我國半導(dǎo)體硅片發(fā)展現(xiàn)狀與展望

編者按

半導(dǎo)體是電子信息產(chǎn)品的“心臟”，集成電路是重要的半導(dǎo)體產(chǎn)品，硅片是集成電路最重要的基礎(chǔ)材料，處于集成電路產(chǎn)業(yè)鏈前端。隨著半導(dǎo)體在各領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛和深入，半導(dǎo)體供應(yīng)緊張局面更加凸顯，我國半導(dǎo)體硅片對外依存度較高，增強硅片的自主保障能力，對提升我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體水平至關(guān)重要。

中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2023年第1期刊發(fā)集成電路關(guān)鍵材料國家工程研究中心正高級工程師張果虎研究團隊的《我國半導(dǎo)體硅片發(fā)展現(xiàn)狀與展望》一文。文章重點圍繞市場主流的8 in、12 in硅片，分析了全球半導(dǎo)體硅片的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，研判了全球半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢，重點分析了我國半導(dǎo)體硅片的發(fā)展現(xiàn)狀，指出我國半導(dǎo)體硅片在當前市場需求、宏觀政策、配套能力、研發(fā)投入等利好因素下迎來難得的發(fā)展機遇，同時提出我國半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)，在此基礎(chǔ)上，從進一步加強頂層設(shè)計和宏觀規(guī)劃、強化政策落實和政策持續(xù)性、協(xié)調(diào)支持產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展、布局研發(fā)集成電路先進制程用半導(dǎo)體硅片等方面提出對策建議，以期為推動我國半導(dǎo)體硅片向更高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

一、前言

半導(dǎo)體是電子信息產(chǎn)品的“心臟”，在國民經(jīng)濟和社會生活各方面的應(yīng)用越來越廣泛，對國家經(jīng)濟成長、國防安全、核心競爭力提升至關(guān)重要，促進了通信、計算、醫(yī)養(yǎng)健康、軍事系統(tǒng)、物流、新能源行業(yè)的發(fā)展，引導(dǎo)人工智能、大數(shù)據(jù)、自動駕駛等新產(chǎn)業(yè)的興起，支撐著數(shù)字經(jīng)濟不斷發(fā)展，并在新冠疫情防控等重大社會問題應(yīng)對方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。隨著半導(dǎo)體在各領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛和深入，2020年開始半導(dǎo)體供應(yīng)緊張局面更加凸顯。各國正積極采取措施，增強和完善本國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。

半導(dǎo)體產(chǎn)品主要包括集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器件，其中集成電路在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占比最高，超過80%。2021年全球集成電路銷售額為4608.14億美元，傳感器件銷售額為187.9億美元，光電子器件銷售額為432.29億美元，分立器件銷售額為301億美元，集成電路占比達到83%。根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）數(shù)據(jù)，2022年全球集成電路占比將達84.22%，光電子器件、分立器件、傳感器占比分別為7.41%、5.10%和3.26%。

集成電路是最重要的半導(dǎo)體產(chǎn)品，硅片是集成電路最重要的基礎(chǔ)材料，處于集成電路產(chǎn)業(yè)鏈前端，在集成電路芯片制造材料中占比達30%以上，90%以上的集成電路芯片是基于硅片制成。中國在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中參與程度較低，硅片等關(guān)鍵材料對外依存度較高。近年來，大國博弈加劇，國際政治經(jīng)濟環(huán)境惡化，地震和火山爆發(fā)等自然災(zāi)害頻發(fā)，新型冠狀病毒感染等流行疾病蔓延，產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)生變化，《關(guān)于常規(guī)武器與兩用產(chǎn)品和技術(shù)出口控制的瓦森納協(xié)定》新增12 in硅片技術(shù)管制，增強硅片等關(guān)鍵材料的自主保障能力，提升我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈安全性成為重要課題。

本文分析了當前全球半導(dǎo)體硅片的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢，我國半導(dǎo)體硅片的市場需求、技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出我國半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)未來一段時間面臨的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，并給出發(fā)展建議。8 in及12 in硅片的出貨面積占全部半導(dǎo)體硅片的93%左右，因此本文重點對8 in及12 in硅片的情況進行分析。

二、 全球半導(dǎo)體硅片的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢

（一） 全球半導(dǎo)體硅片的發(fā)展現(xiàn)狀

1. 全球半導(dǎo)體硅片的市場規(guī)模

集成電路芯片制造材料多達數(shù)百種，按類別劃分主要包括硅片、光掩膜、光刻膠及配套試劑、電子氣體、工藝化學(xué)品、濺射靶材、拋光材料等，總體采購中硅片占比始終最高（見圖1）。根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）數(shù)據(jù)，2021年硅片在集成電路芯片制造材料中的采購金額占比達到33%左右，是最主要的關(guān)鍵功能材料，100多億美元的半導(dǎo)體硅片支撐了5000多億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

圖1 2021年全球集成電路芯片制造材料分類占比

近年來，隨著全球半導(dǎo)體市場規(guī)模的持續(xù)增長，全球半導(dǎo)體硅片出貨面積穩(wěn)步提升（見圖2）。2012年全球半導(dǎo)體硅片出貨面積為8.8×109in2，2021年突破1.4×1010in2。全球半導(dǎo)體硅片銷售額由2012年的87億美元增長到2021年的126億美元，從2018年開始連續(xù)4年超過110億美元。根據(jù)SEMI統(tǒng)計，2022年全球半導(dǎo)體硅片出貨面積將增長4.8％，達到1.4694×1010in2。預(yù)計到2025年，全球半導(dǎo)體硅片出貨量將增至1.649×1010in2。

