1. 半導體矽片：半導體材料之最大宗產品
1.1 矽片：半導體產業重要基礎材料
半導體矽片行業處於產業鏈的上遊，是半導體材料中最為大宗的品類，為半導體行業發 展提供基礎支撐。矽材料因其具有單方向導電特性、熱敏特性、光電特性、摻雜特性等 優良性能，可以生長為大尺寸高純度晶體，且儲量豐富、價格低廉，故成為全球應用最 廣泛、最重要的半導體基礎材料。矽片是製造晶片的基本襯底材料，也是唯一貫穿各道 晶片前道製程的半導體材料，目前全球半導體市場中，90%以上的晶片和傳感器都是基於 矽材料製造而成。
半導體矽片在半導體製造材料中銷售額佔比最高，產業地位處於核心位置。半導體製造 材料主要包括矽片、電子氣體、光掩膜、光刻膠配套化學品、拋光材料、光刻膠、溼法 化學品與濺射靶材等。根據 SEMI 統計，2018 年矽片、電子氣體、光掩膜、光刻膠配套 化學品的銷售額分別為 120.98 億美元、42.73 億美元、40.41 億美元、22.76 億美元，分別 佔全球半導體製造材料行業 36.64%、12.94%、12.24%、6.89%的市場份額，其中半導體 矽片銷售額佔比最高，為半導體製造的核心材料。
按半導體矽片應用場景劃分，矽片主要可分為正片、陪片。正片可直接用於晶圓製造， 而陪片又按功能分為測試片（Test Wafer）、擋片（Dummy Wafer）和控片（Monitor Wafer）。
測試片主要用於實驗及檢查等用途，也用於製造設備投入使用初期以提高設備穩定性； 擋片用於新產線調試以及晶圓生產控制中對正片的保護；控片多用於正式生產前對新工 藝測試、監控良率，同時為監控正式生產過程中的工藝精度及良率，需要在晶圓正片生 產過程中插入控片增加監控頻率。
擋片和控片一般是由晶棒兩側品質較差段切割出來。另外，部分擋控片可重複使用。由 於擋控片作為輔助生產使用且用量巨大，晶圓廠通常會回收用過的擋片，經研磨拋光， 重複使用數次；而控片則需具體情況具體對待，用在某些特殊製程的控片無法回收使用， 可以回收重複利用的擋控片又被稱為可再生矽片。
1.2 半導體矽片加工流程長，單晶矽生長技術尤為關鍵
半導體矽片的生產流程較長，涉及工藝較多。半導體拋光片生產環節包含了拉晶、滾圓、 切割、研磨、蝕刻、拋光、清洗等工藝；半導體外延片生產過程主要為在拋光片的基礎 上進行外延生長；SOI 矽片主要採用鍵合或離子注入等方式製作。半導體矽片每一個工藝 環節均會影響產成品的質量、性能與可靠性。
目前工業上生產單晶矽通常採用的是直拉法（CZ 法），它是製造單晶矽的一種重要方法， 當今 90％以上的單晶矽都是用直拉法生產的。此外，區熔法也是製造單晶矽的另一種方 法，其最大需求來自於功率半導體器件。
（1）直拉法
直拉法簡稱 CZ 法。CZ 法的特點是在一個直筒型的熱系統匯總，用石墨電阻加熱，將裝 在高純度石英坩堝中的多晶矽熔化，然後將籽晶插入熔體表面進行熔接，同時轉動籽晶， 再反轉坩堝，籽晶緩慢向上提升，經過引晶、放大、轉肩、等徑生長、收尾等過程，得 到單晶矽。這種技術能夠實現低微缺陷單晶生長，可以有效的控制晶體的微缺陷密度， 提高晶體質量以滿足各技術節點對矽片的技術要求，有效的控制晶體中的雜質含量，最 大程度降低對操作工人的依賴，保證拉制晶體質量的重複性、穩定性和一致性，同時提 高產出良率，降低單晶生長成本。
（2）區熔法
區熔法簡稱 FZ 發，是利用多晶錠分區熔化和結晶半導體晶體生長的一種方法，利用熱能 在半導體棒料的一端產生一熔區，再熔接單晶籽晶。調節溫度使熔區緩慢地向棒的另一 端移動，通過整根棒料，生長成一根單晶，晶向與籽晶的相同。
根據製造工藝分類，半導體矽片主要可以分為拋光片、外延片與以 SOI 矽片為代表的高 端矽基材料。單晶矽錠經過切割、研磨和拋光處理後得到拋光片。拋光片經過外延生長 形成外延片，拋光片經過氧化、鍵合或離子注入等工藝處理後形成 SOI 矽片。
