干货！全球半导体硅晶圆产业链全景

来源:芯世相发布时间:2023-05-078534浏览

第一章大硅片产业概览（作者：张朦月、林育西）
硅晶圆简述
硅晶圆是由硅元素加以纯化(99.9999999%-99.99999999999%)，并将高纯多晶硅融解拉出单晶硅晶棒，然后经过辊磨、切割、研磨、抛光，清洗等工序，成为制造半导体器件的衬底材料。
硅晶圆与半导体产业链
半导体硅片处于半导体产业链的上游，为半导体行业发展提供基础支撑。其由硅片生产制造商将原材料加工制造而成，主要用于制作集成电路等半导体器件，进而应用于通信、计算机、汽车电子、消费电子、医疗电子、智能电网等领域。
图1：半导体产业链

四代半导体
现如今，第四代半导体已经在全球半导体市场初露头角。其中，四代半导体的进化之路如下所示：
第一代半导体的材料主要为锗（Ge）和硅（Si）。其具有禁带宽度低，电子迁移率较高，热导率较低的特点，主要用于制作集成电路，低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器等。
第二代半导体材料主要为砷化镓（GaAs）和磷化铟（lnP），其具有禁带宽度适中，电子迁移率高，高频、高温、低温性能好、抗辐射能力强等特点，主要适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，更是制作高性能微波、亳米波器件及发光器件的优良材料。
第三代半导体材料以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为主，其具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率等特性。
第三代半导体材料可以实现更好的电子浓度和运动控制，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件，在光电子和微电子领域具有重要的应用价值。目前，市场火热的5G基站、新能源汽车和快充等都是第三代半导体的重要应用领域。
而第四代半导体材料以氧化镓（Ga2O3）为代表，其体积更小、能耗更低、功能更强、导电性能和发光特性良好。因此，其在光电子器件方面有广阔的应用前景，被用作于Ga基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片。
表1：四代半导体性能及应用对比

晶圆尺寸
越先进的芯片，使用的硅晶圆尺寸越大，硅晶圆的利用率越高，芯片的生产成本越低，因此硅片大尺寸化乃大势所趋。硅片市场上硅晶圆尺寸有50mm（2吋）、75mm（3吋）、100mm（4吋）、150mm（6吋）、200mm（8吋）和300mm（12吋），其中主流硅晶圆尺寸为8吋和12吋，根据SEMI 2021年的数据，8吋与12吋晶圆在硅晶圆市场的占有率分别达到25%和69%。
全球大硅片市场格局
受中美贸易战及半导体行业景气度下降的影响，全球硅片市场规模在2019年出现短暂下滑。但随着人工智能的快速发展，以及物联网、智能手机、新能源汽车等新兴产业的迅速崛起，2020年至今全球硅片市场规模恢复稳步增长态势。截至2022年，全球硅片市场已达到147.13亿平方英寸的出货面积和138亿美元的总营收，分别同比增长3.87%和9.35%。
图4：全球硅晶圆市场规模

数据来源：SEMI
从成立时间上看，中国大陆半导体厂商普遍建立于21世纪，略微滞后于中国台湾及境外厂商。目前，12吋硅晶圆的市场仍大多被韩国、日本、德国、法国等国家和中国台湾地区占据。而中国大陆的硅晶圆厂商则以8吋硅晶圆的生产为主，并不断向更大尺寸的硅片发展。

表2：硅晶圆厂商对比

数据来源：企业官网，招股说明书
全球主要晶圆供应商（上市企业）
全球硅晶圆市场集中度高，前六大供应商（信越化学、胜高SUMCO、环球晶圆、世创电子Siltronic、SK Siltron、法国Soitec）占领的市场份额高达95%，其余厂商仅占5%左右。2018年至2022年，各家市场份额占比几乎没有波动，市场格局已然形成。其中日本两家企业——信越和胜高，拥有硅晶圆市场50%的份额，占据半壁江山。
图5：2018-2022全球前六大硅晶圆供应商份额保持稳定

数据来源：企业财报
图6：2018-2022全球前六大硅晶圆供应商各自市场份额

数据来源：企业财报
表3：全球主要晶圆供应商（上市企业）基本信息

数据来源：企业官网
信越化学
信越化学，全名信越化学工业株式会社（Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.），于1926年9月16日在日本成立。现为全球最大的硅晶圆生产企业，市占率接近30%。
作为一家综合性的化学工业企业，信越化学下属经营基建材料、功能性材料、电子材料、加工和特殊服务4个业务分部（2022财年部门重组前为PVC/氯碱工业、有机硅、半导体单晶硅、特种化学品、电子功能材料以及工艺、贸易以及特殊业务服务6个分部，具体部门拆分情况详见*附注1）。
信越化学坚持开发、制造、营业三位一体的战略布局，于上世纪60年代进军海外，如今已在包括日、美、英、德、中为主的20个国家设立了生产、销售据点，海外销售额占总销售额的70%以上。
表4：硅晶圆供应商：信越化学基本信息

