我國半導體硅片發展現狀與展望
半導體是電子信息產品的“心臟”，在國民經 濟和社會生活各方面的應用越來越廣泛，對國家經 濟成長、國防安全、核心競爭力提升至關重要 ， 促進了通信、計算、醫養健康、軍事系統、物流、 新能源行業的發展，引導人工智能、大數據、自動 駕駛等新產業的興起，支撐著數字經濟不斷發展， 并在新冠疫情防控等重大社會問題應對方面發揮了 關鍵作用 。隨著半導體在各領域應用日趨廣泛和 深入，2020年開始半導體供應緊張局面更加凸顯 。各國正積極采取措施，增強和完善本國的半導體產 業鏈。
半導體產品主要包括集成電路、光電子器件、 分立器件和傳感器件，其中集成電路在半導體產業 中占比最高，超過 80%。2021 年全球集成電路銷 售額為4608.14億美元，傳感器件銷售額為187.9億 美元，光電子器件銷售額為432.29億美元，分立器 件銷售額為 301 億美元，集成電路占比達到 83%。
根據世界半導體貿易統計組織 （WSTS） 數據 ， 2022 年全球集成電路占比將達 84.22%，光電子器 件、分立器件、傳感器占比分別為 7.41%、5.10% 和3.26%。
集成電路是最重要的半導體產品，硅片是集成 電路最重要的基礎材料，處于集成電路產業鏈前 端，在集成電路芯片制造材料中占比達30%以上， 90% 以上的集成電路芯片是基于硅片制成。中 國在全球半導體產業鏈中參與程度較低，硅片等關 鍵材料對外依存度較高 。近年來，大國博弈加 劇，國際政治經濟環境惡化，地震和火山爆發等自 然災害頻發，新型冠狀病毒感染等流行疾病蔓延， 產業生態發生變化，《關于常規武器與兩用產品和 技術出口控制的瓦森納協定》新增 12 in 硅片技術 管制 ，增強硅片等關鍵材料的自主保障能力，提 升我國半導體產業鏈安全性成為重要課題。
（一）全球半導體硅片的發展現狀
1. 全球半導體硅片的市場規模
集成電路芯片制造材料多達數百種，按類別劃 分主要包括硅片、光掩膜、光刻膠及配套試劑、電 子氣體、工藝化學品、濺射靶材、拋光材料等，總 體采購中硅片占比始終最高。根據國際半 導體產業協會（SEMI）數據，2021年硅片在集成電 路芯片制造材料中的采購金額占比達到33%左右， 是最主要的關鍵功能材料，100多億美元的半導體硅 片支撐了5000多億美元的半導體產業規模。近年來，隨著全球半導體市場規模的持續增長， 全球半導體硅片出貨面積穩步提升。2012年 全球半導體硅片出貨面積為 8.8×109 in2 ，2021 年突 破1.4×1010 in2 。全球半導體硅片銷售額由2012年的 87 億美元增長到 2021 年的 126 億美元，從 2018 年 開始連續 4 年超過 110 億美元。根據 SEMI 統計， 2022 年全球半導體硅片出貨面積將增長 4.8％，達 到1.4694×1010 in2 。預計到2025年，全球半導體硅片 出貨量將增至1.649×1010 in2 。
2. 半導體硅片需求結構
近10年來，6 in及以下尺寸硅片需求基本保持 穩定，全球半導體硅片新增需求主要集中在8 in和 12 in 硅片，尤其是 12 in 硅片增速最快（見圖 3）。12 in硅片年出貨量自2012年的5.302×109 in2 增長至 2021年的9.598×109 in2 ，其出貨面積占全部半導體硅 片比例接近70%；8 in硅片出貨面積也穩步增長，從 2012年的2.378×109 in2 增長至2021年的3.443×109 in2 。2021 年，12 in 和 8 in 硅片出貨面積分別同比增長 12.85%和16.87%。
12 in硅片主要應用于90 nm及以下半導體制程 范圍，用于制造邏輯電路、存儲器等高集成度的芯 片，多在大計算量、大存儲量或便攜式終端上應 用，如大數據、智能手機、計算機、人工智能等領 域。8 in硅片主要應用于90 nm以上制程范圍的模擬 電路、功率芯片、互補金屬氧化物半導體（CMOS） 圖像傳感器、微控制器、射頻前端芯片、嵌入式存 儲器等芯片，應用場景包括微機電系統、電源管理、 汽車電子、工業控制、物聯網等領域。