根據摻雜程度的不同，半導體矽片主要分為輕摻矽片和重摻矽片。對於矽拋光片，可分 為輕摻矽拋光片和重摻矽拋光片，摻雜元素的摻入量越大，矽拋光片的電阻率越低。輕摻矽拋光片廣泛應用於大規模集成電路的製造，也有部分用作矽外延片的襯底材料。重 摻矽拋光片一般用作矽外延片的襯底材料。對於矽外延片，根據襯底片的摻雜濃度不同， 分為輕摻雜襯底外延片和重摻雜襯底外延片。前者通過生長高質量的外延層，可以提高 CMOS 柵氧化層完整性、改善溝道漏電、提高集成電路可靠性，後者結合了重摻雜襯底 片和外延層的特點，在保證器件反向擊穿電壓的同時又能有效降低器件的正向功耗。
2. 5G、數據中心、汽車電子驅動矽片需 求成長，12 英寸矽片佔比逐年提升
2.1 半導體矽片需求穩步增長
半導體材料可以分為晶圓製造材料和封裝材料，2019 年全球半導體材料市場規模為 521 億美元，同比下降 1.1％；2020 年全球半導體材料市場將略有增長，達到 529.4 億美元， 預計明年在下遊需求復甦的帶動下，市場規模將達到 563.6 億美元，同比增長 6.46%，其 中大陸市場規模將突破 100 億美元，將超過韓國位居第二。
晶圓製造材料是半導體材料主要構成部分，隨著先進位程的不斷發展，半導體製造材料 的消耗量逐漸增加。據 SEMI 統計，晶圓製造材料市場銷售額從 2013 年的 227 億美元增長到2019 年的 328 億美元，年複合增長率為 6.33%。
在半導體製造材料中，矽片是上遊材料佔比最大的部分，2019 年矽片佔全球半導體製造 材料行業 37.28%。2014 年至今，在通信、計算機、汽車產業、消費電子等應用領域需求 帶動以及人工智慧、物聯網等新興產業的崛起，全球半導體矽片市場規模呈現上升趨勢， 矽片營收從 2014 年的 76 億美元提高至 2018 年的 114 億美元，2019 年度出現小幅回落。
從矽片的出貨面積來看，2019 年由於半導體市場需求下滑，矽片出貨面積 117 億平方英 寸，同比下滑 6.9%，預計今年全球晶圓出貨量去年增長 2.4%，明年將延續增長趨勢，增 速可望擴大至 5%，有望在 2022 年創新高。
從國內情況來看，自 2014 年以來，我國半導體矽片市場規模呈穩定上升趨勢。根據 IC Mtia 統計，2018 年中國半導體矽片市場需求為 172.1 億元，預計 2019 年的市場需求將分別達 到 176.3 億元，2014 年至 2019 年的複合增長率為 13.74%，國內市場需求增速高於全球平 均水平。
2.2 5G、數據中心、汽車電子驅動矽片需求成長
從矽片的下遊應用結構來看，主要下遊應用包括手機、伺服器、PC、汽車等，以 12 英寸 矽片為例，其中智慧型手機、伺服器、PC 佔比分別為 32%、18%、20%，汽車佔比 5%。
從全球智慧型手機市場來看，2020 年由於受到新冠疫情的影響，預計 2020 年全球智慧型手機 市場出貨量將下降 11.9%，總出貨量為 12 億部。在 5G 手機的帶動下，預計全球智能手 機市場將迎來強勁復甦，2021 年出貨量同比增速可達 10%。2020 年全球 5G 手機出貨量 2 億部，預計 2021、2022 年可達 5 億、7.5 億臺，同比增速分別為 150%、50%。
與 4G 手機相比，5G 手機對存儲、AP、CIS 的需求均有較大提升，帶動了單部手機矽含 量的提升。總體來看，單部 5G 手機對 12 英寸矽片的需求量相比 4G 手機提高了 70%， 隨著 5G 手機需求的爆發增長，有望帶動矽片需求大幅提高。
在伺服器市場方面，隨著雲計算、大數據、人工智慧、物聯網等熱門技術的大規模應用， 全球數據流量將迎來爆發增長，預計將從 2019 年的 201EB/月增長至 2022 年的 396EB/ 月，將近翻倍增長。
全球數據流量的爆發將帶動數據中心領域邏輯、存儲晶片的需求提高，從而推動上遊矽 片行業的需求成長，2019 年數據中心對矽片需求量約 75 萬片/月，預計 2024 年超過 150 萬片/月。
