概念

  硅片（又稱晶圓、wafer）是光伏、半導體行業廣泛使用的基礎材料。其中，適用于集成電路行業的是半導體級的硅片

  半導體硅片對產品質量及一致性要求極高，其純度須達99.9999999%（9個9）以上，而最先進的工藝甚至需要做到99.999999999%（11個9）。而光伏級單晶硅片僅需5個9即可滿足應用需求。所以半導體生產所用硅片的制備難度遠大于光伏級硅片

  在半導體上游材料市場中，硅片成本占比最高，同時市場規模保持高速增長。2017年硅片市場規模達86.8億美元（32%市場占比），遠高于氣體和光掩膜市場規模；在2015-2017期間，硅片市場規模CAGR約為4.61%，高于同期半導體整體市場增長速度

  分類用途

  1.按尺寸分：

  50mm（2寸）、100mm（4寸）、125mm（5寸）、150mm（6寸）、200mm（8寸）、300mm（12寸）、450mm

  300mm硅棒大約1m長，并需要在坩堝中融化150kg—300kg的半導體級硅。

  硅片直徑的增加可以攤薄生產成本。300mm硅片比200mm硅片面積提升2.25倍，一個硅片上可以生產更多硅片，每個芯片平均加工時間減少，設備利用率提升；而且更大尺寸的硅片使得邊緣芯片減少，提升成品率。

  2.按拉晶工藝分：

  CZ直拉法，占85%，一般用于CMOS、Memory等大部分工藝器件

  FZ區熔法，一般用于RF、IGBT等

  3、按使用用途分：

  拋光片PolishWafer

  外延片EpitaxialWafer:外延生長形成的具有單晶薄膜的襯底晶片通常被稱為外延片。通過氣相外延沉積的方法在襯底上進行長晶，與最下面的襯底結晶面整齊排列進行生長。外延硅晶片廣泛使用在二極管，IGBT功率器件,低功耗數字與模擬集成電路及移動計算通訊芯片等。

  退火片ArgonAnneal:拋光片用氫氣或氬氣通過加熱處理后，更進一步提高表面的結晶品質。廣泛用在功率器件,數字與模擬集成電路及存儲器等芯片。

  絕緣體上硅(SOI)Silicon-On-InsulatorWafer:是一種三明治結構，最上面是頂層硅，中間是掩埋氧化層（BOX），下方是硅襯底。制備SOI材料的技術主要有注氧隔離（SIMOX）、鍵合減薄（BESOI）和智能剝離（Smart-Cut）等，當前最主流的技術是智能剝離。SOI的優勢在于可以通過氧化層實現高電絕緣性，這將大大減少硅片的寄生電容以及漏電現象。在28nm以下先進制程中，FD-SOI（全耗盡SOI）具有明顯的低功耗，防輻射，耐高溫的性能優勢，同時采用SOI方案可以大大減少工序，降低成本。

  測試片Test Wafer：mechnical wafer、particle wafer、control wafer、superflat wafer、special wafer（如oxide/nitridewafer）等。主要用于實驗及檢查等用途。在制造設備投入使用初期，也被大量使用以提高設備穩定性。由于使用目的不同于通常使用的晶圓片產品，因此TestWafer中再生晶片被普遍使用。

  控片Monitor Wafer:主要用于在正式的集成電路制造之前對于各道制程實施必要的調整。除此之外也可用于監測，與晶圓產品一同在各工程流動。

  擋片Dummy Wafer:又稱假片，調試級硅片主要用于半導體設備和工藝調試，達到一定的工藝要求。

  其中擋片和控片一般是由晶棒兩側品質較差處所切割出來，用于調試機臺、監控良率。隨著晶圓廠制程的推進，基于精度要求及良率的考量，需要在生產過程中增加監控頻率。65nm制程每投10片正片，需要加6片擋控片，而28nm及以下制程，每10片正片需要加15-20片擋控片。擋控片的用量巨大，為了避免浪費，晶圓廠往往會回收用過的擋片，經研磨拋光，重復使用，但擋片的循環次數有限，一旦超過門限值，則只能報廢處理或當做光伏硅片使用。而控片則需具體情況具體對待，用在某些特殊制程的控片無法回收使用，那些可以回收重復利用的擋控片又被稱為可再生硅片（reclaimedwafer）。

