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矽片：半導體產業鏈的「畫布」
矽片概況
常見的半導體材料包括矽（Si）、鍺（Ge）等元素半導體及砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）等化合物半導體。相較於鍺，矽的熔點為 1415℃，高於鍺的熔點 937℃，較高的熔點使矽可以廣泛應用於高溫加工工藝中；矽的禁帶寬度大於鍺，更適合製作高壓器件。相較於砷化鎵，矽安全無毒、對環境無害，而砷元素為有毒物質；並且鍺、砷化鎵均沒有天然的氧化物，在晶圓製造時還需要在表面沉積多層絕緣體，這會導致下遊晶圓製造的生產步驟增加從而使生產成本提高。
矽基半導體材料是目前產量最大、應用最廣的半導體材料，90%以上的半導體產品是用矽基材料製作的。矽在地殼中佔比約 27%，是除了氧元素之外第二豐富的元素，矽元素以二氧化矽和矽酸鹽的形式大量存在於沙子、巖石、礦物中，儲量豐富並且易於取得。通常將 95-99%純度的矽稱為工業矽。沙子、礦石中的二氧化矽經過純化，可製成純度 98%以上的矽；高純度矽經過進一步提純變為純度達 99.9999999%至99.999999999%（9-11 個 9）的超純多晶矽；超純多晶矽在石英坩堝中熔化，並摻入硼（P）、磷（B）等元素改變其導電能力，放入籽晶確定晶向，經過單晶生長，製成具有特定電性功能的單晶矽錠。熔體的溫度、提拉速度和籽晶/石英坩堝的旋轉速度決定了單晶矽錠的尺寸和晶體質量，而熔體中的硼（P）、磷（B）等雜質元素的濃度決定了單晶矽錠的電特性。
單晶矽錠經過切片、研磨、蝕刻、拋光、外延（如有）、鍵合（如有）、清洗等工藝步驟，製造成為半導體矽片。在生產環節中，半導體矽片需要儘可能地減少晶體缺陷，保持極高的平整度與表面潔淨度，以保證集成電路或半導體器件的可靠性。
在半導體矽片上可布設電晶體及多層互聯線，使之成為具有特定功能的集成電路或半導體器件產品，下遊主要包括手機與平板電腦、物聯網、汽車電子、人工智慧、工業電子、軍事太空等領域。
半導體矽片分類
根據尺寸分類，半導體矽片的尺寸（以直徑計算）主要有 50mm（2 英寸）、75mm（3 英寸）、100mm（4 英寸）、150mm（6 英寸）、200mm（8 英寸）與 300mm（12英寸）等規格。
1965 年，戈登摩爾提出摩爾定律：集成電路上所集成的電晶體數量，每隔 18 個月就提升一倍，相應的集成電路性能增強一倍，成本隨之下降一半。對於晶片製造企業而言，這意味著需要不斷提升單片矽片可生產的晶片數量、降低單片矽片的製造成本以便與摩爾定律同步。半導體矽片的直徑越大，在單片矽片上可製造的晶片數量就越多，單位晶片的成本隨之降低。在摩爾定律的影響下，半導體矽片正在不斷向大尺寸的方向發展。矽片的尺寸越大，相對而言矽片邊緣的損失會越小，有利於進一步降低晶片的成本。例如，在同樣的工藝條件下，300mm 半導體矽片的可使用面積超過 200mm 矽片的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產的晶片數量的指標）是 200mm 矽片的 2.5 倍左右。
目前，全球市場主流的產品是 300mm 和 200mm 直徑的半導體矽片。終端應用領域來看，300mm 主要應用在智慧型手機、計算機、雲計算、人工智慧、 SSD（固態存儲硬碟）等較為高端領域，目前出貨面積佔比 60%以上。200mm 矽片主要應用在移動通信、汽車電子、物聯網、工業電子等領域，目前出貨面積 20%以上。
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。
矽片製作流程（略）
半導體矽片的生產流程包括拉晶—>滾磨—>線切割—>倒角—>研磨—>腐蝕—>熱處理—>邊緣拋光—>正面拋光—>清洗—>檢測—>外延等步驟。其中拉晶、研磨和拋光是保證半導體矽片質量的關鍵。
