集成電路制造中的基石材料，工藝難度復(fù)雜。半導(dǎo)體硅材料為晶圓制造材料主要組成部分，2020年占比約為35%，其質(zhì)量直接影響制作完成芯片的質(zhì)量和良率，硅片壁壘主要難點(diǎn)在于：1）生產(chǎn)工藝流程較多，尤其是長(zhǎng)晶工藝包含大量“Know-how”，配套的單晶爐、多晶硅料亦非常重要；2）生產(chǎn)資金投入較大；3）較高的人才壁壘。

　　縱觀硅片發(fā)展歷史，未來(lái)有望進(jìn)入快速增長(zhǎng)通道。我們對(duì)硅片發(fā)展歷史進(jìn)行了復(fù)盤，認(rèn)為整個(gè)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)顯著“馬太效應(yīng)”，且并購(gòu)重組是硅片廠商提升競(jìng)爭(zhēng)力的最有效方式之一。2021年全球硅片出貨量總計(jì)141.65 億平方英寸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)126億美元，出貨量達(dá)歷史新高，主要原因?yàn)橄掠尉A廠擴(kuò)建帶來(lái)的需求提升，我們對(duì)行業(yè)未來(lái)發(fā)展做出研判：1）未來(lái)三年硅片行業(yè)仍將處于供不應(yīng)求的狀態(tài)；2）12英寸硅片需求有望顯著提升；8英寸硅片仍供需緊張；3）中國(guó)大陸硅片市場(chǎng)占全球份額有望持續(xù)提升。

　　8英寸硅片國(guó)產(chǎn)化率仍較低，12英寸硅片為未來(lái)突破關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)硅片產(chǎn)業(yè)鏈基本雖已布局較為完善，但部分環(huán)節(jié)國(guó)產(chǎn)化率仍較低。我們對(duì)國(guó)產(chǎn)化率進(jìn)行分析，認(rèn)為：1）6英寸及以下硅片目前已實(shí)現(xiàn)50%以上的國(guó)產(chǎn)化率，2）8英寸硅片國(guó)產(chǎn)化率仍較低，其中外延片略高于拋光片；3）12英寸硅片目前已初步填補(bǔ)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空白，目前國(guó)內(nèi)90-14nm，64/128層3D NAND拋光片、19nmDRAM拋光片及功率器件用外延片均已有企業(yè)實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)，我們認(rèn)為隨著國(guó)內(nèi)廠商逐步擴(kuò)產(chǎn)，未來(lái)12英寸硅片國(guó)產(chǎn)化率有望迅速提升。

　　風(fēng)險(xiǎn)

　　下游晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)延遲、海外產(chǎn)能超預(yù)期擴(kuò)建、國(guó)產(chǎn)化驗(yàn)證進(jìn)度不及預(yù)期。

　　正文

　　硅片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的核心材料

　　硅片是半導(dǎo)體制造的基石材料，生產(chǎn)工藝復(fù)雜

　　硅片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基石，大部分集成電路的制造流程都是在半導(dǎo)體硅片上進(jìn)行加工，根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2020年晶圓制造材料占半導(dǎo)體材料63%，其中半導(dǎo)體硅材料為晶圓制造材料主要組成部分，占比約為35%，其質(zhì)量直接影響制作完成芯片的質(zhì)量和良率，從而影響整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)以及更下游的通信、汽車、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子等眾多行業(yè)的發(fā)展。

　　圖表1：半導(dǎo)體芯片制程與全球晶圓制造材料2020年成本占比

　　資料來(lái)源：SEMI，電子產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，中金公司研究部

　　單晶生長(zhǎng)技術(shù)：拉晶工藝是硅片制作核心工藝之一，主要流程為將電子級(jí)高純度多晶硅拉制成單晶硅錠，單晶生長(zhǎng)技術(shù)的重點(diǎn)在于保證拉制出的硅錠保持高純度水平的同時(shí)，有效控制晶體缺陷的密度，單晶的生長(zhǎng)過(guò)程決定了硅材料的直徑、晶向、摻雜導(dǎo)電類型、電阻率范圍及分布、氧碳濃度、少子壽命、晶格缺陷等技術(shù)參數(shù)。單晶的生長(zhǎng)方法主要可分為直拉法和區(qū)熔法兩種。

　　圖表2：直拉法設(shè)備及制作流程

　　資料來(lái)源：安部貴裕. 單晶硅的提拉方法[P]. 日本：CN110719974A,2020-01-21.，SUMCO，中金公司研究部

　　圖表3：區(qū)熔法單晶拉直過(guò)程

　　資料來(lái)源：佐藤利行. 單晶體的制造方法和裝置[P]. 日本：CN107299387B,2019-10-18.，中金公司研究部

　　除單晶生長(zhǎng)外，硅片制造還需后端加工技術(shù)，包括：切片、倒角、研磨、刻蝕、拋光、外延、退火、背封、清洗包裝等技術(shù)，對(duì)單晶硅棒做一系列處理，最后產(chǎn)出成品硅片。

