硅片：半导体产业链的“画布”
硅片概况
常见的半导体材料包括硅（Si）、锗（Ge）等元素半导体及砷化镓（GaAs）、氮化 镓（GaN）等化合物半导体。相较于锗，硅的熔点为 1415℃，高于锗的熔点 937℃， 较高的熔点使硅可以广泛应用于高温加工工艺中；硅的禁带宽度大于锗，更适合制作高 压器件。相较于砷化镓，硅安全无毒、对环境无害，而砷元素为有毒物质；并且锗、砷 化镓均没有天然的氧化物，在晶圆制造时还需要在表面沉积多层绝缘体，这会导致下游 晶圆制造的生产步骤增加从而使生产成本提高。
硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料，90%以上的半导体产 品是用硅基材料制作的。
硅在地壳中占比约 27%，是除了氧元素之外第二丰富的元素， 硅元素以二氧化硅和硅酸盐的形式大量存在于沙子、岩石、矿物中，储量丰富并且易于 取得。通常将 95-99%纯度的硅称为工业硅。沙子、矿石中的二氧化硅经过纯化，可制 成纯度 98%以上的硅；高纯度硅经过进一步提纯变为纯度达 99.9999999%至 99.999999999%（9-11 个 9）的超纯多晶硅；超纯多晶硅在石英坩埚中熔化，并掺入 硼（P）、磷（B）等元素改变其导电能力，放入籽晶确定晶向，经过单晶生长，制成具 有特定电性功能的单晶硅锭。熔体的温度、提拉速度和籽晶/石英坩埚的旋转速度决定 了单晶硅锭的尺寸和晶体质量，而熔体中的硼（P）、磷（B）等杂质元素的浓度决定了 单晶硅锭的电特性。
单晶硅锭经过切片、研磨、蚀刻、抛光、外延（如有）、键合（如有）、清洗等工艺 步骤，制造成为半导体硅片。在生产环节中，半导体硅片需要尽可能地减少晶体缺陷， 保持极高的平整度与表面洁净度，以保证集成电路或半导体器件的可靠性。
在半导体硅片上可布设晶体管及多层互联线，使之成为具有特定功能的集成电路或 半导体器件产品，下游主要包括手机与平板电脑、物联网、汽车电子、人工智能、工业 电子、军事太空等领域。
半导体硅片分类
根据尺寸分类，半导体硅片的尺寸（以直径计算）主要有 50mm（2 英寸）、75mm （3 英寸）、100mm（4 英寸）、150mm（6 英寸）、200mm（8 英寸）与 300mm（12 英寸）等规格。
1965 年，戈登•摩尔提出摩尔定律：集成电路上所集成的晶体管数量，每隔 18 个 月就提升一倍，相应的集成电路性能增强一倍，成本随之下降一半。对于芯片制造企业 而言，这意味着需要不断提升单片硅片可生产的芯片数量、降低单片硅片的制造成本以 便与摩尔定律同步。半导体硅片的直径越大，在单片硅片上可制造的芯片数量就越多， 单位芯片的成本随之降低。在摩尔定律的影响下，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向 发展。硅片的尺寸越大，相对而言硅片边缘的损失会越小，有利于进一步降低芯片的成 本。例如，在同样的工艺条件下，300mm 半导体硅片的可使用面积超过 200mm 硅 片的两倍以上，可使用率（衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标）是 200mm 硅片 的 2.5 倍左右。
目前，全球市场主流的产品是 300mm 和 200mm 直径的半导体硅片。终端应用领 域来看，300mm 主要应用在智能手机、计算机、云计算、人工智能、 SSD（固态存储硬盘）等较为高端领域，目前出货面积占比 60%以上。200mm 硅片主要应用在移动 通信、汽车电子、物联网、工业电子等领域，目前出货面积 20%以上。
根据制造工艺分类，半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以 SOI 硅片为代 表的高端硅基材料。单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。抛光片经过外 延生长形成外延片，抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成 SOI 硅片。