8 in 硅片在特色芯片產品上擁有性價比優勢， 尤其在微機電系統、硅上化合物半導體、射頻及功 率芯片等領域優勢明顯。近年來，一些新應用場景 特色芯片會率先在8 in芯片上出現，而后逐步向12 in 芯片轉移。預計未來8 in硅片和12 in硅片將在各自 特定領域發揮作用，長期共存。
3. 硅片產業集中度高的局面基本保持
半導體硅片產業起始于美國，美國孟山都化學 公司成立的孟山都電子材料公司曾引領技術發展， 在20世紀60年代獲得80%的市場份額。隨著半導 體制造業的東移，其后期連續虧損，孟山都化學公 司在1989年將孟山都電子材料公司出售給了德國化 工企業，并于2016年被中國臺灣的環球晶圓股份有 限公司收購。20 世紀 50 年代末，日本通過技術引 進，開始布局半導體產業，在超大規模集成電路研 究計劃的推動下，日本半導體產業快速發展，其中 存儲器在20世紀80年代超過美國，硅片廠商也在 此期間獲得黃金發展期，最終經過多次整合并購形 成信越化學工業株式會社和勝高科技株式會社兩家 國際半導體硅片巨頭，2001年信越化學工業株式會 社在全球率先量產 12 in 半導體硅片。日本半導體 硅片產業從20世紀90年代超過美國后，至今仍在全球占據主導地位。20 世紀 90 年代半導體產業從 日本向韓國和中國臺灣地區轉移，韓國和中國臺灣 地區硅片企業得以成長，并逐步在全球占有一席之 地。當前，日本信越化學工業株式會社、勝高科技 株式會社，中國臺灣環球晶圓股份有限公司，德國 世創電子材料股份有限公司，韓國SK集團等五大 廠商占據全球90%左右的市場份額，尤其是在12 in 硅片方面占據絕對市場地位。五大廠商近幾年產能 擴張主要集中在 12 in 硅片，2015 年，全球只有日 本信越化學工業株式會社和勝高科技株式會社的 12 in硅片月產能超過1×106 片，至2021年年底，前 5大廠商12 in硅片月產能都有顯著增加，其中日本 信越化學工業株式會社月產能超過3.1×106 片，勝高 科技株式會社的月產能約為1.9×106 片，中國臺灣環 球晶圓的月產能約為1.3×106 片，德國世創的月產能 約為9.9×105 片，韓國SK集團的月產能約為9×105 片。
4. 硅是重要的半導體材料
半導體材料經歷了以硅為代表的第一代半導體 材料，以砷化鎵為代表的第二代半導體材料和以碳 化硅與氮化鎵為代表的第三代半導體材料 。相 比于其他半導體材料，硅材料易于制備較大尺寸晶 體、晶體結構完整性相對易控制、純度相對易實 現，在集成電路平面工藝制程的應用技術更加成熟 且更具有規模效益，有著更大的應用領域與需求 量，因此，90%以上的芯片都是基于硅材料制造而 成，這賦予了硅材料不可替代的行業地位。但是， 硅材料也存在一定局限性，無法滿足高功率、高頻 率和高壓等苛刻特性，不具備發光特性，等二代半 導體材料、等三代半導體材料在這些方面具備獨特 優勢。硅材料與第二代、第三代半導體材料的結合 將是一種選擇，以硅材料為襯底，化合物材料在硅 材料上外延生長制成單晶片以滿足射頻芯片和功率 器件對高頻、高壓、高功率的需求，比如硅基氮化 鎵。這幾代半導體材料并不是完全替代關系，在未 來相當長的時期內它們還將并存，并在不同的應用 領域發揮各自的作用、占據各自的市場份額 。
（二）全球半導體硅片的發展態勢
1. 全球半導體硅片產業東移，亞太地區成為主要的制造區域