與傳統的燃油車相比，電動汽車半導體用量有大幅提高，其中功率半導體用量提升最大。 傳統的燃油車單車功率半導體用量只有 71 美元，輕混車（MHEV）、混動車/插電混動車 （HEV/PHEV）、純電動車（BEV）中功率半導體的單車平均成本為 90 美元、305 美元， 350 美元，較傳統汽車分別提高了 27%、330%、393%，佔半導體成本的比例分別 16.9%、 38.8%、45.2%。
目前，全球汽車市場正在經歷由傳統燃油車向電動汽車過渡的階段，電動車滲透率快速 提升，預計 2023 年電動車（含輕混、混動車/插電混動車、純電動）滲透率將突破 25%， 2027 年將突破 50%。
電動車的快速發展將帶動汽車半導體市場需求的快速提高，預計 2019~2024 年全球車用 IC 市場銷售額年複合成長率高於其他 IC 終端應用市場，並且 2024 年車用 IC 銷售額佔比 攀升至 9.7%。
2.3 8 英寸矽片需求穩定增長，12 英寸矽片佔比逐年提升
半導體矽片的尺寸按直徑計算主要包含 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、 6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）與 12 英寸（300mm）等規格。矽片尺寸越大，在 單片矽片上製造的晶片數量就越多，單位晶片的成本隨之降低，隨著摩爾定律的推進， 向大尺寸演進是半導體矽片製造技術的發展方向。
目前，全球市場主流的產品是 8 英寸、12 英寸直徑的半導體矽片，12 英寸矽片的主要應 用在邏輯和存儲晶片，全球先進位程的不斷推進帶動了 12 英寸矽片需求持續增長，自 2000 年全球第一條 12 英寸矽片晶片製造生產線建成以來，12 英寸半導體矽片逐漸成為 全球矽片市場的主流產品。得益於移動通信、計算機等終端市場持續快速發展，300mm 半導體矽片出貨面積從 2000 年的 9400 萬平方英寸擴大至 2018 年的 80 億平方英寸，市場份額從 1.69%大幅提升至 2018 年的 63.83%，成為半導體矽片市場最主流的產品，預計 到 2020 年將佔市場的 75%以上。
在模擬晶片、傳感器及功率器件等領域，用 8 英寸矽片製作成本最低。近幾年來，得益 於下遊需求的持續增長，8 英寸（200mm）半導體矽片出貨量呈現逐年穩定上升趨勢。
從晶圓廠的資本開支計劃來看，未來主要投資集中在 12 英寸廠，預計從 2020 年至 2024 年之間，晶片行業將新增至少 38 家 12 英寸晶圓廠，其中中國臺灣將新增 11 家晶圓廠， 中國大陸將新增 8 家，大陸的 12 英寸晶圓產能佔比將從 2015 年的 8%提高到 2024 年的 20%。隨著全球 12 英寸晶圓廠的投產以及產能釋放，將帶動全球 12 英寸矽片需求進一步 成長，佔比有望進一步提升。
3. 兼併購浪潮打造全球五大矽片巨頭，本土廠商百舸爭流勇進者勝
3.1 全球半導體矽片廠商集中度高，規模優勢提升行業盈 利水平
2018 年全球半導體矽片行業銷售額合計為 120.98 億美元。其中，行業前五名企業的市場 份額分別為：日本信越化學市場份額27.58%，日本SUMCO市場份額24.33%，德國Siltronic 市場份額 14.22%，中國臺灣環球晶圓市場份額為 16.28 %，韓國 SK Siltron 市場份額佔比 為 10.16%。中國大陸矽產業集團佔全球半導體矽片市場份額 2.18%。
由於半導體矽片行業具有技術難度高、研發周期長、資金投入大、客戶認證周期長等特 點，全球半導體矽片行業進入壁壘較高，行業集中度高。2018 年，全球前五大半導體矽 片企業信越化學、SUMCO、Siltronic、環球晶圓、SK Siltron 合計銷售額 740.35 億元，佔 全球半導體矽片行業銷售額比重高達 93%。
① 信越化學（4063.T）