圖2 2012—2021年全球硅片出貨面積及增長率

2. 半導(dǎo)體硅片需求結(jié)構(gòu)

近10年來，6 in及以下尺寸硅片需求基本保持穩(wěn)定，全球半導(dǎo)體硅片新增需求主要集中在8 in和12 in硅片，尤其是12 in硅片增速最快（見圖3）。12 in硅片年出貨量自2012年的5.302×109in2增長至2021年的9.598×109in2，其出貨面積占全部半導(dǎo)體硅片比例接近70%；8 in硅片出貨面積也穩(wěn)步增長，從2012年的2.378×109in2增長至2021年的3.443×109in2。2021年，12 in和8 in硅片出貨面積分別同比增長12.85%和16.87%。

圖3 2012—2021年不同尺寸硅片出貨面積

12 in硅片主要應(yīng)用于90 nm及以下半導(dǎo)體制程范圍，用于制造邏輯電路、存儲器等高集成度的芯片，多在大計算量、大存儲量或便攜式終端上應(yīng)用，如大數(shù)據(jù)、智能手機、計算機、人工智能等領(lǐng)域。8 in硅片主要應(yīng)用于90 nm以上制程范圍的模擬電路、功率芯片、互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）圖像傳感器、微控制器、射頻前端芯片、嵌入式存儲器等芯片，應(yīng)用場景包括微機電系統(tǒng)、電源管理、汽車電子、工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域（見表1）。

表1 8 in、12 in硅片在不同制程的應(yīng)用情況

注：Wi-Fi 為無線網(wǎng)絡(luò)；FPGA為現(xiàn)場可編程邏輯門陣列；ASIC為專用集成電路；DSP為數(shù)字信號處理；GPS為全球定位系統(tǒng)；NFC為近場通信；MCU為微控制單元；LED為發(fā)光二極管；IC 為微型電子器件；MOSFET為金屬?氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管；IGBT為絕緣柵雙極型晶體管。

8 in硅片在特色芯片產(chǎn)品上擁有性價比優(yōu)勢，尤其在微機電系統(tǒng)、硅上化合物半導(dǎo)體、射頻及功率芯片等領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。近年來，一些新應(yīng)用場景特色芯片會率先在8 in芯片上出現(xiàn)，而后逐步向12 in芯片轉(zhuǎn)移。預(yù)計未來8 in硅片和12 in硅片將在各自特定領(lǐng)域發(fā)揮作用，長期共存。

3. 硅片產(chǎn)業(yè)集中度高的局面基本保持

半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)起始于美國，美國孟山都化學(xué)公司成立的孟山都電子材料公司曾引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展，在20世紀60年代獲得80%的市場份額。隨著半導(dǎo)體制造業(yè)的東移，其后期連續(xù)虧損，孟山都化學(xué)公司在1989年將孟山都電子材料公司出售給了德國化工企業(yè)，并于2016年被中國臺灣的環(huán)球晶圓股份有限公司收購。20世紀50年代末，日本通過技術(shù)引進，開始布局半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，在超大規(guī)模集成電路研究計劃的推動下，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，其中存儲器在20世紀80年代超過美國，硅片廠商也在此期間獲得黃金發(fā)展期，最終經(jīng)過多次整合并購形成信越化學(xué)工業(yè)株式會社和勝高科技株式會社兩家國際半導(dǎo)體硅片巨頭，2001年信越化學(xué)工業(yè)株式會社在全球率先量產(chǎn)12 in半導(dǎo)體硅片。日本半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)從20世紀90年代超過美國后，至今仍在全球占據(jù)主導(dǎo)地位。20世紀90年代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從日本向韓國和中國臺灣地區(qū)轉(zhuǎn)移，韓國和中國臺灣地區(qū)硅片企業(yè)得以成長，并逐步在全球占有一席之地。當前，日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社、勝高科技株式會社，中國臺灣環(huán)球晶圓股份有限公司，德國世創(chuàng)電子材料股份有限公司，韓國SK集團等五大廠商占據(jù)全球90%左右的市場份額，尤其是在12 in硅片方面占據(jù)絕對市場地位。五大廠商近幾年產(chǎn)能擴張主要集中在12 in硅片，2015年，全球只有日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社和勝高科技株式會社的12 in硅片月產(chǎn)能超過1×106片，至2021年年底，前5大廠商12 in硅片月產(chǎn)能都有顯著增加，其中日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社月產(chǎn)能超過3.1×106片，勝高科技株式會社的月產(chǎn)能約為1.9×106片，中國臺灣環(huán)球晶圓的月產(chǎn)能約為1.3×106片，德國世創(chuàng)的月產(chǎn)能約為9.9×105片，韓國SK集團的月產(chǎn)能約為9×105片。

