硅片国产替代风起_

1.半导体硅片：不可或缺的制造基础

1.1. 硅片：占比最高的半导体材料

半导体材料在半导体产业链上游，半导体硅片是芯片制造的核心材料之一。芯片制造厂通过将硅片进行光刻、刻蚀、薄膜沉积等工艺加工，再经由封测厂进行封装测试制成半导体器件。

根据 SEMI 数据，全球半导体材料市场规模在2021年达到643亿美元，创历史新高，同比增长15.9%。其中，硅片为半导体材料的核心，约占整体半导体材料市场比重的33%。

根据摩尔定律，集成电路上的晶体管数量，每隔 18 个月就提升一倍，对应集成电路性能增强一倍，成本下降一半。半导体硅片的直径越大，在单片硅片上可以制造的芯片数量就越多，单位成本亦随之降低。由于大尺寸硅片的利用率更高，硅片尺寸持续向大尺寸发展，由 1970 年的 50mm（2 英寸），发展到 1980 的 100mm（4 英寸），到 2000 年以后主流尺寸向 300mm（12 英寸）发展。

图表 3：半导体硅片技术演进

硅片的尺寸越大，对应可产出的芯片数量就越多，也更利用成本的下降，目前市场主流尺寸为 8 英寸以及 12 英寸硅片，根据 SEMI 数据，2020 年 12 英寸已成为市场主流产品，占比达到 67.2%，与 8 英寸硅片合计占比达到 90%以上。

二代、三代半导体材料的发展没有对硅片在半导体领域的地位造成影响。

常见的半导体材料包括以硅、锗等单元素材料为代表的，奠定微电子产业基础的第一代半导体，以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）等化合物材料为代表的第二代半导体，以及以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带化合物材料为代表的第三代半导体。

第二代半导体材料有较好的电子迁移率和带隙宽度，在微电子和光电子领域、微波功率器件、激光器、二极管等领域应用较广。

第三代半导体材料相比第一代半导体材料，拥有更高的禁带宽度、更大的饱和电子漂移速度、更高的热导率和击穿电场强度等特性，在高温、高压、高频、高功率领域得到广泛应用，更符合新能源汽车、光伏、风电、高铁等高压可靠性领域要求高的领域。

图表 6：半导体衬底材料

硅基半导体材料目前仍是产量最大、应用最广的半导体材料，在集成电路、部分中低压功率分立器件等应用领域仍然占据主流，95%的半导体产品是用硅基材料制作的。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，储量丰富且易于取得。

1.2. 半导体硅片生产流程

硅材料来源广泛，将沙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到 99.9999999%-99.999999999%（9N-11N）的超纯材料用于制作。超纯多晶硅在石英坩埚中熔化，并掺入硼、磷等元素改变导电能力，放入籽晶确定晶向，经过单晶生长，制程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、磷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、键合、清洗等工艺步骤，制造成为半导体硅片。

拉单晶是将多晶硅制成单晶硅锭的工序，也是硅片生产流程中的重要一环，主要制备工艺为直拉法和区熔法。

直拉法（CZ 法）又称为切克劳斯基法，工艺成熟且容易生长出大直径单晶硅，特点是在一个直筒型的热系统汇总，通过石墨电阻加热将多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，将旋转的籽晶下降与熔体浸润接触，并逐步提升完成拉晶。

区熔法（FZ 法）利用热能在棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。

调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。在整个加工过程中，硅棒不与任何容器接触，避免了坩埚对材料的污染，主要用于制备高纯度的晶体。

单晶硅锭在经过加工、切片、研磨、刻蚀、抛光等制程后，制成抛光片，再经过外延生长或氧化、缝合等工序可分别得到外延片或 SOI（绝缘体上硅片）。

抛光片用量最大，同时抛光片也是外延片、SOI 的衬底材料，被广泛应用于存储芯片与功率器件。

外延是在抛光片的表面生长或沉积电阻率不同的单晶薄膜的方法。不同的单晶薄膜给予外延片具备不同的电学特性。

按照衬底和外延层材料，可以分为同质外延和异质外延。外延层为同种材料生长即为同质外延，比如硅基外延硅，在不同材料生长外延即为异质外延，比如硅基氮化镓。

化学气相沉积 CVD 生长方法在化合物半导体广泛应用，另外分子束外延 MBE、金属有机化学气相沉积 MOCVD 等也成为重要的外延生长方式。外延片缺陷密度较低，通常用于制作处理器芯片、CIS、IGBT 等。

