12英寸硅片已成为电子级硅片的市场主流,且出货面积占比持续增大电子级硅片按直径大小可分为6英寸及以下、8英寸和12英寸三类规格。
硅片面积越大,生产的芯片数量越多,硅片边缘浪费面积越小,单位芯片的成本越低。12英寸硅片的理论面积是8英寸硅片的2.25倍,相同工艺条件下的可使用率(单位硅片可生产的芯片数量)约为8英寸硅片的2.5倍。
虽然12英寸硅片理论面积是8英寸硅片的2.25倍,但12英寸硅片每片单价远高于8英寸硅片单价的2.25倍,其单位面积的单价更高,从而附加值高、制程更先进的芯片采用12英寸硅片生产能获得最大经济效益。一般而言,90纳米以上的制程主要使用8英寸及以下的半导体硅片,而90纳米及以下的制程主要使用12英寸硅片。
根据中金企信数据统计,12英寸硅片的出货面积占比从2018年的63.83%增长至2024年的76.30%,已成为市场绝对主流,且预计未来12英寸硅片出货面积占比将逐步提升,规模一直增长,主要基于以下原因:
首先,AI时代需要更强的数据算力、更快的数据传输、更大的数据存储和更灵敏的人机交互,实现前述功能技术和工艺制程最主流和最先进的逻辑和存储芯片(一般90纳米工艺制程以下)以及部分高端模拟和传感器芯片均采用12寸晶圆制造工艺,从而12英寸硅片是目前业界最主流规格的硅片,12英寸产能也是全球晶圆厂扩产的主力方向。根据中金企信数据统计,2025年至2027年,全球12英寸晶圆厂设备支出预计将达到创纪录的4,000亿美元。其中2025年将首次突破1,000亿美元,达到1,232亿美元,这一数字基本与全球半导体设备市场规模一致,充分说明未来全球晶圆厂扩产很少考虑非12英寸产能。
其次,新产品新技术催生12英寸硅片更多消耗。以AI催生下目前供不应求的高带宽内存(HBM)产品为例,依据数据统计,由于生产良率、堆叠工艺复杂度以及更大的芯片尺寸,同等存储容量的HBM对12英寸硅片的需求量是目前主流DRAM产品的3倍。此外,随着NANDFlash堆叠层数提升至200层、300层,甚至400层,按目前业内技术路线共识,所有厂商均会切换至通过2片晶圆键合制作1个NANDFlash完整晶圆的工艺,相当于12英寸硅片需求翻倍。
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(2)12英寸硅片市场需求现状:全球半导体市场本轮从2020年开始步入景气上升周期,叠加全球各国将晶圆制造产能视为核心战略资源,纷纷推出政府补贴计划。各国晶圆厂加速资本支出,仅2020至2023年,全球新增投资超过30条12英寸晶圆产线英寸量产晶圆厂,预计到2026年全球12英寸晶圆厂量产数量将达到230座,将对12英寸硅片带来非常大的需求。根据中金企信数据,全球12英寸晶圆厂产能将从2024年的834万片/月增长至2026年的989万片/月,年复合增长率达到8.9%,下游晶圆厂产能的快速扩张将大幅拉升12英寸硅片需求。
中国大陆地区上一轮晶圆厂产能扩张基本为12英寸产线英寸量产晶圆厂(包含西安三星、无锡SK海力士、南京台积电等外资晶圆厂),预计2026年中国大陆地区12英寸晶圆厂量产数量超越70座,相应产能增长至321万片/月,约占届时全球12英寸晶圆厂产能的1/3,其中以中芯国际、华虹集团、长江存储、长鑫存储为代表的内资12英寸晶圆厂产能将增至约250万片/月。目前,我国12英寸硅片,尤其是中高端硅片,仍大部分依赖进口,供需结构矛盾影响我国半导体产业链的供应链安全。
(3)全球12英寸硅片市场之间的竞争格局:依据数据统计,考虑目前国内外12英寸硅片厂商达产产能规模,全球前五大半导体硅片厂商12英寸硅片产能占比仍高达76%,出货量占比预计高达80%,尤其是前两大厂商,约占据全球12英寸硅片产能和出货量的50%。
境内厂商研发技术和产业化起步较晚。2010年,有研硅承接国家科研任务建成了1条1万片/月的中试线,但并未产业化。上海新昇2018年完成10万片/月的量产线建设,首次实现规模化量产。鉴于12英寸硅片技术门槛高,投资强度大,前期部分新进入厂商项目停滞或实施重组(如中环领先收购徐州鑫晶、金瑞泓收购国晶半导体),目前成规模国内厂商有7家,各自12英寸硅片产能现状如下: