出品 | 5GAI產業研習社
作者 | 邱天琪 | 中央財經大學
觀點：
1、硅片是半導體產業鏈的起點，是產業的最上游，貫通了整個芯片製造的前道和後道工藝，硅片的產量和質量直接制約整個半導體產業；
2、在硅片製造流程中，單晶爐、CMP拋光機、量測設備市場份額最大，佔到整個市場的60%；
3、硅片在半導體領域應用價值更高，12英寸和8英寸大硅片成主流；
4、半導體產業鏈逐步轉移至中國大陸，中環股份與硅產業集團積極佈局大硅片；
5、新冠疫情影響下逆全球化成為短期趨勢，我國可以借鑑日本硅片的發展歷程，硅片設備商協同製造商共同研發，逐步構建國產硅片產業鏈。
01
硅片製造流程複雜，以單晶爐、CMP拋光機、量測設備為關鍵設備
從石英砂到硅片主要經歷11道流程，流程工藝圖及部分流程的市場規模如下所示：
數據來源：華西證券
圖表來源：5GAI產業研習社
根據SEMI數據，2018年全球硅片設備市場規模為26.93億美元(185億元)，其中單晶爐、CMP拋光機、量測設備為三大關鍵設備。
單晶爐：單晶爐用於拉出高純度、高質量的單晶硅，在製程中需要控制壓力、溫度、晶種轉速等數十項參數，是工藝最複雜的關鍵設備。其中拉單晶的方法分為直拉法（CZ）和區熔法（FZ）兩種。全球85%的硅片由直拉法制備，可用於製造8、12英寸半導體用（集成電路、分立器件）的拋光片、外延片、SOI等各種硅片。剩下15%的硅片由區熔法制備，可用於製造8英寸分立器件用的區熔硅片，主要用於整流器、探測器件、IGBT等高功率器件。
CMP拋光機：CMP拋光用於改善機械工藝所留下的細微缺陷，使硅片平坦度達到納米級以便製作成芯片。硅片平整度會影響後續芯片製作的良率和性能，需要精密機械和化學反應相配合，是硅片製程中較為複雜的工藝。
量測設備：量測設備用於提升硅片良率和產線生產效率，主要分為缺陷檢測、規格量測兩種類型，用於把控硅片質量和優化，穿插在各道製程間進行測試，在產線上設備種類和數量較多。
02
硅片主要應用於半導體領域和光伏領域，半導體領域應用價值更高
硅片的主要應用領域主要分為兩種，一種是應用在半導體領域，純度要求較高，標準為11個9以上（99.999999999%），還有一種是應用在光伏領域，純度要求相對較低，標準在4-6個9（99.9999%）。
數據來源：華西證券
圖表來源：5GAI產業研習社
根據Siltronic數據，2018年全球硅片市場規模114億美元（約750億元人民幣，硅是目前半導體器件的主要襯底材料，在半導體材料的市場份額佔比95%。
其中半導體級硅材料的應用領域主要集中在集成電路。而目前市場上主要以12英寸硅片和8英寸硅片為主流。根據Gartner數據，依照全球產值劃分，12英寸硅片產能佔比64%，8英寸佔比28%。
其中12英寸硅片通常用於90nm以下半導體制程，例如邏輯芯片（CPU、GPU）、存儲芯片、FPGA與ASIC等高端領域。隨著5G、LoT、人工智能、雲計算的發展，帶動半導體技術加速升級，從而推動12英寸大硅片的需求。
而8英寸硅片主要用於90nm以上製程的特色工藝芯片，包括模擬電路、射頻芯片、嵌入式存儲器、圖像傳感器等。隨著汽車電子、工業電子等物聯網應用增加，推動8英寸硅片的需求，技術升級也使得6英寸硅片需求逐漸轉移至8英寸。
03
目前硅片產業呈現出寡頭壟斷的局面，國內大硅片仍主要依賴進口
目前全球硅片產業呈現出寡頭壟斷的局面，全球硅片行業前五大廠商佔據市場92%的份額。
圖表來源：5GAI產業研習社
目前中國大陸硅片製造商主要是中環股份和硅產業集團，市場佔比合計約3%。
但是從國內的情況來看，8英寸、12英寸大硅片幾乎全部依賴進口，根據電子行業協會數據，2016 年中國大陸企業在 4-6英寸硅片（含拋光片、外延片等）的產量約為5200萬片，基本可以滿足國內4-6英寸的晶圓需求。但是8英寸、12英寸的大硅片，國內自供率仍然較低，其中又以12英寸幾乎全部進口，這將大大制約我國5G、LoT等尖端技術的發展。
04
半導體產業鏈轉移，新冠疫情下逆全球化成為短期趨勢，成為我國半導體產業鏈國產化的挑戰與機遇
1）第三次半導體產業鏈轉移，中國半導體企業迎來發展機遇
全球半導體產業發生過三次轉移，第一次從美國轉移至日本，成就了世界級半導體材料企業，直至今日壟斷全球半導體材料供應，硅片產業Top2均來自於日本，超過50%的市場份額。
第二次從日本轉移至韓國和臺灣，在韓國成就了三星、LG、海力士等存儲芯片巨頭；中國臺灣則成就了全球邏輯芯片代工龍頭臺積電。
第三次轉移則是從中國臺灣轉移至中國大陸，這對於中國半導體企業是一次很好的發展機遇。
2）中環股份與晶盛機電強強聯手，積極佈局半導體大硅片
