2022年半导体硅片行业发展趋势及竞争格局分析.docx

2022年半导体硅片行业发展趋势及竞争格局分析1.半导体硅片产业链：制造芯片的基石材料，严重依赖进口半导体硅片是集成电路制造的基石，国内芯片制造严重依赖于硅片进口。半导体硅片是生产集成电路、分立器件等半导体产品的关键材料，是半导体产业链基础性的一环，终端应用包括移动通信、PC、云计算、大数据等各大场景。且从半导体器件产值来看，根据SEMI统计数据，全球90%以上的半导体器件采用硅作为衬底材料。然而，半导体硅片也是我国半导体产业链与国际先进水平差距最大的环节之一，当前我国半导体硅片的供应高度依赖进口，国产化进程严重滞后。硅片占半导体材料比重最高，2020年全球市场规模已超过120亿美元。半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩模、光刻胶配套化学品、抛光材料、光刻胶、湿法化学品与溅射靶材等。根据SEMI统计，2020年硅片、电子气体、光掩模、光刻胶配套化学品的销售额分别为122.0亿美元、45.4亿美元、42.9亿美元、26.6亿美元，分别占全球半导体制造材料行业35.0%、13.0%、12.3%、7.6%的市场份额。2.半导体硅片分类2.1按尺寸划分，向大尺寸发展，300mm未来仍是主流摩尔定律下，大尺寸是发展趋势。根据摩尔定律：集成电路上所集成的晶体管数量，每隔18个月就提升一倍，相应的集成电路性能增强一倍，成本随之下降一半。对于芯片制造企业而言，这意味着需要不断提升单片硅片可生产的芯片数量、降低单片硅片的制造成本以便与摩尔定律同步。半导体硅片的直径越大，在单片硅片上可制造的芯片数量就越多、边缘损耗越小，单位芯片的成本随之降低，在同样的工艺条件下，300mm硅片的可使用面积超过200mm硅片的两倍以上，可使用率是后者的2.5倍左右，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。300mm仍将是半导体硅片的主流品种。半导体硅片的尺寸（以直径计算）主要有50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）、200mm（8英寸）与300mm（12英寸）等规格。在未来一段时间内，300mm半导体硅片仍将作为主流尺寸，同时100-150mm半导体硅片产能将逐步向200mm硅片转移，而200mm硅片产能将逐步向300mm硅片转移，向大尺寸方向发展是半导体硅片行业最基本的发展趋势。2.2按应用场景分类：正片用于芯片生产，陪片辅助正片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，陪片又按功能分为测试片、挡片和控片。（1）正片：生产芯片所用的载体，其规格、技术水准相较陪片较高，所对应的价值也越高。（2）陪片：包括测试片、挡片和控片，一般是由硅晶棒两侧品质较差处所切割出来，主要用于调试设备、监控设备状态、监控良率等。测试片功能主要为实验及检查，在制造设备投入使用初期也可用于提高设备稳定性；挡片用于新产线调试以及晶圆生产控制中对正片的保护；控片主要用于监控正式生产过程中的工艺精度及良率。2.3按工艺分类：抛光片、外延片、SOI片用途不同根据制造工艺分类，半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以SOI硅片为代表的高端硅基材料。抛光片：单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片，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，也可作为外延片、SOI硅片的衬底材料。根据掺杂程度的不同，又可分为轻掺硅抛光片和重掺硅抛光片，掺杂元素的掺入量越大，硅抛光片的电阻率越低。轻掺硅抛光片广泛用于制造大规模集成电路，也有部分用作生产外延片，重掺硅抛光片主要用于生产外延片。外延片三大用途：CMOS电路、功率器件以及高可靠性芯片。通过以化学气相沉积法外延后，硅片会具有更低的缺陷密度和氧含量。（1）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，由于外延片相较于抛光片含氧量、含碳量、缺陷密度更低，提高了栅氧化层的完整性，改善了沟道中的漏电现象，从而提升了集成电路的可靠性。（2）通常在低电阻率的硅衬底上外延生长一层高电阻率的外延层，应用于二极管、IGBT等功率器件的制造。（3）外延片提升了器件的可靠性，并减少了器件的能耗，因此在工业电子、汽车电子等领域可广泛使用。SOI硅片即绝缘体上硅，其核心特征是在顶层硅和支撑衬底之间引入了一层氧化物绝缘埋层。SOI硅片的优势：通过绝缘埋层实现全介质隔离，这将大幅减少硅片的寄生电容以及漏电现象，并消除了闩锁效应，所以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、工艺简单、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。3.半导体硅片行业壁垒：技术、人才、认证、资金四大壁垒技术壁垒：技术高度密集