沪硅产业研究报告：国产半导体硅片航母12英寸硅片放量释放弹性

沪硅产业研究报告：国产半导体硅片航母，12英寸硅片放量释放弹性1.沪硅产业：国产半导体硅片航母1.1国产半导体硅片领航者，持续加码300mm硅片突破海外封锁，国产半导体大硅片制造领航者。上海硅产业集团主要从事半导体硅片的研产销，是中国大陆规模最大的半导体硅片制造企业之一。公司成立于2015年，2016年取得上海新昇（2014年成立）控制权，同年通过要约收购芬兰Okmetic（1985年成立）100%股权，并收购法国Soitec14.5%股份；2017年，12英寸半导体硅片取得突破性进展，实现正式出货且取得小批量销售，2018年，12英寸硅片在国内率先实现规模化销售；2019年，将上海新傲科技（2001年成立）纳入控股子公司，新增8英寸及以下外延片、不同工艺SOI硅片业务；2020年4月20日公司成功登陆科创板，并将上海新昇纳入全资子公司，2022年2月完成50亿定增项目，预期新增30万片/月产12英寸硅片产能并建立年40万片12英寸SOI硅片中试线。公司主要产品为300mm及以下尺寸的半导体硅片，可用作各类芯片制造的衬底材料。半导体硅片是集成电路及其他半导体产品的关键性、基础性原材料，目前90%以上的半导体产品使用硅基材料制造。公司产品终端应用涵盖移动通信、便携式设备、汽车电子、物联网、工业电子等多个行业，其中200mm半导体硅片（包括抛光片、外延片、SOI片）主要用作传感器、射频前端芯片、模拟芯片、功率器件、分立器件等衬底材料；300mm半导体硅片已轻掺抛光片为主，主要用作存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片的衬底材料。2021年，随产能释放300mm硅片销售额达6.88亿元，yoy118%，毛利率大幅优化。2021年，从主营构成来看：200mm、300mm硅片销售额分别为14.21、6.88亿元，yoy分别为16%、118%，300mm硅片销售额随产能释放大幅增长，毛利率为-6.2%，较去年同期提升28.7个pct，主要由于2021年半导体市场需求旺盛，同时公司的产能逐步释放，公司产品量价齐升。公司营收过去5年的CAGR达37.3%，2021年300mm硅片产能释放大幅减亏。从整体业绩来看，2017-2021年，公司营收由6.9亿元增至24.7亿元，5年CAGR达37.3%。2021年，公司300mm硅片仍在产能爬坡阶段，导致扣非后归母净利润为-1.3亿元，但规模效应逐渐显现，较去年同期减亏53%，整体毛利率为16.0%，较去年同期提升2.9个pct，同时由于公司治理水平提升，期间费率收窄4.9个pct，扣非后净利率较去年同期提升10.2个pct，收窄为-5.3%。1.2大基金持续加持，控股三大子公司多方国资持股，大基金持续加持。截至2022年3月3日，上海国盛集团、国家集成电路产业基金持股比例均为20.84%，并列为公司第一大股东，国家集成电路产业投资基金二期继续进入公司2022年定增项目中（定向发行价20.83元/股），发行后持股比例为2.65%。上海国盛集团实控人为上海国资委，国家集成电路产业投资基金、上海嘉定工业区开发集团、新微科技集团均为国有法人，国资持股彰显国家力量。控股三大子公司，构成8英寸、12英寸硅片两大主体业务。公司通过业务重组控股上海新昇、上海新傲、Okmetic三家子公司，其中上海新昇产品为300mm大硅片（以轻掺抛光片为主），上海新傲产品为200mm及以下尺寸的抛光片、外延片、SOI片，2016年公司以要约收购Okmetic的100%股权，Okmetic生产基地位于欧洲，产品为200mm及以下尺寸抛光片与SOI片。控股新硅聚合切入绝缘体上压电薄膜和光电薄膜衬底材料，参设广州新锐光掩模进入光掩模赛道。子公司新硅聚合正在建设绝缘体上压电薄膜和光电薄膜衬底材料产品的研发中试线，在研材料可广泛应用于高性能滤波器、光通信等领域。此外，公司以参与专项股权投资基金的形式，参与设立了广州新锐光掩模科技有限公司，该公司将建设面向40-28nm及以上制程的先进光掩模生产线，解决国内目前无商业化先进光掩模本土供应商的问题。1.3

