半导体硅外延片市场规模、份额、增长和行业分析，按类型（300mm（12 英寸）、200mm（8 英寸）、小于 150mm（6 英寸以下））、按应用（存储器、逻辑和微处理器、模拟芯片、分立器件和传感器、其他）、区域洞察和预测到 2033 年

半导体硅外延片市场概况

2024年半导体硅外延片市场规模为3312.39百万美元，预计到2033年将达到5566.45百万美元，2025年至2033年复合年增长率为6%。

半导体硅外延片市场在先进集成电路和分立器件的制造中发挥着关键作用，支持消费电子、汽车、电信和工业领域的增长。 2023年，全球需求超过135亿平方英寸，其中300mm晶圆占出货总面积的65%以上。

半导体级外延片因其高纯度和精确的电气特性而成为 CMOS、RF 和功率器件等需要高性能的器件不可或缺的一部分。对亚 10 纳米技术的日益关注显着提高了对无缺陷、高电阻率硅外延晶圆的需求。先进逻辑芯片中使用的外延片超过 90% 是在 300mm 基板上加工的。

2023年，亚太地区将引领全球产量份额，中国、日本、韩国和台湾等国家/地区合计占全球晶圆产量的75%以上。从平面架构到 3D 架构的转变进一步强调了晶圆均匀性和质量的重要性。此外，信越和SUMCO等主要厂商对300毫米外延片产能的战略投资正在重塑竞争格局。晶圆市场在电动汽车和 5G 基站等应用中也受到了关注，这些应用需要高频和高压器件。

主要发现

司机：汽车、5G 和人工智能领域对功率和逻辑半导体的需求不断增长。

国家/地区：到 2023 年，亚太地区将占全球晶圆产量的 75% 以上，引领市场。

部分：300毫米（12英寸）晶圆占据市场主导地位，占总用量的65%以上。

半导体硅外延片市场趋势

2023年至2024年，全球半导体硅外延片市场经历了革命性的变化。一个突出趋势是300毫米外延片的采用不断增加，仅2023年出货量就超过87亿平方英寸，高于2022年的81亿平方英寸。这一转变是由人工智能加速器和HPC（高性能计算）基础设施中使用的高密度、高性能半导体芯片的需求不断增长推动的。另一个关键趋势是超浅结和7nm以下先进节点选择性外延的发展。到 2024 年，超过 85% 的 7nm 以下逻辑器件将采用外延工艺制造，以提高性能。晶圆供应商增加了对先进外延反应器系统的投资，以满足严格的客户规格，2023 年全球将分配近 12 亿美元用于此类升级。汽车行业也影响着该市场，对碳化硅 (SiC) 外延晶圆的需求急剧上升。虽然不是传统硅，但生产 Si 和 SiC 外延层的混合设施在 2023 年增长了 20%。外延硅晶圆在混合动力电动汽车逆变器和 DC-DC 转换器中仍然至关重要，支持超过 1200V 的电压。另一个新兴趋势是对用于 3D 堆叠和 TSV（硅通孔）集成的超平坦、低缺陷外延晶圆的需求不断增长。整个晶圆的晶圆弯曲和边缘排除已降至 1.5 毫米以下，从而提高了良率。 2024年，此类晶圆在3D NAND闪存生产中的采用率将增长18%。

半导体硅外延片市场动态

市场动态是指随着时间的推移影响特定行业或市场的行为、结构和绩效的力量和因素。在半导体硅外延片市场中，动态包括影响供应链、生产能力、技术进步和最终用户需求的驱动因素、限制因素、机遇和挑战的组合。

司机

"对高性能半导体的需求激增。"

全球向先进计算、5G 部署和自动驾驶汽车的转变正在加速对高质量外延晶圆的需求。到2023年，超过92%的7nm以下先进逻辑节点需要外延工艺。这些晶圆可实现超低电阻率并支持更高的晶体管密度，这对于人工智能、服务器处理器和移动 SoC 至关重要。电动汽车逆变器和快速充电模块的需求进一步增加了对高电压、高性能设备的需求。因此，Shin-Etsu 和 SUMCO 正在增加新的 300mm 生产线，年产能超过 150 万片晶圆。

