摘要 自2016年下半年以來(lái),全球半導(dǎo)體硅片出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面,前幾大硅片供應(yīng)商的產(chǎn)能利用率均達(dá)到100%,甚至部分供應(yīng)商開(kāi)始調(diào)用緊急備用硅片,部分小型的晶圓制造廠由于無(wú)法拿到足夠的硅片...
自2016年下半年以來(lái),全球半導(dǎo)體硅片出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面,前幾大硅片供應(yīng)商的產(chǎn)能利用率均達(dá)到100%,甚至部分供應(yīng)商開(kāi)始調(diào)用緊急備用硅片,部分小型的晶圓制造廠由于無(wú)法拿到足夠的硅片而被迫減產(chǎn),導(dǎo)致下半年以來(lái)的部分IC芯片供應(yīng)不足。日前全球三大硅片廠信越(Shin-Etsu)、Sumco、德國(guó)Siltronic均宣布將調(diào)漲2017年第1季度12寸硅片價(jià)格約10~20%,一改自2011年以來(lái)的硅片價(jià)格下滑的趨勢(shì)。硅片是最重要的半導(dǎo)體材料,目前90%以上的芯片和傳感器是基于半導(dǎo)體單晶硅片制造而成,硅片的供應(yīng)與價(jià)格的變動(dòng)情況將對(duì)整個(gè)IC芯片產(chǎn)業(yè)造成非常大的影響,我們?cè)敿?xì)分析了全球半導(dǎo)體硅片的供給與需求以及價(jià)格的變動(dòng)情況,發(fā)現(xiàn)供不應(yīng)求的局面大概率將在未來(lái)幾年繼續(xù)上演,硅片產(chǎn)能的擴(kuò)張速度將低于IC晶圓制造的需求增速,硅片的價(jià)格也將一改過(guò)去幾年的下滑趨勢(shì),這為半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)的投資帶來(lái)新的機(jī)遇。
全球半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況
2015年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模為3352億美元,其中IC集成電路市場(chǎng)規(guī)模為2753億美元,占比約為8成。IC產(chǎn)業(yè)中IC制造材料的市場(chǎng)規(guī)模為241億美元,其中半導(dǎo)體硅片占比約33%,為80億美元左右,半導(dǎo)體硅片是占比最大的IC制造材料。
全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)規(guī)模在2009年受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響而急劇下滑,2010年反彈之后,2011年到2013年,由于300毫米大硅片的普及,造成硅片單位面積的制造成本下降,同時(shí)加上企業(yè)擴(kuò)能競(jìng)爭(zhēng)激烈,2013年全球硅片的市場(chǎng)規(guī)模75億美金,連續(xù)兩年下滑。2014年以來(lái)受汽車(chē)電子及智能終端的需求帶動(dòng),全球半導(dǎo)體硅片出貨量開(kāi)始復(fù)蘇。根據(jù)Gartner的預(yù)測(cè),到2020年全球硅片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到110億美元左右。
2008-2020年全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)規(guī)模(億美元)
在具體的硅片方面,目前主流的硅片為300mm(12英寸)、200mm(8英寸)和150mm(6英寸),其中,300mm硅片自2009年開(kāi)始市場(chǎng)份額超過(guò)50%,到2015年的份額已經(jīng)達(dá)到78%,預(yù)計(jì)2020年將占硅片市場(chǎng)需求大于84%的份額。