全球半導體產業起源于美國，1958 年，德州 儀器設計出第一款微型電子器件（IC），至20世紀 70年代，半導體產業在美國完成技術積累，同樣的 硅材料產業也起源于美國，至20世紀80年代，全 球領先半導體硅材料企業仍是美國的孟山都電子材 料公司。隨著半導體產業第一次轉移到日本，互聯 網時代半導體轉移至韓國，日本索尼公司、韓國三 星集團等企業得到快速發展，在這個階段，日本、 韓國的硅材料產業逐漸興起，日本信越化學工業株 式會社、勝高科技株式會社、小松電子材料公司以 及韓國SK集團等不斷壯大。日本更是在1996年開 始布局“超級硅”計劃，期望在未來占據硅材料領 域的領先地位。進入21世紀，日本信越化學工業株 式會社率先實現 12 in 硅片商業化，并成為全球第 一大半導體硅材料供應商，隨后勝高科技株式會社 和小松電子材料公司合并，成為第二大半導體硅材 料供應商。目前為止，日本企業的硅材料供應能力 占全球比例過半。隨著臺灣環球晶圓股份有限公司 的壯大，韓國SK集團的擴張，以及德國世創電子 材料股份有限公司將 12 in 硅片產業重點布局在新 加坡，全球近90%的硅片產出分布在亞太地區。中 國近年來加大硅片產業的布局和投資，到 2025 年 12 in硅片規劃總產能超過4×106 片/月，亞太地區成 為全球半導體硅片制造的重要區域。
2. 全球半導體硅片需求持續增長
近年來，隨著數字經濟拉動，大算力需求不斷增加，半導體在各領域的滲透日益增強，硅片需求 將保持持續增長。SEMI在2022年10月最新報告中 預計，到2025年，汽車和功率半導體的晶圓廠產能 以58%的速度增長，其次是微機電系統、代工和模 擬，其晶圓廠產能增長速度分別為 21%、20% 和 14%。汽車和功率半導體、微機電系統等領域的產 能擴張帶動8 in硅片需求的增長，2025年全球8 in 硅片需求預計將達到7×106 片/月 。SEMI在2022年10月報告中預計，到2025年， 12 in晶圓廠按照產品類型劃分的年復合增長率中， 功率器件相關產能增長為 39%，模擬器件為 37%、 代工為 14%、光電為 7%，存儲為 5%。到 2025 年， 全球半導體制造商 12 in 晶圓制造廠產能將以接近10%的年復合增長率增長，對12 in硅片的需求將達到每月9.2×106 片。
3. 海外企業積極擴產
全球半導體硅片供應已連續幾年處于緊張局面。為應對需求，搶占市場，全球主要硅片廠商積極擴充產能。德國世創電子材料股份有限公司在2022年 投資11億歐元，在新加坡建設 12 in 硅片廠，估算 產能約為3×105 片/月；韓國SK集團宣布未來3年內 將投資1.05萬億韓元擴建12 in半導體硅片廠，估算 產能約為2.5×105 片/月；臺灣環球晶圓股份有限公 司 2022 年 3 月發布消息，計劃在意大利新建 12 in 硅片廠，同時擬投資50億美元在美國德州新建12 in 硅片廠，最高產能超 1.2×106 片/月；日本勝高科技 株式會社宣布也將斥資2287億日元建設新廠，擴產 12 in硅片，估算產能將超過5×105 片/月。
預計到 2025 年海外廠商新增 12 in 硅片產能將 超過2×106 片/月。隨著產能釋放，12 in硅片供需緊 張的情況將得到有效緩解。
4. 半導體硅片技術發展趨勢
摩爾定律推動了半導體行業50 余年的快速成 長，集成電路芯片技術不斷向更先進制程發展，借 助極紫外（EUV）光刻等先進技術，正在向 3 nm 甚至更小的節點演進，但硅基集成電路工藝的發展 愈發趨近于其物理極限，單純靠縮小線寬已經越來 越困難，半導體行業逐步進入了后摩爾時代。
后摩爾時代集成電路芯片技術發展呈現出兩個 主要特點：一是繼續延續摩爾定律，以集成電路制 程微細化為特征，技術上滿足更先進制程，提高集 成度和功能，同時兼顧性能及功耗。二是通過先進 封裝等手段，整合高壓功率芯片、模擬電路芯片、 射頻芯片、傳感器芯片等多種功能，實現器件功能 的融合和產品的多樣化。
