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2020-09-16 10:15

半导体硅片是集成电路的基石

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材料和设备是半导体行业的两大核心支柱,硅片占比半导体材料市场销售额高达36.6%,是晶圆厂采购材料中最重要的环节。
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全球范围内逻辑、功率和模拟电路的发展促进晶圆厂的建设,中国大陆主要来自半导体国产替代和新基建中对半导体行业的资本开支加大催生晶圆厂建设潮。2018年以来始终处涨价的趋势中,由功率半导体国产替代的加速,8寸晶圆的涨价幅度更加显著。
 

 

产品趋势:目前主流晶圆厂都采用 12寸的硅片大小,而国内的功率半导体扩产建设主要采用8寸规格硅片。
 

 

2016-2019年,全球晶圆代工市场规模为 500、548、577、532亿美元,年均复合增长率7.5%,未来规模将会进一步扩大。中国晶圆代工企业销售收入增速迚一步提高 ,高达41%,是2018年全球晶圆代工市场规模增速5%的8倍。
 

 

半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品、感光材料、光刻胶、湿法化学品不溅射靶材等。
 

 

根据SEMI统计,2018年硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品的销售额分别为121.0亿美元、42.7亿美元、40.4亿美元、22.8亿美元,分别占全球半导体制造材料行业36.6%、12.9%、12.2%、6.9%的市场份额 。半导体硅片占比最高,为半导体制造的核心材料。
 

 

国产替代空间大:我国半导体硅片市场仍主要依赖进口,2017年至2019年,中国大陆半导体硅片销售额年均复合增长率大幅高于同期全球半导体硅片的年均复合增长率,我国企业具有巨大的进口替代空间。
 

 

国内晶圆厂建设:国家大基金一期以及地方政府配套资金对晶圆厂的投入,催生了国内“一纵一横”晶圆厂的建设,目前在建项目预计将提高60万片产能,这是对硅片最直接的需求拉动。
 

 

半导体硅片应用领域
 

 

12寸硅片:手机和服务器是12寸硅片需求的主要动力。产品方面,存储器占比12寸硅片最大部分达到55%,其次是逻辑芯片占比 25%,最后随着1600万像素以上的手机普及,CIS占比也在扩大。
 

 

8寸硅片:应用领域方面汽车电子和物联网是 8寸硅片需求最主要的动力 。产品方面有 功率器件、模拟IC、低像素的CIS、指纹识别、显示驱动和智能卡等。8英寸晶圆产能中约 47%来自Foundry,其余产能需求主要来自IDM。
 

 

6寸硅片:主要用在功率半导体,射频和MEMS,其中以三极管,晶闸管功率器件为主。
 

 

中国大陆半导体硅片需求
 

 

12寸硅片:2020年之后国内12寸晶圆厂占比会超过 8寸晶圆厂,相应的硅片需求也超过8寸硅片需求。 8寸硅片:国内晶圆厂 2020年之前主要还是8寸线为主,预计到2020年,国内8寸硅片的需求在接近100万片/月。
 

 

受益汽车电子、工业电子和物联网等应用领域的强劲需求,对应的功率器件、传感器需求旺盛,使得8寸晶圆厂自 2017年底以来一直处于满产的状态。到2020年,全球8寸晶圆厂的月产能将达 570万片,中国大陆需求97万片。在晶圆厂家数方面,2016年全球共有 188座8寸晶圆厂,到2021年时,则可望增加到197座。
 

 

设备紧缺:设备公司不愿意过多生产 8寸光刻机,刻蚀机等,使得8寸晶圆制造设备紧缺 。
全球供给:半导体硅片行业具有技术难度高、研发周期长、资金投入大、客户认证周期长等特点,行业集中度高。2018年前大硅片企业信越化学 、SUMCO、Siltronic、环球晶圆、SK Siltron合计销售额740.3亿元,市场份额从2016年的85%提升至2018年的93%。
 

 

国内供应格局:2020年之前,中国大陆企业的12寸芯片制造产能低于8寸芯片制造产能。随着中国大陆芯片制造企业技术实力的不断提升,预计2020年,中国大陆企业12寸制造芯片产能将会超过8寸制造芯片制造产能。12 英寸硅片是目前业内主流,18寸硅片尚未成熟。根据 SEMI 统计数据,2018年全球12英寸硅片出货面积约占硅片总出货量的 63%,其次是8英寸,约占26%。12英寸硅片的下一站是18英寸(450mm)硅片,但由于 12 英寸硅片可满足当前生产需求,且18英寸硅片设备研发难度极大,面临资金和技术双重压力。据 SEMI估算,一个18英寸晶圆厂的耗资将高达100亿美元,远超出12英寸晶圆厂的投入成本,且其只能使芯片单位面积价格下降 8%,因此晶圆厂向 18 英寸转移的速度较缓,预计到2020年以后18英寸硅片才可能初步量产。
 

 

硅片价格:硅原材料涨价加上产能紧缺,2016年至2018年,全球半导体硅片销售单价逐渐上升,从0.67美元/平方英寸上升到 0.89美元/平方英寸 ,年均复合增长率达到15.39%。
受半导体硅片价格上涨影响 ,2016年至2018年间全球半导体硅片的销售额增速超越了半导体硅片出货面积的增速。
 

 

全球半导体蓬勃发展,中国晶圆代工持续扩张,本土硅片需求迎来爆发,2019年半导体市场略有下滑,2020 年有望恢复增长。2019 年,全球半导体销售额 4089.88 亿美元,其中,集成电路、光电子器件、分立器件和传感器销售额分别为 3303.5 亿美元、410.56 亿美元、239.6 亿美元和 136.23 亿美元。
 

 

