全球硅晶圆市场研究报告

  硅晶圆是由硅元素加以纯化(99.9999999%-99.%),并将高纯多晶硅融解拉出单晶硅晶棒,然后经过辊磨、切割、研磨、抛光,清洗等工序,成为制造半导体器件的衬底材料。

  半导体硅片处于半导体产业链的上游,为半导体行业发展提供基础支撑。其由硅片生产制造商将原材料加工制造而成,大多数都用在制作集成电路等半导体器件,进而应用于通信、计算机、汽车电子、消费电子、医疗电子、智能电网等领域。

  现如今,第四代半导体已经在全球半导体市场初露头角。其中,四代半导体的进化之路如下所示:

  第一代半导体的材料主要为锗(Ge)和硅(Si)。其具有禁带宽度低,电子迁移率较高,热导率较低的特点,大多数都用在制作集成电路,低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器等。

  第二代半导体材料主要为砷化镓(GaAs)和磷化铟(lnP),其具有禁带宽度适中,电子迁移率高,高频、高温、低温性能好、抗辐射能力强等特点,一般适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,更是制作高性能微波、亳米波器件及发光器件的优良材料。

  第三代半导体材料以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为主,其具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率等特性。第三代半导体材料能轻松实现更好的电子浓度和运动控制,更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件,在光电子和微电子领域具备极其重大的应用价值。目前,市场火热的5G基站、新能源汽车和快充等都是第三代半导体的重要应用领域。

  而第四代半导体材料以氧化镓(Ga2O3)为代表,其体积更小、能耗更低、功能更强、导电性能和发光特性良好。因此,其在光电子器件方面有广阔的应用前景,被用作于Ga基半导体材料的绝缘层,以及紫外线:四代半导体性能及应用对比

  越先进的芯片,使用的硅晶圆尺寸越大,硅晶圆的利用率越高,芯片的生产所带来的成本越低,因此硅片大尺寸化乃大势所趋。硅片市场上硅晶圆尺寸有50mm(2吋)、75mm(3吋)、100mm(4吋)、150mm(6吋)、200mm(8吋)和300mm(12吋),其中主流硅晶圆尺寸为8吋和12吋,根据SEMI 2021年的数据,8吋与12吋晶圆在硅晶圆市场的占有率分别达到25%和69%。

  受中美贸易战及半导体行业景气度下降的影响,全球硅片市场规模在2019年出现短暂下滑。但随着人工智能的加快速度进行发展,以及物联网、智能手机、新能源汽车等新兴起的产业的迅速崛起,2020年至今全球硅片市场规模恢复稳步增长态势。截至2022年,全球硅片市场已达到147.13亿平方英寸的出货面积和138亿美元的总营收,分别同比增长3.87%和9.35%。

  从成立时间上看,中国大陆半导体厂商普遍建立于21世纪,略微滞后于中国台湾及境外厂商。目前,12吋硅晶圆的市场仍大多被韩国、日本、德国、法国等国家和中国台湾地区占据。而中国大陆的硅晶圆厂商则以8吋硅晶圆的生产为主,并不断向更大尺寸的硅片发展。

  高达95%,其余厂商仅占5%左右。2018年至2022年,各家市场占有率占比基本上没有波动,市场格局已然形成。其中日本两家企业——信越和胜高,拥有硅晶圆市场50%的份额,占据半壁江山。

  信越化学,全名信越化学工业株式会社(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.),于1926年9月16日在日本成立。现为全球最大的硅晶圆生产企业,市占率接近30%。

  信越化学作为一家十分成功的硅晶圆有突出贡献的公司,其经营的特殊性可体现在以下方面:

  对半导体材料和生产设备等方面的垂直整合,这使得它们能在生产和供应链方面掌握更多的控制权,可能会减少相关成本和提高效率,进而实现更高的业务毛利率;横向业务延伸与规模效应:

