同花顺-圈子

一、下游晶圆厂扩产推动，半导体制造材料需求上涨

1. 材料是半导体行业的基础，半导体制造材料国产化率约10%，市场空间广阔

半导体材料位于半导体产业链上游，是半导体产业链中细分领域最多的环节，半导体材料可划分为制造用材料与封测用材料。

全球整体市场空间（制造+封测）约643亿美元，其中，制造材料市场规模约404亿美元。中国半导体材料市场规模约119亿美元，占比约18%。目前，国内半导体制造材料国产化率约10%，主要依赖进口，成长空间广阔。

图：半导体制造材料国产化率情况

2. 下游晶圆厂扩产拉动需求，促进半导体材料企业成长

受益于5G、IoT、新能源汽车等新兴领域需求增长，晶圆厂纷纷扩产，带动半导体材料市场市场规模扩大。

新建晶圆厂为本土半导体材料企业带来新机遇：半导体材料需要长期、稳定、小批量供货后才会通过认证。认证周期通常需要1~2年时间。新建晶圆厂为材料企业实现国产替代迎来窗口期（约2~3年），该段时间是本土半导体材料进行国产替代的最佳时机。当产能开始爬坡后，材料认证则相对困难（主要原因系考虑到产品质量、生产效率、供应链安全、认证周期长、认证时间成本高等多种因素，晶圆厂一般不会轻易改变已定型的产品结构）。

3.  半导体企业的衡量维度

产品稀缺性：稀缺性决定赛道竞争优势，稀缺性越高，认证进度越快，市场价值越大。

产品齐全性：半导体材料细分种类繁多，因此覆盖的种类越多，越有可能进入更多的客户供应链，市场成长空间越大。

客户验证进度：若已进入晶圆厂供应链并实现量产，则有助于在晶圆厂扩产时期节省验证时间，奠定后续竞争优势。

二、硅片是半导体产业链的核心材料

硅片是半导体产业链的基石，大部分集成电路的制造流程都是在半导体硅片上进行加工，根据SEMI数据，2020年晶圆制造材料占半导体材料63%，其中半导体硅材料为晶圆制造材料主要组成部分，占比约为35%，其质量直接影响制作完成芯片的质量和良率，从而影响整个半导体产业以及更下游的通信、汽车、计算机和消费电子等众多行业的发展。

图：半导体芯片制程与全球晶圆制造材料2020年成本占比

单晶生长技术：拉晶工艺是硅片制作核心工艺之一，主要流程为将电子级高纯度多晶硅拉制成单晶硅锭，单晶生长技术的重点在于保证拉制出的硅锭保持高纯度水平的同时，有效控制晶体缺陷的密度，单晶的生长过程决定了硅材料的直径、电阻率范围及分布、氧碳浓度等技术参数。单晶的生长方法主要可分为直拉法和区熔法两种。

除单晶生长外，硅片制造还需后端加工技术，包括：切片、倒角、研磨、刻蚀、抛光、外延、退火、背封、清洗包装等技术，对单晶硅棒做一系列处理，最后产出成品硅片。

图：硅片生产工艺流程

硅片制作过程中所用设备与耗材

设备端：在硅片的生产过程中每个环节都会用到不同的半导体设备，包括单晶炉、切片机、倒角机、研磨机、抛光机、清洗设备和检测设备等。

长晶设备为硅片制造工艺难点，对应价值量较高，成本占比约15%~20%，目前海外供应商主要为韩国S-Tech、日本的KE和日新技研，国内供应商主要为晶盛机电、南京晶能、连城数控等，目前长晶炉国产化率已较高。

切磨设备包括滚磨、切片、研磨、减薄、倒角设备，成本占比约5~10%，目前主要供应商为日本SKK、Disco、东京精密等，加工端设备国内目前国产能力较弱。

抛光设备成本占比约20%，价值量与长晶设备相当，海外供应商为日本BBS、冈本机械、Ebarra，国内供应商主要为华海清科，目前已部分开始国产替代。

外延设备成本占比约15~20%，海外供应商为AMAT、ASM，国内主要供应商为北方华创，目前已部分开始国产替代。

清洗、检测设备成本占比约10%，其中设备品类较多，清洗设备目前已逐步开始国产化，检测设备目前国内仍较薄弱。

耗材端：硅片生产所需主要原材料包括多晶硅、石墨制品、石英制品、切磨耗材、包装耗材、化学试剂、气体、抛光耗材、备品备件等，参考沪硅产业及立昂微披露的成本拆分为例：

多晶硅占比最高，约占总成本的20%~30%，单万片消耗量约500~600kg多晶硅，目前主要的海外供应商瓦克集团、丸红株式会社和德山株式会社，目前国内主要供应商为黄河水电和江苏鑫华，且已开始逐步替代海外厂商；