数据来源：企业官网
信越化学作为一家十分成功的硅晶圆龙头企业，其经营的特殊性可体现在以下方面：
高附加值的晶圆产品：信越化学具有先进的制造技术和高品质的产品，晶圆产品也以提供高附加值的外延晶圆为主，使得其可以较高的价格销售其产品；
良好的供应链控制：信越化学通过收购和并购等方式，实现了对半导体材料和生产设备等方面的垂直整合，这使得它们可以在生产和供应链方面掌握更多的控制权，可能会降低成本和提高效率，进而实现更高的业务毛利率；
横向业务延伸与规模效应：作为全球最大的硅晶圆供应商，信越化学在硅晶圆制造领域具有良好的规模效应；此外，其业务横向延伸光刻胶、刻蚀液、CMP抛光液等多个半导体产业相关领域，也大大提高了资源利用效率。
SUMCO胜高
Silicon United Manufacturing Corp.简称胜高SUMCO，于1999年7月30日由住友金属工业、三菱材料、三菱材料硅事业部合资成立。其硅晶圆制造技术可追溯至住友金属工业和三菱材料，为其如今的地位奠定基础。
SUMCO专门从事硅晶圆制造，产品包括抛光晶圆、退火晶圆、外延晶圆、结隔离晶圆、SOI晶圆、再生晶圆等，实现4吋-12吋全尺寸覆盖，并在300mm晶圆生产领域创造出独特优势。
表5：硅晶圆供应商：SUMCO胜高基本信息

数据来源：企业官网
SUMCO的竞争力突出表现为成本优势。由于其下游客户主要为Memory（存储芯片）厂商，对工艺要求不高但对价格较为敏感，SUMCO凭借其良好的成本控制成为全球最大的Memory衬底供应商；但同时，由于作为Memory衬底的抛光晶圆工艺要求更低而市场竞争较为激烈，使得其毛利水平受到一定影响。
环球晶圆
中国台湾环球晶圆（Global Wafers）成立于2011年，前身为中美矽晶制品股份有限公司（Sino-American Silicon（SAS））的半导体事业部，硅晶圆制造历史可追溯至1982年。此后十年，环球晶圆不断发展扩张，先后完成了对日商Covalent Materials公司旗下半导体硅晶圆事业部、丹麦Topsil Semiconductor Materials A/S半导体事业群、以及美国SunEdison Semiconductor公司的收购，成为全球第三大暨中国最大的硅晶圆供应商。
表6：硅晶圆供应商：环球晶圆基本信息

数据来源：企业官网
环球晶圆发家的独特性突出表现为其并购战略。作为一家后发企业，其凭借收购老牌强势企业打破技术壁垒，并快速获得市场份额。其收购对象与收购时点的选择也值得我国半导体企业借鉴（具体几次收购所带来的影响可参考*附注2）。
世创电子
德国世创电子（Siltronic AG）是全球第四大硅晶圆供应商，总部位于德国慕尼黑。其前身Wacker Chemitronic 于1968年由母公司瓦克化学（Wacker Chemie AG）出资成立，2004年更名为Siltronic后一直以该形式存在。2015年完成首次公开发行。
表7：硅晶圆供应商：世创Siltronic基本信息

数据来源：企业官网
世创电子的竞争力突出表现为技术优势，并借此获得了较高的品牌溢价。其拥有先进的晶圆加工工艺，尤其在300mm晶圆制造领域一直处于行业领先地位；此外，FZ 晶体，HIREF®晶片、Ultimate Silicon™晶圆等特殊产品满足了多功能乃至苛刻要求的应用。其优越的产品性能以及对成本的控制使得毛利维持在行业较高水平。

SK Siltron 鲜京矽特隆
鲜京矽特隆股份有限公司（SK Siltron）是韩国第三大企业集团首尔SK集团的子公司，前身是韩国LG Siltron公司。现为全球第五大硅晶圆供应商。SK Siltron于1983年成立于韩国庆尚北道龟尾市，主营晶圆的制造及销售业务，目前是韩国唯一一家半导体晶圆专业制造商。
其专注于晶圆制造业务，产品线主要分为Si Wafer（硅晶圆）与SiC Wafer（碳化硅晶圆）两大业务板块。
表8：硅晶圆供应商：SK Siltron基本信息