硅片制作流程（略）
半导体硅片的生产流程包括拉晶—>滚磨—>线切割—>倒角—>研磨—>腐蚀—>热 处理—>边缘抛光—>正面抛光—>清洗—>检测—>外延等步骤。其中拉晶、研磨和抛光 是保证半导体硅片质量的关键。
单晶生长技术的重点在于保证拉制出的硅锭保持极高纯度水平（纯度至少为 99.999999999%）的同时，有效控制晶体缺陷的密度。当前制备单晶硅技术主要分为 悬浮区熔法（FZ 法）和直拉法（CZ 法）两种。
下游应用带动硅片市场不断增长
硅片终端应用逐渐多元化
目前手机、计算机等仍是半导体行业终端最大的应用市场。2018 年全球手机和基 站、计算机用芯片销售额分别为 487 亿美元、280 亿美元，在半导体终端市场的占比 分别为 36%、21%。
据 Gartner 预计，2017-2022 年增速最快的半导体终端应用领域是工业电子和汽 车电子，将成为未来几年全球半导体行业增长最重要的驱动力。其中，工业电子年复合 增长率预计可达 12%。随着工业从规模化走向自动化、智能化，工业与信息化的深度 融合、智能制造转型升级将带动工业电子需求的增长。汽车电子 2017-2022 年预计复 合增长率为 11%。汽车电子的增长主要源于传统车辆电子功能的扩展、自动驾驶技术 的不断成熟以及电动汽车行业的快速成长。车辆的 ABS（防抱死）系统、车载雷达、 车载图像传感系统、电子车身稳定程序、电控悬挂、电动手刹、压力传感器、加速度计、 陀螺仪与流量传感器等，均需要使用半导体产品，汽车智慧化的趋势极大地拉动了汽车 电子产品的增长。随着电动汽车的普及与车辆电压、电池容量标准的不断提高，电源管 理器与分离式功率器件的需求量也将随之上升。通常情况下，汽车电子芯片使用 200mm 及以下抛光片与 SOI 硅片。汽车电子市场规模的扩大将拉动 200mm 及以下 抛光片与 SOI 硅片的需求。
未来的爆发式增长将会出现在大数据、云计算、人工智能、新能源汽车、区块链等 新兴终端应用。半导体硅片行业除了受宏观经济影响，亦受到具体终端市场的影响。例 如 2010 年，全球宏观经济增速仅 4%，但由于 iPhone4 和 iPad 的推出，大幅拉动 了半导体行业的需求，2010 年全球半导体行业收入增长达 32%。2017 年开始，大数 据、云计算、人工智能、新能源汽车、区块链等新兴终端应用的出现，半导体行业进入 了多种新型需求同时爆发的新一轮上行周期。半导体硅片可应用于多个潜在新兴终端市 场，如汽车电子功率器件、5G 通信设备中的射频芯片等，有望爆发式增长。
芯片产能投放拉动硅片需求
芯片制造产能情况是判断半导体硅片需求量最直接的指标。2017 至 2020 年，全 球芯片制造产能（折合成 200mm）预计将从 1985 万片/月增长至 2407 万片/月，年 均复合增长率 6.64%；中国芯片制造产能从 276 万片/月增长至 460 万片/月，年均 复合增长率 18.50%。近年来，随着中芯国际、华力微电子、长江存储、华虹宏力等中 国大陆芯片制造企业的持续扩产，中国大陆芯片制造产能增速高于全球芯片产能增速。随着芯片制造产能的增长，对于半导体硅片的需求仍将持续增长
目前，中国大陆企业的 300mm 芯片制造产能低于 200mm 芯片制造产能。随着 中国大陆芯片制造企业技术实力的不断提升，预计到 2020 年，中国大陆企业 300mm 制造芯片产能将会超过 200mm 制造芯片制造产能。
大硅片市场规模持续发展
全球半导体市场规模近年来增速平稳，2012-2018 年复合增速 8.23%。其中，中国大陆集成电路销售规模从 2158 亿元迅速增长到 2018 年的 6531 亿元，复合增速为 20.27%，远超全球其他地区，全球半导体产业加速向大陆转移。集成电路一般分为设 计、制造和封测三个子行业，在制造和封测行业中，均需要大量的半导体新材料支持。2018 年全球半导体材料市场产值为 519.4 亿美元，同比增长 10.68%。其中晶圆 制造材料和封装材料分别为 322 亿美元和 197.4 亿美元，同比+15.83%和+3.30%。