　　圖表4：硅片生產(chǎn)工藝流程

　　資料來(lái)源：滬硅產(chǎn)業(yè)招股說(shuō)明書，中金公司研究部

　　硅片制作過(guò)程中所用設(shè)備與耗材

　　設(shè)備端：在硅片的生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)用到不同的半導(dǎo)體設(shè)備，包括單晶爐、切片機(jī)、倒角機(jī)、研磨機(jī)、拋光機(jī)、清洗設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備等。

　　長(zhǎng)晶設(shè)備為硅片制造工藝難點(diǎn)，對(duì)應(yīng)價(jià)值量較高，成本占比約15%~20%，目前海外供應(yīng)商主要為韓國(guó)S-Tech、日本的KE和日新技研，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商主要為晶盛機(jī)電、南京晶能、連城數(shù)控等，目前長(zhǎng)晶爐國(guó)產(chǎn)化率已較高。

　　切磨設(shè)備包括滾磨、切片、研磨、減薄、倒角設(shè)備，成本占比約5~10%，目前主要供應(yīng)商為日本SKK、Disco、東京精密等，加工端設(shè)備國(guó)內(nèi)目前國(guó)產(chǎn)能力較弱。

　　拋光設(shè)備成本占比約20%，價(jià)值量與長(zhǎng)晶設(shè)備相當(dāng)，海外供應(yīng)商為日本BBS、岡本機(jī)械、Ebarra，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商主要為華海清科，目前已部分開(kāi)始國(guó)產(chǎn)替代。

　　外延設(shè)備成本占比約15~20%，海外供應(yīng)商為AMAT、ASM，國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商為北方華創(chuàng)，目前已部分開(kāi)始國(guó)產(chǎn)替代。

　　清洗、檢測(cè)設(shè)備成本占比約10%，其中設(shè)備品類較多，清洗設(shè)備目前已逐步開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化，檢測(cè)設(shè)備目前國(guó)內(nèi)仍較薄弱。

　　圖表5：2019年立昂微年產(chǎn)120萬(wàn)片8英寸硅片項(xiàng)目設(shè)備投資情況

　　資料來(lái)源：立昂微招股說(shuō)明書，公司公告，中金公司研究部

　　耗材端：硅片生產(chǎn)所需主要原材料包括多晶硅、石墨制品、石英制品、切磨耗材、包裝耗材、化學(xué)試劑、氣體、拋光耗材、備品備件等，參考滬硅產(chǎn)業(yè)及立昂微披露的成本拆分為例：

　　多晶硅占比最高，約占總成本的20%~30%，單萬(wàn)片消耗量約500~600kg多晶硅，目前主要的海外供應(yīng)商瓦克集團(tuán)、丸紅株式會(huì)社和德山株式會(huì)社，目前國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商為黃河水電和江蘇鑫華，且已開(kāi)始逐步替代海外廠商；

　　石英坩鍋約占總成本的10%~15%，單萬(wàn)片消耗量約10只石英坩鍋，目前主要的海外供應(yīng)商為MPM、Ferrotec，國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商為晶盛機(jī)電、歐晶科技等，目前國(guó)內(nèi)石英坩堝國(guó)產(chǎn)化率已較高；

　　拋光耗材成本占比也較高，占比10%~15%，拋光耗材種包含拋光液、拋光墊及拋光載具，單萬(wàn)片拋光液/拋光墊消耗量分別約400-500kg/30~60張，拋光載具則用量較小，晶圓尺寸提升對(duì)應(yīng)拋光耗材消耗量提升較大，目前海外拋光耗材供應(yīng)商為Versum、Dupoint，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商為上海新陽(yáng)、安集科技等，目前國(guó)產(chǎn)化率較低；

　　包裝材料在成本端占比也較高，占5~20%不等，海外主要供應(yīng)商為Entegris、國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商為義柏科技，目前國(guó)產(chǎn)化率較低；此外主要原材料還有石墨件、切磨耗材、化學(xué)品和氣體等成本端占比在1%~5%不等。

　　圖表6：硅片生產(chǎn)原材料拆分及占比（2018年）情況

　　資料來(lái)源：立昂微、滬硅產(chǎn)業(yè)、麥斯克招股說(shuō)明書，中金公司研究部

　　硅片按應(yīng)用領(lǐng)域不同分類較多

　　根據(jù)加工程度，硅片可分為拋光片/外延片/退火片/SOI（絕緣體上硅），其中外延片，退火片和SOI硅片是對(duì)拋光片的二次加工。根據(jù)摻雜濃度，硅片可以分為重?fù)胶洼p摻。硅片通常需要摻入硼（B）、磷（P）、砷（As）、銻（Sb）等元素，其中摻入硼離子的硅片為P型，主要是用空穴導(dǎo)電，摻入磷、砷、銻的硅片為N型，主要是利用電子導(dǎo)電，一般而言摻雜元素量越大，電阻率也越低。

