中国大硅片迎来爆发期

半导体产业纵横

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· 2022.09.26 10:43

晶圆厂建设如火如荼,对上游的半导体材料需求量大增,这给硅片厂商提供了绝佳商机,也激发了中国硅片业的热情。

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中国大硅片迎来爆发期

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图片来源@视觉中国

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文 | 半导体产业纵横

作为半导体材料中的大宗品类,硅片的市场需求量很大。全球范围内的芯片短缺,以及晶圆厂建设,使硅片呈现出供不应求的状态。

按照制造工艺,硅片大致可分为三类:抛光片,外延片,以SOI为代表的硅基材料。市场上主流的硅片尺寸为8英寸和12英寸,其次是6英寸,还有少部分是4英寸的。

不同尺寸的硅片适用于不同的制程节点。据Gartner统计,2016-2022年,全球芯片制造产能中,20nm及以下先进制程占比约为12%,28nm-90nm占比41%,0.13μ m及以上制程占比47%。目前,90nm及以下制程芯片主要使用12英寸硅片,90nm以上成熟制程芯片主要使用8英寸或更小尺寸的硅片。

总体来看,硅片正朝大尺寸方向发展。从2011年起,8英寸硅片市占率稳定在25%-27%之间,到了2018年,受益于汽车电子、工业电子、物联网等应用的强劲需求,以及功率器件、传感器等生产商将部分产能从6英寸转移至8英寸,带动8英寸硅片保持增长,出货面积同比增长6.25%。与此同时,有越来越多的成熟制程芯片采用12英寸硅片制造,很多原本依赖于8英寸硅片的成熟制程芯片正在向12英寸迁移,加上持续增长的先进制程芯片需求,使得全球12英寸硅片产能利用率处于高位。全球硅片龙头企业SUMCO预测,2023年,12英寸硅片产能利用率将超过100%。2023年之后,采用12英寸硅片制造的逻辑、存储芯片需求有望进一步扩大,该公司2026财年之前的产能已全部被长期合同覆盖。 

需求旺盛

硅片的供不应求,源于下游晶圆厂旺盛的需求,以台积电为例,该晶圆代工龙头2021年4 月宣布3年投入1000亿美元用于产能扩充和工艺研发,其中,2021年超300亿美元的资本开支中,80%用于先进制程,包括3nm/5nm/7nm,2022年支出400亿-440亿美元,其中,70%-80%用于先进制程,包括2nm/3nm/5nm/7nm。联电也制定了3年投资计划,从2021 年开始,投入54.1亿美元用于12A厂P5、P6的扩产。

中芯国际也表示,该公司2022年12英寸硅片产能增长将远超2021年。华虹三座8英寸晶圆厂2021全年满产,无锡12英寸厂产能持续爬坡,2022年月产能预计由年初的6.5万片提升至年底的9.5万片。除了晶圆代工厂,中国大陆的士兰微、华润微、闻泰、长江存储等IDM大厂也在积极扩产,采用12英寸硅片制造的逻辑芯片产能扩充主要集中在28nm及以上的成熟制程,预计到2023年形成106.5万片的月产能,比2020年产能提升270%,3D NAND产能预计从2020年的5万片/月扩至2023年的27.5万片/月,DRAM从2020年的4万片/月扩产至25万片/月。

除了12英寸产线,8英寸扩产步伐也在加快,特别是在中国大陆。SEMI预计,2020-2024 年全球8英寸晶圆厂的产能将提高17%,达到每月660万片的历史新高,目前,中国大陆市场份额已达到18%,8英寸晶圆厂产能将从2020年的80.5万片/月扩产至2023年的121.5万片/月,增长50%。

在晶圆厂需求驱动下,全球硅片产能也在大幅度扩容,据SEMI统计,2020年,全球12英寸硅片出货量约为627万片/月,预计2022年将超过700万片/月。全球12英寸硅片需求量在2023年有望达到10440万片/年。

中国大陆硅片业蓄势待发

中国大陆的硅片业一直落后于国际市场,但近些年追赶的脚步越来越快,特别是从2014年开始,随着芯片产线陆续实现规模量产,以及终端市场的飞速发展,中国大陆硅片市场步入快速发展阶段,2016-2020年,中国市场硅片销售额从5亿美元上升至13.5亿美元,年均复合增长率达到41.17%。作为全球最大的终端市场,随着芯片制造产能的持续扩张,中国大陆硅片市场的规模将继续以高于全球市场的速度增长。