SOI 是一种呈三明治结构的硅材料，在两层硅的中间夹一层二氧化硅。二氧化硅是绝缘体，通过绝缘层可以实现全介质隔离，大幅减少硅片的寄生电容和漏电现象，消除闩锁效应。SOI 硅片具有寄生电容小、短沟道效应小、低压低功耗、集成密度高、抗辐射性好等特点，SOI 硅片的特性使其更适用于如射频前端、功率、传感器、硅光器件等产品。（报告来源：远瞻智库）

2. 半导体硅片市场需求

根据 Gartner 统计数据，2021 年全球半导体市场规模达到 5950 亿美元，同比增长 26.3%，创历史新高。受益于下游消费电子、数据中心、汽车电子、物联网等市场的旺盛需求，预计 2022 年半导体市场规模有望同比增长 13.6%，达到 6760 亿美元。

下游需求带动的半导体市场规模的持续增长也推动半导体硅片出货量持续走高，根据 SEMI 数据，2022Q1 全球半导体硅片出货面积达到 36.79 亿平方英寸，环比 2021Q4 微增 0.93%，同比增长 10.25%。2022Q1 出货面积超越 2021Q3 创下历史最高记录。

根据 SEMI 统计，2016 至 2021 年，全球半导体硅片（不含 SOI）销售额从 72.09 亿美元上升至 126.18 亿美元，CAGR 达到 11.85%。

根据 SIA 数据显示，2021 年 PC/计算机、通讯、汽车为半导体下游核心应用领域。PC/计算机（包括服务器等）占整体半导体 31.5%，通讯（包括智能手机等）占到整体半导体市场的 30.7%，汽车市场占到整体的 12.4%。

根据 SUMCO 预计，线上办公、云业务、自动驾驶、元宇宙等应用将显著带动全球数据量的由 2021 年的 13ZB/年快速增长至 2025 年的 160ZB/年，CAGR 达到 84%。

数据量的持续增长也将带动半导体硅片市场需求的持续提升，包括智能手机、数据中心、AI 等领域的增长都将带动半导体硅片的需求持续增长，预计到 2025 年 12 英寸半导体硅片的需求将达到 1000 万片/月，2021-2025 年 CAGR 为 10.2%。

近年来，虽然全球手机出货量增长放缓，但是全球 5G 渗透率保持持续提升。根据 Counterpoint 数据显示，近期全球智能手机 5G 渗透率已超过 50%。

5G 对比 4G 智能手机的提升带动了智能手机对半导体需求的提升。

根据 SUMCO 数据显示，5G 在数据传输效率的提升带动了数据量的增长也使得智能手机逻辑、存储等芯片性能的提升，推动智能手机领域对 12 英寸硅片的需求量增长。SUMCO 预计 2021-2025 年智能手机对 12 英寸硅片的需求年化增速为 9.4%，2025 年将超过 300 万/月。

图表 19：智能手机对硅片的需求

3. 海外厂商主导硅片市场，国产替代空间广阔

3.1. 行业壁垒深厚，海外头部厂商集中度高

半导体硅片作为集成电路关键材料，具有技术壁垒高、研发周期长、资金投入大、下游验证周期长等特点，市场集中度较高。全球半导体硅片市场主要被日本、德国、韩国、中国台湾等国家及地区的知名企业占据。

全球头部硅片企业包括日本信越化学 ShinEtsu、日本胜高 SUMCO、中国台湾环球晶圆、德国世创 Siltronic 和韩国 SK Siltron 五大企业，根据中金企信国际咨询数据，2020 年硅片行业 CR5 达到 86%以上。

为了应对下游饱满的需求，头部企业近期均宣布扩产计划。

日本信越化学 ShinEtsu 在 2022 年 2 月表示，预计投资超过 800 亿日元，约合 6.2 亿美元进行扩产以进一步扩大业务规模满足下游市场需求，目标在 2025 年之前完成产能扩张项目并开始运营。

日本胜高 SUMCO 计划投资 20 亿美元扩产 12 英寸硅片产能，其中 18 亿美元用于佐贺县现有设施附近的新制造工厂，建设于 2022 年开始，2023 年下半年首次投产，2025 年全面投产。

中国台湾环球晶圆在未达成收购 Siltronic AG 后，计划在 2022-2024 年投资 1000 亿新台币，约 36 亿美元进行扩产，新产线预计将在 2023 年下半年爬坡。

德国世创 Siltronic 在 2021Q3 计划，到 2021 年资本支出将由 2.5 亿欧元增长至 4 亿欧元左右。到 2024 年底，公司计划投资约 20 亿欧元，约合 21 亿美元用于扩产。