  光刻胶、刻蚀液、CMP抛光液等多个半导体产业相关领域,也大幅度的提升了资源利用效率。SUMCO胜高

  Silicon United Manufacturing Corp.简称胜高SUMCO,于1999年7月30日由住友金属工业、三菱材料、三菱材料硅事业部合资成立。其硅晶圆制造技术可追溯至住友金属工业和三菱材料,为其如今的地位奠定基础。

  中国台湾环球晶圆(Global Wafers)成立于2011年,前身为中美矽晶制品股份有限公司(Sino-American Silicon(SAS))的半导体事业部,硅晶圆制造历史可追溯至1982年。此后十年,环球晶圆持续不断的发展扩张,先后完成了对日商Covalent Materials公司旗下半导体硅晶圆事业部、丹麦Topsil Semiconductor Materials A/S半导体事业群、以及美国SunEdison Semiconductor公司的收购,成为全世界第三大暨中国最大的硅晶圆供应商。

  德国世创电子(Siltronic AG)是全球第四大硅晶圆供应商,总部在德国慕尼黑。其前身Wacker Chemitronic 于1968年由母公司瓦克化学(Wacker Chemie AG)出资成立,2004年更名为Siltronic后一直以该形式存在。2015年完成首次公开发行。

  鲜京矽特隆股份有限公司(SK Siltron)是韩国第三大企业集团首尔SK集团的子公司,前身是韩国LG Siltron公司。现为全球第五大硅晶圆供应商。SK Siltron于1983年成立于韩国庆尚北道龟尾市,主营晶圆的制造及销售业务,目前是韩国唯一一家半导体晶圆专业制造商。

  :SK Siltron在半导体行业起步相对较晚的韩国,政府早期提供大量资金用于企业研发、并购、建厂等活动;在发展中后期,财团则提供稳定的资金支持。协同效应

  :SK Siltron依靠财团强势整合资源以发挥集团内部协同效应,对于其硅晶圆业务,与下游客户三星电子、SK海力士等存储芯片供应商友好互动,形成良性循环的产业链;而对于碳化硅业务,SK Siltron对美国杜邦公司SiC晶圆部门进行收购后,从供应链上游整合,使得SK集团成为韩国首家拥有SiC全产业链的厂商。与此同时,其较为单一的产品结构劣势也相对明显:韩国作为存储半导体第一大国,虽然相关产业链的极度完善与存储芯片龙头厂商的集中为SK Siltron创造出强劲的国内需求;但由于内存市场对价格的高敏感度以及频繁的景气变动,给上游硅片生产商带来较大盈利压力,SK Siltron的毛利比起其他厂商长期处在较低水平,尤其近年来行业萧条时毛利下降更明显;并且由于其在非存储领域的发展失衡,全球市占率较小。SK Siltron近年来对于SiC晶圆的涉足作为应对此类风险的有益尝试,某些特定的程度上试图扭转这一格局,但转型仍然面对一定困难。

  法国的Soitec是全球第六大硅片供应商,同时也是全球最大的SOI(绝缘体上硅)晶圆制造商。成立以来,Soitec专注于优化衬底这一细分市场,并凭借以Smart Cut™工艺为代表的先进的技术奠定了无法替代的市场地位,如今在SOI市场占有率接近80%。1992年成立至今,Soitec始终致力于研发技术创新,并通过并购细分市场优势企业的方式逐渐完备产品组合,力求为其下游芯片制造商提供提升产品性能、整合新功能以及降低功耗的解决方案。

  不同于其他龙头晶圆供应商完全自制晶圆衬底的业务模式,Soitec自身并不生产晶圆衬底,而是外购抛光片后加工制作SOI晶圆;此外,在创新政策方面,Soitec与其下游客户建立了十分密切的合作伙伴关系,立足客户的真实需求以进行半导体材料创新;同时,在技术转让的背景下,Soitec向包括信越半导体(1997年)、MEMC(2013年,后被环球晶圆收购)、上海新傲科技(2014年)在内的合作伙伴授权专利并收取特许权使用费,与之建立了良好的合作伙伴关系。

