硅片壟斷恐加劇，國產亟需突圍_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2020-12-02 16:18
隨着台積電等晶圓代工廠持續擴建新廠，製程向3納米及2納米世代微縮，DRAM製造技術採用極紫外光（EUV）製程，NAND Flash的3D堆疊將倍增至200層以上，硅片已成為重要關鍵材料。早在2019年9月，韓國唯一的半導體硅片生產商，也是全球五大硅片生產商之一的SK Siltron 簽署了一項協議，以 4.5 億美元的價格收購杜邦 (DuPont)的碳化硅部門，以增強在先進材料領域的地位。2020 年2月29日完成，SK Siltron已完成對杜邦 碳化硅晶圓事業部的收購。此舉也被視為韓國針對材料技術的自立化政策的一環。
無獨有偶，近日，據彭博社報道，中國台灣環球晶（GlobalWafers）擬以37.5億歐元(約合45億美元)收購德國硅晶圓大廠Siltronic AG，Siltronic AG是全球半導體市場的領導者之一，並被公認為是高度專業化硅晶片設計和生產的技術領導者。這項交易將是環球晶的最大交易，此次合併Siltronic之後環球晶將能手握更大的硅片產能及更先進技術，掌握數位轉型大趨勢帶來的龐大商機。
種種跡象都表明，硅片市場龍頭強者恆強，集中度更高的局面越來越顯現，硅片壟斷的現象恐加劇，國產硅片亟需突圍。
硅片是半導體行業的“糧食”
全球半導體芯片和器件中90%以上都是以半導體硅片為材料製造的。因此，半導體硅片是半導體行業的“糧食”，雖然全球市場總規模不大，但是至關重要。
根據尺寸分類，半導體硅片的尺寸（以直徑計算）主要有 50mm（2 英寸）、75mm （3 英寸）、100mm（4 英寸）、150mm（6 英寸）、200mm（8 英寸）與 300mm（12 英寸）等規格。根據製造工藝分類，半導體硅片主要可以分為拋光片、外延片與以 SOI 硅片為代表的高端硅基材料。
芯片越小越好，但半導體硅片越大越好。半導體硅片的直徑越大，在單片硅片上可製造的芯片數量就越多，單位芯片的成本隨之降低。在摩爾定律的影響下，半導體硅片正在不斷向大尺寸的方向發展。硅片的尺寸越大，相對而言硅片邊緣的損失會越小，有利於進一步降低芯片的成本。例如，在同樣的工藝條件下，300mm 半導體硅片的可使用面積超過 200mm 硅片的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產的芯片數量的指標）是 200mm硅片的2.5倍左右。
目前，全球市場主流的產品是300mm（12英寸）和200mm（8英寸）直徑的半導體硅片，12英寸硅片為主流方向，使用比例超過70%。。按終端應用領域來看，300mm主要應用在智能手機、計算機、雲計算、人工智能、SSD（固態存儲硬盤）等較為高端領域，目前出貨面積佔比 60%以上。200mm 硅片主要應用在移動通信、汽車電子、物聯網、工業電子等領域，目前出貨面積 20%以上。
收購Siltronic後，環球晶市佔將登上第二寶座
根據全球各硅片廠第一季美元營收，環球晶及Siltronic合併後，全球市佔率將達30％，超越第二大廠日本勝高（SUMCO）的25％，逼近第一大廠日本信越（Shin-Etsu）的33％。也就是説，環球晶順利完成收購案，全球市佔將坐二望一。
Siltronic總部位於慕尼黑，公司定位為直徑最大300毫米的硅晶片的全球領先製造商之一，是智能手機，計算機，導航和數字顯示器等產品中使用的硅晶片的領先製造商。Siltronic AG成立於2004年，而其業務起源可追溯到1953年開始從事高純度硅的研究與開發。
