本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2023年第1期
作者：張果虎，肖清華，馬飛
來源：我國半導體矽片發展現狀與展望[J].中國工程科學,2023,25(1):68-78.
編者按
半導體是電子信息產品的「心臟」，集成電路是重要的半導體產品，矽片是集成電路最重要的基礎材料，處於集成電路產業鏈前端。隨著半導體在各領域應用日趨廣泛和深入，半導體供應緊張局面更加凸顯，我國半導體矽片對外依存度較高，增強矽片的自主保障能力，對提升我國半導體產業整體水平至關重要。
中國工程院院刊《中國工程科學》2023年第1期刊發集成電路關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《我國半導體矽片發展現狀與展望》一文。文章重點圍繞市場主流的8 in、12 in矽片，分析了全球半導體矽片的技術和產業發展現狀，研判了全球半導體矽片產業未來的發展趨勢，重點分析了我國半導體矽片的發展現狀，指出我國半導體矽片在當前市場需求、宏觀政策、配套能力、研發投入等利好因素下迎來難得的發展機遇，同時提出我國半導體矽片產業發展面臨挑戰，在此基礎上，從進一步加強頂層設計和宏觀規劃、強化政策落實和政策持續性、協調支持產業鏈協同發展、布局研發集成電路先進位程用半導體矽片等方面提出對策建議，以期為推動我國半導體矽片向更高質量發展提供參考。
一、前言
半導體是電子信息產品的「心臟」，在國民經濟和社會生活各方面的應用越來越廣泛，對國家經濟成長、國防安全、核心競爭力提升至關重要，促進了通信、計算、醫養健康、軍事系統、物流、新能源行業的發展，引導人工智慧、大數據、自動駕駛等新產業的興起，支撐著數字經濟不斷發展，並在新冠疫情防控等重大社會問題應對方面發揮了關鍵作用。隨著半導體在各領域應用日趨廣泛和深入，2020年開始半導體供應緊張局面更加凸顯。各國正積極採取措施，增強和完善本國的半導體產業鏈。
半導體產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體產業中占比最高，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%。根據世界半導體貿易統計組織（WSTS）數據，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體產品，矽片是集成電路最重要的基礎材料，處於集成電路產業鏈前端，在集成電路晶片製造材料中占比達30%以上，90%以上的集成電路晶片是基於矽片製成。中國在全球半導體產業鏈中參與程度較低，矽片等關鍵材料對外依存度較高。近年來，大國博弈加劇，國際政治經濟環境惡化，地震和火山爆發等自然災害頻發，新型冠狀病毒感染等流行疾病蔓延，產業生態發生變化，《關於常規武器與兩用產品和技術出口控制的瓦森納協定》新增12 in矽片技術管制，增強矽片等關鍵材料的自主保障能力，提升我國半導體產業鏈安全性成為重要課題。
本文分析了當前全球半導體矽片的發展現狀與發展態勢，我國半導體矽片的市場需求、技術進步、產業現狀及發展趨勢，提出我國半導體矽片產業未來一段時間面臨的發展機遇和挑戰，並給出發展建議。8 in及12 in矽片的出貨面積占全部半導體矽片的93%左右，因此本文重點對8 in及12 in矽片的情況進行分析。
二、 全球半導體矽片的發展現狀及發展態勢
（一） 全球半導體矽片的發展現狀
1. 全球半導體矽片的市場規模
集成電路晶片製造材料多達數百種，按類別劃分主要包括矽片、光掩膜、光刻膠及配套試劑、電子氣體、工藝化學品、濺射靶材、拋光材料等，總體採購中矽片占比始終最高（見圖1）。根據國際半導體產業協會（SEMI）數據，2021年矽片在集成電路晶片製造材料中的採購金額占比達到33%左右，是最主要的關鍵功能材料，100多億美元的半導體矽片支撐了5000多億美元的半導體產業規模。
