1、请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告 | | 20222022年年0303月月0808日日超配超配半导体系列报告之四：半导体硅片半导体系列报告之四：半导体硅片摩尔定律演进，半导体硅材料历久弥新摩尔定律演进，半导体硅材料历久弥新核心观点核心观点行业研究行业研究行业专题行业专题电子电子半导体半导体市场走势资料来源：Wind、国信证券经济研究所整理相关研究报告半导体行业 3 月投资策略及环球晶圆复盘-关注晶圆代工和受益本土扩产的上游设备 2022-03-07电子行业周报：4Q21 荣耀国内市占率跻身第二 2022-02-20半导体系列报告之三：前道设备：国内前道设备迎

2、本土扩产东风 2022-02-15电子行业周报：vivo 折叠机即将发布，Pico 春节热销 2022-02-14LCD 行业月报： 1 月 LCD 价格跌幅收敛， IT 面板需求依旧旺盛2022-02-09硅晶圆是需求量最大的半导体材料，硅晶圆是需求量最大的半导体材料，20212021 年市场规模年市场规模 126126 亿美元。亿美元。半导体硅片也称硅晶圆，是全球90%以上半导体器件的基石性材料。半导体硅片企业负责将半导体级多晶硅材料制造成半导体硅片，其中拉单晶是最核心的工艺。 半导体硅片的市场规模随半导体行业的景气度波动， 具有明显的周期性。根据SEMI的数据， 2021年全球半导体硅片

3、销售额约126亿美元(YoY12.5%)，出货面积约142亿英寸(YoY14.2%)， 2011-2021年的CAGR分别为2.4%、 4.6%。行业壁垒高企，借力收购兼并，产业行业壁垒高企，借力收购兼并，产业CR2CR2 达达50%50%。半导体硅片产业起始于美国，随着IC 产业重心转移，日本厂商后来居上，韩国和中国台湾企业也在全球占有一席之地。 经过多次收购， 2020年日本信越和SUMCO 市占率分别为28%、22%，中国台湾环球晶圆市占率 15%，德国世创电子市占率11%，韩国SK Siltron市占率11%。半导体硅片制造流程复杂、前期投资额大，具有显著的技术壁垒、认证壁垒、 资金壁

4、垒、人才壁垒，先发优势和规模效应突出。小尺寸半导体硅片需求稳定小尺寸半导体硅片需求稳定，8 8 英寸需求旺盛英寸需求旺盛，1212 英寸紧缺有望到英寸紧缺有望到 20262026 年年。基于成本考虑，分立器件继续沿用小尺寸，集成电路逐步向大尺寸迁移。根据Omdia 的数据，从出货面积来看，2021 年12英寸占比70.9%，8 英寸占比22.6%，小尺寸占比 6.5%；预计 2021 至2025 年小尺寸需求保持稳定，8 英寸和12 英寸需求增加。由于半导体硅片厂商12 英寸产线的扩产进度落后于需求增加，SUMCO 预计12 英寸硅片供不应求有望延续至2026 年；环球晶圆也表示订单能见度到2

5、024 年，预计2022 年产线继续满载且价格将提高。本土半导体硅片产业供需两旺，国内大厂加速崛起。本土半导体硅片产业供需两旺，国内大厂加速崛起。根据 SEMI 的预计，2020-2024 年全球将新增25座8 英寸晶圆厂和60 座12英寸晶圆厂， 其中中国大陆分别新增14 和15座，是新增量最多的地区。在国际关系紧张的情况下， 高端12 英寸硅片技术被限制出口， 而我国12英寸硅片国产率低于10%，为保证供应链安全，自中美贸易摩擦以来本土晶圆厂积极导入国产硅片，AIoT 时代的新增需求叠加国产率提高为国内半导体硅片企业带来成长机会。投资建议：关注大尺寸量产企业及细分市场占主导地位的企业。投资

6、建议：关注大尺寸量产企业及细分市场占主导地位的企业。结合SUMCO和环球晶圆的历史走势，半导体硅片企业的估值、业绩均与行业景气度强相关，考虑到国内半导体产业在国产替代背景下处于中长期景气上行周期，率先量产12 英寸产品的硅片企业具有先发优势，未来也有望主导并购整合，代表企业有沪硅产业、立昂微、中环股份、超硅半导体（未上市）等。另一方面，小尺寸硅片企业由于前期投资额较小且已实现规模化销售，盈利能力突出，代表企业有中晶科技、麦斯克（未上市）、有研硅（未上市）等。风险提示：风险提示：1、需求不及预期；2、国产化进程不及预期；3、竞争加剧等。重点公司盈利预测及投资评级重点公司盈利预测及投资评级公司公司