2018 年，在市场产值为 322 亿美金的半导体制造材料中，大硅片、特种气体、光掩模、CMP 材料、光刻胶、光刻胶配套、湿化学品、靶材分别占比 33%、14%、13%、7%、6%、 7%、4%、3%。分地区来看，目前大陆半导体材料市场规模 83 亿美元，全球占比 16%， 仅次于中国台湾和韩国，为全球第三大半导体材料区域。
随着半导体市场不断放量以及工艺制程不断复杂，全球半导体硅片材料市场不断增 长，硅片材料在半导体制造材料中占比 33%，为占比最大的材料。2019 年全球硅片材料 市场规模达到 112 亿美元，虽然相对 2018 年略有下滑，但整体仍维持在较高水平。出 货面积来看，2019 年半导体硅片出货面积 11810 百万平方英寸，较 2018 年有所下滑， 主要是由于存储器市场疲软和库存正常化所致。
硅片价格呈现出一定的周期性。
2011-2016 年受行业低迷影响，硅片价格一路下行。2016 年之后，全球半导体硅片销售单价从 0.67 美元/英寸上升至 0.95 美元/英寸。需求侧来看，随着终端应用如 5G、AI、新能源汽车的快速发展，对芯片的大量需求使 晶圆厂更有动力去大规模扩建工厂和生产线，进而拉动对上游硅片尤其是大硅片的需求。供给端方面，新增产能尚需时间落地，所以中短期供需不平衡的局面仍将持续，硅片价 格有望继续走高。
国内硅片市场规模持续增长。
受益于全球半导体行业转移，国内硅片市场规模持续 增长，2018 年国内硅片市场规模超过 9 亿美元。
十二英寸硅片为主流方向
目前，12 英寸硅片在下游产业中广泛应用，产品大多使用于制造消费电子芯片。其中，NAND（包括 3D NAND 和 2D NAND）占据最大的下游应用，占比达 33%。逻辑芯片 和 DRAM 芯片分别占比 25%和 22%。CIS 等其他应用占据了剩余的 20%的市场份额。其中， 受益于 5G 的持续发展，2020-2023 年，智能手机对十二英寸硅片的复合需求增速有望 达到 7.8%。
全球 DRAM 下游主要包括移动终端（40%）、服务器（22%）和个人电脑（19%）等业 务。在5G换机潮以及数据处理等行业的快速发展下，全球DRAM需求有望持续快速增长。据 SUMCO，全球 DRAM 2019-2023 年需求复合增速有望达到 19.2%。
目前全球 DRAM 主要供应厂商包括三星（45%），海力士（29%），美光（21%）等，全 球主流 DRAM 工艺目前为 2znm、1xnm 和 1ynm，未来 1znm 和 1anm 有望逐步放量。
全球 NAND 下游主要包括手机（48%）、SSD（43%）等业务。在 5G 换机潮、云数据处 理以及移动电源等行业的快速发展下，全球 NAND 需求有望持续快速增长。据 SUMCO， 全球 NAND 2019-2023 年需求复合增速有望达到 39.4%。
目前全球 NAND 主要供应厂商包括三星（33%），铠侠（19%），西数（15%），美光（11%）， 海力士（11%）和因特尔（10%）等。目前，3D NAND 已经成为 NAND 主流工艺。
2016 年至 2018 年，受益于手机、计算机、云计算服务器用 CPU、 GPU 出货量的 增加，逻辑芯片市场规模从 914.98 亿美元上升至 1,093.03 亿美元，年均复合增长率 9.30%。据 Gartner，2016 至 2022 年，全球芯片制造产能中，预计 20nm 及以下制程占 比 12%，32/28nm 至 90nm 占比 41%，0.13μm 及以上的微米级制程占比 47%。目前，90nm 及以下的制程主要使用 300mm 半导体硅片，90nm 以上的制程主要使用 200mm 或更小尺 寸的硅片。
12 寸硅片需求持续扩大。在下游云计算、区块链等新兴市场的带动下，12 寸硅片 持续快速增长。2018 年出货面积占比达到 63%，硅片出货量达到 470 万片/月。据 SUMCO， 未来 3-5 年全球 12 寸硅片仍然存在缺口。