信越化學是全球排名第一的半導體矽片製造商，是日本著名的化學品公司。信越化學設 立於 1926 年，為東京證券交易所上市公司，主營業務包括 PVC（聚氯乙烯）、有機矽塑料、纖維素衍生物、半導體矽片、磷化鎵、稀土磁體、光刻膠等產品的研發、生產、銷 售。信越化學採取多元化發展戰略，在多個產品領域均全球領先。1999 年，信越化學並 購 Hitachi 的矽片業務，半導體矽片份額進一步提升。信越化學於 2001 年開始大規模量 產 300mm 半導體矽片，半導體矽片產品類型包括 300mm 半導體矽片在內的各尺寸矽片 及 SOI 矽片。
②SUMCO（3436.T）
SUMCO 是全球排名第二的半導體矽片製造商，專注於半導體矽片業務，為東京證券交易 所上市公司，主要產品包括 100-300mm 半導體矽片與 SOI 矽片。1999 年，住友金屬工業 株式會社、三菱材料株式會社和三菱矽材料株式會社合資成立了具有 300mm 矽片生產能力的矽晶圓聯合製作所，2002 年從住友金屬工業公司收購矽片業務，並與三菱材料矽業公司合併，2005 年正式更名為 SUMCO。2006 年 SUMCO 收購日本小松金屬製作所後， 市場份額進一步擴大。
② 環球晶圓（6488.TWO）
環球晶圓是全球第三大半導體矽片製造商，主要經營地在中國臺灣，是一家臺灣證券櫃 臺買賣市場掛牌的企業。環球晶圓專注於半導體矽片業務，主要產品有矽錠、50-300mm 矽片。1981 年，中美矽集團在臺灣新竹科學工業園區成立，2011 年將半導體事業部分拆 後環球晶圓正式成立。環球晶圓於 2016 年收購了專注於 SOI 矽片與外延片製造的 SunEdison Semiconductor Limited、FZ（區熔）矽片產品主要供應商 Topsil Semiconductor Materials A/S 半導體事業部，從而成為全球第三大矽片製造商。
④Siltronic AG（WAF.F）
Siltronic 是全球排名第四的半導體矽片製造商，主營經營地在德國，於 2015 年在法蘭克 福證券交易所上市。公司主要產品包括 125-300mm 半導體矽片。Siltronic 專注於半導體 矽片業務，從 1953 年開始從事半導體矽片業務的研發工作，1998 年實現 300mm 半導體 矽片的試生產，2004 年 300mm 半導體矽片生產線投產。
⑤SK Siltron（未上市）
SK Siltron 是全球第五大半導體矽片製造商，主要經營地在韓國。SK Siltron 前身 LG Siltron 設立於 1983 年，1996 年建成 200mm 半導體矽片生產線，2002 年建成 300mm 半導體矽 片生產線，是 LG 集團下專門製造半導體矽片的企業。2017 年 LG Siltron 被 SK 集團收購， 公司更名為 SK Siltron，成為全球第五大矽片企業。
全球半導體矽片供應商集中在東亞與歐洲地區，其中日本廠商信越與 SUMCO 合計佔比 超過 50%，日本地區以半導體設備與材料佔據半導體全球分工體系中重要一環。環球晶 圓受益臺灣臺積電代工模式崛起，SK Siltron 背靠韓國存儲大廠，在半導體矽片廠商的整 合潮流中做大做強。Siltronic 脫胎於德國 Wacker 與三星在新加坡的合資公司，面向歐洲 英飛凌、恩智浦、意法半導體等 IDM 大廠客戶，在全球半導體矽片市場中取得穩固份額。
全球半導體矽片主要供應商在 1998 年超過 25 家，經過 20 多年的收購兼併，逐漸形成前 五家供應商份額超過 90%的寡頭市場格局。半導體矽片市場行業壁壘主要體現在四個方面：1）技術壁壘。半導體矽片行業是一個技術高度密集型行業，其核心工藝包括單晶工 藝、成型工藝、拋光工藝、外延工藝等，技術專業化程度頗高。在矽片尺寸增大以及先 進位程升級過程中，對技術與工藝要求更高。2）資金壁壘。半導體矽片行業是一個資金 密集型行業。要形成規模化、商業化生產，所需投資規模巨大，如一臺關鍵生產設備價 值就達數千萬元人民幣，大尺寸矽片生產線的投資規模更是以十億元計，進入該行業的 企業需要具有雄厚的資金實力。