　　圖表7：外延片/退火片/SOI制作方法及應(yīng)用

　　資料來(lái)源：滬硅產(chǎn)業(yè)招股說(shuō)明書，中金公司研究部

　　根據(jù)尺寸劃分，硅片可以分為6英寸（150mm）及以下，8英寸（200mm）及12英寸（300mm）硅片。12英寸硅片性價(jià)比更優(yōu)，由于硅片尺寸越大，單位面積產(chǎn)出的芯片數(shù)量也會(huì)隨之增加，如8英寸到12英寸，直徑增加了1.5倍，產(chǎn)出面積增加了2.25倍，分?jǐn)偟纳a(chǎn)成本、設(shè)備廠房等固定資產(chǎn)后單位面積生產(chǎn)成本更低，硅片邊緣的損失也越少，在同等工藝條件下，尺寸越大的硅片可使用率越高，因此單位成本也會(huì)降低。根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2020年12英寸硅片占比約67.2%，8英寸硅片占比25.5%，6英寸及以下占比7.3%，12英寸硅片為更大尺寸（18英寸，450mm）商業(yè)化量產(chǎn)前的主流應(yīng)用。

　　圖表8：半導(dǎo)體硅片尺寸演進(jìn)

　　資料來(lái)源：《芯片制造——半導(dǎo)體工藝制程實(shí)用教程》，韓鄭生，2015，中金公司研究部

　　圖表9：不同尺寸半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)份額預(yù)測(cè)

　　資料來(lái)源：SEMI, 中金公司研究部

　　不同尺寸硅片下游應(yīng)用也有所不同，12英寸硅片主要應(yīng)用于邏輯芯片及存儲(chǔ)器中，如MCU、ROM、Nand Flash、SoC等，尤其是28nm制程以下芯片；8英寸則主要用于功率器件及特色工藝產(chǎn)品，如MOSFET/SBD、傳感器、電源管理芯片、指紋識(shí)別芯片等。由于8英寸產(chǎn)線建廠時(shí)間較早，產(chǎn)線基本已折舊完畢，且技術(shù)較為成熟，在部分制程要求不高的芯片上成本較低，而12英寸對(duì)代工企業(yè)廠房潔凈室及設(shè)備的設(shè)計(jì)精密度要求都較高，初期投資及后續(xù)研發(fā)投入較大，因此一般用于制造難度較高的邏輯芯片。

　　硅片歷史發(fā)展的復(fù)盤與未來(lái)展望

　　硅片行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局回顧：“馬太”效應(yīng)顯著，并購(gòu)整合實(shí)現(xiàn)壟斷

　　硅片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移和變遷而呈現(xiàn)“本土化”的顯著特征。自上世紀(jì)60年代起，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷由美國(guó)向日本、韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)遷移，為半導(dǎo)體硅片公司的崛起創(chuàng)造了優(yōu)沃的土壤，后經(jīng)一系列并購(gòu)重組，形成了日本、中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)企業(yè)壟斷格局。我們認(rèn)為硅片行業(yè)的發(fā)展歷程可以分為四個(gè)階段：

　　第一階段：以MEMC為代表的美國(guó)廠商引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展，占據(jù)統(tǒng)治地位。20世紀(jì)50年代美國(guó)孟山都電子材料公司MEMC公司在1959年成功建廠并生產(chǎn)了晶體管和整流器單晶材料“超純金屬硅”。MEMC為推動(dòng)半導(dǎo)體硅片行業(yè)技術(shù)發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)，奠定了行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的聲譽(yù)，并借助其位于美國(guó)、歐洲和亞洲的工廠不斷擴(kuò)產(chǎn)，在20世紀(jì)80年代成為全球龍頭硅片供應(yīng)商。

　　圖表10：半導(dǎo)體硅片行業(yè)發(fā)展歷程

　　資料來(lái)源：芯匯研究，各公司官網(wǎng)，中金公司研究部

　　第二階段：日本廠商崛起，美國(guó)逐漸淡出。盡管MEMC在20世紀(jì)80年代的硅片市場(chǎng)占主導(dǎo)地位，但來(lái)自日本廠商的競(jìng)爭(zhēng)壓力如影隨形。1976-1980年，日本政府發(fā)起VLSI（超大規(guī)模集成電路聯(lián)合研發(fā)計(jì)劃），日本硅片產(chǎn)業(yè)也由此得到蓬勃發(fā)展，1985年前后，新日鐵、川崎制鐵、日本鋼管公司等日本鋼鐵企業(yè)開(kāi)始進(jìn)入半導(dǎo)體硅片行業(yè)，經(jīng)過(guò)后期并購(gòu)整合，形成了信越化學(xué)和SUMCO兩大日本硅片巨頭。

　　第三階段：前五大供應(yīng)商穩(wěn)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)格局漸成，市占率達(dá)90%左右。20世紀(jì)末全球硅片市場(chǎng)主要廠商超過(guò)25家，經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)整合，到2006年逐漸形成由信越、SUMCO、環(huán)球晶圓、Siltronic（德國(guó)世創(chuàng)）、SK Siltron五家廠商主導(dǎo)的寡頭壟斷格局。

　　圖表11：2020年全球半導(dǎo)體硅片行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局

　　資料來(lái)源：SEMI，中金公司研究部

　　圖表12：2016-2020主要硅片廠商市場(chǎng)份額和集中度

　　資料來(lái)源：彭博資訊，中金公司研究部

　　第四階段：中國(guó)硅片廠商突圍，銷量緩慢爬坡，近年來(lái)，隨著國(guó)際形勢(shì)發(fā)生深刻變化，硅片市場(chǎng)向前五大廠商集中的趨勢(shì)有所放緩，2020年硅片行業(yè)CR5從93%將至87%。以滬硅產(chǎn)業(yè)、中環(huán)股份、立昂微為代表的中國(guó)硅片公司在半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中嶄露頭角。