單晶硅片主要規(guī)格類(lèi)型
2005-2020年全球硅片市場(chǎng)現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)(百萬(wàn)平方英寸)
在硅晶片選擇方面,其中12寸硅晶片出貨量之所以在近些年來(lái)快速增長(zhǎng),主要原因在于CPU/GPU等邏輯芯片、Memory存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)快速增長(zhǎng),大部分都是采用12寸晶圓制造。不過(guò),除了CPU/GPU和Memory等先進(jìn)的芯片以外,更多的芯片使用的都是8寸(200mm)晶圓,如汽車(chē)半導(dǎo)體、指紋識(shí)別芯片和攝像頭CIS芯片,2016年指紋識(shí)別芯片和CIS芯片受益于智能手機(jī)市場(chǎng)出貨量大幅度增加,汽車(chē)半導(dǎo)體受益于汽車(chē)電子普及而快速增長(zhǎng),正是導(dǎo)致2016年8寸晶圓缺貨的主要原因所在。
同時(shí),450mm硅片預(yù)計(jì)將于2017年左右開(kāi)始小規(guī)模量產(chǎn),第一批客戶(hù)只有英特爾一家。之后幾年450mm的硅片也將遵循規(guī)律,迎來(lái)一段時(shí)間的強(qiáng)勁增長(zhǎng),預(yù)計(jì)硅片需求依舊會(huì)保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)IC Insights的報(bào)告,300mm晶圓代工廠將會(huì)在2021年左右達(dá)到高峰,之后市場(chǎng)將迎來(lái)450mm晶圓的補(bǔ)充,300mm將逐漸減少。
同時(shí),450mm硅片預(yù)計(jì)將于2017年左右開(kāi)始小規(guī)模量產(chǎn),第一批客戶(hù)只有英特爾一家。之后幾年450mm的硅片也將遵循規(guī)律,迎來(lái)一段時(shí)間的強(qiáng)勁增長(zhǎng),預(yù)計(jì)硅片需求依舊會(huì)保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)IC Insights的報(bào)告,300mm晶圓代工廠將會(huì)在2021年左右達(dá)到高峰,之后市場(chǎng)將迎來(lái)450mm晶圓的補(bǔ)充,300mm將逐漸減少。
全球300mm和450mm晶圓代工廠數(shù)量預(yù)測(cè)
在硅片的下游應(yīng)用方面,根據(jù)IHS在2016年12月發(fā)布的報(bào)告,2015年全球半導(dǎo)體硅片需求量為633億平方厘米,預(yù)計(jì)2016年增速為3.8%。其中2015年,智能手機(jī)和電腦的消耗量合計(jì)占比為41.23%,預(yù)計(jì)2016年將出現(xiàn)下滑,采用NAND FLASH工藝的SSD將實(shí)現(xiàn)33%的增長(zhǎng),其他行業(yè)應(yīng)用(工業(yè)、汽車(chē)、家庭、網(wǎng)關(guān)等)均將有5-10%的增長(zhǎng)。
全球硅片需求情況-按下游應(yīng)用市場(chǎng)劃分
全球半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局——巨頭壟斷
從全球來(lái)看,硅材料具有高壟斷性,全球一半以上的半導(dǎo)體硅材料產(chǎn)能集中在日本,尤其是隨著尺寸越大、純度越高,壟斷情況就越嚴(yán)重。2015年全球半導(dǎo)體硅片銷(xiāo)售額前兩名的Shin-Etsu(信越)和Sumco都是日本公司,第三名到第十名分別是:德國(guó)的Siltronic、美國(guó)的SunEdison、韓國(guó)的LG Siltron、臺(tái)灣的Global Wafer、法國(guó)的Soitec、臺(tái)灣的Wafer Works、芬蘭的Okmetic、臺(tái)灣的Episil。