4. 硅是重要的半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料經(jīng)歷了以硅為代表的第一代半導(dǎo)體材料，以砷化鎵為代表的第二代半導(dǎo)體材料和以碳化硅與氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料。相比于其他半導(dǎo)體材料，硅材料易于制備較大尺寸晶體、晶體結(jié)構(gòu)完整性相對易控制、純度相對易實現(xiàn)，在集成電路平面工藝制程的應(yīng)用技術(shù)更加成熟且更具有規(guī)模效益，有著更大的應(yīng)用領(lǐng)域與需求量，因此，90%以上的芯片都是基于硅材料制造而成，這賦予了硅材料不可替代的行業(yè)地位。但是，硅材料也存在一定局限性，無法滿足高功率、高頻率和高壓等苛刻特性，不具備發(fā)光特性，等二代半導(dǎo)體材料、等三代半導(dǎo)體材料在這些方面具備獨特優(yōu)勢。硅材料與第二代、第三代半導(dǎo)體材料的結(jié)合將是一種選擇，以硅材料為襯底，化合物材料在硅材料上外延生長制成單晶片以滿足射頻芯片和功率器件對高頻、高壓、高功率的需求，比如硅基氮化鎵。這幾代半導(dǎo)體材料并不是完全替代關(guān)系，在未來相當長的時期內(nèi)它們還將并存，并在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮各自的作用、占據(jù)各自的市場份額。

（二） 全球半導(dǎo)體硅片的發(fā)展態(tài)勢

1. 全球半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)東移，亞太地區(qū)成為主要的制造區(qū)域

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起源于美國，1958年，德州儀器設(shè)計出第一款微型電子器件（IC），至20世紀70年代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在美國完成技術(shù)積累，同樣的硅材料產(chǎn)業(yè)也起源于美國，至20世紀80年代，全球領(lǐng)先半導(dǎo)體硅材料企業(yè)仍是美國的孟山都電子材料公司。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)第一次轉(zhuǎn)移到日本，互聯(lián)網(wǎng)時代半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移至韓國，日本索尼公司、韓國三星集團等企業(yè)得到快速發(fā)展，在這個階段，日本、韓國的硅材料產(chǎn)業(yè)逐漸興起，日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社、勝高科技株式會社、小松電子材料公司以及韓國SK集團等不斷壯大。日本更是在1996年開始布局“超級硅”計劃，期望在未來占據(jù)硅材料領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。進入21世紀，日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社率先實現(xiàn)12 in硅片商業(yè)化，并成為全球第一大半導(dǎo)體硅材料供應(yīng)商，隨后勝高科技株式會社和小松電子材料公司合并，成為第二大半導(dǎo)體硅材料供應(yīng)商。目前為止，日本企業(yè)的硅材料供應(yīng)能力占全球比例過半。隨著臺灣環(huán)球晶圓股份有限公司的壯大，韓國SK集團的擴張，以及德國世創(chuàng)電子材料股份有限公司將12 in硅片產(chǎn)業(yè)重點布局在新加坡，全球近90%的硅片產(chǎn)出分布在亞太地區(qū)。中國近年來加大硅片產(chǎn)業(yè)的布局和投資，到2025年12 in硅片規(guī)劃總產(chǎn)能超過4×106片/月，亞太地區(qū)成為全球半導(dǎo)體硅片制造的重要區(qū)域。

2. 全球半導(dǎo)體硅片需求持續(xù)增長

近年來，隨著數(shù)字經(jīng)濟拉動，大算力需求不斷增加，半導(dǎo)體在各領(lǐng)域的滲透日益增強，硅片需求將保持持續(xù)增長。SEMI在2022年10月最新報告中預(yù)計，到2025年，汽車和功率半導(dǎo)體的晶圓廠產(chǎn)能以58%的速度增長，其次是微機電系統(tǒng)、代工和模擬，其晶圓廠產(chǎn)能增長速度分別為21%、20%和14%。汽車和功率半導(dǎo)體、微機電系統(tǒng)等領(lǐng)域的產(chǎn)能擴張帶動8 in硅片需求的增長，2025年全球8 in硅片需求預(yù)計將達到7×106片/月。

SEMI在2022年10月報告中預(yù)計，到2025年，12 in晶圓廠按照產(chǎn)品類型劃分的年復(fù)合增長率中，功率器件相關(guān)產(chǎn)能增長為39%，模擬器件為37%、代工為14%、光電為7%，存儲為5%。到2025年，全球半導(dǎo)體制造商12 in晶圓制造廠產(chǎn)能將以接近10%的年復(fù)合增長率增長，對12 in硅片的需求將達到每月9.2×106片。

3. 海外企業(yè)積極擴產(chǎn)

全球半導(dǎo)體硅片供應(yīng)已連續(xù)幾年處于緊張局面。為應(yīng)對需求，搶占市場，全球主要硅片廠商積極擴充產(chǎn)能。德國世創(chuàng)電子材料股份有限公司在2022年投資11億歐元，在新加坡建設(shè)12 in硅片廠，估算產(chǎn)能約為3×105片/月；韓國SK集團宣布未來3年內(nèi)將投資1.05萬億韓元擴建12 in半導(dǎo)體硅片廠，估算產(chǎn)能約為2.5×105片/月；臺灣環(huán)球晶圓股份有限公司2022年3月發(fā)布消息，計劃在意大利新建12 in硅片廠，同時擬投資50億美元在美國德州新建12 in硅片廠，最高產(chǎn)能超1.2×106片/月；日本勝高科技株式會社宣布也將斥資2287億日元建設(shè)新廠，擴產(chǎn)12 in硅片，估算產(chǎn)能將超過5×105片/月。