从需求端来看,8 英寸和 12 英寸晶圆需求目前占据硅片 90%以上市场份额,12 英寸硅片主要用于生产高端设备采用的逻辑芯片、DRAM 和 NAND 等存储芯片,8 英寸硅片主要应用于通讯(移动终端、基础设施)、物联网(IoT)、汽车电子等领域。2016 至 2018 年,由于人工智能、区块链、云计算等新兴终端市场的蓬勃发展,12 英寸硅片需求持续增加,出货面积不断上升。在晶圆代工市场,2019 年全球晶圆代工市场略有下滑,中国成晶圆代工唯一增长地区,随着中国半导体行业发展持续向好,必将带动中国市场对上游半导体材料,尤其是应用于高端设备领域的12英寸硅片的需求。
 

 

从供给端来看,全球硅片市场被信越化学、SUMCO 集团、环球晶圆、世创 Siltronic AG、SK Siltron 五大厂商所垄断,2019 年总体市场占有率高达 92%。本土厂商目前与海外厂商在工艺技术方面有一定的差距,总体市场占有率不足 5%。国内大硅片进口依赖严重,目前我国大陆企业在 4~6 英寸规格的硅片(含抛光片、外延片等)产量基本可以满足国内晶圆厂的 4~6 英寸晶圆需求。但是在8英寸与12英寸的大尺寸硅片方面我国的自供率仍然较低,特别是12 英寸大硅片,几乎全部依赖于进口。
 

 

当今国内半导体行业景气度持续上升,国内硅片供不应求,需求缺口持续扩大,硅片进口替代在当下贸易争端加剧的国际环境下对中国大陆半导体行业有重大战略意义。随着政策助力和国家二期大基金的支持,硅片国产替代趋势明显,本土硅片厂商有望持续受益。国产硅片制造厂商的技术水平同海外硅片龙头仍有一定差距,且短期内难以撼动传统贸易关系中硅片龙头企业与台积电、三星、美光等大客户的长期合约及同盟关系。但国产厂商中也出现一批实力较为突出的企业有望借助大尺寸硅片产能扩张及国家政策支持而突破目前市场格局,如沪硅产业、中环股份、神工股份、立昂微电等本土半导体材料供应商。
 

 

中国大陆半导体硅片主要供应商:沪硅产业
 

 

沪硅产业主要从事半导体硅片研发、生产和销售,是中国大陆规模最大的半导体硅片企业之一,是中国大陆率先实现 300mm 。 半导体硅片规模销售的企业。沪硅产业成立以来,坚持面向国家半导体行业重大战略需求,坚持全球化布局,坚持紧跟国际前沿技术,突破了多项半导体硅片制造领域的关键核心技术,打破了我国 300mm半导体硅片国产化率几乎为 0 的局面,推进了我国半导体关键材料生产技术自主可控的进程。
 

公司是上海新阳的参股公司,主要从事 40nm-28nm 节点的高品质半导体硅片研发、生产与销售。公司300mm 大硅片于2017年取得突破,从二季度开始已经向中芯国际等芯片代工企业提供正片进行验证,并于当年实现了挡片、陪片、测试片等产品销售。目前公司的认证工作一切顺利,已实现部分产品的销售。公司目前已成为多家主流芯片制造企业的供应商,提供的产品类型涵盖 300mm 抛光片及外延片、200mm 及以下抛光片、外延片及 SOI 硅片。客户包括格罗方德、中芯国际、华虹宏力、华力微电子、华润微电子、长江存储、恩智浦、意法半导体等芯片制造企业。公司客户遍布北美、欧洲、中国、亚洲其他国家或地区。
 

中环股份

中环股份是国内研发能力最强,技术最领先的单晶硅及半导体提供商之一。公司以单晶硅材料技术为基础,拓展新能源材料产业,是我国半导体材料行业龙头企业。公司主要业务覆盖新能源产品、电力、半导体材料、半导体器件等,主要产品包括高效光伏电站、太阳能电池片、太阳能单晶硅棒/片、半导体硅锭、76.2-200mm 抛光片、TVS 保护二极管 GPP 芯片。2019年1月,公司发布《2019年非公开发行A股股票预案》,拟使用募集资金建造月产15万片300mm 抛光片生产线;其子公司中环领先的集成电路用大硅片项目于2017年12月 28 日开工,于2019年9月27日投产,满产后将实现月生产 8 英寸大硅片75万片、12 英寸大硅片60万片产能。

 

晶盛机电
晶盛机电是国内领先的半导体材料装备和LED衬底材料制造的高新技术企业,中国半导体设备十强企业排名前三。 公司收入稳步增长。2017-2019年公司营业收入年复合增长率为26%。晶盛机电是国内晶体生长设备龙头企业。在半导体设备方面 ,公司成功研収出了12英寸半导体单晶炉、8英寸硅外延炉,8-12英寸硅片用精密双面研磨机、6-8英寸硅片用抙光机等新产品,完善了以单晶硅生长、切片、感光 、外延四大核心装备为主的半导体硅材料设备体系。

 

北方华创

北方华创以电子与用设备和电子元器件为主要产品 ,是集研发、生产、销售及服务于一体的大型综合性高科技公司。公司收入稳步增长。2017-2019年公司营业收入年复合增长率为35%。北方华创是当前本土布局半导体设备最为广泛的龙头企业,实现了集成电路领域的多点布局,刻蚀设备、PVD、CVD 、清洗设备等核心半导体设备均实现了批量出货,获得国内半导体制造优质企业认可。其中公司研发的 NMC612D 12英寸硅刻蚀机已可应用于14nm先进制程,12 英寸单片清洗机产品已应用于集成电路芯片制程中的预清洗 、再生清洗、铝垫清洗等工艺。

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