韩国 SK Siltron 计划投资 1 万亿韩元，约合 8.07 亿美元，以在 2024 年上半年扩大其硅晶圆产能。

头部硅片厂商新增产能预计在 2023 年后开始陆续释放。根据 SUMCO 的预期，全球 12 英寸硅片供给产能仍然紧张，2022-2025 年市场需求超过供给。

3.2. 大陆厂商产能持续提升，国产替代加速

随着近年来中国半导体产业链的崛起，中国半导体硅片市场规模快速增长，根据 SEMI 统计，2021 年中国半导体硅片销售额达到 16.56 亿美元,2016-2021 年 CAGR 达到 27.08%，远超同期全球半导体硅片增速。随着政策扶持和技术的不断突破，对应中国半导体硅片的市场规模也将保持高速增长。

图表 23：中国半导体硅片市场规模

中国大陆半导体硅片企业在技术与规模上对比国际主要半导体硅片供应商仍存在一定差距。2017 年以前，12 英寸尺寸硅片几乎全部依赖进口。2018 年，沪硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先实现 12 英寸硅片规模化销售的企业，打破 12 英寸半导体硅片国产化率几乎为零的局面。

包括沪硅产业、立昂微、中环股份等大陆半导体硅片企业均持续扩大产能来应对下游旺盛需求且不断提升国产化渗透率。

根据 IC insights 数据，2018 年中国硅片产能为 243 万/月（等效 8 英寸），中国大陆产能占全球产能的 12.5%，预计 2022 年中国大陆产能将达到 410 万/ 月，占全球产能的 17.15%，2018-2022 年 CAGR 为 22.93%。

我们认为一方面全球硅片产能紧张格局短期难以出现明显缓解，国产硅片厂商的技术提升以及产能的持续扩充势必有效提高国产硅片市占率。此外，考虑到客户关系、配套服份额提升。

4. 行业公司

4.1. 沪硅产业（688126）：中国大陆规模最大的半导体硅片制造企业之一

沪硅产业专注于半导体硅材料产业及其生态系统发展，集团坚持一二三战略，一站式硅材料服务商，包括大尺寸硅、SOI 特色硅两个材料平台，自我创新发展、对外合作并购、建立生态体系的三条路径，提升中国半导体硅片产业综合竞争力，夯实中国集成电路产业发展基础，建立具有国际竞争力的半导体材料服务平台。

公司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，也是中国大陆率先实现 300mm 半导体硅片规模化销售的企业。公司提供的半导体硅片产品类型涵盖 300mm 抛光片及外延片、 200mm 及以下抛光片、外延片以及 200mm 及以下的 SOI 硅片。

产品主要应用于存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片、功率器件、传感器、射频芯片、模拟芯片、分立器件等领域 2018-2021 年公司营收符合增长率达到 34.67%，2021 年公司实现营收 24.67 亿元，总比增长 36.19%。近年来公司 300mm 半导体硅片在整体收入占比持续提升，2021 年 300mm 半导体硅片占比达到 28.61%，贡献业务增量。

近年来公司毛利率开始回升，2020 年公司毛利率为 13.10%，随着公司产能利用率、产品良率的持续提升，2022Q1 公司毛利率已上升至 21.19%。公司期间费用率整体呈下降趋势，近年来管理费用率、销售费用率下降幅度较大。

研发费用率保持在 5%上下，公司是是“产、学、研一体化”研发模式的践行者，未来将继续实行这一研发模式，继续与教学科研机构紧密合作，在公司改进自身技术的同时，促进中国半导体硅片行业的科学技术进步，提升中国半导体硅片的科研水平。

公司将进一步加大核心产品相关技术的研发投入，在最前沿的单晶生长、切割、研磨、抛光、外延与 SOI 技术方面继续追赶国际先进水平。

图表 28：沪硅产业利润率情况（%）图表 29：沪硅产业费用率情况（%）

公司拥有众多国内外知名客户，包括台积电、联电、格罗方德、意法半导体、Towerjazz 等国际芯片厂商以及中芯国际、华虹宏力、华力微电子、长江存储、武汉新芯、长鑫存储、华润微等国内主要芯片制造企业，客户遍布北美、欧洲、中国、亚洲其他国家或地区。

截止 2021 年，子公司上海新昇 300mm 半导体硅片产能已完成 30 万片/月的安装建设，并启动新增 30 万片/月的扩产建设；子公司新傲科技和 Okmetic 200mm 及以下抛光片、外延片合计产能超过 40 万片/月；子公司新傲科技和 Okmetic 200mm 及以下 SOI 硅片合计产能超过 5 万片/月。