7、公司公司投资投资收盘收盘价价总市值总市值EPSEPSPEPE代码代码名称名称评级评级（元）（元）（亿亿元）元）20202222E E20202323E E20202222E E20202323E E688126.SH 沪硅产业-U增持22.796200.080.358.SH 立昂微无评级113.375182.032.735642002129.SZ 中环股份无评级46.0214871.591.962924003026.SZ 中晶科技买入60.49602.102.982920688233.SH 神工股份无评级79.901281.812.354434资料来源：Wind、国信证券

8、经济研究所预测（截止日期：2022 年 3 月 7 日，无评级公司 EPS 来自 Wind 一致预期）请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告2内容目录内容目录硅晶圆是重要的半导体材料，规模超百亿美元硅晶圆是重要的半导体材料，规模超百亿美元.5 5硅晶圆是需求量最大的半导体材料.5半导体硅片根据不同参数的分类.6半导体硅片行业具有周期性，2021 年市场规模 126 亿美元.8半导体硅片制造工序繁多，行业壁垒较高半导体硅片制造工序繁多，行业壁垒较高.9 9半导体硅片制造流程复杂，拉单晶是关键环节.9半导体硅片行业壁垒较高，先发优势和规模效应突出.141212 英寸供

9、不应求，国际环境加速国产替代英寸供不应求，国际环境加速国产替代.1515半导体硅片发展历史：起始于美国，日本后来居上.15竞争格局：本土供应需求强烈，市场集中度有望下降.168 英寸和 12 英寸硅片需求增加，小尺寸硅片需求稳定.1712 英寸半导体硅片需求旺盛，供求紧张态势有望持续至 2026 年.18本土半导体硅片供需两旺，国内大厂加速崛起本土半导体硅片供需两旺，国内大厂加速崛起.2020国内积极投入晶圆厂建设，为本土半导体硅片厂商创造机遇.20为了抓住产业机遇，国内半导体硅片厂商积极扩产.21国内半导体硅片产业正迎来前所未有的发展机遇期.22中国半导体行业中长期景气上行，为硅片产业带来投

10、资机遇.23投资建议：关注大尺寸量产企业及细分市场占主导地位的企业.24风险提示风险提示.2525免责声明免责声明.2626请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告3图表图表目录目录图1： 半导体材料分类.5图2： 各代半导体材料在功率器件中的应用.5图3： 硅晶圆是晶圆制造过程中占比最大的材料（2018 年）.6图4： 半导体硅片分类.6图5： 全球各尺寸半导体硅片出货面积占比（2020 年）.7图6： 退火片.7图7： 外延片.7图8： 结隔离硅片.8图9： SOI 硅片.8图10： 全球半导体硅片销售额.9图11： 全球半导体硅片出货面积及单价.9图12： 半

11、导体硅片所处产业链位置.9图13： 半导体硅片制造流程.10图14： 直拉法拉单晶. 10图15： 区熔法拉单晶. 10图16： 半导体硅片制造流程：拉单晶（直拉法）.11图17： 半导体硅片制造流程：拉单晶（区熔法）.12图18： 半导体硅片制造流程：切片.12图19： 半导体硅片制造流程：研磨.13图20： 半导体硅片制造流程：抛光.13图21： 半导体硅片制造流程：清洁和检查.13图22： 半导体硅片行业的主要壁垒.15图23： 半导体硅片行业的发展历史.16图24： 全球五大半导体硅片厂商并购史.16图25： 全球半导体硅片行业由分散到集中.16图26： 2020 年全球半导体硅片集中

12、度下降.17图27： 2020 年全球半导体硅片市占率.17图28： 电子系统中半导体含量提升.17图29： 各尺寸半导体硅片需求量（百万片/月）.17图30： 半导体各尺寸出货量占比.18图31： 半导体各尺寸硅片出货面积占比.18图32： 12 英寸半导体硅片需求驱动力.19图33： 高性能计算对 12 英寸半导体硅片的需求量.19图34： DRAM 对 12 英寸半导体硅片需求量.19图35： NAND 对 12 英寸半导体硅片的需求量.19图36： 晶圆厂的资本开支计划（十亿美元）.19图37： 12 英寸外延片和抛光片需求预期（千片/月）.19请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有