單晶生長技術的重點在於保證拉制出的矽錠保持極高純度水平（純度至少為99.999999999%）的同時，有效控制晶體缺陷的密度。當前製備單晶矽技術主要分為懸浮區熔法（FZ 法）和直拉法（CZ 法）兩種。
下遊應用帶動矽片市場不斷增長
矽片終端應用逐漸多元化
目前手機、計算機等仍是半導體行業終端最大的應用市場。2018 年全球手機和基站、計算機用晶片銷售額分別為 487 億美元、280 億美元，在半導體終端市場的佔比分別為 36%、21%。
據 Gartner 預計，2017-2022 年增速最快的半導體終端應用領域是工業電子和汽車電子，將成為未來幾年全球半導體行業增長最重要的驅動力。其中，工業電子年複合增長率預計可達 12%。隨著工業從規模化走向自動化、智能化，工業與信息化的深度融合、智能製造轉型升級將帶動工業電子需求的增長。汽車電子 2017-2022 年預計複合增長率為 11%。汽車電子的增長主要源於傳統車輛電子功能的擴展、自動駕駛技術的不斷成熟以及電動汽車行業的快速成長。車輛的 ABS（防抱死）系統、車載雷達、車載圖像傳感系統、電子車身穩定程序、電控懸掛、電動手剎、壓力傳感器、加速度計、陀螺儀與流量傳感器等，均需要使用半導體產品，汽車智慧化的趨勢極大地拉動了汽車電子產品的增長。隨著電動汽車的普及與車輛電壓、電池容量標準的不斷提高，電源管理器與分離式功率器件的需求量也將隨之上升。通常情況下，汽車電子晶片使用200mm 及以下拋光片與 SOI 矽片。汽車電子市場規模的擴大將拉動 200mm 及以下拋光片與 SOI 矽片的需求。
未來的爆發式增長將會出現在大數據、雲計算、人工智慧、新能源汽車、區塊鏈等新興終端應用。半導體矽片行業除了受宏觀經濟影響，亦受到具體終端市場的影響。例如 2010 年，全球宏觀經濟增速僅 4%，但由於 iPhone4 和 iPad 的推出，大幅拉動了半導體行業的需求，2010 年全球半導體行業收入增長達 32%。2017 年開始，大數據、雲計算、人工智慧、新能源汽車、區塊鏈等新興終端應用的出現，半導體行業進入了多種新型需求同時爆發的新一輪上行周期。半導體矽片可應用於多個潛在新興終端市場，如汽車電子功率器件、5G 通信設備中的射頻晶片等，有望爆發式增長。
晶片產能投放拉動矽片需求
晶片製造產能情況是判斷半導體矽片需求量最直接的指標。2017 至 2020 年，全球晶片製造產能（折合成 200mm）預計將從 1985 萬片/月增長至 2407 萬片/月，年均複合增長率 6.64%；中國晶片製造產能從 276 萬片/月增長至 460 萬片/月，年均複合增長率 18.50%。近年來，隨著中芯國際、華力微電子、長江存儲、華虹宏力等中國大陸晶片製造企業的持續擴產，中國大陸晶片製造產能增速高於全球晶片產能增速。隨著晶片製造產能的增長，對於半導體矽片的需求仍將持續增長
目前，中國大陸企業的 300mm 晶片製造產能低於 200mm 晶片製造產能。隨著中國大陸晶片製造企業技術實力的不斷提升，預計到 2020 年，中國大陸企業 300mm製造晶片產能將會超過 200mm 製造晶片製造產能。
大矽片市場規模持續發展
全球半導體市場規模近年來增速平穩，2012-2018 年複合增速 8.23%。其中，中國大陸集成電路銷售規模從 2158 億元迅速增長到 2018 年的 6531 億元，複合增速為20.27%，遠超全球其他地區，全球半導體產業加速向大陸轉移。集成電路一般分為設計、製造和封測三個子行業，在製造和封測行業中，均需要大量的半導體新材料支持。2018 年全球半導體材料市場產值為 519.4 億美元，同比增長 10.68%。其中晶圓製造材料和封裝材料分別為 322 億美元和 197.4 億美元，同比+15.83%和+3.30%。