圖1 2021年全球集成電路晶片製造材料分類占比
近年來，隨著全球半導體市場規模的持續增長，全球半導體矽片出貨面積穩步提升（見圖2）。2012年全球半導體矽片出貨面積為8.8×109in2，2021年突破1.4×1010in2。全球半導體矽片銷售額由2012年的87億美元增長到2021年的126億美元，從2018年開始連續4年超過110億美元。根據SEMI統計，2022年全球半導體矽片出貨面積將增長4.8％，達到1.4694×1010in2。預計到2025年，全球半導體矽片出貨量將增至1.649×1010in2。
圖2 2012—2021年全球矽片出貨面積及增長率
2. 半導體矽片需求結構
近10年來，6 in及以下尺寸矽片需求基本保持穩定，全球半導體矽片新增需求主要集中在8 in和12 in矽片，尤其是12 in矽片增速最快（見圖3）。12 in矽片年出貨量自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體矽片比例接近70%；8 in矽片出貨面積也穩步增長，從2012年的2.378×109in2增長至2021年的3.443×109in2。2021年，12 in和8 in矽片出貨面積分別同比增長12.85%和16.87%。
圖3 2012—2021年不同尺寸矽片出貨面積
12 in矽片主要應用於90 nm及以下半導體製程範圍，用於製造邏輯電路、存儲器等高集成度的晶片，多在大計算量、大存儲量或可攜式終端上應用，如大數據、智慧型手機、計算機、人工智慧等領域。8 in矽片主要應用於90 nm以上製程範圍的模擬電路、功率晶片、互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器、微控制器、射頻前端晶片、嵌入式存儲器等晶片，應用場景包括微機電系統、電源管理、汽車電子、工業控制、物聯網等領域（見表1）。
表1 8 in、12 in矽片在不同製程的應用情況
註：Wi-Fi 為無線網絡；FPGA為現場可編程邏輯門陣列；ASIC為專用集成電路；DSP為數位訊號處理；GPS為全球定位系統；NFC為近場通信；MCU為微控制單元；LED為發光二極體；IC 為微型電子器件；MOSFET為金屬‒氧化物半導體場效應電晶體；IGBT為絕緣柵雙極型電晶體。
8 in矽片在特色晶片產品上擁有性價比優勢，尤其在微機電系統、矽上化合物半導體、射頻及功率晶片等領域優勢明顯。近年來，一些新應用場景特色晶片會率先在8 in晶片上出現，而後逐步向12 in晶片轉移。預計未來8 in矽片和12 in矽片將在各自特定領域發揮作用，長期共存。
3. 矽片產業集中度高的局面基本保持
半導體矽片產業起始於美國，美國孟山都化學公司成立的孟山都電子材料公司曾引領技術發展，在20世紀60年代獲得80%的市場份額。隨著半導體製造業的東移，其後期連續虧損，孟山都化學公司在1989年將孟山都電子材料公司出售給了德國化工企業，並於2016年被台灣的環球晶圓股份有限公司收購。20世紀50年代末，日本通過技術引進，開始布局半導體產業，在超大規模集成電路研究計劃的推動下，日本半導體產業快速發展，其中存儲器在20世紀80年代超過美國，矽片廠商也在此期間獲得黃金髮展期，最終經過多次整合併購形成信越化學工業株式會社和勝高科技株式會社兩家國際半導體矽片巨頭，2001年信越化學工業株式會社在全球率先量產12 in半導體矽片。日本半導體矽片產業從20世紀90年代超過美國後，至今仍在全球占據主導地位。20世紀90年代半導體產業從日本向韓國和台灣地區轉移，韓國和台灣地區矽片企業得以成長，並逐步在全球占有一席之地。當前，日本信越化學工業株式會社、勝高科技株式會社，台灣環球晶圓股份有限公司，德國世創電子材料股份有限公司，韓國SK集團等五大廠商占據全球90%左右的市場份額，尤其是在12 in矽片方面占據絕對市場地位。