后摩爾時代對半導體硅片提出更高的技術要 求，一是隨著集成電路先進制程技術的不斷發展， 對硅片的要求愈發嚴格，28 nm及以下先進制程硅 片產品指標全面升級，包括單晶晶體缺陷、晶體中 氧碳及摻雜物質的均勻分布、平整度等加工精密度 參數、體金屬濃度和表面金屬濃度等純度指標。指 標升級給硅片制備技術帶來巨大挑戰，超導水平磁 場拉晶等技術采用。二是功率半導體方面正呈現由 8 in向12 in加速轉移，12 in硅片已用于功率半導體 領域，需要開發 12 in 重摻單晶生長技術、背面沉 積二氧化硅薄膜技術及相應的翹曲度控制技術。同 時為了解決硅材料性能的局限性，與其他材料的整 合成為重要路徑，比如結合鍵合工藝開發的絕緣體 上硅（SOI）、通過應變引入實現能帶調制的應變 硅、硅基氮化鎵等都已實用化，未來硅與磷化銦、 石墨烯、硫化鉬等材料的結合可能是后摩爾時代硅 材料的重要發展方向。
5. 12 in硅片為市場主流，更大尺寸硅片商業化擱置
根據過往半導體行業規律，前一代硅片變成市 場主流，支持大約40%左右芯片制造能力時，新一 代硅片將會出現并商業化應用。但12 in硅片之后， 這個規律被改變。2011年前，英特爾公司、三星集 團和中國臺灣積體電路制造股份有限公司等都曾 積極推動和準備以推進下一代晶圓和硅片的研發和 商業化，美國、歐盟、以色列曾分別成立 G450C、 EEMI450、Metro450，但因為投資極大、技術難度 極高、產品性價比等多種因素，18 in設備、硅片、 芯片均擱置，半導體產業沒有迎來 18 in 時代。當 前12 in硅片已占據全部硅片出貨面積比例近70%， 技術節點已經達到3 nm，以往產業規律沒有延續。18 in 硅片產業的擱置，一方面為 12 in 硅片需 求規模持續增長提供了廣闊的空間和持久的產品周 期；另一方面為我國 12 in 硅片技術及產業發展提 供了難得的發展機遇。根據目前半導體硅片產業現 狀，我們認為，12 in硅片應用周期會延續相當長時 間，未來18 in硅片出現的可能性減小。
三、我國半導體硅片的發展現狀及發展態勢
（一）我國半導體硅片的發展現狀
1. 我國半導體及硅片市場
2015年至2020年，我國半導體市場規模從824億 美元增長至 1638 億美元，年均復合增長率約為 14.74%。2021 年，我國半導體市場銷售額達到 1925億美元。
從區域結構來看，中國已經連續多年成為全球 最大的半導體消費市場，2021年中國市場占比達到 34.6%，美國、歐洲、日本和其他國家的市場份額 分別為21.9%、8.6%、7.9%和27.0%。
2021年中國集成電路全行業銷售額達到10 458億 人民幣，增幅達到19%，增速全球第一。中國作為 全球最大的半導體消費市場對國內集成電路產業及 半導體硅片產業的成長提供了市場基礎和廣闊的國 產替代空間。
近年來，得益于國內半導體產業投融資環境的 持續改善，國內半導體硅片市場需求隨著下游芯片廠的擴產而持續增加，2018年我國半導體硅片市 場規模為 172.1 億元，2021 年達到 250.5 億元 。根據測算，2021年國內半導體硅片市場仍 有130億元依賴進口，國產替代空間巨大。未來隨 著國內半導體產業的發展和產業生態的持續完善， 市場規模將進一步擴大，預計到2025年我國半導體 硅片市場規模將超過400億元人民幣。
2. 需求環境改善、配套能力顯著提升
半導體硅片的發展依賴于下游需求牽引及上游 裝備和配套材料的支撐。近年來國內產業鏈下游發 展迅速，設計 ? 制造 ? 封裝三業結構顯著改善。在 國際貿易沖突加劇的大背景下，下游集成電路廠商 對本地硅材料供應商認可度增強，同時得到政策鼓 勵，采購國產材料的意愿大大提升，國內半導體硅 片進入下游市場壁壘減小。同時，產業配套方面， 國內硅材料裝備制造業快速發展，單晶爐、切片 機、研磨機、清洗機等關鍵設備進入半導體硅片企 業；多晶硅、石英坩堝、石墨材料、拋光液、切削 液等關鍵原輔材料進入生產線得到批量應用，本地 化配套能力顯著增強。目前8 in硅片生產所需裝備 和材料基本實現全面國產化，12 in 硅片生產單晶 爐、滾磨機、截斷機、中間清洗機、研磨機、倒角 機、精拋機、單片清洗機等已經開展國產化應用， 多類原輔材料進入生產線。隨著制造裝備及原 輔材料的國產化，國內半導體硅片產業的投資成 本、制造成本有望持續下降，產品競爭能力逐步 增強。