13、内容证券研究报告证券研究报告4图38： 12 英寸半导体硅片需求驱动力.20图39： 2020-2024 年新增晶圆厂数量.21图40： 2021 和 2022 年新建晶圆厂数量.21图41： 晶圆制造企业对半导体硅片厂商的认证过程.22图42： 国内半导体硅片企业毛利率偏低.22图43： SUMCO 的收入及净利润.23图44： SUMCO 和环球晶圆的毛利率及净利率.23图45： SUMCO 市值随行业周期性波动.24图46： 环球晶圆市值随行业周期性波动.24表1： 半导体硅片的种类和比较.8表2： 集成电路用大直径硅抛光片的技术参数要求.14表3： 半导体硅片投资金额较大.14表4：

14、半导体硅片各尺寸对应的制程和半导体产品.18表5： 国内半导体硅片产能不完全统计（8 英寸和 12 英寸）. 21表6： 国内主要半导体硅片企业概览.24表7： 半导体硅片企业经营数据对比.25请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告5硅晶圆是重要的半导体材料硅晶圆是重要的半导体材料， 规模超百亿美元规模超百亿美元硅晶圆是硅晶圆是需求需求量最大的半导体材料量最大的半导体材料半导体材料是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础。半导体材料的研究始于 19 世纪，至今已发展至第四代半导体材料，各个代

15、际半导体材料之间互至今已发展至第四代半导体材料，各个代际半导体材料之间互相补充相补充。第一代半导体：以硅（Si）、锗（Ge）等为代表，是由单一元素构成的元素半导体材料。硅半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个信息产业的飞跃。第二代半导体：以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等为代表，也包括三元化合物半导体，如 GaAsAl、GaAsP，还包括一些固溶体半导体、非静态半导体等。随着以光通信为基础的信息高速公路的崛起和社会信息化的发展，第二代半导体材料显示出其优越性，砷化镓和磷化铟半导体激光器成为光通信系统中的关键器件，同时砷化镓高速器件也开拓了光纤及移动通信的新产业。第三代半

16、导体：以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）为代表的宽禁带半导体材料。具备高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件，在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景。第四代半导体：以氧化镓（Ga2O3）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）为代表的超宽禁带半导体材料，禁带宽度超过 4eV；以及以锑化物（GaSb、InSb）为代表的超窄禁带半导体材料。超宽禁带材料凭借其比第三代半导体材料更宽的禁带，在高频功率器件领域有更突出的特性优势；超窄禁带材料由于易激发、迁移率高

17、，主要用于探测器、激光器等器件的应用中。图1：半导体材料分类图2：各代半导体材料在功率器件中的应用资料来源：半导体联盟，国信证券经济研究所整理资料来源：Flosfia，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告6硅材料制造全球绝大部分的半导体产品，也是占比最大的半导体制造材料。硅材料制造全球绝大部分的半导体产品，也是占比最大的半导体制造材料。在1950 年代初期，锗是主要的半导体材料。但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到 1960 年代逐渐被硅材料取代。由于硅器件的漏电流要低得多，且二氧化硅是一种高质量的绝缘体，很容易作为硅器件的一部分进行

18、整合，至今半导体器件和集成电路仍然主要用硅材料制成，硅产品构成了全球绝大部分半导体产品。根据 SEMI 的数据，在硅晶圆制造过程中，半导体硅片（硅晶圆）也是占比最大的原材料，2018 年约 38%。半导体硅片根据不同参数的分类半导体硅片根据不同参数的分类半导体硅晶圆（Semiconductor Silicon Wafer）是制造硅半导体产品的基础，可根据不同参数进行分类。根据尺寸根据尺寸（直径直径）不同不同，半导体硅片可分为 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4英寸（100mm）、5 英寸（125mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）、12 英寸（300mm），在摩尔

19、定律影响下，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展，目前8 英寸和 12 英寸是主流产品，合计出货面积占比超过 90%。图3：硅晶圆是晶圆制造过程中占比最大的材料（2018 年）资料来源：SEMI，国际电子商情，国信证券经济研究所整理图4：半导体硅片分类资料来源：立昂微招股书，SUMCO，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告7根据掺杂程度不同，半导体硅片可分为轻掺和重掺。根据掺杂程度不同，半导体硅片可分为轻掺和重掺。重掺硅片的掺杂元素掺入量大，电阻率低,一般用于功率器件等产品；轻掺硅片掺杂浓度低，一般用于集成电路领域，技术难度和产品质量要求更