——2015年全球前十大半導(dǎo)體硅片企業(yè)(億美元)
其中Shin-Etsu在2015年的銷(xiāo)售額超過(guò)21億美元,Sumco將近20億美元,兩家日本公司合計(jì)占比超過(guò)50%。德國(guó)的Siltronic在2015年的銷(xiāo)售額將近10.5億美元,SunEdison Semiconductor、LG Siltron、Global Wafer三家的銷(xiāo)售額則在7~8億美元之間,剩余幾家銷(xiāo)售額則在3億美元以下,從這組數(shù)據(jù)中可以看出硅材料行業(yè)的壟斷性之高,前六大硅片廠的銷(xiāo)售份額達(dá)到92%。
2015年前六大半導(dǎo)體硅片廠份額達(dá)92%
根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù),在12英寸(300mm)大硅片方面,壟斷形勢(shì)更加明顯,2015年前六大半導(dǎo)體硅片廠的銷(xiāo)售份額達(dá)到97.8%。
2015年300mm大硅片市場(chǎng)份額
硅片行業(yè)的壟斷度極高,近年來(lái)大公司不斷通過(guò)相互間的整合實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)占有率的進(jìn)一步提升。例如,信越在1999 年并購(gòu)了日立的硅片公司,SUMCO由Sumitomo、三菱材料和Komatsu三家公司在2002年和2006年合并而成。2016年9月臺(tái)灣的GlobalWafer以6.83億美元的總價(jià)并購(gòu)了SunEdison Semiconductor,從而使得排名第六的Global Wafer一舉突破Siltronic成為全球第三大半導(dǎo)體硅材料供應(yīng)商。5月份的時(shí)候,Global Wafer還以3.2億人民幣收購(gòu)了丹麥的硅片廠Topsil。
前三大半導(dǎo)體硅片供應(yīng)商均由大型并購(gòu)整合而來(lái)
作為集成電路制造業(yè)最大宗的關(guān)鍵材料,中國(guó)大陸的300毫米硅片一直依賴(lài)進(jìn)口,主要原因在于目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有掌握大規(guī)模量產(chǎn)IC集成電路用的高純大硅片技術(shù)。制造高純大硅片的技術(shù)障礙主要是硅的純度和大尺寸硅片的良率問(wèn)題。對(duì)于先進(jìn)工藝的半導(dǎo)體單晶硅片,純度需要達(dá)到11個(gè)9以上(即99.999999999%),目前國(guó)內(nèi)還無(wú)法實(shí)現(xiàn),同時(shí)大尺寸硅片對(duì)倒角、精密磨削等加工工藝要求高,國(guó)內(nèi)還沒(méi)有掌握高良率的技術(shù)能力。
日本信越硅片純度可到11個(gè)9以上
誰(shuí)是硅晶圓消耗大戶(hù)?
電子級(jí)半導(dǎo)體硅片主要的用途是,通過(guò)供給晶圓代工廠,采用各類(lèi)制程工藝加工為裸芯片,然后經(jīng)過(guò)封裝和測(cè)試變成模塊化的可用芯片,應(yīng)用到不同的電子終端中,所以晶圓代工廠是電子級(jí)半導(dǎo)體硅片的主要客戶(hù)。
根據(jù)權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)IC Insights的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),全球晶圓代工產(chǎn)業(yè)規(guī)模,2004年為164.15億美元,2008和2009年受到金融危機(jī)的影響,行業(yè)規(guī)模負(fù)增長(zhǎng),2015年市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)到488.91億美元,2004-2015年的復(fù)合年均增速為10.4%。