細數Siltronic的歷史，1953年，公司便開始了高純硅領域的初步研究與開發；1958年，半導體生產開始；1961年，公司的高純度硅生產設施開始工業規模生產；1962年開發出第一個硅片；1968年Wacker-Chemitronic有限公司成立；1978年在美國俄勒岡州波特蘭市成立Wacker Siltronic Corporation；1984年Wacker-Chemitronic的首批200mm晶圓生產出來；1990年，開始了第一個300mm晶圓研發項目；1994/1995年，Wacker-Chemitronic作為唯一股東成立了Wacker Siltronic ；1995年又收購了弗萊伯格公司；1995年，Wacker-Chemitronic將晶圓業務轉讓給Wacker Siltronic；1998年Burghausen 300毫米試驗生產線第一期擴展階段的初始運營；2002年，公司名稱更改為Wacker Siltronic AG；2004年 300mm硅晶圓製造廠在Freiberg開始生產；2004年，公司更名為Siltronic AG；2006年，新加坡300mm晶圓廠開始建設；2008年，新加坡合資公司的第一批晶圓於2008年1月30日發貨；2014年，公司收購Siltronic Silicon Wafer Pte的78％股權。
環球晶目前主要據點包括台灣、美國、日本、韓國等半導體生產重鎮，歐洲佈局部分，只有2016年收購丹麥Topsil取得8英寸以下硅片產能。此次合併後環球晶將可取得Siltronic位於德國Freiberg及Burghausen的12英寸硅片廠、位於新加坡12英寸及8英寸硅片廠、位於美國波特蘭（Portland）的8英寸硅片廠，在同為半導體生產重鎮的德國及新加坡建立據點。
這不是環球晶第一次收購，其實環球晶這些年的發展離不開一個人，她就是環球晶董事長徐秀蘭。朋程董事長盧明光2007年接任中美晶董事長，挖角徐秀蘭回到中美晶任職。中美晶於2008年為了取得磊晶技術併購美商GlobiTech，2011年切割環球晶獨立後，徐秀蘭就開始主導環球晶的併購案，包括2012年併購當時全球第六大廠日本CVS，2016年併購丹麥Topsil半導體事業羣，2016年底完成對美商SunEdison的收購。
2021年硅片需求旺盛
據MoneyDJ的報道中指出，硅片的一大應用主力為晶圓代工或者是IDM 廠商，邏輯IC 的產品需求強勁，支撐12 英寸硅片供需缺口縮小，而電源管理以及驅動IC 產品，則推動8 英寸硅片的需求向上，12 英寸硅片的另一大出海口為存儲，若明年存儲市況可望隨資料中心的建置而再向上，對12 英寸硅片的需求則更有幫助。台積電、聯電都是台系主要的硅片廠大客户，而台積電等晶圓代工大廠目前幾乎是全製程訂單接滿，這也對上游的硅片的需求也更穩固。
硅片除了前文所述的尺寸之分，還可以按應用分為輕摻硅片以及重摻硅片，前者應用在消費性、邏輯IC 的領域，今年以來輕摻市場需求都相當不錯；重摻硅片主要是應用在電源以及MOSFET相關，偏車用以及工業用領域。
在重摻硅片部分，今年上半年因為疫情的原因，車廠大幅關閉，致使8 英寸重摻硅片需求下降，但隨着下半年車市復甦，車用硅片已有谷底反彈的跡象，雖然還未能恢復過去的水準，但已有慢慢改善，另外，工業用市場也多以使用重摻硅片較多，今年也是受到衝擊較大。
至於重摻硅片應用在MOSFET 領域，則主要以6 英寸重摻硅片為主，包括應用在手機、電腦以及遊戲機的電源管理IC，今年前三季需求都很好，6 英寸以下的重摻硅片廠商主要以環球晶、合晶為主。
另外，5G 的需求的爆發將各類的基礎建設或應用開展，5G 應用對SOI 產品的需求提升（根據製造工藝分類，半導體硅片主要可以分為拋光片、外延片與以 SOI 硅片）。以12 英寸硅片來看，2019~2020 年全球12 英寸硅片約為供過於求的水準，今年供過於求的幅度已有縮小，明年可望供需缺口更縮小，產業更健康，報價才有機會進一步回升。
據SEMI 10月公佈年度半導體產業硅片出貨預測報告中指出，2020年全球硅片出貨量將較去年增長2.4% ，2021年將延續此成長力道，並可望於2022年攀至歷史新高。SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸表示：“儘管受到地緣政治緊張情勢，以及全球半導體供應鏈移轉與新冠疫情的影響，今年硅片出貨量仍將穩定復甦。此外，疫情加速了全球企業IT以及服務的數位轉型。我們看好未來兩年持續成長。”
2020全球硅片預估出貨量（單位：百萬平方英英寸，MSI ），資料來源：SEMI
國內硅片發展情況