20、高。由于集成电路在全球半导体市场中占比超过 80%，全球对轻掺硅片需求更大。根据工艺根据工艺，半导体硅片可分为研磨片半导体硅片可分为研磨片、抛光片及基于抛光片制造的特殊硅片外延抛光片及基于抛光片制造的特殊硅片外延片、片、SOISOI 等。等。研磨片可用于制造分立器件；轻掺抛光片可用于制造大规模集成电路或作为外延片的衬底材料，重掺抛光片一般用作外延片的衬底材料。相比研磨片，抛光片具有更优的表面平整度和洁净度。在抛光片的基础上，可以制造出退火片、外延片、在抛光片的基础上，可以制造出退火片、外延片、SOISOI 硅片和结隔离硅片等。硅片和结隔离硅片等。退火片在氢气或氩气环境下对抛光片进行高温热处理，

21、 以去除晶圆表面附近的氧气，可以提高表面晶体的完整性。 外延片是在抛光片表面形成一层气相生长的单晶硅，可 满 足 需 要 晶 体 完 整 性 或 不 同 电 阻 率 的 多 层 结 构 的 需 求 。 SOI 硅 片（Silicon-On-Insulator）是在两个抛光片之间插入高电绝缘氧化膜层，可以实现器件的高集成度、低功耗、高速和高可靠性，在活性层表面也可以形成砷或砷的扩散层。结隔离硅片是根据客户的设计，利用曝光、离子注入和热扩散技术在晶圆表面预形成 IC 嵌入层，然后再在上面生长一层外延层。图5：全球各尺寸半导体硅片出货面积占比（2020 年）2 英寸3 英寸4 英寸5 英寸6 英寸8

22、 英寸12 英寸50mm75mm100mm125mm150mm200mm300mm资料来源：Omdia，国信证券经济研究所整理图6：退火片图7：外延片资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告8根据应用场景不同，半导体硅片可分为正片、假（陪）片。根据应用场景不同，半导体硅片可分为正片、假（陪）片。正片（Prime Wafer）用于半导体产品的制造，假片（Dummy Wafer）用来暖机、填充空缺、测试生产设备的工艺状态或某一工艺的质量状况。假片一般由晶棒两侧品质较差部分切割而来，由

23、于用量巨大，在符合条件的情况下部分产品会回收再利用，回收重复利用的硅片称为可再生硅片（Reclaimed Wafer）。据观研网数据，65nm 制程的晶圆代工厂每 10 片正片需要加 6 片假片， 28nm 及以下制程每 10 片正片则需要加 15-20片假片。表1：半导体硅片的种类和比较项目项目使用目的使用目的使用量使用量（以正品用量当作（以正品用量当作 100100）8 8 英寸价格英寸价格（日元）（日元）1212 英寸价格英寸价格（日元）（日元）正片正片成品正片080000假（陪）片假（陪）片假（陪）片test 或 flow check20可再

24、生硅片可再生硅片假（陪）片test 或 flow check203000050000资料来源：芯片用硅晶片的加工技术，国信证券经济研究所整理（价格数据非最新价格）半导体硅片行业具有周期性，半导体硅片行业具有周期性，20212021 年市场规模年市场规模 126126 亿美元亿美元半导体硅片的市场规模随着全球半导体行业景气度波动，单位面积价格在半导体硅片的市场规模随着全球半导体行业景气度波动，单位面积价格在 2012016 6年触底后回升年触底后回升。 根据 SEMI 数据， 全球半导体硅片销售额由 2005 年的 79 亿美元增长到 2021 年的 126 亿美元，其中出

25、货面积由 66.45 亿平方英寸增加到 141.65 亿英寸，单位面积价格先降后升，由 2005 年的 1.19 美元/英寸降至 2016 年的 0.67美元/英寸，之后回升至 2021 年的 0.89 美元/英寸。作为半导体产品最重要的主要原材料， 全球半导体硅片的市场规模的波动方向基本与全球半导体销售额一致，且波动幅度更大，具有明显的周期性。图8：结隔离硅片图9：SOI 硅片资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告9半导体硅片制造工序繁多，行业壁垒较高半导体硅片制造工序繁多，

26、行业壁垒较高半导体硅片制造流程复杂，拉单晶是关键环节半导体硅片制造流程复杂，拉单晶是关键环节半导体硅片的上游是半导体级多晶硅材料半导体硅片的上游是半导体级多晶硅材料，下游是半导体产品下游是半导体产品。硅元素在自然界中以二氧化硅为主要存在形式，通过化学还原生成多晶硅材料，之后再进行提纯。光伏用多晶硅材料纯度要求为 69 个“9”之间（99.9999%-99.9999999%），半导体用纯度要求 11 个“9”以上（99.999999999%)。制作完成的半导体硅片被晶圆厂用作衬底制造出各类半导体产品，并最终应用于手机、电脑等终端产品中。半导体硅片制造流程复杂半导体硅片制造流程复杂，主要包括拉单晶