預(yù)計到2025年海外廠商新增12 in硅片產(chǎn)能將超過2×106片/月。隨著產(chǎn)能釋放，12 in硅片供需緊張的情況將得到有效緩解。

4. 半導(dǎo)體硅片技術(shù)發(fā)展趨勢

摩爾定律推動了半導(dǎo)體行業(yè)50余年的快速成長，集成電路芯片技術(shù)不斷向更先進制程發(fā)展，借助極紫外（EUV）光刻等先進技術(shù)，正在向3 nm甚至更小的節(jié)點演進，但硅基集成電路工藝的發(fā)展愈發(fā)趨近于其物理極限，單純靠縮小線寬已經(jīng)越來越困難，半導(dǎo)體行業(yè)逐步進入了后摩爾時代。

后摩爾時代集成電路芯片技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出兩個主要特點：一是繼續(xù)延續(xù)摩爾定律，以集成電路制程微細化為特征，技術(shù)上滿足更先進制程，提高集成度和功能，同時兼顧性能及功耗。二是通過先進封裝等手段，整合高壓功率芯片、模擬電路芯片、射頻芯片、傳感器芯片等多種功能，實現(xiàn)器件功能的融合和產(chǎn)品的多樣化。

后摩爾時代對半導(dǎo)體硅片提出更高的技術(shù)要求，一是隨著集成電路先進制程技術(shù)的不斷發(fā)展，對硅片的要求愈發(fā)嚴格，28 nm及以下先進制程硅片產(chǎn)品指標全面升級，包括單晶晶體缺陷、晶體中氧碳及摻雜物質(zhì)的均勻分布、平整度等加工精密度參數(shù)、體金屬濃度和表面金屬濃度等純度指標。指標升級給硅片制備技術(shù)帶來巨大挑戰(zhàn)，超導(dǎo)水平磁場拉晶等技術(shù)采用。二是功率半導(dǎo)體方面正呈現(xiàn)由8 in向12 in加速轉(zhuǎn)移，12 in硅片已用于功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，需要開發(fā)12 in重摻單晶生長技術(shù)、背面沉積二氧化硅薄膜技術(shù)及相應(yīng)的翹曲度控制技術(shù)。同時為了解決硅材料性能的局限性，與其他材料的整合成為重要路徑，比如結(jié)合鍵合工藝開發(fā)的絕緣體上硅（SOI）、通過應(yīng)變引入實現(xiàn)能帶調(diào)制的應(yīng)變硅、硅基氮化鎵等都已實用化，未來硅與磷化銦、石墨烯、硫化鉬等材料的結(jié)合可能是后摩爾時代硅材料的重要發(fā)展方向。

5. 12. in硅片為市場主流，更大尺寸硅片商業(yè)化擱置

根據(jù)過往半導(dǎo)體行業(yè)規(guī)律，前一代硅片變成市場主流，支持大約40%左右芯片制造能力時，新一代硅片將會出現(xiàn)并商業(yè)化應(yīng)用。但12 in硅片之后，這個規(guī)律被改變。2011年前，英特爾公司、三星集團和中國臺灣積體電路制造股份有限公司等都曾積極推動和準備以推進下一代晶圓和硅片的研發(fā)和商業(yè)化，美國、歐盟、以色列曾分別成立G450C、EEMI450、Metro450，但因為投資極大、技術(shù)難度極高、產(chǎn)品性價比等多種因素，18 in設(shè)備、硅片、芯片均擱置，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)沒有迎來18 in時代。當前12 in硅片已占據(jù)全部硅片出貨面積比例近70%，技術(shù)節(jié)點已經(jīng)達到3 nm，以往產(chǎn)業(yè)規(guī)律沒有延續(xù)。

18 in硅片產(chǎn)業(yè)的擱置，一方面為12 in硅片需求規(guī)模持續(xù)增長提供了廣闊的空間和持久的產(chǎn)品周期；另一方面為我國12 in硅片技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了難得的發(fā)展機遇。根據(jù)目前半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，我們認為，12 in硅片應(yīng)用周期會延續(xù)相當長時間，未來18 in硅片出現(xiàn)的可能性減小。

三、 我國半導(dǎo)體硅片的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢

（一） 我國半導(dǎo)體硅片的發(fā)展現(xiàn)狀

1. 我國半導(dǎo)體及硅片市場

2015年至2020年，我國半導(dǎo)體市場規(guī)模從824億美元增長至1638億美元，年均復(fù)合增長率約為14.74%。2021年，我國半導(dǎo)體市場銷售額達到1925億美元。

從區(qū)域結(jié)構(gòu)來看，中國已經(jīng)連續(xù)多年成為全球最大的半導(dǎo)體消費市場，2021年中國市場占比達到34.6%，美國、歐洲、日本和其他國家的市場份額分別為21.9%、8.6%、7.9%和27.0%。

2021年中國集成電路全行業(yè)銷售額達到10 458億人民幣，增幅達到19%，增速全球第一。中國作為全球最大的半導(dǎo)體消費市場對國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)及半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)的成長提供了市場基礎(chǔ)和廣闊的國產(chǎn)替代空間。

近年來，得益于國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投融資環(huán)境的持續(xù)改善，國內(nèi)半導(dǎo)體硅片市場需求隨著下游芯片廠的擴產(chǎn)而持續(xù)增加，2018年我國半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模為172.1億元，2021年達到250.5億元（見圖4）。根據(jù)測算，2021年國內(nèi)半導(dǎo)體硅片市場仍有130億元依賴進口，國產(chǎn)替代空間巨大。未來隨著國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的持續(xù)完善，市場規(guī)模將進一步擴大，預(yù)計到2025年我國半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模將超過400億元人民幣。