2004-2015年全球晶圓代工市場(chǎng)規(guī)模及增速
近十年來(lái),全球IC晶圓代工業(yè)務(wù)主要由五大廠商掌控,分別是臺(tái)積電、臺(tái)聯(lián)電、格羅方德(由AMD芯片代工部門(mén)和特許半導(dǎo)體合并而成)、三星和中國(guó)大陸的中芯國(guó)際,五家企業(yè)的份額總和為80%左右。
2004-2015年全球晶圓代工企業(yè)市場(chǎng)份額情況
其中,臺(tái)積電牢牢占據(jù)第一的位置,份額長(zhǎng)年保持在50%左右,2015年的市場(chǎng)份額為54.3%,是全球晶圓代工當(dāng)之無(wú)愧的龍頭。臺(tái)積電2015年收入264.39億美元,同比增長(zhǎng)5.5%,主要受益于20nm制程與16nmFinFET制程的推出,滿(mǎn)足了先進(jìn)應(yīng)用處理器與基頻數(shù)據(jù)機(jī)晶片方面的需求。而在具體的晶圓產(chǎn)能方面,根據(jù)IC Insights 發(fā)布的《2016-2020年全球晶圓產(chǎn)能報(bào)告》,2015年全球電子級(jí)晶圓產(chǎn)能為1635萬(wàn)片/月(以200mm硅片計(jì)算),同比增長(zhǎng)6%,如果用300mm硅片換算的話(huà)(300mm硅片面積為200mm硅片的2.25倍)為726.7萬(wàn)片/月,這個(gè)數(shù)據(jù)包含IC集成電路、普通半導(dǎo)體器件。其中,臺(tái)灣、韓國(guó)和日本分列前三位,中國(guó)大陸的份額為9.7%。
2015 年 12 月全球電子級(jí)半導(dǎo)體晶圓產(chǎn)能情況(以 200mm 硅片計(jì)算)
在 2011 年超過(guò)日本后,臺(tái)灣又于 2015 年超過(guò)韓國(guó),成為產(chǎn)能最大的地區(qū)。自 2015年 12 月起,臺(tái)灣地區(qū)的晶圓產(chǎn)能占全球比重將近22%。 2010 年,中國(guó)大陸首次在晶圓產(chǎn)能上趕超歐洲。在直徑為 6 寸甚至更小的晶片上,日本曾是領(lǐng)頭羊,目前主要生產(chǎn)低復(fù)雜性制程及商用型產(chǎn)品或特殊組件。
在 8 寸晶圓方面,領(lǐng)先的是臺(tái)灣和日本。過(guò)去的幾年中,雖然已經(jīng)有很多 8 寸的晶圓廠關(guān)閉,但臺(tái)灣卻并未發(fā)生,這些也助使臺(tái)灣自 2012年起,成為 8 寸晶圓產(chǎn)能第一的地區(qū)。由于臺(tái)灣已經(jīng)變成了集成電路代工產(chǎn)能最大的地區(qū),預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi),該地區(qū)在 8 寸產(chǎn)能上仍會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。
至于 12 寸晶圓,韓國(guó)走在了前面,臺(tái)灣緊隨其后。臺(tái)灣在 2013 年失去了其作為12 寸晶圓的領(lǐng)頭人,其中很大一部分的原因是因茂德關(guān)閉了 12 寸晶圓廠,當(dāng)然也有部分原因是由于三星電子和 SK 海力士因存儲(chǔ)器和快閃存儲(chǔ)器業(yè)務(wù)需求而持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)。
2015 年 12 月全球主要 IC 制造廠商晶圓產(chǎn)能情況(千片/月)
截止2015年12月,IC產(chǎn)能全球前十大廠商的已安裝產(chǎn)能總計(jì)為每月1173.7 萬(wàn)片,晶圓(以 200mm 硅片面積折合計(jì)算),占全球總 IC 產(chǎn)能的 72%,較 2014 年 12 月的每月 1088.5 萬(wàn)片同比增加 7.8%。