  市場格局

  全球：

  在全球半導體材料產業鏈，國外巨頭占據了主要的市場份額。前五大廠商分別為日本信越半導體（份額27%）、日本勝高科技（26%）、臺灣環球晶圓（17%）、德國Silitronic（11%）、韓國LG（7%），市場占有率達到92%。其中，僅兩家日本企業所占的全球市場份額就超過50%。在12寸硅片市場中，前五大廠商更占據將近98%的市場份額。

  國內：

  目前我國12英寸硅片主要依賴進口，（曾有段時間據傳SMIC中芯國際的12寸線的wafer缺貨，日本廠商優先供應別家）；8英寸硅片的自給率也不高，目前在10%左右。

  根據芯思想統計，截止2017年11月，我國12寸硅片需求量為45萬片（包括三星西安、SK海力士無錫、英特爾大連、聯芯廈門），隨著晶合集成、臺積電南京和格芯成都的陸續投產，加上紫光南京、長鑫合肥、晉華集成三大存儲芯片廠的建成，預估到2020年我國12寸硅片月需求量為80-100萬片。拋開外資晶圓廠（三星西安、SK海力士無錫、英特爾大連、聯芯廈門、臺積電南京、格芯成都）的產能，國內的月需求量約為40-50萬片。

  目前我國12英寸硅片主要依賴進口，但規劃中的月產能已經達到120萬片，后續如均能順利量產，可基本滿足國內需求。（前提是能量產、滿產）

  8寸硅片方面，據芯思想統計，截止至2016年底，我國具備8英寸硅片和外延片生產能力的公司合計月產能為23.3萬片/月，實際產能利用率不足50%，2016年全年我國僅僅產出120萬片8寸硅片，只滿足國內的10%的需求。從目前已經公布的產能來看，8寸硅片月產能已經達到140萬片，合計超過160萬片，遠遠超過我國8寸硅晶圓的月需求80萬片的規模。

  而SOI硅片則由于它的特殊性，所以其供應商和主流的硅片廠商不同。目前國際上最大的SOI供應商為法國Soitec，上海硅產業投資有限公司已收購其14.5%股份。其他供應商為日本信越，Sumco等。而國內的供應商主要為上海新傲，也是上海硅產業集團的子公司。

  產能方面，目前Soitec位于法國Bernin2工廠以及新加坡PasirRis工廠主要生產300mm晶圓，未來最大產能將達200萬片，而Bernin1和新傲科技的200mm晶圓廠最大產能將達100萬片。

  上海新昇（上海新陽（300236.SZ）參股24.36%）的大硅片項目目前已經實現了擋片的批量供貨，正片也有小批量樣片實現銷售，目前產能4-5萬片/月，預計2018年產能可達10萬片/月；

  中環股份（002129.SZ）于2017年10月13日和無錫市簽署《戰略合作協議》，共同在宜興市建設集成電路用大硅片生產與制造項目。項目總投資約30億美元，一期投資約15億美元；

  重慶超硅的12寸硅片開發進展也較為順利。同時硅產業集團旗下的上海新傲的SOI產線是中國硅片產業的一大亮點

  供需結構

  12寸

  2017年-2022年，12寸硅片需求的復合增長率為4.3%。其中3D NAND對硅片需求的復合增長率為16.76%，成為未來3年里12寸硅片需求增長的主要驅動力。

