2021年中国硅片市场行业研究报告

中国硅片市场行业研究报告,摘要,硅片生产涉及固体物理、量子力学、热力学、化学等多学科领域交叉，要实现其国 产化除了要投入大量的金钱更需要的是吸引到优秀人才。目前我国虽不断在建设 300mm硅片产能，但300mm硅片质量上与国际水平仍有一定的差距并且公司规模 大多处于成长期，因此要实现硅片方面的赶超仍任重而道远。 延续摩尔定律是选择“深摩尔定律”还是选择材料上的创新。“深摩尔定律”认为 应该延续摩尔定律扩大硅片面积以及缩小晶体管面积（即寻求更小的纳米级）。目 前SiC 和GaN第三代半导体材料已经被广泛应用在汽车和5G领域，而量子自旋霍尔 效应材料是彻底扭转摩尔困境，当前该类型材料还在研究和探索中,随着全球硅片市场增度减缓，垄断95%市场的先进硅片厂商选择稳健扩产、推动硅 片价格持续抬升。我国厂商受政府政策的支持和推动，选择逆势加速扩产。 我国芯片供应链总体价值较低，在SME,EDA,核心IP和主要原材料等领域仍处于弱 势。硅片作为芯片生产的基石，是实现中国“芯”的核心材料，我国务必要实现该 材料的自给自足以及赶超海外技术。 我国作为全球主要以及迅速扩张的硅片终端市场，硅片国产化亟待解决。这不仅关 系到我国的国防安全同时也关乎日常生活,海外龙头谨慎扩产，国内硅片逆势扩产,1,中国“芯”基石硅片,2,硅片是推进中国“芯”的根本,3,终端市场需求推动硅片国产化进程,4,延续摩尔定律,5,良好的政策环境孕育新兴产业发展,政府大力扶持硅片产业，为其提供人才，资金多方位资助 欧美、日本和台湾的历史经验指出集成电路的发展离不开“无形的手”的支持。集成电路行业具备资金密集型、技术密集 型、关联性强等特点，因此其需依托国家或地区支持才得以良好、茁壮的发展。在良好的政策环境和政策激励下，集成电 路厂商才能够发挥协同效应，推动中国集成电路产业链的完善，形成良性的正反馈循环，营造良好的集成电路生态圈,国内硅片逆势扩产,我国硅片产业正以13%复合年增长率增长 我国作为“世界工厂”，已具备完善的代加工体系但缺失核心技术的生产和研发能力。芯片产业是制造业的上游，被称之 为“工业粮食”，是制造业必不可少的核心技术。中国制造2025计划旨在促进中国高端制造业的发展，在这个过程中芯片 产业成为其中极其重要的环节。若要实现芯片产业链的国产化，首先要解决的是原材料供给。 随着半导体产业加速向中国转移，优秀人才的引进，国内公司在代工和内存项目上的实力有所提高。从2017年到2020 年，中国政府大力扶持硅片产业发展，多地投建硅片生产商并扩大硅片产能。但目前我国生产主流硅片为200mm，虽众 多企业拓展300mm硅片生产线但其产品质量相较国际尖端产品仍有差距,230.0,471.7,2015,2025e,2015-2025我国硅片生产规模预计 967.4,2020 硅片生产数量（万片,硅片龙头谨慎扩产，国内硅片逆势扩产,1,2,3,终端市场需求推动硅片国产化进程,4,延续摩尔定律,5,中国“芯”的基石硅片,硅片自足任重道远,中国半导体市场规模,全球最大的半导体市场中国 高端芯片、集成电路装备和工艺技术是经济、科学和军事的主要推动力。我国作为全球最大的集成电路和分立器件市场， 已实现分离器和低端集成电路国产化，但高端芯片国产化依然是卡脖子问题。国人意识到实现高端芯片国产化的重要性和 必要性，加速高端芯片供应链的完整性刻不容缓,823.7,1056.7,1297.2,1585.3,1436.4,1510.9,2771.7,24.6,31.2,31.5,33.8,34.8,34.9,49.5,2015,2025e,2015-2025年中国半导体市场规模,201620172018 中国半导体市场规模（亿美元,20192020 全球市场占比（,中国芯片供应链厂商数量,我国芯片供应链较为单一缺乏核心竞争能力 近年来中国不断深化和加强对与芯片供应链的完善，鼓励和支持芯片行业的发展，目前中国已经在ATP，组装和封测以及 部分原材料上取得了一定成就，并且在设计和制造上面有所提高，但是在SME,EDA,核心IP和主要原材料等领域仍处于弱 势。