27、和硅片的切磨抛外延等工艺主要包括拉单晶和硅片的切磨抛外延等工艺。半导体硅片的生产流程复杂，涉及工序较多。研磨片工序包括拉单晶、截断、滚圆、切片、倒角、研磨等，抛光片是在研磨片的基础上经边缘抛光、表面抛光等工序制造而来；抛光片经外延工艺制造出硅外延片，经退火热处理制造出硅退火片，经特殊工艺制造出绝缘体上硅 SOI。硅片制造过程中需要经过多次清洗，在销售给客户之前还需要经过检验和包装。图10：全球半导体硅片销售额图11：全球半导体硅片出货面积及单价资料来源：SEMI，SIA，国信证券经济研究所整理资料来源：SEMI，国信证券经济研究所整理图12：半导体硅片所处产业链位置资料来源：芯片用硅晶片的加工

28、技术，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告10步骤一：拉单晶。步骤一：拉单晶。电子级高纯度多晶硅通过单晶生长工艺可拉制成单晶硅棒，常用方法有直拉法（Czochralsk，CZ 法）和区熔法（Float-Zone，FZ 法）两种。FZ法纯度高，氧含量低，电阻率较高，能耐高压，但工艺难度大，大尺寸硅片制备困难且成本高，因此主要以 8 英寸及以下尺寸为主，主要用于中高端功率器件。CZ 法氧含量高，更容易生产出大尺寸单晶硅棒，工艺也已成熟，成本较低，因此目前半导体行业主要采用 CZ 法拉制单晶硅棒。拉单晶技术直接决定了位错、拉单晶技术直接决定了位错

29、、COPCOP（crystalcrystal originatedoriginated pit,pit,晶体原生凹坑）、旋涡等晶体原生缺陷的密度及电晶体原生凹坑）、旋涡等晶体原生缺陷的密度及电阻率阻率、电阻率梯度电阻率梯度、氧氧、碳含量等晶体技术指标的好坏碳含量等晶体技术指标的好坏，是半导体硅片生产工序是半导体硅片生产工序中最为核心的技术。中最为核心的技术。直拉法加工工艺直拉法加工工艺：装料：装料：将多晶硅和掺杂剂放入单晶炉内的石英坩埚内，掺杂剂的种类依所需生长的电阻率而定，主要有生长 P 型的硼和生长 N 型的磷、砷、锑等。熔化：熔化：装料结束后，加热至硅熔化温度（1420）以上，将多晶硅和

30、掺杂剂图13：半导体硅片制造流程资料来源：立昂微招股书，国信证券经济研究所整理图14：直拉法拉单晶图15：区熔法拉单晶资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理资料来源：中晶科技招股书，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告11熔化，挥发一定时间后，将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击。引晶：引晶：当温度稳定后，将籽晶与熔体接触，然后具有一定转速的籽晶按一定速度向上提升，随着籽晶上升硅在籽晶头部结晶，称为“引晶”或“下种”。缩颈：缩颈：在引晶后略微降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的

31、部分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。颈一般要长于 20mm。放肩：放肩：缩颈工艺完成后，通过逐渐降低提升速度及温度调整，使晶体直径逐渐变大到所需的直径为止。在放肩时可判别晶体是否是单晶，否则要将其熔掉重新引晶。等径生长：等径生长：当晶体直径到达所需尺寸后，提高拉速，使晶体直径不再增大，称为收肩。收肩后保持晶体直径不变，就是等径生长。此时要严格控制温度和拉速不变。单晶硅片取自于等径部分。收尾：收尾：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么效应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过

32、程称之为收尾阶段。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。区熔法加工工艺：区熔法加工工艺：在真空或稀有气体环境下的炉室中，利用电场给多晶硅棒加热，直到被加热区域的多晶硅融化，形成熔融区。用籽晶接触熔融区，并融化。使多晶硅上的熔融区不断上移，同时籽晶缓慢旋转并向下拉伸，逐渐形成单晶硅棒。图16：半导体硅片制造流程：拉单晶（直拉法）资料来源：芯片用硅晶片的加工技术，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告12步骤二：切片。步骤二：切片。单晶硅棒磨成相同直径，然后根据客户要求的电阻率，用内径锯或线锯将晶棒切成约 1mm 厚的薄片