五大廠商近幾年產能擴張主要集中在12 in矽片，2015年，全球只有日本信越化學工業株式會社和勝高科技株式會社的12 in矽片月產能超過1×106片，至2021年年底，前5大廠商12 in矽片月產能都有顯著增加，其中日本信越化學工業株式會社月產能超過3.1×106片，勝高科技株式會社的月產能約為1.9×106片，台灣環球晶圓的月產能約為1.3×106片，德國世創的月產能約為9.9×105片，韓國SK集團的月產能約為9×105片。
4. 矽是重要的半導體材料
半導體材料經歷了以矽為代表的第一代半導體材料，以砷化鎵為代表的第二代半導體材料和以碳化矽與氮化鎵為代表的第三代半導體材料。相比於其他半導體材料，矽材料易於製備較大尺寸晶體、晶體結構完整性相對易控制、純度相對易實現，在集成電路平面工藝製程的應用技術更加成熟且更具有規模效益，有著更大的應用領域與需求量，因此，90%以上的晶片都是基於矽材料製造而成，這賦予了矽材料不可替代的行業地位。但是，矽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，不具備發光特性，等二代半導體材料、等三代半導體材料在這些方面具備獨特優勢。矽材料與第二代、第三代半導體材料的結合將是一種選擇，以矽材料為襯底，化合物材料在矽材料上外延生長製成單晶片以滿足射頻晶片和功率器件對高頻、高壓、高功率的需求，比如矽基氮化鎵。這幾代半導體材料並不是完全替代關係，在未來相當長的時期內它們還將並存，並在不同的應用領域發揮各自的作用、占據各自的市場份額。
（二） 全球半導體矽片的發展態勢
1. 全球半導體矽片產業東移，亞太地區成為主要的製造區域
全球半導體產業起源於美國，1958年，德州儀器設計出第一款微型電子器件（IC），至20世紀70年代，半導體產業在美國完成技術積累，同樣的矽材料產業也起源於美國，至20世紀80年代，全球領先半導體矽材料企業仍是美國的孟山都電子材料公司。隨著半導體產業第一次轉移到日本，網際網路時代半導體轉移至韓國，日本索尼公司、韓國三星集團等企業得到快速發展，在這個階段，日本、韓國的矽材料產業逐漸興起，日本信越化學工業株式會社、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「超級矽」計劃，期望在未來占據矽材料領域的領先地位。進入21世紀，日本信越化學工業株式會社率先實現12 in矽片商業化，並成為全球第一大半導體矽材料供應商，隨後勝高科技株式會社和小松電子材料公司合併，成為第二大半導體矽材料供應商。目前為止，日本企業的矽材料供應能力占全球比例過半。隨著台灣環球晶圓股份有限公司的壯大，韓國SK集團的擴張，以及德國世創電子材料股份有限公司將12 in矽片產業重點布局在新加坡，全球近90%的矽片產出分布在亞太地區。中國近年來加大矽片產業的布局和投資，到2025年12 in矽片規劃總產能超過4×106片/月，亞太地區成為全球半導體矽片製造的重要區域。
2. 全球半導體矽片需求持續增長
近年來，隨著數字經濟拉動，大算力需求不斷增加，半導體在各領域的滲透日益增強，矽片需求將保持持續增長。SEMI在2022年10月最新報告中預計，到2025年，汽車和功率半導體的晶圓廠產能以58%的速度增長，其次是微機電系統、代工和模擬，其晶圓廠產能增長速度分別為21%、20%和14%。汽車和功率半導體、微機電系統等領域的產能擴張帶動8 in矽片需求的增長，2025年全球8 in矽片需求預計將達到7×106片/月。
SEMI在2022年10月報告中預計，到2025年，12 in晶圓廠按照產品類型劃分的年複合增長率中，功率器件相關產能增長為39%，模擬器件為37%、代工為14%、光電為7%，存儲為5%。到2025年，全球半導體製造商12 in晶圓製造廠產能將以接近10%的年複合增長率增長，對12 in矽片的需求將達到每月9.2×106片。
