1、集成电路高品质硅材国产先锋 神工股份(688233.SH)新股研究 证券分析师： 骆思远A0230517100006 MarkL 杨海燕A0230518070003 梁爽A0230518080008 2020.02.06 主要主要内容内容 1. 半导体硅材料千亿市场，高端产品自产 能力紧缺 2. 神工股份钻研长晶技术，主攻晶圆级单 晶硅材 3. 盈利预测与估值 3 1.11.1单晶硅是集成电路主要单晶硅是集成电路主要材料材料 硅材料资源丰富、物理化学属性优良，成为最主要的半导体功能材料 硅材料具有单方向导电特性、热敏特性、光电特性以及掺杂特性等优良性能，晶 体力学性能优越，易于实现产业化，可以
2、生长为大尺寸高纯度单晶体，故而成为 全球应用广泛的重要集成电路基础材料。 芯片由硅晶圆的基础上加工制造而成，硅晶圆材料是集成电路等半导体产业 的基础 90%以上的大规模集成电路（LSI）及超大规模集成电路（VLSI）制作在高纯优质 的硅抛光片及外延片上。 硅基半导体集成电路制作所用的单晶硅片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。 图1：半导体硅棒及硅筒 资料来源:：神工股份，申万宏源研究 4 1.11.1单晶硅是集成电路主要单晶硅是集成电路主要材料材料 集成电路单晶硅材料根据应用领域主要分为两类： 半导体级单晶硅材料是集成电路产业链中重要的基础材料，按照其在集成电路生 产中的应用主要可划分为芯片用单
3、晶硅材料和刻蚀用单晶硅材料。 图2：晶圆加工中使用的单晶硅材料 资料来源:：神工股份，申万宏源研究 5 1.11.1单晶硅是集成电路主要单晶硅是集成电路主要材料材料 刻蚀用单晶硅材料 加工制成刻蚀用单晶硅部件，与刻蚀设备配套，是刻蚀环节所需的核心耗材。 市场规模约10-15亿元，属于半导体级单晶硅材细分市场。 芯片用单晶硅材料，占半导体级单晶硅材需求市场的90%以上 经成形加工为硅抛光片，再经特殊制程加工为退火晶片、外延片、JIW、SOI。 制造半导体器件的基础原材料，相比于刻蚀用单晶硅材，芯片用单晶硅材料对缺 陷率参数要求严格，微缺陷率保持低水平甚至接近零，方能满足晶圆加工要求。 表1：半导
4、体级单晶硅材料主要分为芯片用单晶硅材料和刻蚀用单晶硅材料 类别微缺陷率尺寸应用领域 刻蚀用单 晶硅材料 微缺陷率参数对后续工艺的重要性水平相对 较低，相关指标达到一定标准后即可满足后 续先进工艺要求 晶体直径大于特定尺寸芯片用单晶硅片，目 前主流晶体尺寸覆盖13-19英寸以适用不同 型号刻蚀设备，全球范围内已实现商用的最 大尺寸可达19英寸 刻蚀设备硅 部件等 芯片用单 晶硅材料 对微缺陷率参数要求严格，需控制材料内部 微缺陷率保持低水平甚至接近零方能满足后 续工艺要求；芯片用单晶硅材料微缺陷率低 于刻蚀用单晶硅材料 目前芯片用单晶硅材料主流尺寸为6英寸、8 英寸和12英寸 晶圆制造所 需硅片
5、 6 1.2 1.2 单晶硅单晶硅加工技术及参数要求加工技术及参数要求 集成电路单晶硅由多晶硅材加工而来 多晶硅是以工业硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电子材 料，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。 多晶硅材料生产工艺主要有改良西门子法和硅烷热分解法。 90以上的单晶硅采用直拉法生产 将多晶硅拉制成单晶硅主要有直拉法和区熔法两种工艺。 区熔单晶硅(FZ-Si) 主要用于制作电力电子器件(SR、SCR、GTO等)、射线探测器、 高压大功率晶体管等；直拉单晶硅(CZ-Si) 主要用于制作集成电路、晶体管、传感 器及硅光电池等。 资料来源：SUMCO，申万宏源研究
