深度报告-20250428-金元证券-电子行业深度报告_国产晶圆技术攻坚与供应链自主化-突围_硅屏障__36页_3mb

国产晶圆技术攻坚与供应链自主化突围“硅屏障”
摘要
全球半导体材料市场中，晶圆制造材料占62.8%，后道封装材料占37.2%，硅片作为前道核心材料，占据22.9%份额。2023年全球半导体材料市场规模小幅萎缩至667亿美元，其中晶圆制造材料同比下降7%至415亿美元。2024年Q3硅片出货面积企稳回升，Q3、Q4同比增长62.4%和67.8%。12英寸硅片因单位面积大、边缘损耗小、成本低，成为高性能计算、存储芯片等高需求领域核心载体，预计2021-2025年其复合年增长率达147%、10%。中国市场需求持续扩张，2026年大陆12英寸硅片需求将超300万片/月，占全球总需求的1/3，其中内资晶圆厂需求超250万片/月。

市场与需求分析
全球12英寸硅片市场由日本企业主导，CR5达80%，出货量占比亦达80%。当前海外供应商产能集中，但国内晶圆厂扩产计划推动需求激增，2024年全球12英寸硅片月均出货量约865万片，其中信越、SUMCO等占据79.08%份额。受AI、高性能算力及3D NAND技术推动，大尺寸硅片需求提升，但小直径晶圆因客户调整面临出货量波动。电子级硅片对纯度要求极高，9N及以上多晶硅及4N5级以上高纯石英砂需求年复合增长率约20%，国内高纯石英砂供需缺口超10万吨。

硅片加工工艺与技术挑战
硅片生产涉及工业硅→电子级多晶硅→单晶锭→切片→研磨→抛光等复杂流程，关键环节包括：

1. 直拉法（CZ）：通过石英坩埚熔化多晶硅，控制氧含量与杂质，但易产生COP缺陷，需通过退火或掺氮处理。
2. 区熔法（FZ）：无坩埚工艺，杂质含量极低，电阻率高达数千欧姆·厘米，但成本高且直径受限，仅用于高端领域。
3. 后道加工：线切割、倒角、双面研磨、抛光等步骤需高精度设备与耗材，如金刚线切割机、CMP抛光设备及高纯抛光液。
4. 表面处理：采用RCA清洗流程（SC-1、SC-2）去除金属杂质与氧化层，结合退火技术优化晶格缺陷。

硅片分类与应用
硅片按功能可分为退火片、外延片、SOI片：

• 退火片：通过高温退火减少氧杂质，提升器件良率，适用于FinFET、DRAM等高可靠性场景。
• 外延片：在抛光片表面沉积单晶层，控制掺杂浓度与厚度，用于功率器件及复杂结构器件。
• SOI片：通过键合与腐蚀工艺形成埋氧绝缘层（BOX），适用于图像传感器、3D-IC等。

供应链与国产替代
国内企业通过技术突破逐步替代进口：

• 高纯石英供应：凯德石英、西安奕材等聚焦高纯石英砂及制品，但资源储备不足，需依赖进口。
• 300mm大硅片：高纯度与重掺工艺生产商如立昂微、中环领先等加速产能扩张，国产替代空间广阔。
• 设备与耗材：华海清科（CMP设备）、鼎龙股份（抛光液/垫）、中科飞测（无图形检测设备）等企业技术能力提升。

风险提示

1. 厂商扩产不及预期，导致硅片供应紧张。
2. 规模化效应失效，成本控制能力不足。
3. 半导体行业周期性下行，需求波动风险。
4. 政治与政策不确定性，影响技术研发与市场拓展。

产业链全景
上游包含多晶硅料、高纯石英砂、化学试剂等及配套设备（电弧炉、CVD设备、检测仪器）；中游为硅片制造环节；下游涵盖晶圆厂（Foundry/IDM）、终端应用（手机、服务器、汽车电子等）。

总结
硅片作为半导体核心材料，其纯度与工艺直接影响器件性能。国内产业链在技术攻坚与供应链自主化方面取得进展，但高纯石英等关键原材料仍依赖进口，需加速技术突破与资源储备。12英寸硅片因AI与存储需求增长，国产替代机遇显著，而直拉法与区熔法各有适用场景。相关企业通过工艺优化与产能扩张，有望在大硅片及高端设备领域实现突破，但行业周期性波动与技术壁垒仍为主要挑战。