3. 海外企業積極擴產
全球半導體矽片供應已連續幾年處於緊張局面。為應對需求，搶占市場，全球主要矽片廠商積極擴充產能。德國世創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12 in矽片廠，估算產能約為3×105片/月；韓國SK集團宣布未來3年內將投資1.05萬億韓元擴建12 in半導體矽片廠，估算產能約為2.5×105片/月；台灣環球晶圓股份有限公司2022年3月發布消息，計劃在義大利新建12 in矽片廠，同時擬投資50億美元在美國德州新建12 in矽片廠，最高產能超1.2×106片/月；日本勝高科技株式會社宣布也將斥資2287億日元建設新廠，擴產12 in矽片，估算產能將超過5×105片/月。
預計到2025年海外廠商新增12 in矽片產能將超過2×106片/月。隨著產能釋放，12 in矽片供需緊張的情況將得到有效緩解。
4. 半導體矽片技術發展趨勢
摩爾定律推動了半導體行業50餘年的快速成長，集成電路晶片技術不斷向更先進位程發展，藉助極紫外（EUV）光刻等先進技術，正在向3 nm甚至更小的節點演進，但矽基集成電路工藝的發展愈發趨近於其物理極限，單純靠縮小線寬已經越來越困難，半導體行業逐步進入了後摩爾時代。
後摩爾時代集成電路晶片技術發展呈現出兩個主要特點：一是繼續延續摩爾定律，以集成電路製程微細化為特徵，技術上滿足更先進位程，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，整合高壓功率晶片、模擬電路晶片、射頻晶片、傳感器晶片等多種功能，實現器件功能的融合和產品的多樣化。
後摩爾時代對半導體矽片提出更高的技術要求，一是隨著集成電路先進位程技術的不斷發展，對矽片的要求愈發嚴格，28 nm及以下先進位程矽片產品指標全面升級，包括單晶晶體缺陷、晶體中氧碳及摻雜物質的均勻分布、平整度等加工精密度參數、體金屬濃度和表面金屬濃度等純度指標。指標升級給矽片製備技術帶來巨大挑戰，超導水平磁場拉晶等技術採用。二是功率半導體方面正呈現由8 in向12 in加速轉移，12 in矽片已用於功率半導體領域，需要開發12 in重摻單晶生長技術、背面沉積二氧化矽薄膜技術及相應的翹曲度控制技術。同時為了解決矽材料性能的局限性，與其他材料的整合成為重要路徑，比如結合鍵合工藝開發的絕緣體上矽（SOI）、通過應變引入實現能帶調製的應變矽、矽基氮化鎵等都已實用化，未來矽與磷化銦、石墨烯、硫化鉬等材料的結合可能是後摩爾時代矽材料的重要發展方向。
5. 12. in矽片為市場主流，更大尺寸矽片商業化擱置
根據過往半導體行業規律，前一代矽片變成市場主流，支持大約40%左右晶片製造能力時，新一代矽片將會出現並商業化應用。但12 in矽片之後，這個規律被改變。2011年前，英特爾公司、三星集團和台灣積體電路製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矽片的研發和商業化，美國、歐盟、以色列曾分別成立G450C、EEMI450、Metro450，但因為投資極大、技術難度極高、產品性價比等多種因素，18 in設備、矽片、晶片均擱置，半導體產業沒有迎來18 in時代。當前12 in矽片已占據全部矽片出貨面積比例近70%，技術節點已經達到3 nm，以往產業規律沒有延續。
18 in矽片產業的擱置，一方面為12 in矽片需求規模持續增長提供了廣闊的空間和持久的產品周期；另一方面為我國12 in矽片技術及產業發展提供了難得的發展機遇。根據目前半導體矽片產業現狀，我們認為，12 in矽片應用周期會延續相當長時間，未來18 in矽片出現的可能性減小。
三、 我國半導體矽片的發展現狀與發展態勢
（一） 我國半導體矽片的發展現狀