技术领先国内，率先量产14nm晶圆制造用硅片半导体硅片制造中各项核心技术国内领先。公司掌握了半导体硅片生产的多项核心技术，包括但不限于300mm半导体硅片、200mm及以下半导体硅片（含SOI硅片）相关的直拉单晶生长、磁场直拉单晶生长、热场模拟和设计、大直径硅锭线切割、高精度滚圆、高效低应力线切割、化学腐蚀、硅片研磨抛光、硅片清洗、外延等技术；以及SOI硅片生产领域内包括拥有自主知识产权的SIMOX、Bonding、Simbond等先进的SOI硅片制造技术，自主研发的半导体硅片制造各项技术国内领先。承接7项国家“02专项“，率先量产14nm先进制程晶圆制造用硅片。国家重大专项关系到我国科学技术、先进生产力的发展与国家竞争力的提升，承担7项国家“02专项”

标志着公司在我国半导体硅片行业内研发实力、技术水平的领先性。（1）200mm及以下尺寸硅片方面，公司实现认证的产品数量不断增加；（2）300mm硅片方面，在”02专项“支持下公司实现了28nm以上工艺节点全覆盖，并均以实现量产供货；截至2021年年中，在《20-14nm集成电路用300mm硅片成套技开发与产业化项目》支持下，公司已完成14nm逻辑产品用硅片的技术认证，并已开始批量供货；存储芯片应用方面，公司128层3DNAND用硅片认证已成功通过，64层3DNAND用硅片也已大批量出货。2.行业：前五大厂主导，供需错配下国产迎黄金窗2.1产业链：制造芯片的基石材料，严重依赖进口半导体硅片是集成电路制造的基石，国内芯片制造严重依赖于硅片进口。半导体硅片是生产集成电路、分立器件等半导体产品的关键材料，是半导体产业链基础性的一环，终端应用包括移动通信、PC、云计算、大数据等各大场景。且从半导体器件产值来看，根据SEMI统计数据，全球90%以上的半导体器件采用硅作为衬底材料。然而，半导体硅片也是我国半导体产业链与国际先进水平差距最大的环节之一，当前我国半导体硅片的供应高度依赖进口，国产化进程严重滞后。硅片占半导体材料比重最高，2020年全球市场规模已超过120亿美元。半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩模、光刻胶配套化学品、抛光材料、光刻胶、湿法化学品与溅射靶材等。根据SEMI统计，2020年硅片、电子气体、光掩模、光刻胶配套化学品的销售额分别为122.0亿美元、45.4亿美元、42.9亿美元、26.6亿美元，分别占全球半导体制造材料行业35.0%、13.0%、12.3%、7.6%的市场份额。2.2半导体硅片分类2.2.1按尺寸划分，向大尺寸发展，300mm未来仍是主流摩尔定律下，大尺寸是发展趋势。根据摩尔定律：集成电路上所集成的晶体管数量，每隔18个月就提升一倍，相应的集成电路性能增强一倍，成本随之下降一半。对于芯片制造企业而言，这意味着需要不断提升单片硅片可生产的芯片数量、降低单片硅片的制造成本以便与摩尔定律同步。半导体硅片的直径越大，在单片硅片上可制造的芯片数量就越多、边缘损耗越小，单位芯片的成本随之降低，在同样的工艺条件下，300mm硅片的可使用面积超过200mm硅片的两倍以上，可使用率是后者的2.5倍左右，在摩尔定律的影响下，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展。300mm仍将是半导体硅片的主流品种。半导体硅片的尺寸（以直径计算）主要有50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）、200mm

