硅片是芯片的起點，2021年全球半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模達(dá)140億美元，行業(yè)高度集中，CR5市場份額接近90%。硅片是用量最大的半導(dǎo)體材料， 90%以上半導(dǎo)體產(chǎn)品使用硅片制造。隨著5G、新能源、AIoT的快速滲透，2021年半導(dǎo)體行業(yè)迎來超級景氣周期，硅片需求持續(xù)旺盛，全球半導(dǎo)體硅片出貨面積達(dá)142億平方英寸，同比增長14%，市場規(guī)模達(dá)140億美元。半導(dǎo)體行業(yè)周期性波動導(dǎo)致硅片需求周期性波動，硅片行業(yè)并購整合不斷，行業(yè)競爭格局高度集中，前5大廠商市場份額接近90%。

?硅片新增產(chǎn)能釋放需到2024年，短期供需有望持續(xù)偏緊，長期LTA有助穩(wěn)量穩(wěn)價。硅片擴產(chǎn)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廠房進行產(chǎn)能擴充，新建廠房產(chǎn)能釋放的高峰將在2024年之后，2022和2023年全球12英寸硅片仍將處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。本次產(chǎn)能擴張，下游晶圓廠與硅片廠商積極綁定，通過長期合約（Long-termAgreements）保障供應(yīng)鏈穩(wěn)定。

?國產(chǎn)硅片擴產(chǎn)、客戶驗證及導(dǎo)入全面提速。隨著中芯國際等晶圓廠龍頭開啟新一輪擴產(chǎn)周期、技術(shù)升級、晶圓產(chǎn)能向大陸轉(zhuǎn)移以及國內(nèi)政策的大力支持，我國半導(dǎo)體硅片市場迎來新一輪上升周期。長期來看半導(dǎo)體等核心技術(shù)的國產(chǎn)化需求凸顯，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)有也意調(diào)整供應(yīng)鏈以分散風(fēng)險，給國產(chǎn)硅片企業(yè)更多機會，國內(nèi)硅片企業(yè)積極擴產(chǎn)，國產(chǎn)替代有望加速。 半導(dǎo)體硅片是生產(chǎn)集成電路、分立器件、傳感器等半導(dǎo)體產(chǎn)品的關(guān)鍵材料。在眾多半導(dǎo)體原材料中，硅具有明顯的優(yōu)勢，硅熔點高、禁帶寬度大，可廣泛運用于高溫、高壓器件。此外，硅具有天然優(yōu)質(zhì)絕緣氧化層，在晶圓制造時可減少沉積絕緣體工序， 從而減少了生產(chǎn)步驟并降低了生產(chǎn)成本。硅在自然界中的儲量豐富，在地殼中約占 27%，硅材料的成本顯著低于其他類型半導(dǎo)體材料。由于硅的技術(shù)和成本優(yōu)勢，硅片成為了目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的半導(dǎo)體材料，占據(jù)全部產(chǎn)品的 90%以上，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)性的一環(huán)。半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)流程復(fù)雜，涉及工藝眾多，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)包含晶體生長、硅片成型、外延生長等工藝。多晶硅經(jīng)過熔化，接入籽晶，再通過旋轉(zhuǎn)拉晶或者區(qū)域熔融的方式得到高純度的單晶硅棒。單晶硅棒經(jīng)過切、磨、拋等步驟形成拋光片，拋光片還可以進一步加工形成外延片。

長晶：直拉法和區(qū)熔法

?長晶是硅片生產(chǎn)最核心的環(huán)節(jié)，單晶制備階段決定了硅片的直徑、晶向、摻雜導(dǎo)電類型、電阻率范圍及分布、碳氧濃度、晶格 缺陷等技術(shù)參數(shù)。

?單晶硅制備方法包括直拉法（CZ法）和區(qū)熔法（FZ法）兩類，直拉法市占率高。直拉法的原理是將高純度的多晶硅原料放置在石英坩堝中，在高純惰性氣體的保護下加熱熔化，再將單晶硅籽晶插入熔體表面，待籽晶與熔體找尋到熔化點后，隨著籽晶的提拉晶體逐漸生長形成單晶硅棒；區(qū)熔法是把多晶硅棒放在熔爐里，放入一個籽晶，然后用高頻加熱線圈加熱籽晶與多晶接觸區(qū)域生長單晶硅，區(qū)熔法因為沒有坩堝的污染，生產(chǎn)的硅片純度較高，碳、氧含量較低，耐高壓性能好，區(qū)熔硅片代表產(chǎn)品有高壓整流器、探測器等。直拉法是最常用的制備工藝，采用直拉法的硅單晶約占85%，12英寸硅片只能用直拉法生產(chǎn)。按照硅片尺寸分類，可分為6英寸及以下硅片、8英寸硅片和12英寸硅片，8英寸硅片和12英寸硅片是市場主流產(chǎn)品。

?按照產(chǎn)品工藝分類，主要可分為硅拋光片、外延片和SOI硅片。硅拋光片按照摻雜程度不同分為輕摻硅拋光片和重?fù)焦钂伖馄?，摻雜元素的摻入量越大，硅拋光片的電阻率越低。輕摻硅拋光片廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路的制造，也有部分用作硅外延片的襯底材料，重?fù)焦钂伖馄话阌米鞴柰庋悠囊r底材料。根據(jù)襯底片的摻雜濃度不同，分為輕摻雜襯底外延片和重?fù)诫s襯底外延片，前者通過生長高質(zhì)量的外延層，可以提高CMOS柵氧化層完整性、改善溝道漏電、提高集成電路可靠性，后者結(jié)合了重?fù)诫s襯底片和外延層的特點，在保證器件反向擊穿電壓的同時又能有效降低器件的正向功耗。在芯片制造過程中，除上述拋光片、外延片等正片外，還有少量用于輔助生產(chǎn)的測試片和擋片，測試片和擋片占正片的比例在10%左右。

硅片大尺寸化趨勢明顯

8英寸、12英寸硅片占據(jù)90%以上的市場份額，12英寸硅片市場占有率不斷提升。硅片尺寸的提升提高了硅片的利用率，但6英寸和8英寸晶圓制造產(chǎn)線大部分建設(shè)時間較早，設(shè)備折舊已經(jīng)完畢，芯片制造成本偏低，綜合成本具有一定優(yōu)勢，未來仍會是各尺寸硅片市場共存的狀態(tài)。

? 6英寸硅片：在中高壓環(huán)境中使用的功率器件以及耐高壓特性的芯片，適用于500nm以上的較大線寬。

? 8英寸硅片：8英寸拋光片主要用于傳感器和低制程驅(qū)動芯片；8英寸外延片用于功率器件、PMIC和CIS。

? 12英寸硅片：12英寸拋光片廣泛用于NAND閃存芯片和DRAM內(nèi)存芯片；12英寸外延片廣泛用于CIS、CPU/GPU等邏輯芯片以及MOSFET/IGBT等功率器件。

不同硅片價格比較

SOI硅片價格遠(yuǎn)高于同尺寸外延片和拋光片，8英寸外延片主要是功率器件用重?fù)酵庋悠庋訉虞^厚，相比拋光片價格更高。

? 12英寸的外延片的外延層較薄，通常在3um以內(nèi)，主要用于改善硅片的表面性能，價格是同尺寸拋光片的1.2倍左右。

審核編輯：湯梓紅