　　縱觀70年的發(fā)展歷史，我們認(rèn)為半導(dǎo)體硅片行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出兩大顯著特征：

　　進(jìn)入壁壘較高，呈現(xiàn)顯著“馬太效應(yīng)”。半導(dǎo)體硅片行業(yè)具有技術(shù)難度高、研發(fā)周期長(zhǎng)、資金投入大、客戶認(rèn)證周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，行業(yè)進(jìn)入壁壘高。

　　并購(gòu)重組、產(chǎn)業(yè)整合是硅片廠商提升競(jìng)爭(zhēng)力的有效方式。行業(yè)龍頭公司在歷史上往往經(jīng)歷多次并購(gòu)整合，我們認(rèn)為歷史上兼并收購(gòu)不斷，形成最終行業(yè)格局的關(guān)鍵因素有：1）收購(gòu)兼并有利于硅片企業(yè)快速擴(kuò)張產(chǎn)能，形成規(guī)模效益，降低成本，提升市場(chǎng)份額；2）硅片廠商能夠依靠并購(gòu)換取技術(shù)與市場(chǎng)，通過(guò)綁定下游客戶實(shí)現(xiàn)快速崛起。

　　圖表13：全球五大半導(dǎo)體硅片廠商并購(gòu)歷史

　　資料來(lái)源：各公司官網(wǎng)，中金公司研究部

　　硅片行業(yè)歷史周期起伏：歷經(jīng)近十年洗牌，重回高速增長(zhǎng)通道

　　硅片價(jià)格主要受市場(chǎng)供需影響，從歷史周期來(lái)看，硅片行業(yè)市場(chǎng)需求情況與半導(dǎo)體行業(yè)的景氣度高度相關(guān)。我們將歷史上硅片行業(yè)發(fā)展周期按照景氣度劃分為四個(gè)階段：

　　20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)末，消費(fèi)電子、存儲(chǔ)器及大型主機(jī)帶動(dòng)硅片需求緩慢增長(zhǎng)。1965年左右，隨著摩爾定律的提出，消費(fèi)電子逐漸興起，集成電路用硅片開(kāi)始蓬勃發(fā)展。20世紀(jì)80年代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸步入存儲(chǔ)器、大型主機(jī)的時(shí)代，日本汽車產(chǎn)業(yè)和全球大型計(jì)算機(jī)市場(chǎng)快速發(fā)展帶動(dòng)DRAM需求劇增，由此硅片行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)，硅片尺寸也由60-70年代少量使用的1.25英寸小硅片發(fā)展到4英寸硅片成為行業(yè)主流，6英寸硅片進(jìn)入投產(chǎn)。

　　2001年至2007年，NB/PC的出現(xiàn)帶動(dòng)硅片量?jī)r(jià)齊升，300mm硅片市占率持續(xù)提升。21世紀(jì)初，NB/PC帶動(dòng)半導(dǎo)體零部件需求旺盛，2001年至2007年全球硅片出貨量CAGR達(dá)到11.9%。同期隨著信越化學(xué)最早研制成功300mm硅片并形成量產(chǎn)，硅片市場(chǎng)從200mm向300mm大規(guī)模轉(zhuǎn)移，根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，300mm硅片出貨面積占比由2001年的不到10%快速增長(zhǎng)至2007年的36%。

　　2008-2016年硅片行業(yè)進(jìn)入低谷期。2008年受金融危機(jī)影響，電子產(chǎn)業(yè)走向低迷，盲目擴(kuò)張導(dǎo)致硅片行業(yè)供需嚴(yán)重失衡。全球硅片出貨量于2008年同比下滑6%，2009年同比下滑17.6%。2009年3月SUMCO取消了其300mm硅片的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，并于2010年關(guān)閉其位于俄亥俄州的Maineville硅片制造廠。經(jīng)濟(jì)危機(jī)之后，全球經(jīng)濟(jì)逐漸復(fù)蘇，但硅片下游需求增長(zhǎng)緩慢，2010-2016年全球硅片出貨量CAGR僅為2.3%，這一時(shí)期海外硅片廠商擴(kuò)產(chǎn)謹(jǐn)慎，2011-2016年全球12英寸硅片月產(chǎn)能平穩(wěn)維持在500萬(wàn)片左右。

　　2017年至今，下游需求強(qiáng)勁帶動(dòng)行業(yè)高景氣，擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏緩慢導(dǎo)致產(chǎn)能趨緊。2017年以來(lái)，受益于半導(dǎo)體終端市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，晶圓代工廠大幅擴(kuò)產(chǎn)，使得硅片需求持續(xù)增加。2017-2021年，全球半導(dǎo)體硅片銷售額由87億美元增長(zhǎng)到126億美元，四年CAGR達(dá)到9.7%。

　　我們結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)情況對(duì)未來(lái)硅片市場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，總結(jié)出如下四點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)：