全球硅片市场被五大厂商把持着,它们是信越化学、SUMCO、Siltronic、环球晶和SK Siltron,这五家的合计销售额占全球硅片市场总额的90%左右。

与国际硅片大厂相比,中国大陆硅片企业技术功底较为薄弱,市场份额较小,多数企业以生产8英寸、6英寸、4英寸抛光片、外延片为主,12英寸大硅片的总体生产能力和规模有限,这导致我国市场所需的12英寸硅片对进口依赖度很高。近些年,硅片,特别是大硅片国产化进程在加速,以沪硅产业、中环股份、立昂微等为代表的厂商已逐步突破12英寸硅片的工艺技术和量产瓶颈。据ICMtia统计,2020年,中国大陆12英寸硅片供应能力为798万片/年,2021年,供应能力提升至1144.5万片/年(95万片/月)。此外,神工股份、上海超硅、中晶科技、有研半导体等厂商都有所突破。

下面以沪硅产业、立昂微、神工股份为例,介绍一下本土硅片企业的发展情况。

目前,沪硅产业是中国大陆规模最大的硅片企业,也是率先实现12英寸硅片规模化量产的企业,并且在SOI硅基材料领域具有长期的技术积累和一定的市场竞争力。

近几年,沪硅产业的产能利用率和出货量持续攀升,2021年底,12英寸硅片月产能达30万片,国内规模最大,且实现了逻辑、存储、图像传感器(CIS)等应用全覆盖。到2021年底,12英寸硅片历史累计出货突破400万片。2021年实现营收24.67亿元人民币,同比增长36.2%。2021年前三季度营收中约30%来自12英寸硅片。沪硅产业集团旗下的新傲科技和 Okmetic的8英寸及以下尺寸抛光片、外延片合计产能超过40万片/月,SOI硅片合计产能超过5万片/月。

2021年1月,沪硅产业披露定增预案,拟募资50亿元,大基金二期认购15亿元,投入12英寸高端硅片研发与先进制造项目、12英寸高端硅基材料研发中试项目,新增产能可达30万片/月。项目实施后,12英寸硅片总产能将达到60万片/月。

立昂微的12英寸大硅片量产能力也取得了突破,技术能力已覆盖14nm以上技术节点逻辑芯片、功率器件和CIS。2021年底,12英寸硅片产能已达到15万片/月的规模,其中,重掺外延片10万片/月,抛光片5万片/月。立昂微差异化布局的12英寸重掺外延片,主要用于功率器件生产,目标市场主要在国内,2022年6月产出接近6万片/月。此外,轻掺抛光片也在持续开展客户。2022年3月,立昂微斥资15亿元收购了国晶半导体58.69%股权,以加强存储、逻辑芯片用轻掺12英寸硅片的市场地位。国晶半导体已完成40万片月产能的基础设施建设,全自动化生产线已贯通,第一期月产15万片的产能将于2023下半年建成。收购国晶半导体后,将与立昂微子公司金瑞泓微电子的12英寸重掺硅片产品实现互补。 

除了12英寸硅片,立昂微的功率器件用6英寸硅片业务也在扩展,月产6万片的技改项目于2022年6月建成投产,建成后,功率器件月产能将从原来的17.5万片提升至23.5万片。这些产品主要定位在汽车电子和光伏控制芯片两大应用方向。

神工股份主要布局8英寸轻掺低缺陷硅抛光片。目前,中国大陆8英寸轻掺低缺陷硅片主要依赖进口,在全球12英寸硅片供不应求的背景下,国际大厂8英寸硅片产能没有增加,无法满足中国晶圆厂扩产8英寸产能的需求。正是看到了这一点,神工股份重点布局了8英寸轻掺低缺陷硅片,其产品对标日本信越的S2硅片,已取得中国本土某芯片制造商积极反馈并进入第二阶段送样,有望率先实现8英寸轻掺低缺陷硅片的国产替代。

结语

硅片是晶圆厂最重要的原材料,目前,包括台积电、英特尔、三星、美光等半导体大厂在内,全球大部分芯片生产厂商都在扩充产能,并启动跨国建厂计划,据统计,2021年全球有19座高产能晶圆厂进入建设期,另有10座晶圆厂于2022年动工,从而推动硅片需求大增。

在市场供给有限、新产能还来不及开出的情况下,促成了一波硅片涨价潮。这给全球各大硅片厂,特别是头部的几家厂商,提供了绝佳的商机。

面对当下的行情,全球第二大硅片厂SUMCO会长桥本真幸表示,硅片如此长时间的短缺前所未见。全球第三大硅片厂环球晶也看旺市场呈现价量齐涨的态势。此外,中国大陆的沪硅产业、中环股份,以及中国台湾地区的台胜科、合晶也加入涨价行列,凸显出硅片市场的繁荣景象。

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