以各廠商表現(xiàn)來(lái)看,截至 2015 年 12 月,三星是安裝晶圓產(chǎn)能最高的半導(dǎo)體業(yè)者,每月產(chǎn)能為 250 萬(wàn)片 8 寸晶圓,占全球總產(chǎn)能的 15.5%, 其中生產(chǎn)最多的是 DRAM 與FLASH 閃存;
排名第二大的是臺(tái)灣晶圓代工龍頭臺(tái)積電,每月產(chǎn)能為 190 萬(wàn)片晶圓,占全球總產(chǎn)能 11.6%;內(nèi)存大廠美光的 IC 產(chǎn)能近年持續(xù)成長(zhǎng),主要是因?yàn)槭召?gòu)了來(lái)自爾必達(dá)、瑞晶以及華亞科技的產(chǎn)能;
第四大廠商為日本東芝,產(chǎn)能為每月 130 萬(wàn)片晶圓,其產(chǎn)能還包括了來(lái)自合資伙伴 SanDisk 的閃存產(chǎn)能;
第五大廠商也是內(nèi)存業(yè)者──韓國(guó)的 SK 海力士, 該公司產(chǎn)能水平也在每月 130 萬(wàn)片晶圓以上;
英特爾的晶圓產(chǎn)能在2015年略為下滑,因?yàn)樵摴疚挥谥袊?guó)大連的 Fab 68 在由邏輯芯片生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為新一代閃存(3D NAND 與 XPoint內(nèi)存)生產(chǎn)時(shí)曾短暫停工。
以各廠商表現(xiàn)來(lái)看,截至 2015 年 12 月,三星是安裝晶圓產(chǎn)能最高的半導(dǎo)體業(yè)者,每月產(chǎn)能為 250 萬(wàn)片 8 寸晶圓,占全球總產(chǎn)能的 15.5%, 其中生產(chǎn)最多的是 DRAM 與FLASH 閃存;
排名第二大的是臺(tái)灣晶圓代工龍頭臺(tái)積電,每月產(chǎn)能為 190 萬(wàn)片晶圓,占全球總產(chǎn)能 11.6%;內(nèi)存大廠美光的 IC 產(chǎn)能近年持續(xù)成長(zhǎng),主要是因?yàn)槭召?gòu)了來(lái)自爾必達(dá)、瑞晶以及華亞科技的產(chǎn)能;
第四大廠商為日本東芝,產(chǎn)能為每月 130 萬(wàn)片晶圓,其產(chǎn)能還包括了來(lái)自合資伙伴 SanDisk 的閃存產(chǎn)能;
第五大廠商也是內(nèi)存業(yè)者──韓國(guó)的 SK 海力士, 該公司產(chǎn)能水平也在每月 130 萬(wàn)片晶圓以上;
英特爾的晶圓產(chǎn)能在2015年略為下滑,因?yàn)樵摴疚挥谥袊?guó)大連的 Fab 68 在由邏輯芯片生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為新一代閃存(3D NAND 與 XPoint內(nèi)存)生產(chǎn)時(shí)曾短暫停工。
2016 年 12 月全球晶圓代工企業(yè)產(chǎn)能情況預(yù)測(cè)
在具體公司不同尺寸的硅片產(chǎn)能方面,根據(jù) IC Insights 在 16 年 12 月的報(bào)告, 12寸晶圓產(chǎn)能排行中,三星以 22%奪全球第一,其次為美光的 14%, SK 海力士與臺(tái)積電同為 13%位居第三。第五至第十則分別為東芝/WD(11%)、英特爾(7%)、 格羅方德(6%)、聯(lián)電(3%)、力晶科技(2%)及中芯國(guó)際(2%)。 其中三星、美光、 SK 海力士、東芝/WD 以供應(yīng) DRAM 與 NAND flash 存儲(chǔ)器為主, 臺(tái)積電、 格羅方德、聯(lián)電、力晶科技、中芯國(guó)際為純晶圓代工業(yè)者, 主要生產(chǎn)應(yīng)用處理器等邏輯器件。
在 8 寸晶圓制程方面,主要是以純代工業(yè)者、模擬/混合信號(hào) IC 業(yè)者,以及微控制器業(yè)者為主。 8 寸晶圓廠產(chǎn)能排名中,臺(tái)積電以 11%位居第一,德州儀器(TI)則以 7%位居第二,意法半導(dǎo)體(STMicro)、聯(lián)電同以 6%名列第三。