　　市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)#1：受益晶圓廠擴(kuò)建，全球硅片持續(xù)供不應(yīng)求

　　2021年全球硅片出貨量總計(jì) 141.65 億平方英寸（MSI），YOY+14%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)126億美元，YOY+13%，出貨量達(dá)歷史新高，主要原因?yàn)橄掠尉A廠擴(kuò)建帶來(lái)的產(chǎn)能增長(zhǎng)，面對(duì)晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)潮帶來(lái)的硅片供應(yīng)緊張，硅晶圓廠商迎來(lái)新一輪漲價(jià)潮，SUMCO、Siltronic、環(huán)球晶圓于2021年下半年宣布大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，公司預(yù)計(jì)2023年下半年有望投產(chǎn)，滿產(chǎn)需等到2025年，環(huán)球晶圓收購(gòu)Siltronic失敗后，宣布將原計(jì)劃用于收購(gòu)案的資金轉(zhuǎn)為資本支出及營(yíng)運(yùn)周轉(zhuǎn)使用，在美國(guó)、歐洲和亞洲推行為期三年、價(jià)值36億美元的產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃。由于硅片廠商擴(kuò)產(chǎn)周期較長(zhǎng)，因此我們認(rèn)為未來(lái)三年硅片行業(yè)仍將處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。

　　圖表14：全球半導(dǎo)體硅片出貨量

　　資料來(lái)源：萬(wàn)得資訊，中金公司研究部

　　圖表15：全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)規(guī)模及單價(jià)

　　資料來(lái)源：SEMI，中金公司研究部

　　圖表16：2021年海外主要硅片廠商擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃

　　資料來(lái)源：公司公告，中金公司研究部

　　市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)#2：12英寸硅片需求量迅速提升，其中外延片占比提升快

　　12 英寸晶圓主要用來(lái)生產(chǎn)邏輯芯片、存儲(chǔ)器等高性能芯片，在整體出貨面積中逐漸提高，未來(lái)12英寸晶圓將保持高速增長(zhǎng)，根據(jù)SUMCO預(yù)計(jì)，2021年全球12英寸晶圓需求達(dá)到720萬(wàn)片/月，至2026年有望超1000萬(wàn)片/月需求量，保持9.4%CAGR高速增長(zhǎng)。

　　外延片被大規(guī)模應(yīng)用于對(duì)穩(wěn)定性、缺陷密度、高電壓及電流耐受性等要求更高的高級(jí)半導(dǎo)體器件中，主要包括MOSFET、晶體管等功率器件及CIS、PMIC等模擬器件，邏輯芯片隨著制程節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)也對(duì)外延片產(chǎn)生較大需求。根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，12英寸硅外延片占比至17年來(lái)持續(xù)提升，至4Q20單季度出貨已達(dá)約600萬(wàn)片，占整體出貨的30%，我們認(rèn)為隨著數(shù)據(jù)中心、手機(jī)CPU等對(duì)高性能邏輯芯片需求量上升，未來(lái)12英寸外延片占比預(yù)計(jì)持續(xù)提升。

　　圖表17：8英寸晶圓外延片及拋光片出貨量

　　資料來(lái)源：SEMI，中金公司研究部

　　圖表18：12英寸晶圓外延片及拋光片出貨量

　　資料來(lái)源：SEMI，中金公司研究部

　　8英寸晶圓生產(chǎn)的主流產(chǎn)品則包括顯示驅(qū)動(dòng)、CIS（CMOS圖像傳感器）、MCU、電源管理芯片、分立器件（含MOSFET、IGBT）、指紋識(shí)別芯片、觸控芯片等產(chǎn)品，受到電動(dòng)車、5G智能手機(jī)、服務(wù)器等需求帶動(dòng)，8英寸晶圓產(chǎn)能自2019下半年起呈現(xiàn)嚴(yán)重供不應(yīng)求，SEMI預(yù)計(jì)至2024年8英寸晶圓廠產(chǎn)能有望達(dá)690萬(wàn)片，擴(kuò)產(chǎn)幅度略小于12英寸晶圓廠產(chǎn)能，但由于海外硅片廠產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)以12英寸晶圓為主，因此我們認(rèn)為未來(lái)8英寸晶圓供給也仍較緊張。

　　市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)#3：中國(guó)大陸地區(qū)占比持續(xù)提升

　　硅片需求與下游產(chǎn)能基本呈正相關(guān)，根據(jù)SEMI發(fā)布的《世界晶圓廠預(yù)測(cè)報(bào)告》，中國(guó)大陸將在8英寸晶圓產(chǎn)能處于領(lǐng)先，2022年將占全球8英寸產(chǎn)能的 21%，日本將占據(jù)產(chǎn)能的16%，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和歐洲及中東地區(qū)各占15%，12英寸晶圓產(chǎn)能方面，2019年至2024年，全球至少新增38個(gè)12英寸晶圓廠，其中中國(guó)臺(tái)灣11個(gè)，中國(guó)大陸8個(gè)，至2024年中國(guó)大陸12英寸晶圓產(chǎn)能將占全球約20%。2020年中國(guó)大陸硅片市場(chǎng)銷售收入達(dá)13億美元，占全球比例約11.6%，我們預(yù)計(jì)該比例未來(lái)有望隨著大陸晶圓廠產(chǎn)能擴(kuò)建逐步上升，至2025年占比有望達(dá)20%以上。

