概念

  硅片（又稱晶圓、wafer）是光伏、半導(dǎo)體行業(yè)廣泛使用的基礎(chǔ)材料。其中，適用于集成電路行業(yè)的是半導(dǎo)體級(jí)的硅片

  半導(dǎo)體硅片對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及一致性要求極高，其純度須達(dá)99.9999999%（9個(gè)9）以上，而最先進(jìn)的工藝甚至需要做到99.999999999%（11個(gè)9）。而光伏級(jí)單晶硅片僅需5個(gè)9即可滿足應(yīng)用需求。所以半導(dǎo)體生產(chǎn)所用硅片的制備難度遠(yuǎn)大于光伏級(jí)硅片

  在半導(dǎo)體上游材料市場(chǎng)中，硅片成本占比最高，同時(shí)市場(chǎng)規(guī)模保持高速增長(zhǎng)。2017年硅片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)86.8億美元（32%市場(chǎng)占比），遠(yuǎn)高于氣體和光掩膜市場(chǎng)規(guī)模；在2015-2017期間，硅片市場(chǎng)規(guī)模CAGR約為4.61%，高于同期半導(dǎo)體整體市場(chǎng)增長(zhǎng)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(zhǎng)，并需要在坩堝中融化150kg—300kg的半導(dǎo)體級(jí)硅。

  硅片直徑的增加可以攤薄生產(chǎn)成本。300mm硅片比200mm硅片面積提升2.25倍，一個(gè)硅片上可以生產(chǎn)更多硅片，每個(gè)芯片平均加工時(shí)間減少，設(shè)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(qū)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(zhǎng)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(jìn)行長(zhǎng)晶，與最下面的襯底結(jié)晶面整齊排列進(jìn)行生長(zhǎng)。外延硅晶片廣泛使用在二極管，IGBT功率器件,低功耗數(shù)字與模擬集成電路及移動(dòng)計(jì)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(jìn)一步提高表面的結(jié)晶品質(zhì)。廣泛用在功率器件,數(shù)字與模擬集成電路及存儲(chǔ)器等芯片。

  絕緣體上硅(SOI)Silicon-On-InsulatorWafer:是一種三明治結(jié)構(gòu)，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(shù)主要有注氧隔離（SIMOX）、鍵合減薄（BESOI）和智能剝離（Smart-Cut）等，當(dāng)前最主流的技術(shù)是智能剝離。SOI的優(yōu)勢(shì)在于可以通過氧化層實(shí)現(xiàn)高電絕緣性，這將大大減少硅片的寄生電容以及漏電現(xiàn)象。在28nm以下先進(jìn)制程中，F(xiàn)D-SOI（全耗盡SOI）具有明顯的低功耗，防輻射，耐高溫的性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采用SOI方案可以大大減少工序，降低成本。

  測(cè)試片Test Wafer：mechnical wafer、particle wafer、control wafer、superflat wafer、special wafer（如oxide/nitridewafer）等。主要用于實(shí)驗(yàn)及檢查等用途。在制造設(shè)備投入使用初期，也被大量使用以提高設(shè)備穩(wěn)定性。由于使用目的不同于通常使用的晶圓片產(chǎn)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(duì)于各道制程實(shí)施必要的調(diào)整。除此之外也可用于監(jiān)測(cè)，與晶圓產(chǎn)品一同在各工程流動(dòng)。

  擋片Dummy Wafer:又稱假片，調(diào)試級(jí)硅片主要用于半導(dǎo)體設(shè)備和工藝調(diào)試，達(dá)到一定的工藝要求。

  其中擋片和控片一般是由晶棒兩側(cè)品質(zhì)較差處所切割出來(lái)，用于調(diào)試機(jī)臺(tái)、監(jiān)控良率。隨著晶圓廠制程的推進(jìn)，基于精度要求及良率的考量，需要在生產(chǎn)過程中增加監(jiān)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(fèi)，晶圓廠往往會(huì)回收用過的擋片，經(jīng)研磨拋光，重復(fù)使用，但擋片的循環(huán)次數(shù)有限，一旦超過門限值，則只能報(bào)廢處理或當(dāng)做光伏硅片使用。而控片則需具體情況具體對(duì)待，用在某些特殊制程的控片無(wú)法回收使用，那些可以回收重復(fù)利用的擋控片又被稱為可再生硅片（reclaimedwafer）。

  市場(chǎng)格局

  全球：

  在全球半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)鏈，國(guó)外巨頭占據(jù)了主要的市場(chǎng)份額。前五大廠商分別為日本信越半導(dǎo)體（份額27%）、日本勝高科技（26%）、臺(tái)灣環(huán)球晶圓（17%）、德國(guó)Silitronic（11%）、韓國(guó)LG（7%），市場(chǎng)占有率達(dá)到92%。其中，僅兩家日本企業(yè)所占的全球市場(chǎng)份額就超過50%。在12寸硅片市場(chǎng)中，前五大廠商更占據(jù)將近98%的市場(chǎng)份額。