圖4 2018—2021年中國大陸半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模

2. 需求環(huán)境改善、配套能力顯著提升

半導(dǎo)體硅片的發(fā)展依賴于下游需求牽引及上游裝備和配套材料的支撐。近年來國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈下游發(fā)展迅速，設(shè)計 ? 制造 ? 封裝三業(yè)結(jié)構(gòu)顯著改善。在國際貿(mào)易沖突加劇的大背景下，下游集成電路廠商對本地硅材料供應(yīng)商認可度增強，同時得到政策鼓勵，采購國產(chǎn)材料的意愿大大提升，國內(nèi)半導(dǎo)體硅片進入下游市場壁壘減小。同時，產(chǎn)業(yè)配套方面，國內(nèi)硅材料裝備制造業(yè)快速發(fā)展，單晶爐、切片機、研磨機、清洗機等關(guān)鍵設(shè)備進入半導(dǎo)體硅片企業(yè)；多晶硅、石英坩堝、石墨材料、拋光液、切削液等關(guān)鍵原輔材料進入生產(chǎn)線得到批量應(yīng)用，本地化配套能力顯著增強。目前8 in硅片生產(chǎn)所需裝備和材料基本實現(xiàn)全面國產(chǎn)化，12 in硅片生產(chǎn)單晶爐、滾磨機、截斷機、中間清洗機、研磨機、倒角機、精拋機、單片清洗機等已經(jīng)開展國產(chǎn)化應(yīng)用，多類原輔材料進入生產(chǎn)線。隨著制造裝備及原輔材料的國產(chǎn)化，國內(nèi)半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)的投資成本、制造成本有望持續(xù)下降，產(chǎn)品競爭能力逐步增強。

3. 硅片制造關(guān)鍵技術(shù)取得重大進展

近年來，我國半導(dǎo)體硅片行業(yè)在加快產(chǎn)能建設(shè)的同時，12 in硅片關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得了長足進步。在國家重大專項的持續(xù)支持下，上海硅產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司實現(xiàn)了面向先進制程工藝節(jié)點應(yīng)用的12 in硅片批量供應(yīng)，成功研發(fā)出19 nm動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）用12 in硅片，取得突破性進展。TCL中環(huán)新能源科技股份有限公司在12 in硅片關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品性能質(zhì)量提升方面取得重大突破，已量產(chǎn)供應(yīng)國內(nèi)主要邏輯芯片、存儲芯片生產(chǎn)商。西安奕斯偉硅片技術(shù)有限公司研發(fā)出14 nm及以下集成電路先進制程使用的12 in硅片，應(yīng)用于邏輯芯片、閃存芯片、動態(tài)隨機存儲芯片、圖像傳感器、顯示驅(qū)動芯片等領(lǐng)域。有研半導(dǎo)體硅材料股份公司建立12 in硅片研發(fā)中心，超導(dǎo)磁場下單晶生長技術(shù)取得突破，硅片加工技術(shù)穩(wěn)定，滿足先進制程工藝節(jié)點的需要，產(chǎn)品批量進入市場。在各企業(yè)高強度研發(fā)投入下，目前國內(nèi)成熟制程、功率半導(dǎo)體硅片技術(shù)可以支撐批量生產(chǎn)，滿足下游需要，先進制程硅片技術(shù)正在加速突破。

（二） 我國半導(dǎo)體硅片的發(fā)展態(tài)勢

1. 我國半導(dǎo)體硅片市場需求將保持增長

根據(jù)SEMI統(tǒng)計，2021年我國8 in晶圓產(chǎn)能占全球的比例為18%，2022年達到21%，預(yù)計2025年我國8 in晶圓產(chǎn)能增長將達66%，領(lǐng)先全球，產(chǎn)能將達到1.8×106片/月。2021年我國12 in晶圓廠的全球產(chǎn)能份額為19%，預(yù)計到2025年將增至23%，達到2.3×106片/月。

基于我國半導(dǎo)體市場的現(xiàn)實需求，以及當前貿(mào)易摩擦下建設(shè)自主可控半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的迫切需要，中國發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的決心更為堅定。截至2022年年底，在建及運行的12 in芯片廠產(chǎn)能超過1.7×106片/月（見表2），晶圓廠產(chǎn)能建設(shè)保持強勁增長。

表2 中國12 in晶圓廠數(shù)據(jù)匯總

下游8 in、12 in晶圓廠產(chǎn)能的擴充疊加國產(chǎn)替代的現(xiàn)實需要，將拉動國產(chǎn)半導(dǎo)體硅片需求的快速增長。

2. 我國產(chǎn)業(yè)政策支持硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展

近年來，在國家高度重視下，工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部等部門陸續(xù)出臺發(fā)布了半導(dǎo)體硅片研發(fā)、稅收優(yōu)惠與產(chǎn)業(yè)化系列政策，將半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)納入集成電路整體產(chǎn)業(yè)支持中。2020年頒布的《關(guān)于促成集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展企業(yè)所得稅政策的公告》中規(guī)定：國家鼓勵的集成電路設(shè)計、裝備、材料、封裝、測試企業(yè)和軟件企業(yè)，自獲利年度起，第一年至第二年免征企業(yè)所得稅，第三年至第五年按照25%的法定稅率減半征收企業(yè)所得稅。2020年頒布的《財政部 海關(guān)總署 稅務(wù)總局關(guān)于支持集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展進口稅收政策的通知》中規(guī)定：集成電路用光刻膠、掩模版、8 in及以上硅片生產(chǎn)企業(yè)，進口國內(nèi)不能生產(chǎn)或性能不能滿足需求的凈化室專用建筑材料、配套系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備（包括進口設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備）零配件，免征進口稅。上述政策極大地鼓舞了相關(guān)企業(yè)加快發(fā)展、積極參與國際競爭。