3. 硅片制造關鍵技術取得重大進展
近年來，我國半導體硅片行業在加快產能建設 的同時，12 in硅片關鍵技術研發取得了長足進步。在國家重大專項的持續支持下，上海硅產業集團股 份有限公司實現了面向先進制程工藝節點應用的 12 in硅片批量供應，成功研發出19 nm動態隨機存 取存儲器（DRAM）用 12 in 硅片，取得突破性進 展。TCL 中環新能源科技股份有限公司在 12 in 硅 片關鍵技術、產品性能質量提升方面取得重大突 破，已量產供應國內主要邏輯芯片、存儲芯片生產 商。西安奕斯偉硅片技術有限公司研發出14 nm及 以下集成電路先進制程使用的 12 in 硅片，應用于 邏輯芯片、閃存芯片、動態隨機存儲芯片、圖像傳 感器、顯示驅動芯片等領域。有研半導體硅材料股 份公司建立 12 in 硅片研發中心，超導磁場下單晶 生長技術取得突破，硅片加工技術穩定，滿足先進 制程工藝節點的需要，產品批量進入市場。在各企 業高強度研發投入下，目前國內成熟制程、功率半 導體硅片技術可以支撐批量生產，滿足下游需要， 先進制程硅片技術正在加速突破。
（二）我國半導體硅片的發展態勢
1. 我國半導體硅片市場需求將保持增長
根據 SEMI 統計，2021 年我國 8 in 晶圓產能占 全球的比例為18%，2022年達到21%，預計2025年 我國8 in晶圓產能增長將達66%，領先全球，產能 將達到1.8×106 片/月 。2021年我國12 in晶圓廠的 全球產能份額為19%，預計到2025年將增至23%， 達到2.3×106 片/月。基于我國半導體市場的現實需求，以及當前貿易 摩擦下建設自主可控半導體產業鏈的迫切需要，中國 發展半導體產業鏈的決心更為堅定。截至2022年年 底，在建及運行的12 in芯片廠產能超過1.7×106 片/月 （見表2），晶圓廠產能建設保持強勁增長。下游8 in、12 in晶圓廠產能的擴充疊加國產替 代的現實需要，將拉動國產半導體硅片需求的快速 增長。
2. 我國產業政策支持硅片產業發展
近年來，在國家高度重視下，工業和信息化 部、科學技術部等部門陸續出臺發布了半導體硅片 研發、稅收優惠與產業化系列政策，將半導體硅片 產業納入集成電路整體產業支持中。2020年頒布的 《關于促成集成電路產業和軟件產業高質量發展企 業所得稅政策的公告》中規定：國家鼓勵的集成電 路設計、裝備、材料、封裝、測試企業和軟件企 業，自獲利年度起，第一年至第二年免征企業所得稅，第三年至第五年按照25%的法定稅率減半征收 企業所得稅。2020年頒布的《財政部 海關總署 稅 務總局關于支持集成電路產業和軟件產業發展進口 稅收政策的通知》中規定：集成電路用光刻膠、掩 模版、8 in及以上硅片生產企業，進口國內不能生 產或性能不能滿足需求的凈化室專用建筑材料、配 套系統和生產設備（包括進口設備和國產設備）零 配件，免征進口稅。上述政策極大地鼓舞了相關企 業加快發展、積極參與國際競爭。
3. 硅片企業投資力度空前、產能建設加快
近年來，國家成立了集成電路產業基金，資本 市場推出科創板，地方及社會資本積極參與，集成 電路產業融資渠道暢通，半導體硅片企業融資難問 題得到有效解決。上海硅產業集團股份有限公司、 浙江立昂微電子股份有限公司、有研半導體硅材料 股份公司登陸資本市場，募集資金發展半導體硅片 產業。西安奕斯偉硅片技術有限公司、杭州中欣晶圓半導體股份有限公司等取得社會資本支持，同時積極爭取科創板上市。在資本的強力支持下，國內 半導體硅片骨干企業得到了快速發展，形成了相當 好的產業基礎，對國內半導體產業的支撐保障能力 顯著增強。
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