4.2. 立昂微（605358）：半导体硅片、功率器件、化合物半导体射频芯片协同发展

公司主营业务包含半导体硅片、半导体功率器件、化合物半导体射频芯片三大板块，其中子公司浙江金瑞泓、衢州金瑞泓及金瑞泓微电子为半导体硅片行业的领军企业、重掺硅片领域龙头企业，产品覆盖 6-12 英寸半导体硅抛光片和硅外延片。

子公司立昂东芯为化合物半导体射频芯片领域先锋企业，6 英寸砷化镓微波射频芯片的产能规模和工艺技术水平位居国内第一梯队。半导体功率器件业务主要产品为 6 英寸肖特基芯片、6 英寸 MOSFET 芯片及 6 英寸 TVS（瞬态抑制二极管）芯片。

公司 2018-2021 年营收复合增长率达到 27.6%，2021 年公司整体营收达到 25.41 亿元，同比增长 69.17%。公司 2022Q1 营收达到 7.56 亿元，同比增长 63.86%。

近年来公司营收构成上，半导体分立器件芯片占比持续提升，由 2018 年的 28.51% 提升至 2021 年的 40.12%。

近年来公司利润率保持稳定增长态势，6-8 英寸半导体硅片和半导体功率器件产能不断释放，固定成本分摊大幅减少。

2021 年公司毛利率同比提升 9.61pct 达到 44.90%，净利率同比提升 10.18pct 达到 23.63%，2022Q1 公司毛利率更是达到 50.26%，净利率达到 31.47%。

2019-2021 年，公司整体期间费用率持续下降，由 2019 年的 20.88%下降至 2021 年 16.69%，规模效应显著，2022Q1 期间费用率下降至 11.67%，公司财务、管理费用率降幅显著。公司保持高研发投入，2021 年研发费用率同比提升 1.54pct 达到 9.01%。

近年来公司半导体硅片业务增速显著。

2021 年 6 英寸、8 英寸硅片产线长期处于满负荷运转状态，公司特色 6 英寸、8 英寸特殊规格的重掺硅外延片更是供不应求状态。12 英寸硅片规模上量明显，在 2021 年底已达到 180 万片/年产能，技术已覆盖 14nm 以上技术节点逻辑电路，图像传感器件和功率器件覆盖客户所需技术节点且已大规模出货，目前主要销售的产品包括抛光片测试片及外延片正片，同时正在持续开展客户送样验证工作和产销量爬坡。

4.3. 神工股份（688233）：国内领先的半导体级单晶硅材料供应商

公司于 2013 年创立，自公司诞生之日起，神工半导体就秉持“科技创新，技术报国”的宗旨和“专注技术、强调质量、服务客户”的经营理念，专注于集成电路刻蚀用单晶硅材料的研发、生产和销售。

凭借高质量的产品和完善的售后服务，公司在集成电路刻蚀用单晶硅材料领域树立了良好的口碑，已成功进入国际先进半导体材料产业链体系，并确立了行业地位。

经过多年的技术研发和积累，在工艺上追求精益求精、不断攀登行业高峰，公司突破并优化了多项关键技术。

公司所拥有的无磁场大直径单晶硅制造技术、固液共存界面控制技术、热场尺寸优化工艺等技术均已处于国际先进水平。

目前，神工能够以高成品率量产最大Φ475 ㎜（19 英寸）的超大直径半导体级硅单晶材料，电阻率涵盖 70-80Ω·cm，1-4Ω·cm 和

公司 2021 年营收达到 4.74 亿元，同比增长 146.69%，2022Q1 实现营收 1.42 亿元，同比增长 68.39%。公司 2020 年报开始将不同尺寸口径下的硅产品营收合并为单晶硅材料。

图表 34：神工股份营收情况（单位：亿元）图表 35：神工股份收入拆分情况

近年来公司毛利率保持稳定，2021 年公司毛利率为 64.07%，2022Q1 实现毛利率 60.34%。近年来净利率呈下降趋势，2021 年公司净利率为 46.10%，同比下降 6.10pct。

公司整体期间费用率整体保持稳定，研发费用率近年来呈现上升趋势，2021 年公司研发费用率为 7.38%，2022Q1 研发费用率达到 13.57%。

期内公司研发团队还开展了 22 英寸以上半导体硅零部件所需多晶质材料的工艺公关，取得了更多热场优化试验数据，良率持续提升，工艺持续优化。公司管理费用率呈下降趋势，2021 年公司管理费用率为 7.44%，同比下降 4.48pct， 2022Q1 管理费用率下降至 6.33%，管理效率持续提升。