　　五大硅片家族發(fā)展歷史：技術(shù)創(chuàng)新和并購(gòu)擴(kuò)張的博弈

　　信越化學(xué)：創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)逆周期

　　信越化學(xué)是一家綜合型的化學(xué)品制造公司，歷經(jīng)了近百年積累，重視產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新。公司創(chuàng)立于1926年，1949年于東京證券交易所上市。公司旗下業(yè)務(wù)包含半導(dǎo)體單晶硅、PVC/氯堿、電子功能材料、有機(jī)硅、特種化學(xué)品以及工藝、貿(mào)易和特殊業(yè)務(wù)服務(wù)六大類，其中PVC材料市占率超過(guò)10%，半導(dǎo)體硅片材料市占率為28%，均位居全球第一。

　　圖表19：信越化學(xué)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)發(fā)展歷程

　　資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，中金公司研究部

　　在半導(dǎo)體硅片領(lǐng)域，公司自主研發(fā)與外延并購(gòu)相結(jié)合提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，自2001年以來(lái)市占率位居全球第一。公司于1964年設(shè)立半導(dǎo)體硅片子公司“長(zhǎng)野電子株式會(huì)社”，1999年收購(gòu)日立的硅片業(yè)務(wù)，2001年最早研發(fā)出300mm半導(dǎo)體硅片并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。目前公司的半導(dǎo)體硅片產(chǎn)品類型涵蓋300mm半導(dǎo)體硅片在內(nèi)的各尺寸硅片及SOI硅片，在提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)憑借其高精度加工技術(shù)、圖像傳感器和邏輯器件的高品質(zhì)外延生長(zhǎng)技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)，市占率穩(wěn)居全球硅片行業(yè)第一，2021年達(dá)到28%。

　　SUMCO：專注高端技術(shù)研發(fā)

　　SUMCO成立于1999年，由住友金屬工業(yè)、三菱材料及三菱材料硅事業(yè)部合并發(fā)展而來(lái)，總部位于東京，2005年于東京證券交易所上市。公司產(chǎn)品主要包括高純單晶硅錠、高質(zhì)量拋光硅片、SOI硅片等，生產(chǎn)的硅片尺寸覆蓋100-300mm。2006年，公司收購(gòu)了當(dāng)時(shí)全球第五大硅片企業(yè)小松金屬制作所，成為世界第二大硅片生產(chǎn)商，2020年公司市占率達(dá)到22%。公司旗下共有15家主要子公司和16家硅晶圓生產(chǎn)工廠，分布在日本、美國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、印度尼西亞等國(guó)家。

　　圖表20：SUMCO公司發(fā)展歷程

　　資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，中金公司研究部

　　SUMCO自成立以來(lái)專注于半導(dǎo)體硅片研發(fā)和生產(chǎn)，在關(guān)鍵的300mm硅片領(lǐng)域布局較早，把握了300mm晶圓市場(chǎng)的發(fā)展機(jī)遇。此外，公司緊跟客戶需求，為客戶提供高附加值的差異化產(chǎn)品產(chǎn)品，從而增強(qiáng)其在高端前沿產(chǎn)品領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　環(huán)球晶圓：兼并收購(gòu)搶占市場(chǎng)

　　環(huán)球晶圓目前已成為全球第三大半導(dǎo)體硅片廠商，2020年市占率達(dá)到14.8%。公司主要經(jīng)營(yíng)地在中國(guó)臺(tái)灣，營(yíng)運(yùn)據(jù)點(diǎn)遍布亞洲、歐洲及美國(guó)。公司專注于半導(dǎo)體硅片業(yè)務(wù)，主要生產(chǎn)硅錠、50-30mm硅片、SOI硅片和化合物半導(dǎo)體材料等產(chǎn)品。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電源管理元件、車用功率元件、通信元件、MEMS元件等領(lǐng)域。

　　通過(guò)兼收并購(gòu)實(shí)現(xiàn)自身的快速發(fā)展。2012年公司收購(gòu)日本Covalent Materials子公司半導(dǎo)體硅晶圓業(yè)務(wù)，該公司前身為東芝陶瓷。2016年7月，公司收購(gòu)丹麥Topsil旗下半導(dǎo)體事業(yè)群，取得FZ（Float Zone）技術(shù)和中子照射超純硅晶圓技術(shù)，成功從CZ跨入FZ半導(dǎo)體晶圓領(lǐng)域，并新增歐洲產(chǎn)能與客戶。2016年12月公司收購(gòu)美國(guó)SunEdison SEMIconductor（SEMI），生產(chǎn)能力大幅提升，同時(shí)取得SOI晶圓的技術(shù)和產(chǎn)能。收購(gòu)?fù)瓿珊螅居扇虻诹蟀雽?dǎo)體硅片廠商一躍成為全球第三大半導(dǎo)體硅片廠商。