石英坩锅约占总成本的10%~15%，单万片消耗量约10只石英坩锅，目前主要的海外供应商为MPM、Ferrotec，国内主要供应商为晶盛机电、欧晶科技等，目前国内石英坩埚国产化率已较高；

抛光耗材成本占比也较高，占比10%~15%，抛光耗材种包含抛光液、抛光垫及抛光载具，单万片抛光液/抛光垫消耗量分别约400-500kg/30~60张，抛光载具则用量较小，晶圆尺寸提升对应抛光耗材消耗量提升较大，目前海外抛光耗材供应商为Versum、Dupoint，国内供应商为上海新阳、安集科技等，目前国产化率较低；

包装材料在成本端占比也较高，占5~20%不等，海外主要供应商为Entegris、国内主要供应商为义柏科技，目前国产化率较低；此外主要原材料还有石墨件、切磨耗材、化学品和气体等成本端占比在1%~5%不等。

根据尺寸划分，硅片可以分为6英寸（150mm）及以下，8英寸（200mm）及12英寸（300mm）硅片。12英寸硅片性价比更优，由于硅片尺寸越大，单位面积产出的芯片数量也会随之增加，如8英寸到12英寸，直径增加了1.5倍，产出面积增加了2.25倍，分摊的生产成本、设备厂房等固定资产后单位面积生产成本更低，硅片边缘的损失也越少，在同等工艺条件下，尺寸越大的硅片可使用率越高，因此单位成本也会降低。根据SEMI统计，2020年12英寸硅片占比约67.2%，8英寸硅片占比25.5%，6英寸及以下占比7.3%，12英寸硅片为更大尺寸（18英寸，450mm）商业化量产前的主流应用。

图：半导体硅片尺寸演进

图：不同尺寸半导体硅片市场份额预测

不同尺寸硅片下游应用也有所不同，12英寸硅片主要应用于逻辑芯片及存储器中，如MCU、ROM、Nand Flash、SoC等，尤其是28nm制程以下芯片；8英寸则主要用于功率器件及特色工艺产品，如MOSFET/SBD、传感器、电源管理芯片、指纹识别芯片等。由于8英寸产线建厂时间较早，产线基本已折旧完毕，且技术较为成熟，在部分制程要求不高的芯片上成本较低，而12英寸对代工企业厂房洁净室及设备的设计精密度要求都较高，初期投资及后续研发投入较大，因此一般用于制造难度较高的逻辑芯片。

三、硅片历史发展的复盘与未来展望

1. 硅片行业“马太”效应显著，并购整合实现垄断

硅片产业的发展随着半导体产业的转移和变迁而呈现“本土化”的显著特征。自上世纪60年代起，全球半导体产业经历由美国向日本、韩国及中国台湾地区迁移，为半导体硅片公司的崛起创造了优沃的土壤，后经一系列并购重组，形成了日本、中国台湾和韩国企业垄断格局。20世纪末全球硅片市场主要厂商超过25家，经过产业整合，到2006年逐渐形成由信越、SUMCO、环球晶圆、Siltronic（德国世创）、SK Siltron五家厂商主导的寡头垄断格局，前五大供应商市占率达90%左右。

图：2020年全球半导体硅片行业竞争格局

近年来，随着国际形势发生深刻变化，硅片市场向前五大厂商集中的趋势有所放缓，2020年硅片行业CR5从93%将至87%。以沪硅产业、中环股份、立昂微为代表的中国硅片公司在半导体材料国产化进程中崭露头角。

2. 硅片市场发展趋势展望

硅片价格主要受市场供需影响，从历史周期来看，硅片行业市场需求情况与半导体行业的景气度高度相关。中金公司结合当前市场情况对未来硅片市场进行预测，总结出如下四点发展趋势：