作為半導體產業的基礎材料，硅晶圓被視為國家安全戰略發展的關隘，發展硅晶圓產業迫不及待。與國際主要半導體硅片供應商相比，中國大陸半導體硅片企業技術較為薄弱，市場份額較小。2019年，全球前五大半導體硅片企業信越化學、SUMCO、環球晶圓、Siltronic、SKSiltron合計銷售額佔全球半導體硅片行業銷售額比重高達92%。多數大陸企業以生產200mm及以下拋光片、外延片為主。
這幾年，在國家相關政策以及產業基金的大力支持下，我國大硅片業務這幾年也迎來快速發展期。國內從事硅片的企業也取得了很大的進展，主要有滬硅產業（子公司上海新昇）、中環股份、立昂微電、有研半導體、超硅半導體、合晶科技以及金瑞泓、超硅、奕斯偉等等。
2017年12月，國內首條 12 英寸半導體硅片生產線由杭州中芯晶圓建成。目前國內已投產的 12英寸晶圓產線已超 20 條，宣佈在建的有8條，建成後產能將超 65萬片/月。據中泰證券研究所的數據指出，幾大硅片企業的產能情況大致如下：
中國大陸半導體硅片行業規模最大的企業滬硅產業，也被行業稱為中國第一大硅晶圓廠，先後收購併控股 Okmetic、上海新昇、新傲科技，參股soitec，板塊佈局日趨完善。2018 年 11 月，上海新昇成為國內第一個實現 300mm 硅片大規模量產的企業。2019 年，公司300mm半導體硅片產能從2018年的10萬片/月進一步提升至15萬片/月。目前累計實現銷售已超過170萬片。正在建設二期30萬片/月產能將於2021年底達成，屆時將會形成產能規模效應。
上海新傲科技能夠提供100mm（4英寸）、125mm（5英寸）和150mm（6英寸）SOI晶片和SOI外延片，能批量提供8英寸SOI片。還可以提供4-6英寸的規格與要求的外延硅產品和外延加工服務，現已開始批量提供8英寸外延片。
滬硅產業打破了我國300mm半導體硅片國產化率幾乎為0%的局面，推進了我國半導體關鍵材料生產技術“自主可控”的進程。
杭州立昂微電創辦之初即引進美國安森美公司具有國際先進水平的全套肖特基芯片工藝技術、生產設備及質量管理體系，建立了6英寸半導體生產線，成為國內先進水平的功率器件生產線。2009年開始，公司成為硅基太陽能專用肖特基芯片市場的全球主要供應商。2011年，公司完成股份制改造。2012年收購日本三洋半導體和日本旭化成MOSFET功率器件生產線。
立昂微電在其2020年第三季度財報中指出，公司的12英寸硅片項目已通過數家客户的產品驗證，並實現小規模的生產和銷售。目前項目正處於持續擴建過程中，計劃將於2021年12月底前完成月產15萬片的產能建設。
天津中環股份圍繞硅材料展開，專注單晶硅的研發和生產，以單晶硅為起點和基礎，定位戰略新興產業，朝着縱深化、延展化方向發展。公司正在快速推進集成電路用8-12英寸大直徑硅片項目的實施，加快產品結構的戰略升級和應用領域的持續拓展，已成為全球綜合產品門類最全的半導體硅片供應商之一。
中環股份目前已具備3-12英寸全尺寸半導體硅片產品的量產供應能力，涵蓋拋光片、外延片、退火片等多種生產加工工藝。晶體技術領域，8英寸區熔單晶的技術能力和品質水平不斷提升，公司自主研發生產的區熔硅片市場份額已實現國際領先；12英寸直拉單晶取得重要技術研發進展，應用於19納米的COP Free晶體技術已完成內部評價，並進入客户評價階段，同時結合28納米COP Free硅片產品的客户認證，公司已具備進入Logic、Memory等高端半導體硅片材料領域的技術實力，與此同時，公司已完成12英寸應用於CIS、Power Device產品的超低阻單晶的研發。
據國內知情人士透露，目前國產4-6 英寸的硅片已可以滿足國內需求，8英寸也已經日漸成熟，進入了大規模國產替代階段。但12英寸才剛進入初級階段，產品只能用在檔控片中，12英寸硅片還面臨EPI、位錯等諸多難題待解決。
結語
當今，中美貿易戰仍未落幕，加上新冠肺炎疫情再起，全球半導體市場進入新的競局，地緣政治將影響未來全球半導體市場的多元樣貌，除了中美兩大系統之外，台灣、日本、韓國、歐盟等地域也會更加強自有優勢。也因此，環球晶出手搶下Siltronic的另一戰略上考量，就是在全球半導體生產重鎮都建立起灘頭堡，以應對未來地緣政治快速且劇烈的變局。SK Siltrons為防日本出口貿易收購杜邦碳化硅晶圓 事業部。在硅片需求旺盛的2021年，國產大硅片還任重道遠。