数据来源：企业官网
SK Siltron的发展与韩国半导体产业格局息息相关。
“政府+财团”模式：SK Siltron在半导体行业起步相对较晚的韩国，政府早期提供大量资金用于企业研发、并购、建厂等活动；在发展中后期，财团则提供稳定的资金支持。
协同效应：SK Siltron依靠财团强势整合资源以发挥集团内部协同效应，对于其硅晶圆业务，与下游客户三星电子、SK海力士等存储芯片供应商友好互动，形成良性循环的产业链；而对于碳化硅业务，SK Siltron对美国杜邦公司SiC晶圆部门进行收购后，从供应链上游整合，使得SK集团成为韩国首家拥有SiC全产业链的厂商。
与此同时，其较为单一的产品结构劣势也相对明显：韩国作为存储半导体第一大国，虽然相关产业链的极度完善与存储芯片龙头厂商的集中为SK Siltron创造出强劲的国内需求；但由于内存市场对价格的高敏感度以及频繁的景气变动，给上游硅片生产商带来较大盈利压力，SK Siltron的毛利比起其他厂商一直处于较低水平，尤其近年来行业萧条时毛利下降更为明显；并且由于其在非存储领域的发展失衡，全球市占率较小。SK Siltron近年来对于SiC晶圆的涉足作为应对此类风险的有益尝试，一定程度上试图扭转这一格局，但转型仍然面对一定困难。
Soitec
法国的Soitec是全球第六大硅片供应商，同时也是全球最大的SOI（绝缘体上硅）晶圆制造商。成立以来，Soitec专注于优化衬底这一细分市场，并凭借以Smart Cut™工艺为代表的先进技术奠定了不可替代的市场地位，如今在SOI市场份额接近80%。1992年成立至今，Soitec一直致力于技术研发创新，并通过并购细分市场优势企业的方式不断完善产品组合，力求为其下游芯片制造商提供提高产品性能、整合新功能以及降低功耗的解决方案。

表9：硅晶圆供应商：Soitec基本信息

数据来源：企业官网
不同于其他龙头晶圆供应商完全自制晶圆衬底的业务模式，Soitec自身并不生产晶圆衬底，而是外购抛光片后加工制作SOI晶圆；此外，在创新政策方面，Soitec与其下游客户建立了十分密切的合作关系，立足客户需求以进行半导体材料创新；同时，在技术转让的背景下，Soitec向包括信越半导体（1997年）、MEMC（2013年，后被环球晶圆收购)、上海新傲科技（2014年）在内的合作伙伴授权专利并收取特许权使用费，与之建立了良好的合作伙伴关系。
中国大陆主要晶圆供应商（上市企业）
沪硅产业、TCL中环（中环领先）与立昂微（金瑞泓）为中国大陆上市的硅晶圆生产企业。
表10：中国大陆主要晶圆供应商（上市企业）基本信息

数据来源：企业官网
从2016年开始，中国大陆开始积极投资建设晶圆厂，截至2021年，中国大陆共有73座晶圆代工厂，其月产能为350万片（等效成8吋硅晶圆）。而2022年，中国大陆共有23座12英寸晶圆厂正在投入生产，总计月产能约为104.2万片，总体建厂数量及产能增速远高于其它地区。根据SEMI预测，中国大陆晶圆产能将于2026年达到25%的占有率，位居全球第一位。
沪硅产业
上海硅产业集团作为中国大陆规模最大的半导体硅片生产企业之一，承包了中国晶圆市场近20%的市场份额，亦是中国大陆率先实现300mm半导体硅片规模化销售的企业。2015年成立以来，通过对上海新昇、新傲科技、Okmetic三家主要子公司的收购，上海硅产业集团很快成为我国半导体硅片行业领导者。

表11：硅晶圆供应商：沪硅产业基本信息

目前沪硅产业大硅片成熟制程良率稳定，公司营收增长率超过行业平均值，但是在规模上与国外领先企业仍然存在较大差距；但作为国内大硅片领军企业，沪硅产业致力于国产替代的战略重点，客户认证与营收规模都在快速增加，具有良好的发展前景。
TCL中环
TCL中环新能源科技股份有限公司（下称“TCL中环”）成立于1999年，前身为天津中环半导体股份有限公司（简称“中环股份”），被TCL科技收购后，于2022年6月更名为“TCL中环”。TCL中环立足于光伏单晶硅，近年来积极布局半导体硅片产业。TCL中环的主营业务围绕硅材料展开，以单晶硅为起点和基础，纵向在半导体材料制造和新能源光伏制造领域延伸，形成半导体材料板块、光伏材料板块和光伏电池及组件板块；横向在强关联的其他领域扩展，形成光伏发电板块，包括地面集中式光伏电站和分布式光伏电站。
表12：硅晶圆供应商：TCL中环基本信息