2018 年，全球 8 寸硅片出货面积占比达到 26%，硅片出货量达到 430 万片/月。在 汽车电子等需求的拉动下，叠加 8 寸硅片基本无新增产能，8 寸硅片有望持续景气。
全球寡头垄断，中国逐步发力
全球硅片寡头垄断
全球硅片市场行业集中度高，前五大宝座近几年未易主。由于半导体硅片行业具有 技术难度高、研发周期长、资金投入大、客户认证周期长等特点，全球半导体硅片行业 进入壁垒较高，行业集中度高。2016-2019 近四年，全球硅片市占率前五的宝座由信越 化学、SUMCO、Siltronic、环球晶圆、SK Siltron 牢牢把持，合计市场份额均在 90% 左右。2018 年五大巨头合计销售额 740.35 亿元，占全球半导体硅片行业销售额比重 高达 93%，为近五年最高市占率。
与国际主要半导体硅片供应商相比，中国大陆半导体硅片企业技术较为薄弱，市场 份额较小。多数企业以生产 200mm 及以下抛光片、外延片为主。目前硅产业集团是中 国大陆规模最大的半导体硅片企业之一，2018 年占全球半导体硅片市场份额的 2.18%。同时硅产业集团也是中国大陆率先实现 300mm 半导体硅片规模化销售的企业，并且在 特殊硅基材料 SOI 硅片领域具有较强的竞争力。
政策大力支持
行业的发展离不开政策的支持。中国政府高度重视半导体行业，制定了一系列政策 推动中国大陆半导体行业的发展。2014 年，国务院印发了《国家集成电路产业发展推 进纲要》，纲要指出：集成电路产业是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保 障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。当前和今后一段时期是我国集成电路产业 发展的重要战略机遇期和攻坚期。加快推进集成电路产业发展，对转变经济发展方式、 保障国家安全、提升综合国力具有重大战略意义。到 2020 年，中国集成电路行业与国 际先进水平的差距逐步缩小，全行业销售收入年均增速超过 20%。到 2030 年，产业链 主要环节达到国际先进水平，实现跨越发展。
国内大硅片蓄势待发
我国大硅片发展起步晚，正积极追赶国际先进产品研发和大规模量产的步伐。目前 国产 4-6 英寸的硅片基本可以满足国内需求，但是 8 英寸-12 英寸的大硅片国内自供率 很低，目前仍面对被国外大公司垄断的局面，尤其是 12 英寸大硅片。2002 年，英特尔 与 IBM 首先建成 12 英寸生产线。2005 年 12 英寸硅片的市场份额已占 20%，2008 年 其占比上升至 30%，2018 年就已经达到 63%。国内首条 12 英寸半导体硅片生产线由杭 州中芯晶圆于 2017 年 12 月建成。2018 年 11 月，上海新昇成为国内第一个实现 300mm 硅片大规模量产的企业。目前已投产的 12 英寸晶圆产线已超 20 条，宣布在建的有 8 条， 建成后产能将超 66 万片/月。在国产替代的大趋势之下，这对于国产 12 英寸硅片来说将 是一个巨大的机遇。
海外巨头各有所长
信越化学：全球硅片龙头
信越化学是全球排名第一的半导体硅片制造商，是日本著名的化学品公司。信越化 学设立于 1926 年，为东京证券交易所上市公司。主营业务包括 PVC（聚氯乙烯）、有 机硅塑料、纤维素衍生物、半导体硅片、磷化镓、稀土磁体、光刻胶等产品的研发、生 产、销售。信越化学采取多元化发展战略，在多个产品领域均全球领先。信越化学于 2001 年开始大规模量产 300mm 半导体硅片，半导体硅片产品类型包括 300mm 半 导体硅片在内的各尺寸硅片及 SOI 硅片。全球市占率第二，达到 29%
2019 年4 月至 2020年3月，信越化学实现营业收入939.5亿元，同比下滑 3.17%；实现净利润 191.1 亿元，同比上升 1.59%。营收方面，PVC/氯碱、半导体硅片占比较 高，分别占比 31%和 25%。营业利润方面，半导体硅片占比最高，达到 35%。