2018年，在市場產值為 322 億美金的半導體製造材料中，大矽片、特種氣體、光掩模、CMP材料、光刻膠、光刻膠配套、溼化學品、靶材分別佔比 33%、14%、13%、7%、6%、7%、4%、3%。分地區來看，目前大陸半導體材料市場規模 83 億美元，全球佔比 16%，僅次於中國臺灣和韓國，為全球第三大半導體材料區域。
隨著半導體市場不斷放量以及工藝製程不斷複雜，全球半導體矽片材料市場不斷增長，矽片材料在半導體製造材料中佔比 33%，為佔比最大的材料。2019 年全球矽片材料市場規模達到 112 億美元，雖然相對 2018 年略有下滑，但整體仍維持在較高水平。出貨面積來看，2019 年半導體矽片出貨面積 11810 百萬平方英寸，較 2018 年有所下滑，主要是由於存儲器市場疲軟和庫存正常化所致。
矽片價格呈現出一定的周期性。2011-2016 年受行業低迷影響，矽片價格一路下行。2016 年之後，全球半導體矽片銷售單價從 0.67 美元/英寸上升至 0.95 美元/英寸。需求側來看，隨著終端應用如 5G、AI、新能源汽車的快速發展，對晶片的大量需求使晶圓廠更有動力去大規模擴建工廠和生產線，進而拉動對上遊矽片尤其是大矽片的需求。供給端方面，新增產能尚需時間落地，所以中短期供需不平衡的局面仍將持續，矽片價格有望繼續走高。
國內矽片市場規模持續增長。受益於全球半導體行業轉移，國內矽片市場規模持續增長，2018 年國內矽片市場規模超過 9 億美元。
十二英寸矽片為主流方向
目前，12 英寸矽片在下遊產業中廣泛應用，產品大多使用於製造消費電子晶片。其中，NAND（包括 3D NAND 和 2D NAND）佔據最大的下遊應用，佔比達 33%。邏輯晶片和 DRAM 晶片分別佔比 25%和 22%。CIS 等其他應用佔據了剩餘的 20%的市場份額。其中，受益於 5G 的持續發展，2020-2023 年，智慧型手機對十二英寸矽片的複合需求增速有望達到 7.8%。
全球 DRAM 下遊主要包括移動終端（40%）、伺服器（22%）和個人電腦（19%）等業務。在5G換機潮以及數據處理等行業的快速發展下，全球DRAM需求有望持續快速增長。據 SUMCO，全球 DRAM 2019-2023 年需求複合增速有望達到 19.2%。
目前全球 DRAM 主要供應廠商包括三星（45%），海力士（29%），美光（21%）等，全球主流 DRAM 工藝目前為 2znm、1xnm 和 1ynm，未來 1znm 和 1anm 有望逐步放量。
全球 NAND 下遊主要包括手機（48%）、SSD（43%）等業務。在 5G 換機潮、雲數據處理以及移動電源等行業的快速發展下，全球 NAND 需求有望持續快速增長。據 SUMCO，全球 NAND 2019-2023 年需求複合增速有望達到 39.4%。
目前全球 NAND 主要供應廠商包括三星（33%），鎧俠（19%），西數（15%），美光（11%），海力士（11%）和因特爾（10%）等。目前，3D NAND 已經成為 NAND 主流工藝。
2016 年至 2018 年，受益於手機、計算機、雲計算伺服器用 CPU、 GPU 出貨量的增加，邏輯晶片市場規模從 914.98 億美元上升至 1,093.03 億美元，年均複合增長率9.30%。據 Gartner，2016 至 2022 年，全球晶片製造產能中，預計 20nm 及以下製程佔比 12%，32/28nm 至 90nm 佔比 41%，0.13μm 及以上的微米級製程佔比 47%。目前，90nm及以下的製程主要使用 300mm 半導體矽片，90nm 以上的製程主要使用 200mm 或更小尺寸的矽片。
12 寸矽片需求持續擴大。在下遊雲計算、區塊鏈等新興市場的帶動下，12 寸矽片持續快速增長。2018 年出貨面積佔比達到 63%，矽片出貨量達到 470 萬片/月。據 SUMCO，未來 3-5 年全球 12 寸矽片仍然存在缺口。