中環股份是國內唯一同時具備直拉法和區熔法技術的硅片製作商，也是國內領先的區熔法硅片製造商，用於IGBT和功率器件，在國內區熔法硅片佔比80%，全球排名第三。同時也是全球光伏領域硅片的領頭羊。
根據中環股份2019年年報顯示，公司新能源材料業務實現收入 149.21 億元，同比增長23.40%，佔營收比重 88.36%；新能源材料毛利率17.87%，同比提升 2.84 pct。光伏硅片銷量 51.44 億片，同比增長 76.19%。
中環根據自身光伏硅片的技術優勢，在一定程度上有利於向半導體領域發展。2019 年全球半導體行業明顯回調，但公司產品在全球前十大功率半導體客戶的銷售收入提升 2 倍以上，公司在 CIS、BCD、PMIC 芯片等產銷規模上實現了重大突破。
2020年2月20日中環股份公司公告顯示，增發非公開發行的股票，募集資金總額不超過人民幣 50億元，預計其中45億元投入8英寸、12英寸半導體硅片項目。
中環股份目前共有四個生產基地，分別在內蒙古呼和浩特、天津、江蘇和無錫；中環股份協同無錫市政府、晶盛機電共建大硅片項目，公司8英寸硅片已於2019年9月開始順利投產，12英寸硅片第一套設備已經搬入，預計將於2020年1月開始試產，預計量產後8英寸硅片每月產能超100萬片，12英寸硅片每月產能超50萬片，待產品線補充後將大幅提升公司在半導體硅片領域競爭力。
隨著汽車電子、5G、物聯網、大數據、人工智能、智能消費類電子等應用陸續放量，預期半導體行業規模持續增量發展。中環股份將加快集成電路、功率半導體等方向的戰略性升級。
晶盛機電作為目前國內硅片設備產品線覆蓋最齊全的供應商，與中環股份強強聯手，發揮協同效應，進一步促進了國產大硅片產業鏈的完善。
3）硅產業集團橫向併購+政府投資實現半導體領域的快速擴張
硅產業集團是國內唯一具備直拉法12英寸大硅片技術和8英寸SOI硅片技術的硅片製作商，其中旗下三家子公司包括上海新昇、新傲科技、Okmetic，分別負責12英寸大硅片生產，8英寸SOI硅片和外延片生產。硅產業集團是國內首家實現12英寸大硅片量產的製造商，40-28nm硅片已經通過客戶驗證，28nm以下硅片正在客戶驗證中。預計公司在上海的項目量產後，每月8英寸硅片產能達36萬片；12英寸產能達60萬片。
國家大基金重點支持半導體產業，鼓勵國內芯片製造商使用國產芯片。大基金一期已經投資硅產業集團，大基金二期也將加大投資半導體材料，推動國產大硅片採購。
硅產業集團通過橫向併購上海新昇、新傲科技、Okmetic提升產品種類，加上政府背景股東和大基金投資，實現公司的外延式擴張，從而提升公司自身的競爭力。
4）新冠疫情下半導體產業鏈下游遭受衝擊，國內產業鏈上游迎來發展機遇
在此次新冠疫情的影響下，逆全球化成為短期趨勢，目前半導體產業鏈中下游受疫情影響較為嚴重，數據統計公司CCS Insights近日發佈預測，今年智能手機銷量將會嚴重受影響，銷量暴跌1.5億至12.6億部，全球手機銷量將在第二季度暴降29%，下半年依然不容樂觀。據中國信通院數據顯示，2020年1-3月，國內手機市場總體出貨量4895.3萬部，同比下降36.4%。
隨著我國目前疫情已處於可控階段，大量企業復工復產，相較於國外疫情形勢有所好轉。隨著國外產業鏈上游的停工停產，對於我國而言迎來了發展機遇。目前我國半導體產業鏈相對完善，儘管8英寸、12英寸大硅片仍主要依賴於進口，但是隨著國內龍頭企業中環股份、硅產業集團在8英寸、12英寸大硅片研發和生產中取得的巨大進展，加上國家政策和資金大力扶持，一旦能夠實現大規模量產，將開啟國內硅片產業的進口替代之路。
日本大硅片優勢在於完整且自主可控的產業鏈，硅片製造商可以協同設備商、原材料商共同攻克技術困難，領先行業創新研發構建自主可控的國產硅片產業鏈。
我國可以借鑑日本硅片的發展歷程，中環股份和晶盛機電強強聯手發揮其協同效應，逐步完善整條產業鏈。產業鏈國產化將成為未來發展的重點，將有利於國內硅片技術突破，也有利於國內硅片產業的規模化，提升全球競爭力。總結
硅片作為半導體產業鏈的起點，貫穿了整個芯片製造的前後道工藝，硅片的產量和質量直接制約整個半導體行業，及更下游的通信、汽車、計算機等眾多行業的發展。其中半導體領域應用最廣泛的是12英寸和8英寸大硅片，目前國內仍大多依賴進口，且行業集中度較高。
目前半導體產業鏈將轉移至中國大陸，中環股份和硅產業集團目前已經開始積極佈局大硅片，我國應當借鑑日本，與設備商進行合作，例如中環股份與晶盛機電聯手共建大硅片項目，加上此次新冠疫情國內逐步可控，國家政策資金大力扶持，硅片產業鏈國產化未來可期