克制

"资金投入高，建设时间长。"

尽管需求不断增长，但外延晶圆制造厂的建立仍然是资本密集型的​​。一条 300 毫米外延线的成本超过 8 亿美元，可能需要 18 至 24 个月才能达到全面生产。此外，外延生长工艺需要精确的热和化学条件，增加了制造的复杂性。截至 2023 年，全球运营完全集成外延晶圆厂的公司不足 15 家。这种限制限制了灵活性和可扩展性，特别是在亚洲以外的地区。

机会

"新兴国家对本地半导体生产的需求。"

印度、越南和巴西等国家的政府激励措施正在鼓励国内半导体制造。 2023年，印度宣布补贴晶圆厂高达50%的资本成本，激发了人们对本地化外延晶圆生产的兴趣。这一趋势为二线供应商和合资企业提供了新的市场。到 2024 年，新兴国家正在审查价值超过 35 亿美元的外延和抛光晶圆设施提案。这些新装置旨在供应不断增长的区域芯片组装市场。

挑战

"技术过时和不断发展的设计节点。"

芯片架构的快速进步——从 FinFET 到 GAA（环栅）——正在缩短外延设备和晶圆规格的使用寿命。制造商被迫每 2-3 年升级或重新设计一次工具。到 2023 年，超过 40% 的使用时间超过五年的外延工具需要进行改造，以保持符合 EUV 和先进封装的需求。这会造成技术和财务负担，特别是对于中型供应商而言，并且存在与客户路线图不匹配的风险。

半导体硅外延片市场细分

半导体硅外延片市场按类型和应用细分。类型段包括300mm（12英寸）、200mm（8英寸）和小于150mm（6英寸以下）。应用细分包括存储器、逻辑和微处理器、模拟芯片、分立器件和传感器等。

按类型

• 300 毫米（12 英寸）：这些晶圆由于在逻辑、DRAM 和先进 NAND 中的广泛应用而在全球消费中占据主导地位。 2023年，300mm外延片占全球产量的65%以上。每片晶圆的平均产量上升至 88%，在移动 SoC 的单个芯片上制造了 1,100 多个芯片。为了满足需求，SUMCO 和 SK Siltron 都进行了市场扩张，到 2024 年，两家公司的产能将分别增加超过 100 万片/年。
• 200毫米（8英寸）：主要用于模拟、射频和功率IC，2023年200毫米晶圆约占外延需求的28%。其应用在汽车级IC和物联网应用中非常突出。 GlobalFoundries 和 Tower Semiconductor 等代工厂大量使用 200mm 外延晶圆来实现经济高效的生产，尤其是 90nm 以下的芯片。
• 小于 150 毫米（低于 6 英寸）：虽然尺寸在下降，但 150 毫米以下的晶圆对于传感器和 MEMS 等专用设备仍然至关重要。它们占 2023 年总需求的 7%，低于 2021 年的 9%。许多中国晶圆厂使用这些晶圆来生产供国内使用的低成本设备。每平方英寸的平均价格也较低，有助于快速原型设计。

按申请

• 存储器：外延片广泛用于制造存储器组件，特别是 DRAM 和 3D NAND 闪存。 2023年，存储器应用约占外延晶圆总消耗量的21%，全球将使用超过350万片300毫米晶圆用于存储器芯片生产。
• 逻辑和微处理器：该领域代表了最大的应用，到 2023 年将消耗全球外延晶圆的 52% 以上。逻辑芯片，包括 CPU、GPU 和 AI 加速器，需要与 5nm 和 3nm 等先进节点兼容的超低缺陷、高掺杂晶圆。
• 模拟芯片：到 2023 年，模拟应用（包括运算放大器、信号转换器和电源调节器）约占外延晶圆供应总量的 13%。这些芯片通常在 200mm 晶圆上运行，对于成熟的工艺节点来说仍然具有成本效益。
• 分立器件和传感器：到 2023 年，该领域占全球外延晶圆用量的 9%。IGBT、MOSFET 和二极管等分立功率器件（尤其是电动汽车和可再生能源系统中的分立功率器件）需要高压外延晶圆。传感器芯片，包括MEMS和CMOS图像传感器，也依赖小直径（150毫米或以下）晶圆。
• 其他：“其他”类别占外延晶圆需求的 5%，包括光子 IC、量子计算芯片、射频滤波器和生物医学半导体器件等利基和新兴应用。这些应用通常需要定制晶圆规格，包括超高电阻率或非标准掺杂分布。