2018 年，全球 8 寸矽片出貨面積佔比達到 26%，矽片出貨量達到 430 萬片/月。在汽車電子等需求的拉動下，疊加 8 寸矽片基本無新增產能，8 寸矽片有望持續景氣。
全球寡頭壟斷，中國逐步發力
全球矽片寡頭壟斷
全球矽片市場行業集中度高，前五大寶座近幾年未易主。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。2016-2019 近四年，全球矽片市佔率前五的寶座由信越化學、SUMCO、Siltronic、環球晶圓、SK Siltron 牢牢把持，合計市場份額均在 90%左右。 2018 年五大巨頭合計銷售額 740.35 億元，佔全球半導體矽片行業銷售額比重高達 93%，為近五年最高市佔率。
與國際主要半導體矽片供應商相比，中國大陸半導體矽片企業技術較為薄弱，市場份額較小。多數企業以生產 200mm 及以下拋光片、外延片為主。目前矽產業集團是中國大陸規模最大的半導體矽片企業之一，2018 年佔全球半導體矽片市場份額的 2.18%。同時矽產業集團也是中國大陸率先實現 300mm 半導體矽片規模化銷售的企業，並且在特殊矽基材料 SOI 矽片領域具有較強的競爭力。
政策大力支持
行業的發展離不開政策的支持。中國政府高度重視半導體行業，制定了一系列政策推動中國大陸半導體行業的發展。 2014 年，國務院印發了《國家集成電路產業發展推進綱要》，綱要指出：集成電路產業是信息技術產業的核心，是支撐經濟社會發展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業。當前和今後一段時期是我國集成電路產業發展的重要戰略機遇期和攻堅期。加快推進集成電路產業發展，對轉變經濟發展方式、保障國家安全、提升綜合國力具有重大戰略意義。到 2020 年，中國集成電路行業與國際先進水平的差距逐步縮小，全行業銷售收入年均增速超過 20%。到 2030 年，產業鏈主要環節達到國際先進水平，實現跨越發展。
國內大矽片蓄勢待發
我國大矽片發展起步晚，正積極追趕國際先進產品研發和大規模量產的步伐。目前國產 4-6 英寸的矽片基本可以滿足國內需求，但是 8 英寸-12 英寸的大矽片國內自供率很低，目前仍面對被國外大公司壟斷的局面，尤其是 12 英寸大矽片。2002 年，英特爾與 IBM 首先建成 12 英寸生產線。2005 年 12 英寸矽片的市場份額已佔 20%，2008 年其佔比上升至 30%，2018 年就已經達到 63%。國內首條 12 英寸半導體矽片生產線由杭州中芯晶圓於 2017 年 12 月建成。2018 年 11 月，上海新昇成為國內第一個實現 300mm矽片大規模量產的企業。目前已投產的 12 英寸晶圓產線已超 20 條，宣布在建的有 8 條，建成後產能將超 66 萬片/月。在國產替代的大趨勢之下，這對於國產 12 英寸矽片來說將是一個巨大的機遇。
海外巨頭各有所長
信越化學：全球矽片龍頭
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。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。全球市佔率第二，達到 29%
2019 年4 月至 2020年3月，信越化學實現營業收入939.5億元，同比下滑 3.17%；實現淨利潤 191.1 億元，同比上升 1.59%。營收方面，PVC/氯鹼、半導體矽片佔比較高，分別佔比 31%和 25%。營業利潤方面，半導體矽片佔比最高，達到 35%。
勝高集團：專注半導體矽片龍頭
勝高集團(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。1999 年 7 月，由住友金屬工業株式會社，三菱材料公司和三菱材料矽公司共同投資成立了一家 300mm 矽晶圓開發製造公司 Silicon United Manufacturing Co.，Ltd.。2002年，矽聯合製造有限公司從住友金屬工業有限公司接管了矽業務，並與三菱材料矽有限公司合併，並更名為三菱住友矽有限公司。2005 年更名為勝高集團。