  國(guó)內(nèi)：

  目前我國(guó)12英寸硅片主要依賴進(jìn)口，（曾有段時(shí)間據(jù)傳SMIC中芯國(guó)際的12寸線的wafer缺貨，日本廠商優(yōu)先供應(yīng)別家）；8英寸硅片的自給率也不高，目前在10%左右。

  根據(jù)芯思想統(tǒng)計(jì)，截止2017年11月，我國(guó)12寸硅片需求量為45萬(wàn)片（包括三星西安、SK海力士無(wú)錫、英特爾大連、聯(lián)芯廈門），隨著晶合集成、臺(tái)積電南京和格芯成都的陸續(xù)投產(chǎn)，加上紫光南京、長(zhǎng)鑫合肥、晉華集成三大存儲(chǔ)芯片廠的建成，預(yù)估到2020年我國(guó)12寸硅片月需求量為80-100萬(wàn)片。拋開外資晶圓廠（三星西安、SK海力士無(wú)錫、英特爾大連、聯(lián)芯廈門、臺(tái)積電南京、格芯成都）的產(chǎn)能，國(guó)內(nèi)的月需求量約為40-50萬(wàn)片。

  目前我國(guó)12英寸硅片主要依賴進(jìn)口，但規(guī)劃中的月產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到120萬(wàn)片，后續(xù)如均能順利量產(chǎn)，可基本滿足國(guó)內(nèi)需求。（前提是能量產(chǎn)、滿產(chǎn)）

  8寸硅片方面，據(jù)芯思想統(tǒng)計(jì)，截止至2016年底，我國(guó)具備8英寸硅片和外延片生產(chǎn)能力的公司合計(jì)月產(chǎn)能為23.3萬(wàn)片/月，實(shí)際產(chǎn)能利用率不足50%，2016年全年我國(guó)僅僅產(chǎn)出120萬(wàn)片8寸硅片，只滿足國(guó)內(nèi)的10%的需求。從目前已經(jīng)公布的產(chǎn)能來(lái)看，8寸硅片月產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到140萬(wàn)片，合計(jì)超過160萬(wàn)片，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國(guó)8寸硅晶圓的月需求80萬(wàn)片的規(guī)模。

  而SOI硅片則由于它的特殊性，所以其供應(yīng)商和主流的硅片廠商不同。目前國(guó)際上最大的SOI供應(yīng)商為法國(guó)Soitec，上海硅產(chǎn)業(yè)投資有限公司已收購(gòu)其14.5%股份。其他供應(yīng)商為日本信越，Sumco等。而國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商主要為上海新傲，也是上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的子公司。

  產(chǎn)能方面，目前Soitec位于法國(guó)Bernin2工廠以及新加坡PasirRis工廠主要生產(chǎn)300mm晶圓，未來(lái)最大產(chǎn)能將達(dá)200萬(wàn)片，而Bernin1和新傲科技的200mm晶圓廠最大產(chǎn)能將達(dá)100萬(wàn)片。

  上海新昇（上海新陽(yáng)（300236.SZ）參股24.36%）的大硅片項(xiàng)目目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了擋片的批量供貨，正片也有小批量樣片實(shí)現(xiàn)銷售，目前產(chǎn)能4-5萬(wàn)片/月，預(yù)計(jì)2018年產(chǎn)能可達(dá)10萬(wàn)片/月；

  中環(huán)股份（002129.SZ）于2017年10月13日和無(wú)錫市簽署《戰(zhàn)略合作協(xié)議》，共同在宜興市建設(shè)集成電路用大硅片生產(chǎn)與制造項(xiàng)目。項(xiàng)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(fā)進(jìn)展也較為順利。同時(shí)硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)旗下的上海新傲的SOI產(chǎn)線是中國(guó)硅片產(chǎn)業(yè)的一大亮點(diǎn)

  供需結(jié)構(gòu)

  12寸

  2017年-2022年，12寸硅片需求的復(fù)合增長(zhǎng)率為4.3%。其中3D NAND對(duì)硅片需求的復(fù)合增長(zhǎng)率為16.76%，成為未來(lái)3年里12寸硅片需求增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

  當(dāng)前前五大廠商各家硅片廠均相對(duì)保守，更傾向于控制產(chǎn)能擴(kuò)張，推動(dòng)漲價(jià)，抬升利潤(rùn)水平。

  8寸

  汽車電子主導(dǎo)8寸硅片需求，晶圓廠通過漲價(jià)轉(zhuǎn)移成本壓力。

  2016年起，8寸線的驅(qū)動(dòng)力主要在指紋識(shí)別，進(jìn)入2018年，隨著汽車電子，IOT等應(yīng)用的興起，8寸線的供需關(guān)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(xiàn)有需求，國(guó)內(nèi)新增的代工廠產(chǎn)能如下，這些都是新增的需求：