1. 我國半導體及矽片市場
2015年至2020年，我國半導體市場規模從824億美元增長至1638億美元，年均複合增長率約為14.74%。2021年，我國半導體市場銷售額達到1925億美元。
從區域結構來看，中國已經連續多年成為全球最大的半導體消費市場，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體消費市場對國內集成電路產業及半導體矽片產業的成長提供了市場基礎和廣闊的國產替代空間。
近年來，得益於國內半導體產業投融資環境的持續改善，國內半導體矽片市場需求隨著下游晶片廠的擴產而持續增加，2018年我國半導體矽片市場規模為172.1億元，2021年達到250.5億元（見圖4）。根據測算，2021年國內半導體矽片市場仍有130億元依賴進口，國產替代空間巨大。未來隨著國內半導體產業的發展和產業生態的持續完善，市場規模將進一步擴大，預計到2025年我國半導體矽片市場規模將超過400億元人民幣。
圖4 2018—2021年中國大陸半導體矽片市場規模
2. 需求環境改善、配套能力顯著提升
半導體矽片的發展依賴於下游需求牽引及上游裝備和配套材料的支撐。近年來國內產業鏈下游發展迅速，設計 ‒ 製造 ‒ 封裝三業結構顯著改善。在國際貿易衝突加劇的大背景下，下游集成電路廠商對本地矽材料供應商認可度增強，同時得到政策鼓勵，採購國產材料的意願大大提升，國內半導體矽片進入下游市場壁壘減小。同時，產業配套方面，國內矽材料裝備製造業快速發展，單晶爐、切片機、研磨機、清洗機等關鍵設備進入半導體矽片企業；多晶矽、石英坩堝、石墨材料、拋光液、切削液等關鍵原輔材料進入生產線得到批量應用，本地化配套能力顯著增強。目前8 in矽片生產所需裝備和材料基本實現全面國產化，12 in矽片生產單晶爐、滾磨機、截斷機、中間清洗機、研磨機、倒角機、精拋機、單片清洗機等已經開展國產化應用，多類原輔材料進入生產線。隨著製造裝備及原輔材料的國產化，國內半導體矽片產業的投資成本、製造成本有望持續下降，產品競爭能力逐步增強。
3. 矽片製造關鍵技術取得重大進展
近年來，我國半導體矽片行業在加快產能建設的同時，12 in矽片關鍵技術研發取得了長足進步。在國家重大專項的持續支持下，上海矽產業集團股份有限公司實現了面向先進位程工藝節點應用的12 in矽片批量供應，成功研發出19 nm動態隨機存取存儲器（DRAM）用12 in矽片，取得突破性進展。TCL中環新能源科技股份有限公司在12 in矽片關鍵技術、產品性能質量提升方面取得重大突破，已量產供應國內主要邏輯晶片、存儲晶片生產商。西安奕斯偉矽片技術有限公司研發出14 nm及以下集成電路先進位程使用的12 in矽片，應用於邏輯晶片、快閃記憶體晶片、動態隨機存儲晶片、圖像傳感器、顯示驅動晶片等領域。有研半導體矽材料股份公司建立12 in矽片研發中心，超導磁場下單晶生長技術取得突破，矽片加工技術穩定，滿足先進位程工藝節點的需要，產品批量進入市場。在各企業高強度研發投入下，目前國內成熟製程、功率半導體矽片技術可以支撐批量生產，滿足下游需要，先進位程矽片技術正在加速突破。
（二） 我國半導體矽片的發展態勢
1. 我國半導體矽片市場需求將保持增長
根據SEMI統計，2021年我國8 in晶圓產能占全球的比例為18%，2022年達到21%，預計2025年我國8 in晶圓產能增長將達66%，領先全球，產能將達到1.8×106片/月。2021年我國12 in晶圓廠的全球產能份額為19%，預計到2025年將增至23%，達到2.3×106片/月。
基於我國半導體市場的現實需求，以及當前貿易摩擦下建設自主可控半導體產業鏈的迫切需要，中國發展半導體產業鏈的決心更為堅定。截至2022年年底，在建及運行的12 in晶片廠產能超過1.7×106片/月（見表2），晶圓廠產能建設保持強勁增長。
表2 中國12 in晶圓廠數據匯總