2019 年，勝高集團實現營業收入 191.9 億元，同比下滑 7.88%；實現淨利潤 21.2億元，同比下滑 43.48%。公司主要產品包括高純單晶矽錠、超純拋光矽片，以及按照客戶要求差異化加工的 AW 高溫退火晶片、EW 外延片、JIW 結隔離矽片以及 SOI絕緣體上矽。公司可提供 100-300mm 半導體矽片。全球市佔率第二，達到 23%。
環球晶圓：併購助力公司快速發展
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。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。環球晶圓自 2012 年至 2016年先後收購日本廠商 Covalent Material、丹麥廠商 Topsil、美國廠商 SEMI，助力公司快速發展。2019 年，公司實現營業收入 135.24 億元，同比增加 13.24%，實現淨利潤 31.76 億元，同比增加 15.24%。
德國世創：歐洲矽片龍頭
德國世創(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。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。主要產品包括 125-300mm 半導體矽片。2016 年至 2018 年，Siltronic 實現營業收入9.33億歐元、11.77億歐元、14.57億歐元，2017年、2018年同比增長26.15%、23.79%。
SK Siltron：韓國矽片龍頭
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 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。2016 年至 2018 年，SK Siltron 實現營業收入 8362.97 億韓元、9330.71 億韓元、13461.85 億韓元，2017 年、2018 年同比增長 11.57%、44.27%。
國產企業快速發展
滬矽產業：國內十二寸大矽片龍頭
滬矽產業主要從事半導體矽片的研發、生產和銷售，是中國大陸規模最大的半導體矽片製造企業之一，是中國大陸率先實現 300mm 半導體矽片規模化銷售的企業。公司目前已成為多家主流半導體企業的供應商，提供的產品類型涵蓋 300mm 拋光片及外延片、200mm 及以下拋光片、外延片及 SOI 矽片。公司客戶包括了臺積電、中芯國際、華虹宏力、華力微電子、長江存儲、武漢新芯、華潤微等晶片製造企業，遍布北美、歐洲、中國、亞洲其他國家或地區。公司的技術水平和科技創新能力國內領先，公司及控股子公司擁有已獲授權的專利 300 項，其中中國大陸 105 項，中國臺灣地區及國外 195項；公司及控股子公司擁有已獲授權的發明專利 273 項。
公司先後收購併控股 Okmetic、上海新昇、新傲科技，參股 soitec，板塊布局日趨完善。2019 年，公司 300mm 半導體矽片產能從 2018 年的 10 萬片/月進一步提升至15 萬片/月。本次 IPO 擬使用 17.5 億元募集資金提升 300mm 半導體矽片生產技術節點並且新增 15 萬片/月 300mm 半導體矽片產能。
立昂微電：橫跨半導體分立器件和半導體矽材料