6、图3：单晶硅的制取顺序：二氧化硅矿石-工业硅-多晶硅-单晶硅-抛光 7 1.2 1.2 单晶硅单晶硅加工技术及参数要求加工技术及参数要求 直拉法生产过程及主要原料： 在真空状态和惰性气体保护 下，通过石墨电阻加热器将 多晶硅原料加热熔化. 当高纯度多晶硅在石英坩埚 内熔化成熔液后，由于硅元 素与其他元素的结晶效率存 在差异，部分杂质元素进入 硅单晶体的难度较大，部分 杂质元素将随着时间的推移 逐渐沉积到多晶硅熔液底部 并形成残留物，生长成单晶 硅材料产品的纯度高于原材 料多晶硅的纯度。 资料来源：SUMCO，申万宏源研究 图4：直拉法生产单晶硅棒示意图 8 1.2 1.2 单晶硅单晶硅加工技术
7、及参数要求加工技术及参数要求 长晶能力主要取决于炉内温度的热场和控制晶体生长形状的磁场设计能力 单晶炉由炉体、热场、磁场、控制装置等部件组成，硅料经过提炼提纯成为高纯 度的多晶硅后，在单晶炉中长成单晶硅棒。 生产中需要对热场进行合理的设计，精确控制原材料和掺杂剂配比，持续动态控 制晶体的固液共存界面形状、晶体成长速度、旋转速率、腔体温度场分布及气流 气压等诸多生产参数并实现上述生产参数之间的动态匹配，技术难度较高，且随 着产品尺寸增加，对应的生产难度也成倍增长。 资料来源：晶盛机电，申万宏源研究 图5：直拉法生产晶棒示意图图6：电子级晶体生长炉 ，申万宏源研究 9 1.2 1.2 单晶硅单晶硅
8、加工技术及参数要求加工技术及参数要求 芯片用单晶硅材料以尺寸、纯度、缺陷密度为重要技术参数 单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸及18英寸等。 电阻率、纯度、晶向、元素含量、元素分布均匀性亦为硅片质量的评价标准。 12寸晶圆将维持71%市占地位，8寸占比23% 2008年以来12寸晶圆成为主流需求，2018-2022E，12寸硅片需求CAGR 4.1%。 随着存储计算、边缘计算、物联网等新应用的兴起带动了NOR Flash、指纹识别 芯片、电源芯片等产品对8寸晶圆的需求，市场随之出现供应紧张状态。IC Insights预计未来2年，8寸晶圆产能预计维持23%左右市占率。 图7：全球晶
9、圆产能以12寸主导，8寸晶圆占比约23% 资料来源：IC Insights，申万宏源研究 10 1.3 1.3 高品质半导体硅片高度依赖进口高品质半导体硅片高度依赖进口 单晶硅是半导体制造中最重要的原材料 半导体制造核心材料包括硅材料、掩膜版、光刻胶及配套试剂、电子气体及抛光材 料等。 半导体硅材料产业规模占半导体制造材料规模的30%以上，据Semi数据，2018年 全球半导体硅材料市场规模121亿美元。 图8：2016-2018年度全球半导体硅材料市场规模 （单位：亿美元） 资料来源：SEMI，申万宏源研究 11 1.3 1.3 高品质半导体硅片高度依赖进口高品质半导体硅片高度依赖进口 半导
10、体硅片市场长期由日、德、韩寡头企业垄断，前6大企业市占率92% Gartner数据显示，2017年全球半导体硅片销售额前6家企业为Shin-Etsu日 （27%）、SUMCO日（26%）、Global Wafer台（17%）、Siltronic德 （13%）、SK Siltron韩（9%），前五大厂份额达到92%。 2018年，SUMCO已超越Shin-Etsu成为第一大供应商，市占率接近30%。 我国集成电路高品质硅材自给率极低，12寸晶圆硅片全部依赖进口 8英寸硅片的80%，12英寸100%依靠进口，高品质材料自给率不足10%。我国具 有大尺寸低掺杂单晶抛光片量产能力的企业仍屈指可数。 图
11、9：2007全球半导体硅片行业格局 资料来源：Gartner，申万宏源研究 图10：2017全球半导体硅片行业格局 主要内容主要内容 1. 半导体硅材料千亿市场，高端产品自产 能力紧缺 2. 神工股份钻研长晶技术，主攻晶圆级单 晶硅材 3. 盈利预测与估值 13 2.1 2.1 始始于晶圆刻蚀细分市场，切入高纯单晶硅材料于晶圆刻蚀细分市场，切入高纯单晶硅材料 神工股份（Thinkon Semi）生产高纯单晶硅材料 成立于2013年7月，创始人及核心技术人员在日本相关企业从业多年。 神工股份生产高纯度集成电路刻蚀用单晶硅材料，销售给硅电极制造商，经机械 加工为硅电极，是晶圆制造刻蚀环节所必需的核