33、，形成晶圆。根据目前的工艺、技术水平，为了降低硅材料的损耗、提高生产效率和表面质量，一般采用线切割方法进行切片。步骤三：倒角：步骤三：倒角：硅片倒角加工的目的是消除硅片边缘表面经切割加工所产生的棱角、裂缝、毛刺、崩边或其他的缺陷以及各种边缘表面污染，从而降低硅片边缘表面的粗糙度，增加硅片边缘表面的机械强度、减少颗粒的表面沾污。步骤四：研磨。步骤四：研磨。在研磨机上用磨料将切片抛光到所需的厚度，同时提高表面平整度。 研磨的目的是为了去除在切片工序中， 硅片表面因切割产生的深度约 2025um的表面机械应力损伤层和表面的各种金属离子等杂质污染，并使硅片具有一定的平坦表面。图17：半导体硅片制造流程

34、：拉单晶（区熔法）资料来源：半导体硅片制备技术及产业现状，国信证券经济研究所整理图18：半导体硅片制造流程：切片资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告13步骤五：蚀刻和抛光。步骤五：蚀刻和抛光。通过化学蚀刻去除前面步骤对晶圆表面造成的机械损伤，然后采用硅溶胶机械化学抛光法使晶圆表面更加平整和光洁。步骤六步骤六：清洁和检查清洁和检查。清洁后，对产品进行严格的质量检查，合格后销售给客户。也可进一步用来制作 SOI、外延片等特殊硅片。图19：半导体硅片制造流程：研磨资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理图20：半导体硅片

35、制造流程：抛光资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理图21：半导体硅片制造流程：清洁和检查资料来源：SUMCO，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告14半导体硅片行业壁垒较高，先发优势和规模效应突出半导体硅片行业壁垒较高，先发优势和规模效应突出技术壁垒技术壁垒：半导体硅片技术参数要求高半导体硅片技术参数要求高，各工艺环节需要长期积累各工艺环节需要长期积累。半导体硅片核心工艺包括单晶工艺、切片工艺、研磨工艺、抛光工艺、外延工艺等，技术专业化程度较高，其中单晶工艺是最为核心的技术，其决定了硅片尺寸、电阻率、纯度、氧含量、位错、晶体缺陷等关

36、键技术指标，在单晶生长过程中，需要注意温度控制和提拉速率等。晶圆研磨、抛光工艺决定硅片的厚度、表面平整度、表面洁净度、表面颗粒度、翘曲度等指标。外延工艺的重点是保证外延层厚度的均匀性和外延层电阻率的片内均匀性。随着工艺制程不断向前推进，对硅片性能指标要求也越来越高，比如前沿的 12 英寸硅片需要达到的部分参数如下：晶体缺陷：硅原子对称排列，5 亿个硅原子中只有 1 个缺陷；表面平整度：硅片表面的高度落差小于 10nm；表面洁净度：硅片表面微颗粒尺寸在 10nm 以内；无杂质污染：要求表面杂质含量小于百亿分之一。表2：集成电路用大直径硅抛光片的技术参数要求参数参数要求要求直径300mm直径公差0

37、.2mm厚度775um厚度公差25um翘曲度 Warp10um总厚度偏差 TTV0.1um局部平整度 SFQR（线宽 100nm)101nm边缘扣除距离2mm直径300mm资料来源：芯片用硅晶片的加工技术，国信证券经济研究所整理客户认证壁垒客户认证壁垒：芯片制造企业对于引入新供应商态度谨慎且认证周期长芯片制造企业对于引入新供应商态度谨慎且认证周期长。半导体硅片是芯片制造企业生产半导体产品的重要原材料，芯片制造企业对于引入新供应商态度谨慎，为了保证产品质量的稳定性和一致性，需要经过很长时间的认证周期。通常，芯片制造企业会要求硅片供应商先提供一些硅片供其试生产，待通过内部认证后，芯片制造企业会将产

38、品送至下游客户处，获得其客户认可后，才会对硅片供应商进行认证，最终正式签订采购合同。资金壁垒和规模壁垒资金壁垒和规模壁垒：半导体硅片行业是一个资金密集型行业半导体硅片行业是一个资金密集型行业，且需要达到一定且需要达到一定销售规模才能盈利。销售规模才能盈利。半导体硅片要形成规模化生产，所需投资金额较大，如一台关键生产设备价值达数千万元，大尺寸硅片生产线的投资金额以十亿元计。同时，由于前期固定资产投资额大，半导体硅片企业需要形成一定的规模销售后才能盈利，前期经营压力较大，毛利率可能为负。表3：半导体硅片投资金额较大项目项目规划产能（万片规划产能（万片/ /月）月）投资额（亿元）投资额（亿元）单位投