立昂微電成立於 2002 年 3 月，專注於集成電路用半導體材料和半導體功率晶片設計、開發、製造和銷售。立昂微電創辦之初即引進美國安森美公司具有國際先進水平的全套肖特基晶片工藝技術、生產設備及質量管理體系，建立了 6 英寸半導體生產線，成為國內先進水平的功率器件生產線。2009 年開始，公司成為矽基太陽能專用肖特基晶片市場的全球主要供應商。2012 年收購日本三洋半導體和日本旭化成 MOSFET 功率器件生產線。
2015 年 6 月 15 日，立昂成功全資收購國內半導體矽片製造巨頭浙江金瑞泓科技股份公司，一舉成為國內少見的具有矽單晶、矽研磨片、矽拋光片、矽外延片及晶片製造能力的完整產業平臺，橫跨半導體分立器件和半導體矽材料兩大細分行業，是目前該兩大細分行業規模較大的企業,也是國內頗具競爭力的半導體材料、功率半導體和集成電路製造的產業平臺。
公司擬 IPO 募集 17.12 億元，用於建設 10 萬片/月集成電路用 8 英寸矽片項目和 1萬片/月 6 英寸第二代半導體射頻集成電路晶片項目，助力公司長遠發展。
中環股份：從光伏進軍半導體
中環股份成立於 1988 年，2007 年於深圳證券交易所上市。公司主要產品包括半導體材料、半導體器件、新能源材料、新材料的製造及銷售；融資租賃業務；高效光伏電站項目開發及運營。產品的應用領域，包括集成電路、消費類電子、電網傳輸、風能發電、軌道交通、新能源汽車、航空、航天、光伏發電、工業控制等產業。
公司現有半導體材料中，5-6 英寸矽片產銷量快速提升，8 英寸矽片已實現量產。2020 年 2 月，中環股份公告《2019 年非公開發行 A 股股票預案（修訂稿）》，擬使用募集資金建造月產 75 萬片 8 英寸拋光片和月產 15 萬片 12 英寸拋光片生產線。不僅能夠為國內和國際的晶圓製造商提供優質且穩定的原材料， 而且能夠填補目前大尺寸半導體矽片製造領域的產能缺口，贏得市場先機，從而進一步鞏固和提升公司在行業中的核心競爭力和領先地位。
有研半導體
有研半導體材料有限公司成立於 2001 年 6 月，系中央企業有研科技集團全資子公司。經過十餘年發展，公司完成了從單一研究機構向產學研相結合的大型生產性實體的轉變，成為中國半導體矽材料領域技術水平最高、生產規模最大和具有國際水平的半導體矽材料研究、開發、生產基地。公司矽片產品包括：集成電路用直徑 5-12 英寸直拉矽拋光片，節能燈用直徑 5-6 英寸直拉雙磨片，直徑 5-6 英寸區熔拋光片（ NTD/ 氣相摻雜），直徑 3-6 英寸區熔雙磨片（ NTD/ 氣相摻雜）。公司矽單晶產品包括：直徑3-6 英寸區熔矽單晶棒，直徑 200~450mm 大直徑單晶矽棒，大直徑單晶矽切片，環片。
公司半導體材料生產基地項目總投資 80 億，落地德州。其中一期 18 億元，二期62 億元。一期建設目標為新建 8 英寸矽片生產線，達到 15 萬片/月 8 英寸矽片，二期建設目標為 30 萬片/月 12 英寸矽片。
超矽半導體
超矽半導體目前擁有上海超矽半導體有限公司和重慶超矽半導體有限公司。上海超矽半導體有限公司成立於 2008 年 7 月，於 2010 年 4 月開始運營，擁有土地約 50 畝，廠房約 30000 平方米。重慶超矽半導體有限公司於 2014 年 6 月在重慶兩江新區註冊成立，擁有 400 畝土地，其中一期建築約 130000 平方米，設計產能為 50 萬片/月。公司包括材料研究院、設備技術中心、矽片製造、藍寶石製造、人工晶體生長等，具備拋光片、外延片產品生產技術。
2016 年 5 月，公司第一根 IC 級 8 英寸單晶矽棒成功拉出，2016 年 9 月，公司第一根 IC 級 12 英寸單晶矽棒成功拉出，公司第一批 IC 級單晶矽順利下線。
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（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：中泰證券）
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