下游8 in、12 in晶圓廠產能的擴充疊加國產替代的現實需要，將拉動國產半導體矽片需求的快速增長。
2. 我國產業政策支持矽片產業發展
近年來，在國家高度重視下，工業和信息化部、科學技術部等部門陸續出台發布了半導體矽片研發、稅收優惠與產業化系列政策，將半導體矽片產業納入集成電路整體產業支持中。2020年頒布的《關於促成集成電路產業和軟體產業高質量發展企業所得稅政策的公告》中規定：國家鼓勵的集成電路設計、裝備、材料、封裝、測試企業和軟體企業，自獲利年度起，第一年至第二年免徵企業所得稅，第三年至第五年按照25%的法定稅率減半徵收企業所得稅。2020年頒布的《財政部 海關總署 稅務總局關於支持集成電路產業和軟體產業發展進口稅收政策的通知》中規定：集成電路用光刻膠、掩模版、8 in及以上矽片生產企業，進口國內不能生產或性能不能滿足需求的淨化室專用建築材料、配套系統和生產設備（包括進口設備和國產設備）零配件，免徵進口稅。上述政策極大地鼓舞了相關企業加快發展、積極參與國際競爭。
3. 矽片企業投資力度空前、產能建設加快
近年來，國家成立了集成電路產業基金，資本市場推出科創板，地方及社會資本積極參與，集成電路產業融資渠道暢通，半導體矽片企業融資難問題得到有效解決。上海矽產業集團股份有限公司、浙江立昂微電子股份有限公司、有研半導體矽材料股份公司登陸資本市場，募集資金髮展半導體矽片產業。西安奕斯偉矽片技術有限公司、杭州中欣晶圓半導體股份有限公司等取得社會資本支持，同時積極爭取科創板上市。在資本的強力支持下，國內半導體矽片骨幹企業得到了快速發展，形成了相當好的產業基礎，對國內半導體產業的支撐保障能力顯著增強。
上海矽產業集團股份有限公司12 in矽片已實現批量供貨，規劃在現有每月3×105片產能基礎上再增3×105片產能，同時每年新增3.12×106片8 in半導體拋光片產能。TCL中環新能源科技股份有限公司在12 in矽片1.7×105片/月、8 in矽片7.5×105片/月產能基礎上，規劃到2023年年底建成12 in矽片6×105片/月、8 in矽片1×106片/月的產能。西安奕斯偉矽片技術有限公司在12 in矽片5×105片/月產能基礎上，規劃2022—2026年新增5×105片/月產能。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矽片1.5×105片/月的產能，在建年產1.8×106片12 in矽片、年產1.2×106片8 in矽片項目。杭州中欣晶圓半導體股份有限公司已建成4×106片/月8 in矽片產能，在建年產1.2×106片8 in、年產2.4×105片12 in外延片項目。有研半導體矽材料股份公司完成了集成電路大矽片產業基地建設，8 in矽片批量供貨，其3×105片/月12 in矽片規模化產線正在建設。
目前國內8 in矽片技術已可以滿足國內需求，正處於產能釋放階段，國產化率不斷提高；12 in矽片已批量進入市場，技術水平逐步提高，產業配套能力顯著增強。
四、 我國半導體矽片的發展機遇與挑戰
近年來，在政策和資本的強力支持下我國半導體用8 in和12 in矽片產業快速發展，培育了一批骨幹企業，突破了核心技術，自主保障能力顯著提升，形成良好發展態勢。經過多年的積累，當前，半導體矽片處於關鍵發展機遇期和重要的窗口期，是實現高質量發展、全面提升競爭能力的關鍵時期，機遇和挑戰並存。
（一） 我國半導體矽片的發展機遇
（1）市場需求廣闊、國產替代加速。中國是全球需求最大的半導體市場，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（5G）、手機支付、大數據、新能源汽車等新興領域的國家之一，並在著力推進第六代移動通信技術（6G）、工業製造數位化轉型、自動駕駛、元宇宙等。在半導體產業短期波動、總體趨勢向好的情況下，中國對半導體的需求將保持旺盛態勢，為下游半導體矽片產業發展提供良好市場機遇。與此同時，國產替代趨勢愈發加速，長期以來我國半導體矽片嚴重依賴進口，受制於人，當前下游國產替代需求強烈，在市場需求及國產替代雙重拉動下，國產矽片必將加速進入市場。