3. 硅片企業(yè)投資力度空前、產(chǎn)能建設(shè)加快

近年來，國家成立了集成電路產(chǎn)業(yè)基金，資本市場推出科創(chuàng)板，地方及社會資本積極參與，集成電路產(chǎn)業(yè)融資渠道暢通，半導(dǎo)體硅片企業(yè)融資難問題得到有效解決。上海硅產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司、浙江立昂微電子股份有限公司、有研半導(dǎo)體硅材料股份公司登陸資本市場，募集資金發(fā)展半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)。西安奕斯偉硅片技術(shù)有限公司、杭州中欣晶圓半導(dǎo)體股份有限公司等取得社會資本支持，同時積極爭取科創(chuàng)板上市。在資本的強力支持下，國內(nèi)半導(dǎo)體硅片骨干企業(yè)得到了快速發(fā)展，形成了相當好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，對國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的支撐保障能力顯著增強。

上海硅產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司12 in硅片已實現(xiàn)批量供貨，規(guī)劃在現(xiàn)有每月3×105片產(chǎn)能基礎(chǔ)上再增3×105片產(chǎn)能，同時每年新增3.12×106片8 in半導(dǎo)體拋光片產(chǎn)能。TCL中環(huán)新能源科技股份有限公司在12 in硅片1.7×105片/月、8 in硅片7.5×105片/月產(chǎn)能基礎(chǔ)上，規(guī)劃到2023年年底建成12 in硅片6×105片/月、8 in硅片1×106片/月的產(chǎn)能。西安奕斯偉硅片技術(shù)有限公司在12 in硅片5×105片/月產(chǎn)能基礎(chǔ)上，規(guī)劃2022—2026年新增5×105片/月產(chǎn)能。浙江立昂微電子股份有限公司已建成8 in拋光片2.7×105片/月，12 in硅片1.5×105片/月的產(chǎn)能，在建年產(chǎn)1.8×106片12 in硅片、年產(chǎn)1.2×106片8 in硅片項目。杭州中欣晶圓半導(dǎo)體股份有限公司已建成4×106片/月8 in硅片產(chǎn)能，在建年產(chǎn)1.2×106片8 in、年產(chǎn)2.4×105片12 in外延片項目。有研半導(dǎo)體硅材料股份公司完成了集成電路大硅片產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，8 in硅片批量供貨，其3×105片/月12 in硅片規(guī)?；a(chǎn)線正在建設(shè)。

目前國內(nèi)8 in硅片技術(shù)已可以滿足國內(nèi)需求，正處于產(chǎn)能釋放階段，國產(chǎn)化率不斷提高；12 in硅片已批量進入市場，技術(shù)水平逐步提高，產(chǎn)業(yè)配套能力顯著增強。

四、 我國半導(dǎo)體硅片的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)

近年來，在政策和資本的強力支持下我國半導(dǎo)體用8 in和12 in硅片產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，培育了一批骨干企業(yè)，突破了核心技術(shù)，自主保障能力顯著提升，形成良好發(fā)展態(tài)勢。經(jīng)過多年的積累，當前，半導(dǎo)體硅片處于關(guān)鍵發(fā)展機遇期和重要的窗口期，是實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展、全面提升競爭能力的關(guān)鍵時期，機遇和挑戰(zhàn)并存。

（一） 我國半導(dǎo)體硅片的發(fā)展機遇

（1）市場需求廣闊、國產(chǎn)替代加速。中國是全球需求最大的半導(dǎo)體市場，市場容量已超過全球市場的三分之一，是國際上最快切入第五代移動通信技術(shù)（5G）、手機支付、大數(shù)據(jù)、新能源汽車等新興領(lǐng)域的國家之一，并在著力推進第六代移動通信技術(shù)（6G）、工業(yè)制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型、自動駕駛、元宇宙等。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)短期波動、總體趨勢向好的情況下，中國對半導(dǎo)體的需求將保持旺盛態(tài)勢，為下游半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供良好市場機遇。與此同時，國產(chǎn)替代趨勢愈發(fā)加速，長期以來我國半導(dǎo)體硅片嚴重依賴進口，受制于人，當前下游國產(chǎn)替代需求強烈，在市場需求及國產(chǎn)替代雙重拉動下，國產(chǎn)硅片必將加速進入市場。

（2）宏觀政策持續(xù)支持、融資渠道打通。近年來，國家持續(xù)支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，特別是“十四五”規(guī)劃明確將重點培育集成電路產(chǎn)業(yè)體系、大力推進先進半導(dǎo)體等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。密集出臺了《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》等推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，集成電路企業(yè)在所得稅率、加計扣除等方面獲得特殊支持。當前，我國正在加快建設(shè)制造業(yè)強國，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作為現(xiàn)代制造業(yè)的典型代表，在自主可控的大背景下，預(yù)計國家將持續(xù)支持半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)。