1）受益晶圆厂扩建，全球硅片持续供不应求

2021年全球硅片出货量总计 141.65 亿平方英寸（MSI），YOY+14%，市场规模达126亿美元，YOY+13%，出货量达历史新高，主要原因为下游晶圆厂扩建带来的产能增长，面对晶圆厂扩产潮带来的硅片供应紧张，硅晶圆厂商迎来新一轮涨价潮，SUMCO、Siltronic、环球晶圆于2021年下半年宣布大规模扩产，公司预计2023年下半年有望投产，满产需等到2025年，环球晶圆收购Siltronic失败后，宣布将原计划用于收购案的资金转为资本支出及营运周转使用，在美国、欧洲和亚洲推行为期三年、价值36亿美元的产能扩张计划。由于硅片厂商扩产周期较长，因此未来三年硅片行业仍将处于供不应求的状态。

图：全球半导体硅片出货量

图：全球半导体硅片市场规模及单价

2）12英寸硅片需求量迅速提升，其中外延片占比提升快

12 英寸晶圆主要用来生产逻辑芯片、存储器等高性能芯片，在整体出货面积中逐渐提高，未来12英寸晶圆将保持高速增长，根据SUMCO预计，2021年全球12英寸晶圆需求达到720万片/月，至2026年有望超1000万片/月需求量，保持9.4%CAGR高速增长。

外延片被大规模应用于对稳定性、缺陷密度、高电压及电流耐受性等要求更高的高级半导体器件中，主要包括MOSFET、晶体管等功率器件及CIS、PMIC等模拟器件，逻辑芯片随着制程节点的推进也对外延片产生较大需求。根据SEMI统计，12英寸硅外延片占比至17年来持续提升，至4Q20单季度出货已达约600万片，占整体出货的30%，随着数据中心、手机CPU等对高性能逻辑芯片需求量上升，未来12英寸外延片占比预计持续提升。

8英寸晶圆生产的主流产品则包括显示驱动、CIS（CMOS图像传感器）、MCU、电源管理芯片、分立器件（含MOSFET、IGBT）、指纹识别芯片、触控芯片等产品，受到电动车、5G智能手机、服务器等需求带动，8英寸晶圆产能自2019下半年起呈现严重供不应求，SEMI预计至2024年8英寸晶圆厂产能有望达690万片，扩产幅度略小于12英寸晶圆厂产能，但由于海外硅片厂产能扩产以12英寸晶圆为主，因此我们认为未来8英寸晶圆供给也仍较紧张。

3）中国大陆地区占比持续提升

硅片需求与下游产能基本呈正相关，根据SEMI发布的《世界晶圆厂预测报告》，中国大陆将在8英寸晶圆产能处于领先，2022年将占全球8英寸产能的 21%，日本将占据产能的16%，中国台湾地区和欧洲及中东地区各占15%，12英寸晶圆产能方面，2019年至2024年，全球至少新增38个12英寸晶圆厂，其中中国台湾11个，中国大陆8个，至2024年中国大陆12英寸晶圆产能将占全球约20%。2020年中国大陆硅片市场销售收入达13亿美元，占全球比例约11.6%，预计该比例未来有望随着大陆晶圆厂产能扩建逐步上升，至2025年占比有望达20%以上。

四、硅片行业国产化情况分析

1. 国内各尺寸硅片国产化率差异较大，12英寸硅片为未来突破关键

目前国内硅片产业链基本已布局较为完善，但整体国产化率仍偏低，其中硅片制造设备中单晶炉国产化率较高，耗材中多晶硅国产化率较高，其余则均处于海外进口阶段；硅片生产阶段目前6英寸及以下硅片国产化率较高，8英寸硅片国产化率水平较低，其中外延片略高于抛光片，12英寸硅片则处于刚实现“从0-1”突破的阶段，未来国产替代空间较大。

图：硅片产业图谱

2. 国内12英寸硅片产能不断扩建，未来有望加速实现国产替代

我国12英寸半导体硅片发展较晚，2018年沪硅产业子公司上海新昇率先成为实现国产12英寸硅片规模化销售的企业，打破了我国12英寸硅片国产化率几乎为零的局面。目前拥有12英寸硅片生产能力的公司包括沪硅产业、中环股份、立昂微、西安奕斯伟、中欣晶圆等，并且多家8英寸及以下硅片厂商开始布局12英寸大硅片项目。下游晶圆厂需要先对硅片产品进行认证，才会将该硅片制造企业纳入供应链，一旦认证通过则不会轻易更换供应商，因此对于国内硅片厂商而言，新增产能是切入下游晶圆厂、加速国产替代的关键。

图：中国大陆12英寸硅片产能

风险提示：下游晶圆厂扩产延迟、海外产能超预期扩建、国产化验证进度不及预期。

资料来源：中金公司、华安证券

（文中所提个股仅为历史，不构成投资建议，基金投资需谨慎）

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