（8英寸）与300mm（12英寸）等规格。在未来一段时间内，300mm半导体硅片仍将作为主流尺寸，同时100-150mm半导体硅片产能将逐步向200mm硅片转移，而200mm硅片产能将逐步向300mm硅片转移，向大尺寸方向发展是半导体硅片行业最基本的发展趋势。2.2.2按应用场景分类：正片用于芯片生产，陪片辅助正片根据硅片在晶圆厂中的应用场景分类，硅片可分为正片、陪片，正片可用于芯片制造，陪片又按功能分为测试片、挡片和控片。（1）正片：生产芯片所用的载体，其规格、技术水准相较陪片较高，所对应的价值也越高。（2）陪片：包括测试片、挡片和控片，一般是由硅晶棒两侧品质较差处所切割出来，主要用于调试设备、监控设备状态、监控良率等。测试片功能主要为实验及检查，在制造设备投入使用初期也可用于提高设备稳定性；挡片用于新产线调试以及晶圆生产控制中对正片的保护；控片主要用于监控正式生产过程中的工艺精度及良率。2.2.3按工艺分类：抛光片、外延片、SOI片用途不同根据制造工艺分类，半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以SOI硅片为代表的高端硅基材料。抛光片：单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片，抛光片可直接用于制作半导体器件，广泛应用于存储芯片与功率器件等，也可作为外延片、SOI硅片的衬底材料。根据掺杂程度的不同，又可分为轻掺硅抛光片和重掺硅抛光片，掺杂元素的掺入量越大，硅抛光片的电阻率越低。轻掺硅抛光片广泛用于制造大规模集成电路，也有部分用作生产外延片，重掺硅抛光片主要用于生产外延片。外延片三大用途：CMOS电路、功率器件以及高可靠性芯片。通过以化学气相沉积法外延后，硅片会具有更低的缺陷密度和氧含量。（1）外延片常在CMOS电路中使用，如通用处理器芯片、图形处理器芯片等，由于外延片相较于抛光片含氧量、含碳量、缺陷密度更低，提高了栅氧化层的完整性，改善了沟道中的漏电现象，从而提升了集成电路的可靠性。（2）通常在低电阻率的硅衬底上外延生长一层高电阻率的外延层，应用于二极管、IGBT等功率器件的制造。（3）外延片提升了器件的可靠性，并减少了器件的能耗，因此在工业电子、汽车电子等领域可广泛使用。SOI硅片即绝缘体上硅，其核心特征是在顶层硅和支撑衬底之间引入了一层氧化物绝缘埋层。SOI硅片的优势：通过绝缘埋层实现全介质隔离，这将大幅减少硅片的寄生电容以及漏电现象，并消除了闩锁效应，所以SOI硅片具有寄生电容小、短沟道效应小、低压低功耗、集成密度高、速度快、工艺简单、抗宇宙射线粒子的能力强等优点。因此，SOI硅片适合应用在要求耐高压、耐恶劣环境、低功耗、集成度高的芯片上，如射频前端芯片、功率器件、汽车电子、传感器以及星载芯片等。2.3行业壁垒：技术、人才、认证、资金四大壁垒技术壁垒：技术高度密集型行业，11N的高纯硅指标要求。对比光伏级硅片对纯度99.9999%（6N）的要求，半导体硅片要求纯度至少达99.9999999%（9N），先进工艺要求硅纯度达99.999999999%（11N），提纯工艺控制难度远大于光伏级硅片。技术专业化程度颇高：核心工艺包括单晶工艺、成型工艺、抛光工艺等。（1）从多晶到硅单晶材料的过程，需要在单晶炉内完成晶体生长，工艺难度大。除了热场设计、掺杂技术、磁场技术外还需要匹配各类工艺参数，才能获得性能和稳定性俱佳的硅单晶，且硅片作为半导体器件衬底材料，必须具备高标准的几何参数及表面洁净度，才能实现良好的芯片性能。（2）此外快速更新换代的下游应用市场对半导体硅片提出了越来越高的要求：