　　圖表21：環(huán)球晶圓并購(gòu)歷程

　　資料來(lái)源：公司公告，中金公司研究部

　　Siltronic AG：深耕硅片細(xì)分賽道

　　Siltronic總部位于德國(guó)慕尼黑，于2015年在法蘭克福證券交易所上市，是世界排名第四的半導(dǎo)體硅片制造商，2020年市占率達(dá)到12%。公司自成立以來(lái)深耕硅片領(lǐng)域，自主研發(fā)歷史悠久。公司自1953年開(kāi)始高純硅領(lǐng)域的初步研發(fā)， 1968年成立Wacker-Chemitronic有限公司， 1984年生產(chǎn)出首批200mm硅片，1990年開(kāi)始研發(fā)300mm晶圓， 2004年 300mm硅晶圓制造廠在Freiberg開(kāi)始生產(chǎn)；2004年，公司更名為Siltronic AG；2006年，公司與三星在新加坡合資成立分公司Siltronic Samsung Wafer， 300mm晶圓廠在新加坡開(kāi)始建設(shè)；2008年，新加坡合資公司的第一批晶圓于2008年1月30日發(fā)貨；2014年，公司收購(gòu)Siltronic Silicon Wafer Pte的78％股權(quán)。

　　圖表22：Siltronic發(fā)展歷程

　　資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，中金公司研究部

　　SK Siltron：構(gòu)建全球化運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)

　　SK Siltron是全球第五大半導(dǎo)體硅片制造商，主要經(jīng)營(yíng)地位于韓國(guó)，是韓國(guó)唯一一家本土半導(dǎo)體硅片廠商，2020年市占率達(dá)到11%。公司主要客戶為本土的半導(dǎo)體廠商三星電子和SK海力士，占據(jù)公司銷售額的50%。公司成立于1983年，1996年建立200mm半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)線，2002年建立300mm半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)線，2013年建立450mm試生產(chǎn)線；2017年公司被SK Group收購(gòu)，更名為 SK Siltron；2019年公司收購(gòu)杜邦SiC晶圓事業(yè)部。

　　為確保高質(zhì)量硅片的穩(wěn)定供應(yīng)，公司建立了全球化的運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。2021年公司在美國(guó)投資超過(guò)6億美元建設(shè)晶圓廠，主要用于電動(dòng)汽車用SiC芯片，年產(chǎn)量公司預(yù)計(jì)為6萬(wàn)片左右。2020年公司總收入達(dá)到15.06億美元，其中70%來(lái)自拋光硅片，30%來(lái)自外延硅片。公司海外收入占比達(dá)到50%，產(chǎn)品銷往中國(guó)大陸、美國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、日本、新加坡等地區(qū)。

　　圖表23：SK Siltron發(fā)展歷程

　　資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，中金公司研究部

　　我們認(rèn)為硅片行業(yè)資本投入和技術(shù)壁壘較高，導(dǎo)致前期收益較薄，因此通過(guò)兼并收購(gòu)、積極擴(kuò)產(chǎn)建立規(guī)模優(yōu)勢(shì)有利于硅片廠商降低固定成本，提升盈利能力。

　　圖表24：五大硅片廠商情況對(duì)比

　　資料來(lái)源：各公司官網(wǎng)，中金公司研究部

　　硅片行業(yè)國(guó)產(chǎn)化情況分析

　　國(guó)內(nèi)各尺寸硅片國(guó)產(chǎn)化率差異較大，12英寸硅片為未來(lái)突破關(guān)鍵

　　目前國(guó)內(nèi)硅片產(chǎn)業(yè)鏈基本已布局較為完善，但整體國(guó)產(chǎn)化率仍偏低，其中硅片制造設(shè)備中單晶爐國(guó)產(chǎn)化率較高，耗材中多晶硅國(guó)產(chǎn)化率較高，其余則均處于海外進(jìn)口階段；硅片生產(chǎn)階段目前6英寸及以下硅片國(guó)產(chǎn)化率較高，8英寸硅片國(guó)產(chǎn)化率水平較低，其中外延片略高于拋光片，12英寸硅片則處于剛實(shí)現(xiàn)“從0-1”突破的階段，未來(lái)國(guó)產(chǎn)替代空間較大。

　　圖表25：硅片產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

　　資料來(lái)源：SEMI，《集成電路產(chǎn)業(yè)全書》，王陽(yáng)元，2018，中金公司研究部

　　國(guó)產(chǎn)化分析#1：6英寸及以下拋光片國(guó)產(chǎn)化率較高，8英寸國(guó)產(chǎn)化率較低

　　研磨片：根據(jù)中國(guó)電子材料協(xié)會(huì)半導(dǎo)體材料分會(huì)統(tǒng)計(jì)，2017~2019年我國(guó)3~6英寸硅研磨片需求量分別為7,400萬(wàn)片/年、7,680萬(wàn)片/年及7,200萬(wàn)片/年，中晶科技研磨片銷售量分別為 1,478萬(wàn)片年、1,870萬(wàn)片年和1,477萬(wàn)片，分別占總出貨量的20%、24%、21%，此外昆山中辰產(chǎn)能3~4寸約20萬(wàn)片研磨片月產(chǎn)能，成都青洋折合4英寸320萬(wàn)片/月產(chǎn)能，我們認(rèn)為6英寸以下研磨片國(guó)產(chǎn)化率已較高。