（2）宏觀政策持續支持、融資渠道打通。近年來，國家持續支持半導體產業發展，特別是「十四五」規劃明確將重點培育集成電路產業體系、大力推進先進半導體等戰略新興產業。密集出台了《新時期促進集成電路產業和軟體產業高質量發展的若干政策》等推動半導體產業發展，集成電路企業在所得稅率、加計扣除等方面獲得特殊支持。當前，我國正在加快建設製造業強國，半導體產業作為現代製造業的典型代表，在自主可控的大背景下，預計國家將持續支持半導體矽片產業。
針對半導體產業投資大、回報周期長的特點，國家成立集成電路產業基金帶動地方基金，推出科創板上市平台，社會資本積極參與，投融資環境大為完善，打通了發展半導體矽片產業的資本渠道，解決了企業發展融資難問題。
（3）產業鏈配套能力大大增強。在國家宏觀政策、重大專項的支持下，伴隨國內半導體矽片企業的成長，矽片關鍵設備製造能力、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，產業鏈不斷完善和夯實。國產設備和原輔材料能力的提升，對推動投資成本、製造成本的下降，提高產品競爭能力起到積極的作用。這必將為國內矽片企業追趕國際廠商，逐步形成競爭優勢提供重要的保障。
（4）研發投入加大，技術能力顯著提升。隨著融資渠道的拓寬、資本實力的加強，相關企業的研發投入大大增加，骨幹企業均成立大矽片研發中心，相關技術加速突破。功率晶片用重摻8 in矽片、12 in矽片技術水平與國際水平相當，邏輯晶片、存儲晶片等各類半導體需求的矽片技術水平達到28 nm半導體製程要求，實現批量供貨，先進位程用矽片得到驗證和應用。半導體矽片製造相關技術如連續拉晶、金剛線切割、單片清洗等部分製造工序正在形成比較優勢，智能製造開始應用。
（二） 我國矽片產業發展面臨的挑戰
（1）產業環境發生重大變化。美國晶片法案和出口管制新規陸續出台，先進半導體設備和技術受到嚴格管制，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立的法人實體（包括外國分支機構）均納入涉及中國的特定半導體活動的限制。
歷史上半導體矽片一直是全球市場、需求端和供應端互相依存，從矽片製造來看，供應我國半導體矽片產業所需關鍵檢測設備、關鍵零部件、關鍵原輔材料供應可能受影響，關鍵人才引進難度更大，同時產品進入美國等供應體系預計將受到較大限制，國內矽片企業在國際上的競爭力受到影響。
（2）國內企業的產業規模、技術水平、盈利能力等方面與國際領先企業仍存在很大差距。從產業規模看，國外主要企業的12 in矽片產能在1×106片/月以上，其中日本信越化學工業株式會社的產能達到3.1×106片/月，而且連續多年穩定出貨，技術水平可以覆蓋全部下游技術節點，產品種類包括拋光片、外延片、退火片等，可以滿足所有半導體產品需要，綜合毛利率長期保持在40%以上，具有穩定良好的盈利能力。截至2022年年底，國內企業目前單一產出不超過3×105片/月，先進位程產品仍以研發為主，技術水平與國外領先水平尚有較大差距，產品品種少，質量穩定性仍需提高，中國企業的12 in矽片尚未進入三星等全球前10的半導體晶片製造公司。與此同時，12 in矽片公司大多仍處於虧損狀態，尚不具備良好的回報，盈利能力不強。
（3）12 in矽片投資大、產品驗證周期長，產能爬坡速度慢，企業經營面臨較大壓力。按照目前的投資測算，建設3×105片12 in矽片生產線須投入60億元以上資金，同時產品驗證、產能爬坡需要幾年時間，企業需要承擔較長時間虧損，達產之後銷售收入僅可達到20多億元，折舊費用高，盈利水平不強。與此同時，半導體產業周期性強，當面臨半導體下行周期時，企業經營壓力更大，存在長期虧損的風險。對企業綜合經營能力和抗風險能力有極高的要求。