在原材料方面我国看似具备较为完善的上游供应链，但其产品质量较于国际水平仍处于劣势，尤其是在芯片核心材料 硅片,我国核心半导体设计 厂商为AI类和通讯类， 但当前主要半导体芯 片应用为逻辑和储存 类芯片,AI 驱动 光电,通讯 控制 其他,存储 模拟 分立器,逻辑 电源管理 传感,39,11,7,2,半导体设计,原材料,代工,2020中国半导体产业链分布状况,一体化封测 半导体产业链公司数量（家,CMP 30.8,30.8% 14,ATP 原 材料,7.7,光刻胶,7.7% 特气,近年来中国政策推动芯,片国产化进程，催生部 分原材料厂商的崛起,但原材料的质量相较于 国外产品仍有距离。 硅片,我国芯片供应链市场份额,我国芯片供应链价值低，竞争能力弱 目前美国控制全球半导体供应链总价值的39%，并与日本，欧洲（尤其是荷兰，英国和德国），台湾和韩国掌控着全球 53%的半导体供应链，而中国占据7%左右的供应链价值。与发达国家和地区相比，目前中国大陆在芯片产业链的分工仍 处于成长期，半导体材料和设备行业将成为未来增长的重点,半导体硅片概念,半导体硅片是芯片制造的基石 半个世纪以来半导体的迅猛发展离不开两个因素：一是加工尺寸不断变细，提高集成度，降低器件单位成本；二是通过 扩大晶圆底衬的尺寸，增加硅片单位面积可获得更多的芯片数量。这两者相辅相成，推动半导体的发展。因此半导体硅 片的大尺寸化是集成电路厂商降低生产成本、提高芯片收得率和提升芯片性能的主要手段之一。 半导体硅片作为芯片制造最重要的材料，是我国半导体产业链与国际先进水平差距最大的环节之一。目前硅片最大尺寸 为300mm（12英寸）其终端需求拉动主要为通讯设备，5G，手机以及数据中心等。200mm及以下的硅片大多应用于物 联网，通讯设备，汽车和工业电子设备等领域。日本、美国、德国等国家的先进半导体硅片生产企业对于（200mm）6 英寸半导体硅片的生产技术已较为成熟。当前国际先进半导体硅片生产企业已实现7纳米节点300mm硅片的制造正在积 极研发12英寸以上更大尺寸的半导体硅片，而我国目前的只实现了40/28纳米节点300mm硅片的小部分生产并且尚未能,实现自给自足,硅片尺寸发展历程,50mm,125mm 100mm 75mm,150mm,450mm,200mm,300mm,1970,1980,1990,2000,20XX,存储芯片、图像 处理芯片、 通 用处理器芯片、 功率器件等,射频前端芯片、 传感器、模拟 芯片、分立器 件、功率器件 等,高端领域,硅是当前应用最广的半 导体材料,硅片龙头谨慎扩产，国内硅片逆势扩产,1,2,终端市场需求推动硅片国产化进程,3,硅片自足任重道远,4,延续摩尔定律,5,中国“芯”的基石硅片,智能汽车硅片市场,碳中和”和智能汽车双向驱动硅片市场 随着我国GDP的增长以及人民生活水平的提升，我国汽车消售市场预计11%年均增速增长，预计在2035年我国人均车有 量将达到0.66。当前整体汽车市场从传统内燃油汽车向新能源和智能化转变，为芯片市场提供广阔的空间。 中国多次表示二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，我国也表示将在2035年禁售内燃 机汽车。2020年初发布的智能汽车创新发展战略更是要求我国加快智能汽车发展，到2025年实现有条件自动驾驶的 智能汽车规模化生产。