12、心耗材。 刻蚀用单晶硅部件主要包括上电极、下电极以及外套环等 上电极表面有密集微小通孔，在晶圆制造刻蚀环节，上电极除了作为附加电压的 负极，还作为刻蚀气体进入腔体的通路。 下电极用于承载硅片以及作为附加电压的正极，内侧加工有台阶和定位凸出部。 外环套是支撑上电极及其他相关零件的承载部件，主要用于保证等离子干式刻蚀 机腔体的密封性和纯净度。 图11：刻蚀用上电极产品图12：刻蚀用下电极产品 资料来源：神工股份，申万宏源研究 14 2.1 2.1 始始于晶圆刻蚀细分市场，切入高纯单晶硅材料于晶圆刻蚀细分市场，切入高纯单晶硅材料 芯片制造工艺中薄膜沉积、光刻、刻蚀是芯片制造三个主要工艺环节 刻蚀是移
13、除晶圆表面材料，使其达到集成电路设计要求的一种工艺过程 刻蚀设备的工作原理将硅片置入单晶硅环，合体作为正极置于刻蚀设备腔体的下方，然 后把处于刻蚀设备腔体上方带有密集微小通孔的单晶硅盘作为负极，附加合适的电压， 加上酸性的等离子刻蚀气体，在高温腔体内按前序工艺光刻机刻出的电路结构在硅片上 进行微观雕刻，使硅片表面按设计线宽和深度进行腐蚀，形成微小集成电路。 硅电极是晶圆制造刻蚀工艺的核心耗材刻蚀过程中硅电极会被逐渐腐蚀并变薄，当硅电 极厚度缩减到一定程度后需换新电极 图13：刻蚀设备中需使用硅单晶制成的上下电极 资料来源：神工股份，申万宏源研究 15 2.1 2.1 始始于晶圆刻蚀细分市场，切
14、入高纯单晶硅材料于晶圆刻蚀细分市场，切入高纯单晶硅材料 成立6年，神工股份已成为集成电路刻蚀用单晶硅材料主要供应商之一 自2015年开始，公司量产单晶硅材料尺寸主要为14英寸以上产品，公司产品主要 应用于全球范围内12英寸先进制程集成电路制造，为国内极少数能够实现大尺寸、 高纯度集成电路刻蚀用单晶硅材料稳定量产的企业之一。 2016-2018年度，公司主要产品销售额CAGR 152.84%，增长幅度较大。 公司核心产品过去几年成功打入国际先进半导体材料供应链体系，并已逐步替代 国外同类产品。目前全球刻蚀用单晶硅材料市场规模约1,500-1,800吨，公司 2018年市场占有率约13%-15%。
15、 图14：2016年以来，神工股份刻蚀用单晶硅材销售额CAGR 153% 资料来源：神工股份，申万宏源研究 16 2.1 2.1 始始于晶圆刻蚀细分市场，切入高纯单晶硅材料于晶圆刻蚀细分市场，切入高纯单晶硅材料 由于刻蚀机行业主要在国外，神工股份目前客户均为国际半导体材料客户 神工股份产品主要向集成电路刻蚀用硅电极制造商销售，全球范围内主要刻蚀机 生产厂商和刻蚀用硅电极制造厂商主要位于日本、韩国和美国，因此公司产品主 要出口日本、韩国和美国。神工股份现有客户包括三菱材料、SK化学、CoorsTek、 Hana、Silfex等国际半导体材料企业。 历年出口比例98-100% 2016-2018年
16、度及2019H1，神工股份出口日本、韩国和美国的合计业务收入分 别为4,333万元、12,637万元、28,151万元和14,074万元，占主营业务收入的比 例分别为98.05%、100.00%、99.64%和99.90%。 图15：以日本、韩国为主要销售市场（百万元，%） 资料来源：神工股份， 申万宏源研究 17 2.2 2.2 钻研钻研领先的长晶技术，领先的长晶技术，开发单晶硅抛光片开发单晶硅抛光片 神工股份量产的刻蚀用单晶硅材料尺寸覆盖8-19英寸，其中14英寸以上产 品占比超过90% 神工股份通常将纯度为8-9个9的多晶硅原材料加工成纯度为10-11个9集成电路 刻蚀用单晶硅材料。 自