39、资额（亿元单位投资额（亿元/ /万片每月）万片每月）立昂微立昂微 8 8 英寸产线英寸产线10.007.040.70立昂微立昂微 1212 英寸产线英寸产线15.0034.602.31沪硅产业沪硅产业 1212 英寸产线英寸产线30.0046.041.53资料来源：各公司公告，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告15人才壁垒：半导体硅片企业需要复合型人才。人才壁垒：半导体硅片企业需要复合型人才。半导体硅片的研发和生产过程较为复杂，涉及固体物理、量子力学、热力学、化学等多学科领域交叉，因此需要具备综合专业知识和丰富生产经验的复合型人才。121

40、2 英寸供不应求，国际环境加速国产替代英寸供不应求，国际环境加速国产替代半导体硅片发展历史：起始于美国，日本后来居上半导体硅片发展历史：起始于美国，日本后来居上半导体硅片起始于美国半导体硅片起始于美国，MEMCMEMC 曾引领技术发展并创下多个全球第一曾引领技术发展并创下多个全球第一。半导体产业发源于美国，半导体硅片亦如此。1956 年，美国孟山都化学公司成立孟山都电子材料公司（MEMC Electronic Materials，MEMC）,负责生产制造晶体管和整流器的硅片。在之后的几十年里，MEMC 为行业技术发展、行业标准等都做出了极大贡献，突破的技术包括化学机械研磨 CMP、外延层的生长

41、、零错位晶体、氧控制等；同时公司也是全球第一家量产 4 英寸、 8 英寸的硅片厂商。 作为行业领导者， MEMC在 20 世纪 60 年代获得 80%的市场份额。但后期由于连续亏损，孟山都在 1989 年将 MEMC 卖给了德国化工企业，并于 2016 年被中国台湾的环球晶圆收购。随着本土半导体的崛起随着本土半导体的崛起，日本硅片厂商后来居上日本硅片厂商后来居上，韩国和中国台湾企业也在全球韩国和中国台湾企业也在全球占有一席之地。占有一席之地。20 世纪 50 年代末，日本公司通过技术引进，开始布局硅晶圆产业。在超大规模集成电路研究计划（VLSI，1976-1980）的推动下，日本半导体产业快速

42、发展，其中存储器在 20 世纪 80 年代超过美国，硅片厂商也在此期间获得黄金发展期， 最终经过整合并购形成信越化学和 SUMCO 两家国际半导体硅片巨头，2001 年信越化学在全球率先量产 12 英寸半导体硅片。日本半导体硅片产业从 20世纪 90 年代超过美国后，至今仍在全球占据主导地位。20 世纪 90 年代半导体产业从日本向韩国和中国台湾转移，韩国和中国台湾硅片企业得以成长，并在全球占有一席之地。图22：半导体硅片行业的主要壁垒资料来源：立昂微招股说明书，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告16图23：半导体硅片行业的发展历史资料来

43、源：半导体供应链研究，各公司官网，国信证券经济研究所整理竞争格局：本土供应需求强烈，市场集中度有望下降竞争格局：本土供应需求强烈，市场集中度有望下降半导体硅片产业的发展伴随着整合收购半导体硅片产业的发展伴随着整合收购，竞争格局由分散走向集中竞争格局由分散走向集中。半导体硅片产业发展早期由美国 MEMC 主导，之后众多企业参与竞争，1998 年市场格局极度分散，全球主要市场参与者超过 25 家。但随着硅片尺寸越来越大，所需投资额大幅提高，规模效应是企业盈利的关键，在众多硅片厂商出现连续亏损的情况下收购兼并不断发生。通过不断的整合收购，全球半导体硅片行业由分散走向集中，2019 年全球前五大硅片厂

44、商合计市占率超过 90%。图24：全球五大半导体硅片厂商并购史图25：全球半导体硅片行业由分散到集中资料来源：各公司官网，国信证券经济研究所整理资料来源：Capital IQ，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告17国际环境加速国产替代，全球市场集中度有望下降。国际环境加速国产替代，全球市场集中度有望下降。在国际关系紧张的情况下，半导体供应链安全成为各国政府和企业的关注重点， 半导体硅片作为核心原材料，本土供应需求强烈，2022 年中国台湾环球晶圆收购德国世创电子因未获德国审核通过而宣告失败。在以中国大陆半导体硅片厂商为代表的供给影响下，半