半导体硅外延片市场区域展望

半导体硅外延片市场的区域前景是指对影响全球各地区生产、消费、技术进步和投资的地理趋势的分析。它提供了有关哪些领域主导制造业、哪些地区正在成为需求中心以及区域政策、贸易法规和基础设施如何影响市场的见解。

• 北美

2023 年，美国晶圆产能投资将有所增加，其中英特尔和格罗方德为首。全球外延晶圆消费量的约 14% 来自北美晶圆厂。 2023 年，亚利桑那州和俄勒冈州制造的逻辑芯片使用了超过 250 万片 300 毫米晶圆。 《CHIPS 法案》下的政府补助进一步激励当地供应链。

• 欧洲

2023 年，欧洲将占全球外延片需求的 12%。德国、法国和意大利等国家正在加大投资力度，以支持其汽车和工业领域。到 2024 年，Siltronic 在弗莱贝格的新生产线将每年生产 120 万片 300 毫米外延片。

• 亚太

亚太地区仍然是全球领先的地区，生产了超过 75% 的外延片。台湾、韩国、中国和日本主导着供应链。 2023年，台积电、三星和中芯国际合计使用了超过980万片300毫米外延片。在代工厂扩张和先进节点生产的推动下，仅台湾就贡献了全球消费量的 32%。

• 中东和非洲

尽管刚刚起步，该地区正在见证早期投资。 2023年，以色列占全球外延片用量的0.5%，主要由Tower Semiconductor提供。阿联酋还启动了晶圆制造的可行性研究，以支持人工智能芯片设计初创企业，并获得 1.5 亿美元的拨款支持。

半导体硅外延片顶级企业名单

• 信越 (S.E.H)
• 森科
• 环球晶圆
• 世创电子
• SK世创
• 晶圆厂公司
• 超硅半导体（AST）
• 南京国盛电子
• 浙江金瑞宏（全利电子）
• 硅产业集团
• 河北普星电子

信越 (S.E.H)：2023年，S.E.H在外延片领域保持全球29%的市场份额。该公司在日本和美国运营着 5 条 300 毫米外延生产线，每年生产超过 420 万片晶圆。

苏姆科：SUMCO 到 2023 年将占据全球市场份额的 25%，并宣布 2024 年在日本佐贺将产能扩大到每年 150 万片晶圆。该公司专注于 5 纳米以下应用的超低缺陷和高电阻率晶圆。

投资分析与机会

随着全球半导体消费的增长，半导体硅外延片市场的投资趋势正在加速。 2023年，外延晶圆设施的总投资超过43亿美元，其中近60%用于300毫米晶圆扩张。 SK Siltron 和 Siltronic 等领先企业宣布联合投资 12 亿美元，建设先进逻辑和汽车级晶圆的新产能。在亚太地区，中国承诺通过“中国制造2025”计划，到2023年为本地外延片供应提供超过9亿美元的资金。江苏省和广东省的初创企业获得了国家资助，建立了具有 150 毫米和 200 毫米产能的试验线。中国市场仍然是战略重点，因为其国内 IC 消费不断增长，2023 年将超过 1.1 万亿元人民币。欧洲通过欧盟微电子计划分配了价值 5 亿美元的资金。这些投资旨在通过支持世创电子和意法半导体等公司来减少对亚洲供应商的依赖。法国一项新的公私合作计划到 2025 年启动 200 毫米外延晶圆生产线，以满足汽车芯片的需求。美国芯片法案释放了 520 亿美元的半导体资金，其中 35 亿美元用于前端供应链组件，包括外延晶圆。 GlobalFoundries 和英特尔已拨出 6 亿美元在纽约和亚利桑那州共同开发本地化晶圆产能。

