出品 | 5GAI产业研习社
作者 | 邱天琪 | 中央财经大学
观点：
1、硅片是半导体产业链的起点，是产业的最上游，贯通了整个芯片制造的前道和后道工艺，硅片的产量和质量直接制约整个半导体产业；
2、在硅片制造流程中，单晶炉、CMP抛光机、量测设备市场份额最大，占到整个市场的60%；
3、硅片在半导体领域应用价值更高，12英寸和8英寸大硅片成主流；
4、半导体产业链逐步转移至中国大陆，中环股份与硅产业集团积极布局大硅片；
5、新冠疫情影响下逆全球化成为短期趋势，我国可以借鉴日本硅片的发展历程，硅片设备商协同制造商共同研发，逐步构建国产硅片产业链。
01
硅片制造流程复杂，以单晶炉、CMP抛光机、量测设备为关键设备
从石英砂到硅片主要经历11道流程，流程工艺图及部分流程的市场规模如下所示：
数据来源：华西证券
图表来源：5GAI产业研习社
根据SEMI数据，2018年全球硅片设备市场规模为26.93亿美元(185亿元)，其中单晶炉、CMP抛光机、量测设备为三大关键设备。
单晶炉：单晶炉用于拉出高纯度、高质量的单晶硅，在制程中需要控制压力、温度、晶种转速等数十项参数，是工艺最复杂的关键设备。其中拉单晶的方法分为直拉法（CZ）和区熔法（FZ）两种。全球85%的硅片由直拉法制备，可用于制造8、12英寸半导体用（集成电路、分立器件）的抛光片、外延片、SOI等各种硅片。剩下15%的硅片由区熔法制备，可用于制造8英寸分立器件用的区熔硅片，主要用于整流器、探测器件、IGBT等高功率器件。
CMP抛光机：CMP抛光用于改善机械工艺所留下的细微缺陷，使硅片平坦度达到纳米级以便制作成芯片。硅片平整度会影响后续芯片制作的良率和性能，需要精密机械和化学反应相配合，是硅片制程中较为复杂的工艺。
量测设备：量测设备用于提升硅片良率和产线生产效率，主要分为缺陷检测、规格量测两种类型，用于把控硅片质量和优化，穿插在各道制程间进行测试，在产线上设备种类和数量较多。
02
硅片主要应用于半导体领域和光伏领域，半导体领域应用价值更高
硅片的主要应用领域主要分为两种，一种是应用在半导体领域，纯度要求较高，标准为11个9以上（99.999999999%），还有一种是应用在光伏领域，纯度要求相对较低，标准在4-6个9（99.9999%）。
数据来源：华西证券
图表来源：5GAI产业研习社
根据Siltronic数据，2018年全球硅片市场规模114亿美元（约750亿元人民币，硅是目前半导体器件的主要衬底材料，在半导体材料的市场份额占比95%。
其中半导体级硅材料的应用领域主要集中在集成电路。而目前市场上主要以12英寸硅片和8英寸硅片为主流。根据Gartner数据，依照全球产值划分，12英寸硅片产能占比64%，8英寸占比28%。
其中12英寸硅片通常用于90nm以下半导体制程，例如逻辑芯片（CPU、GPU）、存储芯片、FPGA与ASIC等高端领域。随着5G、LoT、人工智能、云计算的发展，带动半导体技术加速升级，从而推动12英寸大硅片的需求。
而8英寸硅片主要用于90nm以上制程的特色工艺芯片，包括模拟电路、射频芯片、嵌入式存储器、图像传感器等。随着汽车电子、工业电子等物联网应用增加，推动8英寸硅片的需求，技术升级也使得6英寸硅片需求逐渐转移至8英寸。
03
目前硅片产业呈现出寡头垄断的局面，国内大硅片仍主要依赖进口
目前全球硅片产业呈现出寡头垄断的局面，全球硅片行业前五大厂商占据市场92%的份额。
图表来源：5GAI产业研习社
目前中国大陆硅片制造商主要是中环股份和硅产业集团，市场占比合计约3%。
但是从国内的情况来看，8英寸、12英寸大硅片几乎全部依赖进口，根据电子行业协会数据，2016 年中国大陆企业在 4-6英寸硅片（含抛光片、外延片等）的产量约为5200万片，基本可以满足国内4-6英寸的晶圆需求。但是8英寸、12英寸的大硅片，国内自供率仍然较低，其中又以12英寸几乎全部进口，这将大大制约我国5G、LoT等尖端技术的发展。
04
半导体产业链转移，新冠疫情下逆全球化成为短期趋势，成为我国半导体产业链国产化的挑战与机遇
1）第三次半导体产业链转移，中国半导体企业迎来发展机遇
全球半导体产业发生过三次转移，第一次从美国转移至日本，成就了世界级半导体材料企业，直至今日垄断全球半导体材料供应，硅片产业Top2均来自于日本，超过50%的市场份额。
第二次从日本转移至韩国和台湾，在韩国成就了三星、LG、海力士等存储芯片巨头；中国台湾则成就了全球逻辑芯片代工龙头台积电。
第三次转移则是从中国台湾转移至中国大陆，这对于中国半导体企业是一次很好的发展机遇。
2）中环股份与晶盛机电强强联手，积极布局半导体大硅片
