念类似制作三明治,将一个抛光片和外延片互相粘结,在硅片中间形成氧化层。

SOI硅片主要应用为5G射频前端(RF-SOI)占比为60%;Power-SOI和PD-SOI各占20%。根据Soitec产业高峰论坛信息:SOI硅片具备绝缘性和信号完整的优势,特别适合LTE和5G应用;依照目前SOI晶圆市占情形,通讯射频前端RF-SOI应用占整体SOI晶圆销售额约60%、高功率Power-SOI元件和其余各占20%。

作为特殊硅基材料,SOI硅片生产工艺更复杂、成本更高和应用领域更专业,全球范围内仅有Soitec、信越化学、环球晶圆、SUMCO和硅产业集团等少数企业有能力生产。

全球半导体设备行业复苏,受益于下游晶圆巨大需求、服务器云计算和5G基础建设的发展,带动相关芯片的需求,半导体硅材料市场规模增速将稳定提升

根据SEMI数据,2019年全球硅片市场规模为112亿美元,由于全球经济放缓2019年全球半导体硅片市场规模些微下降,但大硅片出货量依然维持增长,硅晶圆尺寸量创2018年历史新高同比增长6%;2020年,尽管受到新冠疫情带来巨大冲击,但受益于下游晶圆巨大需求、服务器云计算和5G基础建设的发展,带动相关芯片需求,半导体硅材料行业复苏得以支撑将重新回稳。

中国半导体硅片市场占全球份额不到10%,但中国半导体大硅片市场实现突破性增长,2018年同比增速近50%,受益于中国半导体制造强势崛起,叠加产业链自主可控,为材料设备提供发展机会。2018年中国硅片市场规模为9亿美元,同比增长近50%;芯片将维持快速扩产,产能增速高于全球,受益于中国大陆芯片加速扩产和芯片国产化推动下,国内大硅片市场规模将同步增长。

全球半导体硅片市场呈现日本企业为主导局面,中国半导体硅片企业技术较为薄弱,市场份额较小,硅产业集团为规模最大领先企业

全球半导体硅片(含SOI硅片)行业销售额合计达120亿美元。半导体硅片行业呈现以日本半导体硅片企业为主导地位,其中日本信越化学占比28.5%,日本SUMCO占比25.15%,德国Siltronic占比14.22%,中国台湾环球晶圆占比14.04%,韩国SKSiltron占比10.16%。TOP5企业合计占全球半导体硅片行业销售额比重达92.07%。

半导体硅片向大尺寸方向演进,受益于半导体技术的发展和市场需求的变化,大硅片市场规模将持续稳定增长

2015至2019年,全球半导体硅片出货面积从10,738百万平方英寸增长至 12,732百万平方英寸,年均复合增长率 8.89%。全球300mm半导体硅片出货面积占全部半导体硅片出货面积67.22%,是市场上主流的半导体硅片类型。

在半导体产业链中,生产功率半导体主要使用6英寸和8英寸硅片,微控制器使用8英寸硅片,逻辑芯片和存储芯片则需要12英寸硅片,因此随着半导体技术的发展和市场需求的变化,目前硅片正向大尺寸趋势发展。

自2000年全球第一条300mm芯片制造生产线建成以来,300mm半导体硅片市场需求增加,出货面积不断上升。2018年,受益于汽车电子、工业电子、物联网等应用领域强劲需求,以及功率器件、传感器等生产商将部分产能从 150mm转移至200mm,带动200mm硅片继续保持增长,200mm硅片出货面积同比增长6.25%,300mm硅片更是同比增长达64%。虽然半导体硅片向大尺寸方向演进,但200mm半导体硅片的需求依然存在。

2016至2019年,全球半导体硅片销售单价从0.67美元/英寸上升至0.95 美元/英寸,年均复合增长率达 15.39%。由于半导硅片企业在上一个行业低谷中纷纷减产,而新产线建成一般至少要两年时间,短期内半导体硅片产能无法快速提升。芯片企业选择接受逐渐上涨的硅片价格而避免缺少原材料带来的机会成本。因此,目前的半导体硅片市场还处于紧平衡状态,半导体硅片进一步涨价的趋势将延续。

 

深度见解:中国半导体行业在国家政策大力扶持下,国产化替代将迎来曙光

随着人工智能、智能驾驶、5G等新兴市场的不断发展,全球集成电路行业市场规模稳定增长,中国凭借着巨大市场需求、庞大的人口红利、稳定的经济增长及有利的国家产业政策环境等众多优势条件,中国集成电路产业实现快速发展,2012-2018年CAGR达20.3%市场增速明显高于全球整体水平

 

中国半导体产业供需缺口大,进口替代是中长期内产业主要逻辑。从需求端分析,随着经济的不断发展,中国已成为了全球电子产品生产及消费市场,半导体器件需求持续旺盛。互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能、5G 等高新技术产业和战略性新兴产业进一步发展,中国半导体器件消费还将持续增加。2020年,中国成为最大半导体设备市场,将直接带动相关半导体材料的需求,半导体硅材料行业复苏得以支撑将重新回稳并有望持续增长。

 

在中国政策积极支持下,中国半导体行业快速发展,加速了集成电路产业链国产化。同时,伴随着全球半导体巨头企业,不断加大对半导体行业投资力度,使整体半导体行业景气度保持上升的态势,有利于半导体企业发展。

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