胜高集团：专注半导体硅片龙头
胜高集团(SUMCO)是全球排名第二的半导体硅片制造商，专注于半导体硅片业务。1999 年 7 月，由住友金属工业株式会社，三菱材料公司和三菱材料硅公司共同投资成 立了一家 300mm 硅晶圆开发制造公司 Silicon United Manufacturing Co.，Ltd.。2002 年，硅联合制造有限公司从住友金属工业有限公司接管了硅业务，并与三菱材料硅有限 公司合并，并更名为三菱住友硅有限公司。2005 年更名为胜高集团。
2019 年，胜高集团实现营业收入 191.9 亿元，同比下滑 7.88%；实现净利润 21.2 亿元，同比下滑 43.48%。公司主要产品包括高纯单晶硅锭、超纯抛光硅片，以及按照 客户要求差异化加工的 AW 高温退火晶片、EW 外延片、JIW 结隔离硅片以及 SOI 绝缘体上硅。公司可提供 100-300mm 半导体硅片。全球市占率第二，达到 23%。
环球晶圆：并购助力公司快速发展
环球晶圆是全球第三大半导体硅片制造商，主要经营地在中国台湾。环球晶圆专注于半导体硅片业务，主要产品有硅锭、50-300mm 硅片。环球晶圆自 2012 年至 2016 年先后收购日本厂商 Covalent Material、丹麦厂商 Topsil、美国厂商 SEMI，助力公 司快速发展。2019 年，公司实现营业收入 135.24 亿元，同比增加 13.24%，实现净利 润 31.76 亿元，同比增加 15.24%。
德国世创：欧洲硅片龙头
德国世创(Siltronic)是全球排名第四的半导体硅片制造商，主营经营地在德国。Siltronic 专注于半导体硅片业务，从 1953 年开始从事半导体硅片业务的研发工作， 1998 年实现 300mm 半导体硅片的试生产，2004 年 300mm 半导体硅片生产线投产。主要产品包括 125-300mm 半导体硅片。2016 年至 2018 年，Siltronic 实现营业收入 9.33亿欧元、11.77亿欧元、14.57亿欧元，2017年、2018年同比增长26.15%、23.79%。
SK Siltron：韩国硅片龙头
SK Siltron 是全球第五大半导体硅片制造商，主要经营地在韩国。SK Siltron 设立 于 1983 年，1996 年建成 200mm 半导体硅片生产线，2002 年建成 300mm 半导体硅 片生产线。2016 年至 2018 年，SK Siltron 实现营业收入 8362.97 亿韩元、9330.71 亿 韩元、13461.85 亿韩元，2017 年、2018 年同比增长 11.57%、44.27%。
国产企业快速发展
沪硅产业：国内十二寸大硅片龙头
沪硅产业主要从事半导体硅片的研发、生产和销售，是中国大陆规模最大的半导体 硅片制造企业之一，是中国大陆率先实现 300mm 半导体硅片规模化销售的企业。公司 目前已成为多家主流半导体企业的供应商，提供的产品类型涵盖 300mm 抛光片及外延 片、200mm 及以下抛光片、外延片及 SOI 硅片。公司客户包括了台积电、中芯国际、 华虹宏力、华力微电子、长江存储、武汉新芯、华润微等芯片制造企业，遍布北美、欧 洲、中国、亚洲其他国家或地区。公司的技术水平和科技创新能力国内领先，公司及控 股子公司拥有已获授权的专利 300 项，其中中国大陆 105 项，中国台湾地区及国外 195 项；公司及控股子公司拥有已获授权的发明专利 273 项。
公司先后收购并控股 Okmetic、上海新昇、新傲科技，参股 soitec，板块布局日趋 完善。2019 年，公司 300mm 半导体硅片产能从 2018 年的 10 万片/月进一步提升至 15 万片/月。本次 IPO 拟使用 17.5 亿元募集资金提升 300mm 半导体硅片生产技术节 点并且新增 15 万片/月 300mm 半导体硅片产能。
立昂微电：横跨半导体分立器件和半导体硅材料