  當前前五大廠商各家硅片廠均相對保守，更傾向于控制產能擴張，推動漲價，抬升利潤水平。

  8寸

  汽車電子主導8寸硅片需求，晶圓廠通過漲價轉移成本壓力。

  2016年起，8寸線的驅動力主要在指紋識別，進入2018年，隨著汽車電子，IOT等應用的興起，8寸線的供需關系依舊偏緊

  從最直接的，硅片的直接客戶就是芯片代工廠，除了現有需求，國內新增的代工廠產能如下，這些都是新增的需求：

  據估計，目前全球8寸與12寸半導體硅晶圓每月出貨量大約各在520萬片至530萬片之間，但每月的潛在需求量可能達600萬片以上。供需差的原因（來自海通證券）：

  1）全球晶圓代工大廠臺積電、三星電子、英特爾進入高端制程工藝競賽，20nm以下的先進工藝將在整個晶圓代工中的比例越來越高，先進的工藝對高質量大硅片的需求越來越大；

  2）三星、SK海力士、英特爾／美光、東芝等全力投入3DNAND擴產，3DNAND的投資熱潮將刺激300mm大硅片的需求；

  3）盡管智能手機的增速放緩，但是手機創新不斷，對高端300mm硅片需求仍將快速增長。同時工業與汽車半導體、CIS、物聯網等IC晶片開始快速增長，這為8寸和12寸硅片帶來新的增量；

  4）大陸半導體廠商大舉擴產，更是不可輕忽的勢力，2016至2017年間，全球確定新建的晶圓廠19座，其中中國大陸就占了10座。

  8/12寸市場補充：

  12寸市場：

  除了供需原因導致的12寸硅片市場緊缺以為，12寸硅片市場被看重的原因還有:

  芯片的成本與硅片面積有直接關系，在面積大的硅片上，一次能夠蝕刻出更多的芯片，并且芯片撞上硅片缺陷的概率變低，提高芯片的良品率。因此，半導體產業一直在追求面積更大的芯片。

  根據計算公式：每個硅片生產的芯片數=（硅片的面積/芯片的面積）-（硅片的周長/（2*芯片面積）的開方數），12寸硅片一次能制造的芯片數約為8寸硅片的2.5倍。

  根據SEMI，各尺寸硅片成為主流尺寸的時間點分別為：1986年4英寸，1992年6英寸，1997年8英寸，2005年12英寸。目前，12寸硅片已成為業界主流，占所有硅片需求的60%以上，而6/8寸硅片的需求比例被進一步壓縮。

  由于制造設備更換和良品率等問題，18寸硅片的研制雖然已投入數年，但成本高、回報低的問題一直沒有得到很好的解決，陷入停滯，預計未來數年12寸硅片仍將是市場主流。

  大

  8寸市場：

  12寸硅片盡管有種種優點，但是其需要大批量的生產才能降低其芯片的單體成本。但是8寸晶圓制造廠相對于12寸廠：（1）擁有特種晶圓工藝；（2）完全或大部分折舊的固定資產的固定成本較低；（3）光罩及設計服務的相應成本較低；（4）達到成本效益生產量要求較低，等方面的優勢。同時，2010~2016年約有25座6寸晶圓廠關閉，相應6寸晶圓產能會轉移至8寸線晶圓廠。因此8寸晶圓和12寸晶圓能夠實現優勢互補、長期共存。

  產能缺口

  投資小結

  1、硅片生產企業：就看誰的硅片質量能達標能盡快量產盡快跟上產能，享受當下硅片剪刀差的紅利，內資企業里優先的上海新昇、中環股份、重慶超硅概率大。唯一需要擔心的就是國內外企業產能都開出來之后，供需結構如果逆轉，那就比較尷尬了。不過當下，遠的不說，近一兩年內，誰先量產誰先受益。

  2、硅片設備企業：設備這塊沒在本文里寫，以前的文章里提了很多。硅片生產企業里的投資，6成要投入設備，國內能提供設備的屈指可數，值得重點關注，就希望國內企業能善待國內設備企業，共同成長。

  注：文章數據表格等等參考引用了申萬宏源、招商證券、方正證券、海通證券等賣方報告并進行了整理，在此一并感謝。