3）人才壁壘。半導體矽片的研發和生產過程較為複雜， 涉及固體物理、量子力學、熱力學、化學等多學科領域交叉，因此需要具備綜合專業知識和豐富生產經驗的複合型人才。4）認證壁壘。鑑於半導體晶片的高精密性和高技術性， 晶片生產企業對於半導體矽片的質量要求極高，因此對於半導體矽片供應商的選擇相當 謹慎，並設有嚴格的認證標準和程序。後進企業要進入主流晶片生產企業的供應商隊伍， 除了需要通過業內權威的質量管理體系認證以外，還需要經過較長時間的採購認證程序。
對於半導體矽片廠商而言，研發難度、資金與人才高投入、認證周期長等因素對新進入者造成了較高門檻。而一方面，龍頭廠商需要通過併購或擴產取得規模優勢以降低固定 成本；另一方面，龍頭廠商通過兼併購提升市場集中度，增強議價能力。
從行業龍頭近年盈利水平來看，在 2016 年行業整體毛利率水平維持在 20%左右，處於較 低水平。2017 與 2018 年受益中國大陸半導體產能達擴張急劇拉升晶圓廠備庫存需求，疊 加規模效應與折舊降低成本，矽片廠商毛利率大幅提升，Siltronic 2018 年毛利率高達 43.4%。2019 年上半年半導體行業整體處於低谷期，晶圓廠產能利用率不足，需求疲軟導 致矽片廠商整體毛利率下降。長遠來看，半導體矽片行業集中度預計維持高位水平，龍 頭地位相對穩固，並持續受益 5G、汽車電子、在線辦公等半導體行業需求拉動。
3.2 本土半導體矽片廠商百舸爭流，立足本土走向世界
隨著本土晶圓製造產能加速擴張，本土半導體矽片廠商陸續加大投資攻堅半導體矽片市 場。據不完全統計，目前中國有數十家公司官宣介入 12 英寸大矽片產業，但由於 12 英 寸矽片多用於先進位程，對雜質、晶格缺陷等要求極高，本土廠商規模較小或處於研發 階段；此外，長晶過程對單晶爐要求嚴苛，成熟 12 英寸長晶爐多採用進口，本土廠商與 海外成熟技術仍具有一定差距，給我國半導體矽片行業發展帶來一定阻力與挑戰。而隨 著本土 12 英寸晶圓廠數量增多以及產能擴張，將給本土矽片企業提供更多聯合研發與測 試機會，有望加速本土矽片企業導入晶圓廠。
本土半導體矽片廠商中上市企業包括滬矽產業（上海新昇、新傲）、立昂微（金瑞泓）、 中環股份，已申報科創板企業有上海合晶。四家企業營收規模均在十億元左右，與全球 行業龍頭仍具有很大差距。2019 年，滬矽產業、立昂微半導體矽片業務、中環股份半導 體材料業務與上海合晶的收入規模分別為 14.9 億元、7.6 億元、11.0 億元、與 11.1 億元。 其中滬矽產業 300mm 矽片業務貢獻收入 2.15 億元，其他三家廠商以 200mm 及以下矽片 為主。
盈利能力方面，滬矽產業近年大力投入 12 英寸矽片研發與擴產，產線折舊壓力較大，拉 低整體毛利率。立昂微主攻 8 英寸重摻片，產品毛利率較高，疊加規模效應以及寧波工 廠折舊壓力下降，近年毛利率水平大幅提升，2019 年半導體矽片業務毛利率達 47.63%， 行業領先。整體而言，本土半導體矽片廠商仍處於投入期，盈利能力相比海外龍頭廠商 具有較高提升空間。此外，受益近年大陸地區半導體晶圓製造產能擴產速度全球領先， 本土半導體矽片廠商在產業支持、資金配套、政策傾斜等多個方面享有優勢，有望立足 本土晶圓製造客戶，打造全球性半導體矽片製造企業。
4. 重點企業分析（詳見報告原文）
4.1 滬矽產業：國內大矽片龍頭，持續擴充 12 英寸矽片產能
4.2 立昂微：矽片產能持續擴張，國產替代有 望加速
4.3 中環股份：半導體&光伏雙輪驅動，盈利 能力穩步增強
4.4 上海合晶：國內矽外延片龍頭，募集資金 加速擴展進程
……
（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：長城證券）
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