（4）產業基礎仍存短板，尤其12 in矽片製造所需關鍵顆粒測試設備、最終拋光液、包裝片盒等關鍵設備和原輔材料依然依賴進口，國內企業差距大，存在被「卡脖子」風險，產業鏈安全存在一定風險，這些因素也導致12 in矽片產業關鍵環節投資大、運行成本高。已國產化設備、原輔材料的質量性能仍有差距，在12 in矽片產線的推廣使用少，制約國內12 in矽片產業的競爭力。
五、 發展建議
近幾年，我國半導體矽片產業取得長足進步，技術水平大幅提升，產業布局基本形成，實現了8 in及12 in矽片的批量產出，縮小了與國外先進水平的差距，基本支撐了國內集成電路產業發展需求。當前，國家宏觀政策的支持及市場國產替代的需要等有利於國產半導體矽片加快進入市場，市場空間逐步打開，資本市場的支持解決了產業發展的資金需要，國內半導體矽片產業迎來新的發展機遇。為加快發展，徹底解決我國半導體矽片受制於人的局面，做好以下幾點尤為重要。
（一） 進一步加強頂層設計和宏觀規劃
近幾年國家發展和改革委員會及工業和信息化部通過「窗口指導」的方式對國家集成電路產業進行整體布局安排，重點支持有發展基礎的區域和企業發展半導體矽片產業，避免重複投資和無效投資，起到了非常好的效果。我們建議這一政策繼續延續，同時對已列入國家集成電路產業布局的重點企業加強動態監控，要求相關地方和企業按照規劃達產，在政策支持方面也應重點支持這些企業，幫助企業加快項目建設，落實支持政策，實現產業化目標。
（二） 強化政策落實和政策持續性
近兩年國家出台了《新時期促進集成電路產業和軟體產業高質量發展的若干政策》等，將半導體體矽片企業納入集成電路企業一併支持。目前我國半導體矽片企業仍處於投資期、建設期、產能爬坡期，產品競爭能力不突出，疊加半導體行業周期性強的特點，與國外企業競爭仍然面臨諸多困難，建議相關部門進一步研究政策，在相關稅收優惠政策結束之後，對重點企業固定資產投資、稅收繼續支持，扶持培育具有國際競爭力的企業。
（三） 協調支持產業鏈協同發展
從半導體矽片發展歷史來看，矽片產業的發展需要關鍵設備和原輔材料協同發展。半導體矽片強國日本、德國的本土關鍵設備和原輔材料企業完全可以滿足其國內半導體矽片產業的發展需求。對於中國這樣具有巨大半導體市場的國家，發展全產業鏈的配套能力更為重要和迫切，國家相關部門和協會應認真梳理集成電路產業、半導體矽片產業國內配套能力，按照行業總體發展要求，支持上下游企業補齊短板，打通內循環的卡點、堵點，全面提升產業鏈競爭能力。
（四） 布局研發集成電路先進位程用半導體矽片
對於中國半導體矽片企業而言，首先要滿足國內集成電路成熟製程對矽片的需求，這樣既可以保障國內下游基本需要，同時也能夠提高企業自身經營能力，夯實發展基礎。但同時我們應該看到集成電路產業技術疊代快，一代晶片一代材料，以日本信越化學工業株式會社為代表的國際知名企業在技術能力上已能夠覆蓋全部技術節點產品，國內矽片企業需要提前布局、加大投入、持續研發。建議國家重點項目、研發計劃保持對12 in半導體矽片的支持，同時探索任務承擔機制，以期國家相關研發成果能夠使行業重點企業同時受益，同步發展，良性競爭，推動行業的整體進步。
當前，我國半導體矽片行業發展態勢良好，關鍵技術加速突破，產業化能力逐步提升，產業生態明顯改善，雖然國際環境的不確定性和半導體行業周期的起伏給相關企業發展帶來新的挑戰，但國內半導體矽片的發展趨勢已經確定，相信在政策的持續支持下，國內矽片產業必定加快發展，滿足全面自主可控需要，未來伴隨全產業鏈能力的提升，國內矽片產業競爭能力必定會領先世界。
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註：論文反映的是研究成果進展，不代表《中國工程科學》雜誌社的觀點。