17、2015年开始，公司量产单晶硅材料尺寸主要为14英寸以上产品，公司产品主 要应用于全球范围内12英寸先进制程集成电路制造，为国内极少数能够实现大尺 寸、高纯度集成电路刻蚀用单晶硅材料稳定量产的企业之一。目前，量产尺寸最 大可达19英寸，为业内需求的最大尺寸，产品质量核心指标达到国际先进水平， 可满足7nm先进制程芯片制造刻蚀环节对硅材料的工艺要求。 资料来源:CEIC，申万宏源研究 图16：神工股份主要产品规格为14-19英寸（百万元） 18 2.2 2.2 钻研钻研领先的长晶技术，领先的长晶技术，开发单晶硅抛光片开发单晶硅抛光片 集成电路单晶硅材料凸显技术密集属性 公司无磁场大直径单晶硅制造
18、技术、固液共存界面控制技术、热场尺寸优化工艺 等技术已处于国际先进水平。 从公司创立以来，研发团队取得了如下业内领先的成果： 1）在无磁场辅助条件下，以28英寸小热场高良率成长出16英寸以上（晶向指数 100）的超大直径单晶体； 2）实现量产70-80ohm/cm超窄电阻率、高面内均匀性的18英寸单晶体； 3）为满足国际知名半导体厂商产品需求，公司率先实现19英寸（晶向指数100） 单晶体量产，为进一步量产22英寸以上超大直径单晶体奠定了坚实基础； 4）为满足国际知名半导体厂商产品需求，公司成功研发业内首批17英寸（晶向 指数111）硅单晶体； 5）成功研发在无磁场辅助下芯片用的8英寸晶体的低
19、缺陷成长技术，为下一阶段 研发及量产芯片用12英寸低缺陷晶体打下良好基础； 6）开发了半导体刻蚀机用无磁场28英寸热场量产19英寸硅单晶技术，良品率高、 成本低、径向电阻率均匀性好，填补了国内空白，达到国际先进水平。 19 2.2 2.2 钻研钻研领先的长晶技术，领先的长晶技术，开发单晶硅抛光片开发单晶硅抛光片 领先的大尺寸单晶技术进步带来产品的高单价和高毛利 2016-2018年及2019H1，神工股份综合毛利率分别为43.73%、55.10%、 63.77%和67.25%，毛利率逐年提升原因： 一方面，依靠研发优势和多年的经验积累，在热场控制、产品投料等环节不断完善工艺， 同时引入投料量更
20、大的单晶生长设备，进一步降低了单位成本； 另一方面，产品单晶硅直径越大，单价越高、毛利越高，2016年以来公司15英寸产品 销售比例显著提高，带动产品毛利结构改善。 图17：神工股份产品直径越大，单价越高 （元/毫米） 图18：神工股份产品直径越大，毛利越高 （%） 资料来源:神工股份，申万宏源研究 20 2.2 2.2 钻研钻研领先的长晶技术，领先的长晶技术，开发单晶硅抛光片开发单晶硅抛光片 刻蚀用单晶硅与单晶硅抛光片具有技术互通性 神工股份现有产品及募投项目产品两者在生产工艺方面存在相似度和相通性，均 涵盖了固液共存界面控制技术、电阻率精准控制技术、引晶技术等方面。 相比刻蚀用单晶硅，抛光
21、片对纯度、缺陷率、成型加工良率要求更高 1）刻蚀半导体对大直径晶体控制的要求较高，最高需求达19英寸，而在晶体纯 度及缺陷率控制方面，募投项目产品对生产工艺的要求更高。 2）刻蚀单晶硅交付方式为硅棒及粗加工的刻蚀片，晶圆抛光片用高纯度的多晶 硅在单晶炉内拉制单晶硅后，还需涉及切割、研磨、抛光、清洗等加工工艺。制 作大硅片过程中，由于对倒角、精密磨削等加工工艺要求很高，因此，后道加工 良率也是一项挑战。 图19：硅片制造工艺 资料来源:SUMCO，申万宏源研究 21 2.2 2.2 钻研钻研领先的长晶技术，领先的长晶技术，开发单晶硅抛光片开发单晶硅抛光片 募投项目布局单晶硅抛光片 神工股份IPO
22、募集资金投资项目包括8英寸半导体级硅单晶抛光片生产建设项目和 研发中心建设项目，拟投入募集资金总额为11.02亿元。本募投项目建设完成并 顺利达产后，公司将具备年产180万片8英寸半导体级硅单晶抛光片以及36万片 半导体级硅单晶陪片的产能规模。 新产品已取得初步进展 据招股说明书披露，神工股份已实现利用无磁场晶体生长设备生产单晶硅材料并 经下游客户加工制成半导体级硅单晶抛光片，产品已通过国内晶圆生产厂商验证 并批量投入使用。 表2：IPO募集资金投资项目 项目名称总投资额(万元）使用募集资金投入金额(万元） 18英寸半导体级硅单晶抛光片生产建设项目86,92386,923 2研发中心建设项目2