45、导体硅片行业的竞争格局有望发生改变，全球市场集中度有望下降。根据 SEMI 的数据，2020 年全球前三大半导体硅片厂商合计市占率由 2019 年的 68.2%下降至 63.8%；前五大厂商合计市占率由 92.6%下降至 86.6%。8 8 英寸和英寸和 1212 英寸硅片需求增加，小尺寸硅片需求稳定英寸硅片需求增加，小尺寸硅片需求稳定半导体半导体含量提升推动含量提升推动硅片硅片出货面积增加出货面积增加，20212021 年全球硅片出货面积创历史新高年全球硅片出货面积创历史新高。历史上半导体行业的年均增速高于电子系统整体市场，主要驱动力是电子系统中使用的半导体的含量不断增加。比如随着全球手机、

46、汽车和个人电脑出货量增长趋于成熟和放缓，电子系统市场 2011-2021 年的年均复合增长率为 3.5%，而半导体行业 2011-2021 年的年均复合增长率为 6.5%。根据 IC Insights 的数据，2021年电子系统中的半导体含量提高到了 33.2%，创历史新高，同时预期终值将超过40%。在半导体含量推动作用下，硅片出货面积曾上升趋势，根据 SEMI 的数据，2021 年全球硅片出货面积 141.65 亿平方英寸，创历史新高。图26：2020 年全球半导体硅片集中度下降图27：2020 年全球半导体硅片市占率资料来源：SEMI，国信证券经济研究所整理资料来源：SEMI，国信证券经济

47、研究所整理图28：电子系统中半导体含量提升图29：各尺寸半导体硅片需求量（百万片/月）资料来源：IC Insights，国信证券经济研究所整理资料来源：Omdia，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告18半导体硅片新增需求集中在半导体硅片新增需求集中在 8 8 英寸和英寸和 1212 英寸，英寸，6 6 英寸及以下尺寸硅片需求稳定英寸及以下尺寸硅片需求稳定。根据 Omdia 的数据，6 英寸及以下尺寸的半导体硅片需求量在 2000 年到 2015 年之间呈下降趋势，2015 年后基本保持稳定；12 英寸硅片从 2001 年商业化生产后，需求

48、量持续攀升；8 英寸硅片需求量波动相对较少。Omdia 预计 2021 至 2025 年，8 英寸和 12 英寸半导体硅片需求量将增加， 6 英寸及以下尺寸硅片需求保持平稳。从出货片数来看， 2021年12英寸占比47.7%， 8英寸占比34.3%， 小尺寸占比18.0%；从出货面积来看， 2021 年 12 英寸占比 70.9%， 8 英寸占比 22.6%， 小尺寸占比 6.5%。基于成本考虑基于成本考虑，分立器件继续沿用小尺寸分立器件继续沿用小尺寸，集成电路向大尺寸迁移集成电路向大尺寸迁移。分立器件由于价格偏低，生产厂商对于投资大尺寸产线动力不足，目前仍以 6 英寸及以下硅片为主。集成电路

49、使用大尺寸硅片带来的经济效益明显，比如 12 英寸硅片的面积是 8 英寸的 2.25 倍， 可使用率是 8 英寸的 2.5 倍左右，单片可产出的芯片数量增加，单个芯片的成本随之降低。若硅片尺寸增大带来的成本节约可以弥补投资大尺寸晶圆制造产线的成本，厂商便有向大尺寸迁移的动力。目前商用的最大半导体硅片尺寸是 12 英寸，18 英寸（450mm）硅片由于工艺和技术难度较大，目前还没有看到量产的可能。表4：半导体硅片各尺寸对应的制程和半导体产品半导体硅片尺寸半导体硅片尺寸制程制程半导体产品半导体产品6 6 英寸及以下英寸及以下0.35um 及以上二极管、三极管、晶闸管等各类分立器件8 8 英寸英寸9

50、0nm0.35um传感器芯片、驱动芯片、电源管理芯片、射频芯片等1212 英寸英寸90nm 及以下CPU、GPU、存储芯片、FPGA、ASIC 等资料来源：沪硅产业招股书，国信证券经济研究所整理1212 英寸半导体硅片需求旺盛，供求紧张态势有望持续至英寸半导体硅片需求旺盛，供求紧张态势有望持续至 20262026 年年远程办公、汽车半导体、元宇宙等新需求推动远程办公、汽车半导体、元宇宙等新需求推动 1212 英寸半导体硅片需求增加。英寸半导体硅片需求增加。根据 SUMCO 2022 年 2 月的预测，12 英寸半导体硅片的需求量将在远程办公、线上会议、自动驾驶、元宇宙等新需求的推动下增加，其中