  沪硅产业、TCL中环(中环领先)与立昂微(金瑞泓)为中国大陆上市的硅晶圆生产企业。

  源:企业官网从2016年开始,中国大陆开始积极投资建设晶圆厂,截至2021年,中国大陆共有73座晶圆代工厂,其月产能为350万片(等效成8吋硅晶圆)。而2022年,中国大陆共有23座12英寸晶圆厂正在投入生产,总计月产能约为104.2万片,总体建厂数量及产能增速远高于其它地区。根据SEMI预测,中国大陆晶圆产能将于2026年达到25%的占有率,位居全球第一位。

  上海硅产业集团作为中国大陆顶级规模的半导体硅片生产企业之一,承包了中国晶圆市场近20%的市场占有率,亦是中国大陆率先实现300mm半导体硅片规模化销售的企业。2015年成立以来,通过对上海新昇、新傲科技、Okmetic三家主要子公司的收购,上海硅产业集团很快成为中国半导体硅片行业领导者。

  TCL中环新能源科技股份有限公司(下称“TCL中环”)成立于1999年,前身为天津中环半导体股份有限公司(简称“中环股份”),被TCL科技收购后,于2022年6月更名为“TCL中环”。

  TCL中环立足于光伏单晶硅,近年来积极布局半导体硅片产业。TCL中环的主营业务围绕硅材料展开,以单晶硅为起点和基础,纵向在半导体材料制造和新能源光伏制造领域延伸,形成半导体材料板块、光伏材料板块和光伏电池及组件板块;横向在强关联的其他领域扩展,形成光伏发电板块,包括地面集中式光伏电站和分布式光伏电站。

  作为半导体硅片与光伏硅片的“双龙头”,TCL中环在生产规模、成本控制等方面均具有强大的竞争力;此外,其在技术壁垒较高的300mm晶圆与轻掺杂硅片也建立起独特优势,发展前途广阔。

  杭州立昂微电子股份有限公司(Hangzhou Lion Microelectronics Co., Ltd.,下称“立昂微”)于2002年3月在浙江杭州成立,前身为杭州立昂电子有限公司(立昂有限),是一家专注于集成电路用半导体材料、半导体功率芯片、集成电路芯片的设计、开发、制造与销售的高新技术企业。立昂微作为我国领先的硅晶圆供应商,承包了中国大陆超过10%的市场占有率。现拥有杭州、宁波、衢州、嘉兴、海宁五大经营基地。

  立昂微业务贯通产业上下游,涵盖从硅料、硅片到分立器件芯片与分立器件成品的生产、制造与销售,其半导体硅片、半导体功率器件与化合物半导体射频芯片三大业务模块相互支撑,优势互补,共同奠定了如今的市场地位。

  在硅晶圆生产领域,立昂微在8吋及以下半导体硅片领域已具备相对成熟的制造工艺,凭借其较为稳定的质量与相对齐全的规格门类,获得了略高于国内竞争对手的定价。在重掺系列的某些优势品种上,定价甚至超过全球头部硅晶圆供应商;但在12吋硅片生产领域则尚处于产能爬坡的前期阶段,对比国内同类型厂商,可能面临较大的市场之间的竞争压力。

  图7:信越化学部门拆分情况如上图,具体变动如下:①原特种化学部门的聚乙烯醇业务并入原PVC/氯碱工业部门,整体更名为基建材料部门;②原特种化学部门的别的业务(不包括聚乙烯醇)与原有机硅业务部门合并,并加上原电子功能材料部门的液体氟橡胶、膜剂业务,变更为为功能性材料部门;③原电子功能材料部门的别的业务(不包括液体氟橡胶、膜剂)与原半导体单晶硅业务部门合并为电子材料部门;④原工艺、贸易以及特殊业务服务部门更名为加工和特殊服务部门。

  【4】2016年12月,环球晶圆收购了美国的SunEdison Semiconductor,此次收购后环球晶圆成为全世界第三大硅晶圆供应商。其中,SunEdison Semiconductor前身为美国的孟山都电子材料公司MEMC Electronic Materials(2013年改名为SunEdison)的硅晶圆业务分部。通过此次合并,环球晶圆得以大幅度的提高全球市占率、客户群及其他晶圆技术与产能。

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