公司扎根于本土半导体产业链，展现出强大的技术延展能力。

2021 年期内，公司刻蚀机用大直径硅材料订单大幅增加，在产品成本、良率、参数一致性等关键指标上，继续提升全球竞争优势。在半导体大尺寸硅片板块，公司已经建成了 8 英寸产能为每月 5 万片的生产线，并提前订购了每月 10 万片的生产设备。

目前，公司低缺陷轻掺硅片的大多数技术指标和良率已经达到或基本接近业内主流大厂的水准；2021 年下半年以来，公司已经开始向某些集成电路制造厂送样认证。

公司基于自身独特技术优势和国内市场需求，选择了其市场需求广阔的“轻掺低缺陷”的产品路线，目前差异化竞争优势正在显现，同时为向 12 英寸硅片制造延伸奠定坚实的基础。

4.4. 中环股份（002129）：致力于半导体和新能源产业

公司集科研、生产、经营、创投于一体，围绕硅材料展开，专注单晶硅的研发和生产。

坚持绿色低碳、可持续发展，致力于半导体节能和新能源两大产业，制造管理上推行自动化、产品创新上实现差异化。

主要产品包括半导体材料、光伏硅片、光伏电池及组件；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、消费电子、轨道交通、新能源汽车、光伏发电、工业控制等产业。半导体材料板块，主要从事半导体硅片的研发、生产和销售，产品涵盖 4-12 英寸全系列抛光片、外延片、退火片等。

产品广泛应用于功率器件、逻辑芯片、存储芯片、模拟芯片、图像处理芯片等领域。光伏硅片板块，主要从事光伏硅片的研发、生产和销售，产品主要包括新能源光伏单晶硅棒、硅片。

光伏电池组件板块，主要从事光伏电池及组件的研发、生产和销售，产品主要包括光伏电池和高效叠瓦组件。

公司 2021 年营收达到 411.06 亿元，同比增长 115.70%，其中来自半导体材料的收入为 20.34 亿元，同比增长 50.61%，占整体营收的 5%。期内公司项目提速，产能规模倍增，产品结构持续优化升级，8-12 英寸抛光片、外延片出货面积同比增长 114%。

公司致力于为客户提供 Total Solution 全面解决方案，坚持特色工艺+先进制成双路径发展，提升核心竞争力。

2022Q1 公司实现营收 133.68 亿元，同比增长 79.13%。公司产能规模持续提升，8-12 英寸硅片产销同比增长 115%以上，环比增长 24%以上，订单交付能力显著提升。

近年来公司整体毛利率基本保持稳定，2021 年公司半导体行业毛利率为 22.79%，同比提升 5.2pct。净利率稳步提升，由 2018 年的 4.6%提升至 2021 年 9.8%。公司费用率方面，整体由 2018 年的 12.98%下降至 2021 年 9.3%，2022Q1 整体费用率为 7.56%。

公司经营规模化优势以及管理效率提升明显，除研发费用率之外公司其他费用率均保持下降趋势，2021 年公司研发投入 25.77 亿元，同比增长 183.38%，占整体营收的 4.52%，2022Q1 公司研发费用率为 4.17%。

公司通过长期自主研发积累和深厚的技术底蕴，陆续完成包括 FZ 超高阻、CZ 超低阻、CZ 超低氧等晶体技术开发，以及寸 EPI、RTP、Ar-Anneal 等晶片加工技术的开发。

目前在 6 英寸及以下产品方面，专注于功率产品领域，基于长期技术、客户积累，成为国内外主流功率器件厂商的重要合作伙伴；在 8 英寸产品方面，技术及量产质量控制能力可对标国际先进厂商；在 12 英寸产品方面，应用于存储及逻辑领域的产品进入增量阶段，应用于特色工艺领域产品已进入规模量产阶段。公司将加速技术研发，保障产品长期竞争力。

2021 年公司内蒙地区二期项目投产，天津地区新工厂完成主体建设，江苏宜兴地区加速项目实施战略。

至 2021 年末公司已形成 6 英寸 50 万/月，8 英寸 75万/月，12英寸17万/月产能，预计到2023年底公司将实现6 英寸及以下 110 万片/月、8 英寸 100 万片/月、12 英寸 60 万片/月的产能目标。