至于在 6 寸(含) 及以下晶圓制程方面,各業(yè)者屬性則是呈現(xiàn)出更多樣化的變化,包括整合元件、車(chē)載半導(dǎo)體等產(chǎn)品。 在前十大業(yè)者中包括整合元件制造業(yè)者意法半導(dǎo)體與 Panasonic、車(chē)用半導(dǎo)體業(yè)者安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)與瑞薩(Renesas),以及純晶圓代工業(yè)者臺(tái)積電等。
由于目前 18 寸晶圓廠發(fā)展仍受限于投資金額過(guò)大與技術(shù)障礙,被縮減設(shè)臵目標(biāo)。
隨著 12 寸晶圓制程在 IC 生產(chǎn)上扮演的角色日益重要,擁有 8 寸晶圓廠的 IC 業(yè)者數(shù),已由 2007 年最高時(shí)的 76 家,減少為 2016 年的 58 家;不過(guò),擁有 12 寸晶圓廠的 IC業(yè)者數(shù),也由 2008 年最高時(shí)的 29 家,下滑為 2016 年的 23 家, 這是由于工藝制程的難度越來(lái)越大,技術(shù)和資金越來(lái)越向行業(yè)龍頭傾斜。
綜上所述,根據(jù) IC Insights 的統(tǒng)計(jì),2014 年 12 月和 2015 年 12 月全球晶圓月度產(chǎn)能分別為 1541 和 1635 萬(wàn)片(以 8 寸 200mm 硅片折算),相當(dāng)于 12 寸晶圓 685 和727 萬(wàn)片。以三星、美光、 SK 海力士、東芝/WD 為代表的存儲(chǔ)芯片制造商和以臺(tái)積電、格羅方德、聯(lián)電、力晶科技、中芯國(guó)際為代表的純晶圓代工業(yè)者是產(chǎn)能的主要貢獻(xiàn)者。
在 8 寸晶圓制程方面,主要是以純代工業(yè)者、模擬/混合信號(hào) IC 業(yè)者,以及微控制器業(yè)者為主。 8 寸晶圓廠產(chǎn)能排名中,臺(tái)積電以 11%位居第一,德州儀器(TI)則以 7%位居第二,意法半導(dǎo)體(STMicro)、聯(lián)電同以 6%名列第三。
至于在 6 寸(含) 及以下晶圓制程方面,各業(yè)者屬性則是呈現(xiàn)出更多樣化的變化,包括整合元件、車(chē)載半導(dǎo)體等產(chǎn)品。 在前十大業(yè)者中包括整合元件制造業(yè)者意法半導(dǎo)體與 Panasonic、車(chē)用半導(dǎo)體業(yè)者安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)與瑞薩(Renesas),以及純晶圓代工業(yè)者臺(tái)積電等。
由于目前 18 寸晶圓廠發(fā)展仍受限于投資金額過(guò)大與技術(shù)障礙,被縮減設(shè)臵目標(biāo)。
隨著 12 寸晶圓制程在 IC 生產(chǎn)上扮演的角色日益重要,擁有 8 寸晶圓廠的 IC 業(yè)者數(shù),已由 2007 年最高時(shí)的 76 家,減少為 2016 年的 58 家;不過(guò),擁有 12 寸晶圓廠的 IC業(yè)者數(shù),也由 2008 年最高時(shí)的 29 家,下滑為 2016 年的 23 家, 這是由于工藝制程的難度越來(lái)越大,技術(shù)和資金越來(lái)越向行業(yè)龍頭傾斜。
綜上所述,根據(jù) IC Insights 的統(tǒng)計(jì),2014 年 12 月和 2015 年 12 月全球晶圓月度產(chǎn)能分別為 1541 和 1635 萬(wàn)片(以 8 寸 200mm 硅片折算),相當(dāng)于 12 寸晶圓 685 和727 萬(wàn)片。以三星、美光、 SK 海力士、東芝/WD 為代表的存儲(chǔ)芯片制造商和以臺(tái)積電、格羅方德、聯(lián)電、力晶科技、中芯國(guó)際為代表的純晶圓代工業(yè)者是產(chǎn)能的主要貢獻(xiàn)者。