23、3,27723,277 合计110,200110,200 资料来源：神工股份招股说明书，申万宏源研究 主要内容主要内容 1. 半导体硅材料千亿市场，高端产品自产 能力紧缺 2. 神工股份钻研长晶技术，主攻晶圆级单 晶硅材 3. 盈利预测与估值 23 3.1 3.1 关键假设及盈利预测关键假设及盈利预测 刻蚀用单晶硅： 12英寸的干法刻蚀机耗材直径要达到15-17英寸，随着12英寸晶圆出货占比提升， 预计15英寸以上刻蚀用单晶产品比例仍将提升。公司有望持续研发改进无磁场长 晶工艺，逐步降低生产成本，维持产品竞争力和毛利率。假设2019-2021年，15 寸以下硅产品维持5%增速，15-16寸硅产
24、品维持10%增速，16-19寸硅产品维持 20%增速，各产品毛利率维持不变。2019-2021年间，刻蚀用单晶硅材料收入预 计为3.08/3.37/3.68亿元。 单晶硅抛光片： 假设新产品于2020年取得量产突破，2020-2021年晶圆用单晶硅材料收入预计为 0.90/2.41亿元，毛利率为30%/40%。 预测2019-2021年神工股份收入分别为3.08/4.27/6.09亿元，综合毛利率 分别为64%/57%/55%，归母净利润分别为1.15/1.31/1.81亿元。 表3：神工股份各业务收入假设（百万元） 20019E2020E2021E 刻蚀用单晶硅材料44
25、 126 283 308 337 368 16-19寸硅产品7 15 24 29 35 42 15-16寸硅产品18 55 157 172 190 209 14-15寸硅产品16 47 91 95 100 105 14寸以下硅产品4 10 11 11 12 13 晶圆用单晶硅材料 90 241 24 3.2 3.2 估值估值 估值 由于公司生产半导体高端硅材料，位于集成电路产业主要环节（设计、制造、封 测）之上游。集成电路不同产业链环节的公司PE估值存在差异，因此选取同为上 游的上市公司江丰电子、江化微、北方华创作为可比公司。其中，江丰电子生产 集成电路用高纯溅射靶材，北方华创提供集成电路设备
26、、光伏设备、真空设备等， 江化微生产光刻胶等湿电子化学品。2016-2018年，江丰电子毛利率30-32%， 北方华创毛利率38-40%，江化微毛利率31-41%，略低于神工股份同期的44- 64%毛利水平，但均代表了集成电路上游制造企业较高的盈利水平。 以2020/02/05可比公司市值及一致盈利预期计算，江丰电子、北方华创、江化微 PE水平呈梯度下降，PE一定程度上反应国产标的稀缺度、成长潜力等基本面。 取可比公司2020年PE算术平均值119X，对应神工股份2020年净利润预测1.31亿 元，给予目标市值155.89亿元。 市值 （亿元）2019E2020E2021E2019E2020E2021E 江丰电子2190137 北方华创617311380 江化微38537392725241 16611986 152213292 神工股份115131181 市值加权平均值 表4：可比公司估值 公司 归母净利润（百万元）PE 算术平均值 25 26 简单金融 成就梦想 A Virtue of Simple Finance 27
sgpjbg002
工作日 8:30 - 17:30
会员动态：
报告分类
新质生产力
ChatGPT
新能源汽车
大模型
Sora
机器人
微短剧
芯片
薪酬
白皮书
低空经济
数据要素
创新药
人工智能
AI产业
信息科技
互联网
消费经济
汽车交通
电商零售
传媒娱乐
医药健康
投资金融
能源环境
地产建筑
传统产业
英文报告
其它
扫码登录
手机快捷登录
账号登录
