硅在地壳中占比约27%,是除氧元素之外第二丰富的元素,硅大量存在于岩石、矿物中,储量丰富且易于取得。
得益于硅优异的物理性能和丰富的存储量,半导体硅片是目前全球产量最大、应用最广的半导体材料。
90%以上的半导体产品使用硅基材料制作,硅片占半导体材料整体成本的35%。
2.1 按尺寸分类
主要包括6英寸、8英寸、12英寸;8英寸和12英寸硅片是市场主流产品。
(1)12英寸:市占率约65%,主要用于CPU、GPU等逻辑芯片和存储芯片。
(2)8英寸:市占率约25%,主要用于MCU、电源管理芯片、功率半导体等。
(3)6英寸:市占率约7%,主要用于功率半导体。
硅片尺寸越大,在单片硅片上制造的芯片数量就越多,单位芯片的成本随之降低。
硅片大尺寸化是目前趋势,但6英寸、8英寸产线建设较早,设备折旧完毕,综合成本具有一定优势。
2.2 按工序分类
主要可以分为抛光片、退火片、外延片、SOI硅片。
(1)抛光片:应用最广、用量最大的基础产品,其他硅片产品均是基于抛光片进行二次加工。
(2)退火片:将抛光片至于高温环境退火,减少抛光片表面氧气含量,以满足更高的刻蚀需求。
(3)外延片:在抛光片表面采用气相生长技术生出单晶结构层,使得表面更加平滑。
(4)SOI片:三明治结构,上下层为抛光片,中间为掩埋氧化层,可以实现高电绝缘性,减少漏电。
当前外延片的需求更为旺盛,12英寸外延片主要用于生产逻辑芯片。
半导体硅片生产流程复杂,涉及工艺众多,主要环节包含晶体生长、硅片成型、外延生长:
(1)将二氧化硅纯化,制成纯度98%以上的硅;高纯度硅经过进一步提纯得到超纯多晶硅。
(2)超纯多晶硅在石英坩埚中熔化,并掺入硼、磷等元素,经过单晶生长,制成单晶硅锭。
(3)单晶硅锭经过切片、研磨、蚀刻、抛光、外延、清洗等工艺步骤,制得半导体硅片。
(1)进入壁垒高,市场集中度高
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,行业进入壁垒较高。
当前全球半导体硅片市场高度集中,前五大厂商信越化学、SUMCO、环球晶圆、Siltronic、SK Siltron合计占据90%份额。
(2)周期性
半导体硅片受到下游芯片景气度的影响,具有一定周期性。
(3)长协占比持续提升
长期供货协议(LTA)占比持续提升,有助于减少硅片价格波动。
目前6英寸硅片国产化超50%、8英寸国产化率约20~30%、12英寸目前国产化率不足10%。
(1)半导体硅片厂商:沪硅产业、中晶科技、立昂微、扬杰科技、TCL中环、有研硅。
(2)硅片制造设备厂商:北方华创、华海清科、盛美上海、晶盛机电。
沪硅产业:国内半导体硅片龙头厂商,产品涵盖抛光片、外延片及SOI硅片,8英寸产能45万片/月,12英寸产能30万片/月。
立昂微:主营半导体硅片、功率器件、半导体射频芯片,包括6-12英寸抛光片和外延片。
中晶科技:国内小尺寸研磨硅片龙头厂商,产品包括半导体晶棒、研磨片、抛光片、功率器件。