立昂微电成立于 2002 年 3 月，专注于集成电路用半导体材料和半导体功率芯片设 计、开发、制造和销售。立昂微电创办之初即引进美国安森美公司具有国际先进水平的 全套肖特基芯片工艺技术、生产设备及质量管理体系，建立了 6 英寸半导体生产线，成 为国内先进水平的功率器件生产线。2009 年开始，公司成为硅基太阳能专用肖特基芯 片市场的全球主要供应商。2012 年收购日本三洋半导体和日本旭化成 MOSFET 功率 器件生产线。
2015 年 6 月 15 日，立昂成功全资收购国内半导体硅片制造巨头浙江金瑞泓科技 股份公司，一举成为国内少见的具有硅单晶、硅研磨片、硅抛光片、硅外延片及芯片制 造能力的完整产业平台，横跨半导体分立器件和半导体硅材料两大细分行业，是目前该 两大细分行业规模较大的企业,也是国内颇具竞争力的半导体材料、功率半导体和集成 电路制造的产业平台。
公司拟 IPO 募集 17.12 亿元，用于建设 10 万片/月集成电路用 8 英寸硅片项目和 1 万片/月 6 英寸第二代半导体射频集成电路芯片项目，助力公司长远发展。
中环股份：从光伏进军半导体
中环股份成立于 1988 年，2007 年于深圳证券交易所上市。公司主要产品包括半 导体材料、半导体器件、新能源材料、新材料的制造及销售；融资租赁业务；高效光伏 电站项目开发及运营。产品的应用领域，包括集成电路、消费类电子、电网传输、风能 发电、轨道交通、新能源汽车、航空、航天、光伏发电、工业控制等产业。
公司现有半导体材料中，5-6 英寸硅片产销量快速提升，8 英寸硅片已实现量产。2020 年 2 月，中环股份公告《2019 年非公开发行 A 股股票预案（修订稿）》，拟使用 募集资金建造月产 75 万片 8 英寸抛光片和月产 15 万片 12 英寸抛光片生产线。不仅能 够为国内和国际的晶圆制造商提供优质且稳定的原材料， 而且能够填补目前大尺寸半 导体硅片制造领域的产能缺口，赢得市场先机，从而进一步巩固和提升公司在行业中的核心竞争力和领先地位。
有研半导体
有研半导体材料有限公司成立于 2001 年 6 月，系中央企业有研科技集团全资子公 司。经过十余年发展，公司完成了从单一研究机构向产学研相结合的大型生产性实体的 转变，成为中国半导体硅材料领域技术水平最高、生产规模最大和具有国际水平的半导 体硅材料研究、开发、生产基地。公司硅片产品包括：集成电路用直径 5-12 英寸直拉 硅抛光片，节能灯用直径 5-6 英寸直拉双磨片，直径 5-6 英寸区熔抛光片（ NTD/ 气 相掺杂），直径 3-6 英寸区熔双磨片（ NTD/ 气相掺杂）。公司硅单晶产品包括：直径 3-6 英寸区熔硅单晶棒，直径 200~450mm 大直径单晶硅棒，大直径单晶硅切片，环 片。
公司半导体材料生产基地项目总投资 80 亿，落地德州。其中一期 18 亿元，二期 62 亿元。一期建设目标为新建 8 英寸硅片生产线，达到 15 万片/月 8 英寸硅片，二期 建设目标为 30 万片/月 12 英寸硅片。
超硅半导体
超硅半导体目前拥有上海超硅半导体有限公司和重庆超硅半导体有限公司。上海超 硅半导体有限公司成立于 2008 年 7 月，于 2010 年 4 月开始运营，拥有土地约 50 亩， 厂房约 30000 平方米。重庆超硅半导体有限公司于 2014 年 6 月在重庆两江新区注册成 立，拥有 400 亩土地，其中一期建筑约 130000 平方米，设计产能为 50 万片/月。公司 包括材料研究院、设备技术中心、硅片制造、蓝宝石制造、人工晶体生长等，具备抛光 片、外延片产品生产技术。
2016 年 5 月，公司第一根 IC 级 8 英寸单晶硅棒成功拉出，2016 年 9 月，公司第 一根 IC 级 12 英寸单晶硅棒成功拉出，公司第一批 IC 级单晶硅顺利下线。
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（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：中泰证券）