  據(jù)估計(jì)，目前全球8寸與12寸半導(dǎo)體硅晶圓每月出貨量大約各在520萬(wàn)片至530萬(wàn)片之間，但每月的潛在需求量可能達(dá)600萬(wàn)片以上。供需差的原因（來(lái)自海通證券）：

  1）全球晶圓代工大廠臺(tái)積電、三星電子、英特爾進(jìn)入高端制程工藝競(jìng)賽，20nm以下的先進(jìn)工藝將在整個(gè)晶圓代工中的比例越來(lái)越高，先進(jìn)的工藝對(duì)高質(zhì)量大硅片的需求越來(lái)越大；

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

  3）盡管智能手機(jī)的增速放緩，但是手機(jī)創(chuàng)新不斷，對(duì)高端300mm硅片需求仍將快速增長(zhǎng)。同時(shí)工業(yè)與汽車半導(dǎo)體、CIS、物聯(lián)網(wǎng)等IC晶片開始快速增長(zhǎng)，這為8寸和12寸硅片帶來(lái)新的增量；

  4）大陸半導(dǎo)體廠商大舉擴(kuò)產(chǎn)，更是不可輕忽的勢(shì)力，2016至2017年間，全球確定新建的晶圓廠19座，其中中國(guó)大陸就占了10座。

  8/12寸市場(chǎng)補(bǔ)充：

  12寸市場(chǎng)：

  除了供需原因?qū)е碌?2寸硅片市場(chǎng)緊缺以為，12寸硅片市場(chǎng)被看重的原因還有:

  芯片的成本與硅片面積有直接關(guān)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直在追求面積更大的芯片。

  根據(jù)計(jì)算公式：每個(gè)硅片生產(chǎn)的芯片數(shù)=（硅片的面積/芯片的面積）-（硅片的周長(zhǎng)/（2*芯片面積）的開方數(shù)），12寸硅片一次能制造的芯片數(shù)約為8寸硅片的2.5倍。

  根據(jù)SEMI，各尺寸硅片成為主流尺寸的時(shí)間點(diǎn)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(yè)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(jìn)一步壓縮。

  由于制造設(shè)備更換和良品率等問題，18寸硅片的研制雖然已投入數(shù)年，但成本高、回報(bào)低的問題一直沒有得到很好的解決，陷入停滯，預(yù)計(jì)未來(lái)數(shù)年12寸硅片仍將是市場(chǎng)主流。

  大

  8寸市場(chǎng)：

  12寸硅片盡管有種種優(yōu)點(diǎn)，但是其需要大批量的生產(chǎn)才能降低其芯片的單體成本。但是8寸晶圓制造廠相對(duì)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(chǎn)的固定成本較低；（3）光罩及設(shè)計(jì)服務(wù)的相應(yīng)成本較低；（4）達(dá)到成本效益生產(chǎn)量要求較低，等方面的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，2010~2016年約有25座6寸晶圓廠關(guān)閉，相應(yīng)6寸晶圓產(chǎn)能會(huì)轉(zhuǎn)移至8寸線晶圓廠。因此8寸晶圓和12寸晶圓能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、長(zhǎng)期共存。

  產(chǎn)能缺口

  投資小結(jié)

  1、硅片生產(chǎn)企業(yè)：就看誰(shuí)的硅片質(zhì)量能達(dá)標(biāo)能盡快量產(chǎn)盡快跟上產(chǎn)能，享受當(dāng)下硅片剪刀差的紅利，內(nèi)資企業(yè)里優(yōu)先的上海新昇、中環(huán)股份、重慶超硅概率大。唯一需要擔(dān)心的就是國(guó)內(nèi)外企業(yè)產(chǎn)能都開出來(lái)之后，供需結(jié)構(gòu)如果逆轉(zhuǎn)，那就比較尷尬了。不過當(dāng)下，遠(yuǎn)的不說，近一兩年內(nèi)，誰(shuí)先量產(chǎn)誰(shuí)先受益。

  2、硅片設(shè)備企業(yè)：設(shè)備這塊沒在本文里寫，以前的文章里提了很多。硅片生產(chǎn)企業(yè)里的投資，6成要投入設(shè)備，國(guó)內(nèi)能提供設(shè)備的屈指可數(shù)，值得重點(diǎn)關(guān)注，就希望國(guó)內(nèi)企業(yè)能善待國(guó)內(nèi)設(shè)備企業(yè)，共同成長(zhǎng)。

  注：文章數(shù)據(jù)表格等等參考引用了申萬(wàn)宏源、招商證券、方正證券、海通證券等賣方報(bào)告并進(jìn)行了整理，在此一并感謝。