針對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投資大、回報周期長的特點，國家成立集成電路產(chǎn)業(yè)基金帶動地方基金，推出科創(chuàng)板上市平臺，社會資本積極參與，投融資環(huán)境大為完善，打通了發(fā)展半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)的資本渠道，解決了企業(yè)發(fā)展融資難問題。

（3）產(chǎn)業(yè)鏈配套能力大大增強。在國家宏觀政策、重大專項的支持下，伴隨國內(nèi)半導(dǎo)體硅片企業(yè)的成長，硅片關(guān)鍵設(shè)備制造能力、原輔材料配套能力顯著提升，過去嚴重依賴進口的局面得到極大改善，產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善和夯實。國產(chǎn)設(shè)備和原輔材料能力的提升，對推動投資成本、制造成本的下降，提高產(chǎn)品競爭能力起到積極的作用。這必將為國內(nèi)硅片企業(yè)追趕國際廠商，逐步形成競爭優(yōu)勢提供重要的保障。

（4）研發(fā)投入加大，技術(shù)能力顯著提升。隨著融資渠道的拓寬、資本實力的加強，相關(guān)企業(yè)的研發(fā)投入大大增加，骨干企業(yè)均成立大硅片研發(fā)中心，相關(guān)技術(shù)加速突破。功率芯片用重摻8 in硅片、12 in硅片技術(shù)水平與國際水平相當，邏輯芯片、存儲芯片等各類半導(dǎo)體需求的硅片技術(shù)水平達到28 nm半導(dǎo)體制程要求，實現(xiàn)批量供貨，先進制程用硅片得到驗證和應(yīng)用。半導(dǎo)體硅片制造相關(guān)技術(shù)如連續(xù)拉晶、金剛線切割、單片清洗等部分制造工序正在形成比較優(yōu)勢，智能制造開始應(yīng)用。

（二） 我國硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

（1）產(chǎn)業(yè)環(huán)境發(fā)生重大變化。美國芯片法案和出口管制新規(guī)陸續(xù)出臺，先進半導(dǎo)體設(shè)備和技術(shù)受到嚴格管制，不僅美國公民，美國永久居民、美國庇護民以及依照美國法律設(shè)立的法人實體（包括外國分支機構(gòu)）均納入涉及中國的特定半導(dǎo)體活動的限制。

歷史上半導(dǎo)體硅片一直是全球市場、需求端和供應(yīng)端互相依存，從硅片制造來看，供應(yīng)我國半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)所需關(guān)鍵檢測設(shè)備、關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵原輔材料供應(yīng)可能受影響，關(guān)鍵人才引進難度更大，同時產(chǎn)品進入美國等供應(yīng)體系預(yù)計將受到較大限制，國內(nèi)硅片企業(yè)在國際上的競爭力受到影響。

（2）國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、盈利能力等方面與國際領(lǐng)先企業(yè)仍存在很大差距。從產(chǎn)業(yè)規(guī)模看，國外主要企業(yè)的12 in硅片產(chǎn)能在1×106片/月以上，其中日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社的產(chǎn)能達到3.1×106片/月，而且連續(xù)多年穩(wěn)定出貨，技術(shù)水平可以覆蓋全部下游技術(shù)節(jié)點，產(chǎn)品種類包括拋光片、外延片、退火片等，可以滿足所有半導(dǎo)體產(chǎn)品需要，綜合毛利率長期保持在40%以上，具有穩(wěn)定良好的盈利能力。截至2022年年底，國內(nèi)企業(yè)目前單一產(chǎn)出不超過3×105片/月，先進制程產(chǎn)品仍以研發(fā)為主，技術(shù)水平與國外領(lǐng)先水平尚有較大差距，產(chǎn)品品種少，質(zhì)量穩(wěn)定性仍需提高，中國企業(yè)的12 in硅片尚未進入三星等全球前10的半導(dǎo)體芯片制造公司。與此同時，12 in硅片公司大多仍處于虧損狀態(tài)，尚不具備良好的回報，盈利能力不強。

（3）12 in硅片投資大、產(chǎn)品驗證周期長，產(chǎn)能爬坡速度慢，企業(yè)經(jīng)營面臨較大壓力。按照目前的投資測算，建設(shè)3×105片12 in硅片生產(chǎn)線須投入60億元以上資金，同時產(chǎn)品驗證、產(chǎn)能爬坡需要幾年時間，企業(yè)需要承擔(dān)較長時間虧損，達產(chǎn)之后銷售收入僅可達到20多億元，折舊費用高，盈利水平不強。與此同時，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)周期性強，當面臨半導(dǎo)體下行周期時，企業(yè)經(jīng)營壓力更大，存在長期虧損的風(fēng)險。對企業(yè)綜合經(jīng)營能力和抗風(fēng)險能力有極高的要求。

（4）產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)仍存短板，尤其12 in硅片制造所需關(guān)鍵顆粒測試設(shè)備、最終拋光液、包裝片盒等關(guān)鍵設(shè)備和原輔材料依然依賴進口，國內(nèi)企業(yè)差距大，存在被“卡脖子”風(fēng)險，產(chǎn)業(yè)鏈安全存在一定風(fēng)險，這些因素也導(dǎo)致12 in硅片產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)投資大、運行成本高。已國產(chǎn)化設(shè)備、原輔材料的質(zhì)量性能仍有差距，在12 in硅片產(chǎn)線的推廣使用少，制約國內(nèi)12 in硅片產(chǎn)業(yè)的競爭力。