　　拋光片：根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)6、8英寸拋光片2020年全球出貨量分別達(dá)2,133、4452萬(wàn)片，我們對(duì)上市公司及擬上市公司進(jìn)行出貨量口徑統(tǒng)計(jì)，其中有研硅2020年6/8英寸拋光片出貨量分別為120/72萬(wàn)片，麥斯克出貨量達(dá)240/3萬(wàn)片，金瑞泓6、8英寸拋光片合計(jì)超200萬(wàn)片，Okmetics 8英寸及以下生產(chǎn)量為250萬(wàn)片，中環(huán)股份2020年披露其出貨量面積627.26百萬(wàn)平方英寸，折合8英寸硅片1,248萬(wàn)片；根據(jù)華潤(rùn)微電子招股說(shuō)明書披露，2018年對(duì)金瑞泓、國(guó)盛電子硅片采購(gòu)量合計(jì)占40.35%，我們認(rèn)為國(guó)內(nèi)6拋光片國(guó)產(chǎn)化率超50%，8英寸國(guó)產(chǎn)化率約20~30%。

　　圖表26：華潤(rùn)微2019年1-6月硅片采購(gòu)占比

　　資料來(lái)源：華潤(rùn)微招股說(shuō)明書，中金公司研究部

　　圖表27：燕東微電子2021年硅片采購(gòu)占比

　　資料來(lái)源：燕東微招股說(shuō)明書，中金公司研究部

　　國(guó)產(chǎn)化率分析#2：6、8英寸外延國(guó)產(chǎn)化率高于拋光片

　　由于部分硅片企業(yè)所用6、8英寸外延設(shè)備可共用產(chǎn)線，因此我們將其合計(jì)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)賽迪顧問(wèn)，中國(guó)2020年外延片市場(chǎng)約12億美元，其中2020年金瑞泓、國(guó)盛電子、普興電子外延片銷售收入合計(jì)達(dá)20億元，市場(chǎng)份額達(dá)25%以上，目前國(guó)內(nèi)具備8英寸硅外延片生產(chǎn)能力的公司有浙江金瑞泓、昆山中辰(臺(tái)灣環(huán)球晶圓子公司)、河北普興、南京國(guó)盛以及上海新傲等，合計(jì)月產(chǎn)能為23.3萬(wàn)片/月，8英寸外延片國(guó)產(chǎn)化率略低于6英寸外延片，但整體高于拋光片。

　　國(guó)產(chǎn)化率分析#3：12英寸硅片目前國(guó)產(chǎn)化率較低，國(guó)內(nèi)已陸續(xù)通過(guò)驗(yàn)證

　　12英寸硅片目前國(guó)內(nèi)技術(shù)水平仍較低，目前僅有滬硅產(chǎn)業(yè)、金瑞泓、中環(huán)股份、奕斯偉等公司實(shí)現(xiàn)12英寸，總體國(guó)產(chǎn)化率不足10%，2021年滬硅產(chǎn)業(yè)出貨175萬(wàn)片，立昂微、中環(huán)股份均已通過(guò)12英寸硅片驗(yàn)證，且有少量出貨，國(guó)內(nèi)晶圓廠產(chǎn)能在100萬(wàn)片；目前國(guó)內(nèi)90-14nm，64層及128層3D NAND拋光片、19nmDRAM拋光片及功率器件用外延片已實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)，我們認(rèn)為隨著國(guó)內(nèi)廠商擴(kuò)產(chǎn)未來(lái)12英寸硅片國(guó)產(chǎn)化率有望迅速提升。

　　圖表28：上市公司2020年硅片出貨量統(tǒng)計(jì)

　　*外延片4~6英寸數(shù)據(jù)未直接披露，采取2019年披露數(shù)據(jù)

　　資料來(lái)源：SEMI，各公司公告，中金公司研究部

　　國(guó)內(nèi)12英寸硅片產(chǎn)能不斷擴(kuò)建，未來(lái)有望加速實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代

　　我國(guó)12英寸半導(dǎo)體硅片發(fā)展較晚，2018年滬硅產(chǎn)業(yè)子公司上海新昇率先成為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)12英寸硅片規(guī)?；N售的企業(yè)，打破了我國(guó)12英寸硅片國(guó)產(chǎn)化率幾乎為零的局面。目前擁有12英寸硅片生產(chǎn)能力的公司包括滬硅產(chǎn)業(yè)、中環(huán)股份、立昂微、西安奕斯偉、中欣晶圓等，并且多家8英寸及以下硅片廠商開(kāi)始布局12英寸大硅片項(xiàng)目。下游晶圓廠需要先對(duì)硅片產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證，才會(huì)將該硅片制造企業(yè)納入供應(yīng)鏈，一旦認(rèn)證通過(guò)則不會(huì)輕易更換供應(yīng)商，因此對(duì)于國(guó)內(nèi)硅片廠商而言，新增產(chǎn)能是切入下游晶圓廠、加速國(guó)產(chǎn)替代的關(guān)鍵。

　　圖表29：中國(guó)大陸12英寸硅片產(chǎn)能

　　資料來(lái)源：各公司公告，中金公司研究部

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