中环股份是国内唯一同时具备直拉法和区熔法技术的硅片制作商，也是国内领先的区熔法硅片制造商，用于IGBT和功率器件，在国内区熔法硅片占比80%，全球排名第三。同时也是全球光伏领域硅片的领头羊。
根据中环股份2019年年报显示，公司新能源材料业务实现收入 149.21 亿元，同比增长23.40%，占营收比重 88.36%；新能源材料毛利率17.87%，同比提升 2.84 pct。光伏硅片销量 51.44 亿片，同比增长 76.19%。
中环根据自身光伏硅片的技术优势，在一定程度上有利于向半导体领域发展。2019 年全球半导体行业明显回调，但公司产品在全球前十大功率半导体客户的销售收入提升 2 倍以上，公司在 CIS、BCD、PMIC 芯片等产销规模上实现了重大突破。
2020年2月20日中环股份公司公告显示，增发非公开发行的股票，募集资金总额不超过人民币 50亿元，预计其中45亿元投入8英寸、12英寸半导体硅片项目。
中环股份目前共有四个生产基地，分别在内蒙古呼和浩特、天津、江苏和无锡；中环股份协同无锡市政府、晶盛机电共建大硅片项目，公司8英寸硅片已于2019年9月开始顺利投产，12英寸硅片第一套设备已经搬入，预计将于2020年1月开始试产，预计量产后8英寸硅片每月产能超100万片，12英寸硅片每月产能超50万片，待产品线补充后将大幅提升公司在半导体硅片领域竞争力。
随着汽车电子、5G、物联网、大数据、人工智能、智能消费类电子等应用陆续放量，预期半导体行业规模持续增量发展。中环股份将加快集成电路、功率半导体等方向的战略性升级。
晶盛机电作为目前国内硅片设备产品线覆盖最齐全的供应商，与中环股份强强联手，发挥协同效应，进一步促进了国产大硅片产业链的完善。
3）硅产业集团横向并购+政府投资实现半导体领域的快速扩张
硅产业集团是国内唯一具备直拉法12英寸大硅片技术和8英寸SOI硅片技术的硅片制作商，其中旗下三家子公司包括上海新昇、新傲科技、Okmetic，分别负责12英寸大硅片生产，8英寸SOI硅片和外延片生产。硅产业集团是国内首家实现12英寸大硅片量产的制造商，40-28nm硅片已经通过客户验证，28nm以下硅片正在客户验证中。预计公司在上海的项目量产后，每月8英寸硅片产能达36万片；12英寸产能达60万片。
国家大基金重点支持半导体产业，鼓励国内芯片制造商使用国产芯片。大基金一期已经投资硅产业集团，大基金二期也将加大投资半导体材料，推动国产大硅片采购。
硅产业集团通过横向并购上海新昇、新傲科技、Okmetic提升产品种类，加上政府背景股东和大基金投资，实现公司的外延式扩张，从而提升公司自身的竞争力。
4）新冠疫情下半导体产业链下游遭受冲击，国内产业链上游迎来发展机遇
在此次新冠疫情的影响下，逆全球化成为短期趋势，目前半导体产业链中下游受疫情影响较为严重，数据统计公司CCS Insights近日发布预测，今年智能手机销量将会严重受影响，销量暴跌1.5亿至12.6亿部，全球手机销量将在第二季度暴降29%，下半年依然不容乐观。据中国信通院数据显示，2020年1-3月，国内手机市场总体出货量4895.3万部，同比下降36.4%。
随着我国目前疫情已处于可控阶段，大量企业复工复产，相较于国外疫情形势有所好转。随着国外产业链上游的停工停产，对于我国而言迎来了发展机遇。目前我国半导体产业链相对完善，尽管8英寸、12英寸大硅片仍主要依赖于进口，但是随着国内龙头企业中环股份、硅产业集团在8英寸、12英寸大硅片研发和生产中取得的巨大进展，加上国家政策和资金大力扶持，一旦能够实现大规模量产，将开启国内硅片产业的进口替代之路。
日本大硅片优势在于完整且自主可控的产业链，硅片制造商可以协同设备商、原材料商共同攻克技术困难，领先行业创新研发构建自主可控的国产硅片产业链。
我国可以借鉴日本硅片的发展历程，中环股份和晶盛机电强强联手发挥其协同效应，逐步完善整条产业链。产业链国产化将成为未来发展的重点，将有利于国内硅片技术突破，也有利于国内硅片产业的规模化，提升全球竞争力。总结
硅片作为半导体产业链的起点，贯穿了整个芯片制造的前后道工艺，硅片的产量和质量直接制约整个半导体行业，及更下游的通信、汽车、计算机等众多行业的发展。其中半导体领域应用最广泛的是12英寸和8英寸大硅片，目前国内仍大多依赖进口，且行业集中度较高。
目前半导体产业链将转移至中国大陆，中环股份和硅产业集团目前已经开始积极布局大硅片，我国应当借鉴日本，与设备商进行合作，例如中环股份与晶盛机电联手共建大硅片项目，加上此次新冠疫情国内逐步可控，国家政策资金大力扶持，硅片产业链国产化未来可期