不论是新能源汽车还是汽车智能化两者都将刺激传感器、芯片的需求，而200mm硅片作为大多是 车用电子的原材料，将为其带来广阔的市场空间,0.39,0.87,0.74,1.34 1.19 1.01,0.38 0.24,0.390.390.390.39 0.210.280.310.35,0.38,2019-2024年200mm硅片为汽车主要 原材料 1.50,201920202021e2022e2023e2024e 150mm（百万片/每月）200mm（百万片/每月） 300mm（百万片/每月,46,100,246,2020,2035e,2020-2035年中国汽车硅片市场需求 643,2025e2030e 硅片数量（百万英寸,5G、3C硅片市场,5G、3C市场加速高端硅片市场需求 5G基建是国家高度重视的新基建项目，不仅可以支持更多数量的用户、扩大网络覆盖范围，还能加速迈向物联网时代的 步伐，甚至引领新的产业方向和新的经济发展点。5G并不是一个单一的无线接入技术，而是一个真正意义上的融合网络， 相比3G/4G技术，5G技术传输速率高、网络容量大、延时短，能将网络能效提升超过百倍，真正开启万物互联网时代。 5G的发展对芯片提出了更高的要求，其推动新材料的发展同时也对现有硅片的性能发起了挑战。此外5G将加速物联网 的建设，拉动了智能手机，电子设备，智能家居芯片的需求，同时也将增加对于高端硅片的需求,1420,1094,897,755,599,504,14,212,505,751,962,1113,2019,2019-2024年智能手机对于 300mm硅片的需求,20202021e 4G（百万片,2022e2023e2024e 5G（百万片,0.46,0.46,0.53,0.60,0.66,0.70,0.55,0.46,0.50,0.52,0.51,0.49,0.37,0.39,0.47,0.55,0.59,0.64,20192020,2021e2022e2023e2024e,2019-2024年智能手机内不同种类芯片 的300mm硅片需求,DRAM（百万片/每月）NAND（百万片/每月） Logic etc.（百万片/每月,中国硅片市场规模预测,终端市场和下游产业链的完整，硅片国产化亟待解决 我国作为半导体消费市场和半导体材料消费增长区， 并于2020年超台湾地区成为全球最大半导体设备市场可见我国半导 体产业链升级刻不容缓，尤其是对与原材料市场的掌控，即对高端硅片技术的把握。 5G通讯，新能源汽车，3C产品以及物联网的需求拉动芯片的需求，同时对国产硅片的供给以及工艺水平的提升提出要求。 芯片产业链的完善不仅仅是关乎军事发展，其对日常生活意义非凡是实现云时代，智能化的基石；而实现芯片国产化的基 础是实现硅片国产化。我国的硅片需求正以8.6%年均增长率增长，我国作为主要的硅片消费市场，缺少对于高端硅片的掌 控，这必然是对我国未来发展埋下不定时炸弹,2020年全球半导体设 备销售额激增19%， 达到712亿美元,4328,6762,8483,9936,2020,2035e,2020-2035年中国硅片市场规模预测,2025e2030e 全球晶圆生产数量（百万英寸,18.7,17.2,16.1,7.6,6.5,2.6,2.5,39.2,0.2,61.3,20.9,19.9,15.8,1.6,中国大陆,台湾韩国日本北美欧洲其他地区,2020年全球半导体设备销售额,2020半导体设备销售额（亿美元）变化率（,海外龙头谨慎扩产，国内硅片逆势扩产,1,中国“芯”基石硅片,2,终端市场需求推动硅片国产化进程,3,硅片自足任重道远,4,延续摩尔定律,5,硅片生产环节,晶体生长、磨片化学和抛光为主要的硅片制造难点 半导体硅片的核心工艺包括单晶工艺、成型工艺、抛光工艺、外延工艺等，技术专业化程度颇高，其中晶体生长环节和 硅片抛光为核心环节。晶体生长环节是确保晶体完美和防止硅片产生漏电的关键步骤，该过程需在专有的晶体生长炉中， 在精确的温度控制下确保晶体不发生点缺陷、位错和原生等缺陷。单晶硅棒的直径是由籽晶拉出的速度和旋转速度决定 的，一般来说，上拉速率越慢，生长的单晶硅棒直径越大。切出的晶圆片的厚度与直径有关，虽然半导体器件的制备只 在晶圆的顶部几微米的范围内完成，但是晶圆的厚度一般要达到1mm，才能保证足够的机械应力支撑，因此晶圆的厚度 会随直径的增长而增长。晶圆抛光和清洗是确保半导体基板材料超平