数据来源：企业官网
作为半导体硅片与光伏硅片的“双龙头”，TCL中环在生产规模、成本控制等方面均具有强大的竞争力；此外，其在技术壁垒较高的300mm晶圆与轻掺杂硅片也建立起独特优势，发展前景广阔。
立昂微
杭州立昂微电子股份有限公司（Hangzhou Lion Microelectronics Co., Ltd.，下称“立昂微”）于2002年3月在浙江杭州成立，前身为杭州立昂电子有限公司（立昂有限），是一家专注于集成电路用半导体材料、半导体功率芯片、集成电路芯片的设计、开发、制造与销售的高新技术企业。立昂微作为我国领先的硅晶圆供应商，承包了中国大陆超过10%的市场份额。现拥有杭州、宁波、衢州、嘉兴、海宁五大经营基地。
表13：硅晶圆供应商：立昂微基本信息

数据来源：企业官网
立昂微业务贯通产业上下游，涵盖从硅料、硅片到分立器件芯片与分立器件成品的生产、制造与销售，其半导体硅片、半导体功率器件与化合物半导体射频芯片三大业务模块相互支撑，优势互补，共同奠定了如今的市场地位。
在硅晶圆生产领域，立昂微在8吋及以下半导体硅片领域已具备相对成熟的制造工艺，凭借其较为稳定的质量与相对齐全的规格门类，获得了略高于国内竞争对手的定价。在重掺系列的某些优势品种上，定价甚至超过全球头部硅晶圆供应商；但在12吋硅片生产领域则尚处于产能爬坡的前期阶段，对比国内同类型厂商，可能面临较大的市场竞争压力。

附注：
1.2022财年信越化学分部变动

图7：信越化学部门拆分情况

如上图，具体变动如下：①原特种化学部门的聚乙烯醇业务并入原PVC/氯碱工业部门，整体更名为基建材料部门；②原特种化学部门的其他业务（不包括聚乙烯醇）与原有机硅业务部门合并，并加上原电子功能材料部门的液体氟橡胶、膜剂业务，变更为为功能性材料部门；③原电子功能材料部门的其他业务（不包括液体氟橡胶、膜剂）与原半导体单晶硅业务部门合并为电子材料部门；④原工艺、贸易以及特殊业务服务部门更名为加工和特殊服务部门。
2.环球晶圆并购历史
图8：环球晶圆并购历史

【1】中美矽晶下属半导体、太阳能、光电三大事业部。2011年，中美矽晶完成公司分割计划，环球晶圆股份有限公司正式建立并承接了其半导体业务，原由中美矽晶控制的硅晶圆制造子公司昆山中辰及美国子公司GTI转交至环球晶圆名下。【2】2012年4月，环球晶圆完成收购日商Covalent Materials Corporation公司（前身为东芝陶瓷Toshiba Ceramics）旗下半导体硅晶圆事业部Covalent Silicon（CVS）及Covalent Materials Sekikawa（CVMS），2013年1月更名为Global Wafers Japan（GWJ）；【3】2016年5月，环球晶圆收购丹麦Topsil旗下半导体事业群，此次收购使得环球晶圆扩增高功率原件市场，并进一步拓展了欧洲市场；【4】2016年12月，环球晶圆收购了美国的SunEdison Semiconductor，此次收购后环球晶圆成为全球第三大硅晶圆供应商。其中，SunEdison Semiconductor前身为美国的孟山都电子材料公司MEMC Electronic Materials（2013年改名为SunEdison）的硅晶圆业务分部。通过此次合并，环球晶圆得以大幅提升全球市占率、客户群及其他晶圆技术与产能。【5】2020年环球晶圆子公司 Global Wafers GmbH宣布公开收购德国Siltronic AG，但由于交易截止日前未能获得德国政府核准，此次收购最终宣告失败。
3. Soitec核心工艺：Smart Cut（智能剥离技术）与Smart Stacking（智能堆叠技术）
表14：Soitec工艺：Smart Cut™与Smart Stacking™