五、 發(fā)展建議

近幾年，我國半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)取得長足進步，技術(shù)水平大幅提升，產(chǎn)業(yè)布局基本形成，實現(xiàn)了8 in及12 in硅片的批量產(chǎn)出，縮小了與國外先進水平的差距，基本支撐了國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。當前，國家宏觀政策的支持及市場國產(chǎn)替代的需要等有利于國產(chǎn)半導(dǎo)體硅片加快進入市場，市場空間逐步打開，資本市場的支持解決了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資金需要，國內(nèi)半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)迎來新的發(fā)展機遇。為加快發(fā)展，徹底解決我國半導(dǎo)體硅片受制于人的局面，做好以下幾點尤為重要。

（一） 進一步加強頂層設(shè)計和宏觀規(guī)劃

近幾年國家發(fā)展和改革委員會及工業(yè)和信息化部通過“窗口指導(dǎo)”的方式對國家集成電路產(chǎn)業(yè)進行整體布局安排，重點支持有發(fā)展基礎(chǔ)的區(qū)域和企業(yè)發(fā)展半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)，避免重復(fù)投資和無效投資，起到了非常好的效果。我們建議這一政策繼續(xù)延續(xù)，同時對已列入國家集成電路產(chǎn)業(yè)布局的重點企業(yè)加強動態(tài)監(jiān)控，要求相關(guān)地方和企業(yè)按照規(guī)劃達產(chǎn)，在政策支持方面也應(yīng)重點支持這些企業(yè)，幫助企業(yè)加快項目建設(shè)，落實支持政策，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標。

（二） 強化政策落實和政策持續(xù)性

近兩年國家出臺了《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》等，將半導(dǎo)體體硅片企業(yè)納入集成電路企業(yè)一并支持。目前我國半導(dǎo)體硅片企業(yè)仍處于投資期、建設(shè)期、產(chǎn)能爬坡期，產(chǎn)品競爭能力不突出，疊加半導(dǎo)體行業(yè)周期性強的特點，與國外企業(yè)競爭仍然面臨諸多困難，建議相關(guān)部門進一步研究政策，在相關(guān)稅收優(yōu)惠政策結(jié)束之后，對重點企業(yè)固定資產(chǎn)投資、稅收繼續(xù)支持，扶持培育具有國際競爭力的企業(yè)。

（三） 協(xié)調(diào)支持產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展

從半導(dǎo)體硅片發(fā)展歷史來看，硅片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要關(guān)鍵設(shè)備和原輔材料協(xié)同發(fā)展。半導(dǎo)體硅片強國日本、德國的本土關(guān)鍵設(shè)備和原輔材料企業(yè)完全可以滿足其國內(nèi)半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。對于中國這樣具有巨大半導(dǎo)體市場的國家，發(fā)展全產(chǎn)業(yè)鏈的配套能力更為重要和迫切，國家相關(guān)部門和協(xié)會應(yīng)認真梳理集成電路產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)國內(nèi)配套能力，按照行業(yè)總體發(fā)展要求，支持上下游企業(yè)補齊短板，打通內(nèi)循環(huán)的卡點、堵點，全面提升產(chǎn)業(yè)鏈競爭能力。

（四） 布局研發(fā)集成電路先進制程用半導(dǎo)體硅片

對于中國半導(dǎo)體硅片企業(yè)而言，首先要滿足國內(nèi)集成電路成熟制程對硅片的需求，這樣既可以保障國內(nèi)下游基本需要，同時也能夠提高企業(yè)自身經(jīng)營能力，夯實發(fā)展基礎(chǔ)。但同時我們應(yīng)該看到集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)迭代快，一代芯片一代材料，以日本信越化學(xué)工業(yè)株式會社為代表的國際知名企業(yè)在技術(shù)能力上已能夠覆蓋全部技術(shù)節(jié)點產(chǎn)品，國內(nèi)硅片企業(yè)需要提前布局、加大投入、持續(xù)研發(fā)。建議國家重點項目、研發(fā)計劃保持對12 in半導(dǎo)體硅片的支持，同時探索任務(wù)承擔(dān)機制，以期國家相關(guān)研發(fā)成果能夠使行業(yè)重點企業(yè)同時受益，同步發(fā)展，良性競爭，推動行業(yè)的整體進步。

當前，我國半導(dǎo)體硅片行業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好，關(guān)鍵技術(shù)加速突破，產(chǎn)業(yè)化能力逐步提升，產(chǎn)業(yè)生態(tài)明顯改善，雖然國際環(huán)境的不確定性和半導(dǎo)體行業(yè)周期的起伏給相關(guān)企業(yè)發(fā)展帶來新的挑戰(zhàn)，但國內(nèi)半導(dǎo)體硅片的發(fā)展趨勢已經(jīng)確定，相信在政策的持續(xù)支持下，國內(nèi)硅片產(chǎn)業(yè)必定加快發(fā)展，滿足全面自主可控需要，未來伴隨全產(chǎn)業(yè)鏈能力的提升，國內(nèi)硅片產(chǎn)業(yè)競爭能力必定會領(lǐng)先世界。

審核編輯 ：李倩