新产品开发

半导体硅外延片市场正在经历一波创新浪潮，以满足对先进逻辑、模拟和高功率器件不断增长的需求。 2023年，全球推出了40多种外延片新产品，具有超低缺陷密度（< 0.1/cm²）、高电阻率（> 1000 Ω·cm）和适合3D封装的更薄晶圆轮廓等增强功能。 SUMCO推出了专为环栅（GAA）晶体管结构设计的新一代300mm外延片。这些晶圆支持间距低于 10 纳米的鳍结构，并且整个晶圆表面的电阻率变化低于 2%。此次推出导致台湾和韩国代工客户对 SUMCO 下一代晶圆的需求增长了 17%。 Shin-Etsu 推出了用于先进 DRAM 和服务器级 SoC 的低翘曲外延晶圆。新型晶圆采用专有的工艺控制，厚度变化小于 ±0.5 µm，弯曲度低于 1.2 mm。 2023 年，新晶圆被四家一级半导体代工厂采用，到 2023 年第四季度出货量超过 800,000 片。Siltronic 推出了专为汽车级功率 IC 设计的高温外延晶圆，能够承受 300°C 以上的热循环。这些晶圆表现出更高的热稳定性，在加速老化测试下器件故障率降低了 15%。浙江金瑞虹推出了专为模拟和MEMS应用量身定制的200mm外延片新生产线。这些晶圆具有通过先进掺杂和激光退火实现的超浅结特征，从而使 MEMS 陀螺仪芯片的产量提高了 12%。

近期五项进展

• 信越 (S.E.H) 开始在日本福井建设一座新的 300 毫米外延晶圆厂，年产能为 180 万片晶圆，目标于 2024 年第三季度竣工。
• SUMCO于2023年第二季度推出电阻率<0.005Ω·cm、边缘排除低于1.5mm的超平坦300mm外延片，被韩国和台湾主要代工厂采用。
• Siltronic与一家欧洲汽车半导体公司签署了到2028年价值4.2亿美元高压外延片的长期供应协议。
• SK Siltron 开发了针对模拟 IC 进行优化的 200mm 外延晶圆系列，其漏电流抑制效果比行业标准晶圆高出 30%。
• 南京国盛电子将于 2024 年将其 150 毫米外延晶圆生产线扩大 35%，瞄准中国江苏省的 MEMS 和传感器芯片制造商。

半导体硅外延片市场报告覆盖

该市场报告对半导体硅外延片市场进行了详尽的分析，涵盖技术、地理和竞争方面，并进行了全面的细分。它调查了 2023 年至 2024 年 12 个主要国家和所有关键应用（包括存储器、逻辑、模拟、分立和传感器设备）的发展。该报告的范围涵盖了10多家晶圆生产商，包括信越、SUMCO和Siltronic等顶级公司，这些公司到2023年的外延晶圆产量合计占全球外延晶圆产量的55%以上。报告强调了这些企业为扩大生产而进行的战略投资，特别是300毫米晶圆，其市场份额超过65%。从应用范围来看，报告按器件类型细分需求，显示超过52%的外延片用于逻辑和微处理器生产，而存储芯片和模拟器件分别占21%和13%。该报告还包括有关晶圆厚度分布、掺杂类型、电阻率范围和弯曲公差的数据，所有这些都是最终使用性能的关键参数。从地理上看，该报告将市场分为北美、欧洲、亚太地区、中东和非洲。亚太地区仍然是生产和消费的中心，以台湾、韩国、日本和中国为首，到 2023 年将占据超过 75% 的市场份额。北美和欧洲紧随其后，分别贡献 14% 和 12% 的需求。