除了控制晶体缺陷、晶体杂质外，对半导体硅片表面平整度、机械强度等要求不断提高，先进制程晶圆制造对于硅片的翘曲度、弯曲度、电阻率、表面金属残余量等参数指标方面也有更高的要求，对市场新进入者形成了较高的技术壁垒。人才壁垒：半导体硅片的研发和生产过程较为复杂，涉及固体物理、半导体物理、化学、材料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。此外，生产设备不断改造和升级、调试等，都需要掌握专门技术和丰富经验的人才。要打造高技术水平团队，需要大量的人力资源投入和时间积累，后进企业面临较高的人才壁垒。认证壁垒：硅片供应商下游客户为芯片制造企业，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。半导体硅片企业的产品进入芯片制造企业的供应链需要经历较长的时间，其对于一个新供应商的认证周期至少需要9-18个月，所以形成行业较高的客户认证壁垒。资金壁垒：半导体硅片行业属于典型的资本密集型行业，固定资产投资的需求较高，尤其是半导体硅片生产制造所需的拉晶设备、抛光机、外延设备、检测设备等关键设备的购置成本高昂，规模化生产所需的生产线建设投入巨大，一般来说月产能达12万片的300mm硅片厂方可实现盈亏平衡。而要建成30万月产能300mm硅片厂，一般需要60亿元资金，且在产能爬坡和客户认证周期长，资方需要承受企业3-5年甚至更长时间无法实现盈利的情况，由此形成行业较高的资金壁垒。2.4发展趋势：高端占比上升，国产加速发展依照摩尔定律，半导体行业呈现产品升级迭代快、性能持续提升、成本持续下降、制程不断缩小的基本发展趋势。先进制程晶圆制造用硅片占比将越来越高，28nm以上成熟制程仍将继续发展。制程亦称为节点或特征线宽，即晶体管栅极宽度的尺寸，用来衡量半导体芯片制造的工艺水准。遵循摩尔定律，集成电路朝着面积更小、速度更快、价格更便宜、能耗更低的方向前进。半导体芯片的制程已经从上世纪70年代的1、0.35、0.13μm逐渐发展至当前的90、65、45、22、16、10、7、5、3nm。据ICSight数据显示，在2019年，10nm以下先进制程的产能占总比率仅为4.4%，而到2024年，其比例将增长到30％。未来随着5G/6G、人工智能、云计算、物联网、智能汽车等多种技术的发展和应用的拓展，半导体（硅片）一方面仍然会沿着摩尔定律向更先进制程前进，另一方面28nm以上的成熟制程仍将在很长一段时间内继续发展。半导体行业向中国转移，国内半导体硅片行业将快速发展。受益于产业政策的支持、国内硅片企业技术水准的提升、以及全球芯片制造产能向中国大陆的转移，预计中国大陆半导体硅片企业的销售额将继续提升，将以高于全球半导体硅片市场的增速发展，市场份额占比也将持续扩大。半导体硅片市场将继续保持较高的集中度。半导体硅片行业技术壁垒高、资金壁垒高、人才壁垒高，并且与宏观经济关联性较强，半导体硅片企业需通过规模效应来提高盈利能力，预计未来半导体硅片市场仍将保持较高的集中度。2.5行业格局：国际5大厂商主导，国产新贵沪硅产业崛起2020年，全球前五大厂商合计市占率86.6%，沪硅产业占2.2%。根据SEMI数据，2020年全球前五大半导体硅片厂商分别为信越化学（日）、SUMCO(日)、环球晶圆（中国台湾）、世创电子材料（德）、SKSiltron（韩），市占率分别为27.5%、21.5%、14.8%、11.5%、11.3%；其中日本地区两家公司合计市场份额达49%，前五大厂商一共占据全球超过85%市场份额。2021年2月，环球晶圆收购世创电子材料50.8%股份，合并后环球晶圆与世创电子材料总市场份额居第二位，占比26.3%。国产半导体硅片领导者沪硅产业在全球半导体硅片厂商中的份额排名第七，市占率仅为2.2%。前五大厂商技术及产能领先，国产新贵沪硅产业奋力追赶。从业务实力来看，前五大厂商信越化学、日本盛高、环球晶圆、世创电子材料、SKSiltron均可供先进制程，且在300mm硅片产能上有很大优势；Soitec专注于SOI硅片生产制造，合晶科技200mm及以下尺寸硅片具有很强竞争力。沪硅产业为我国率先实现SOI硅片和300mm硅片规模化销售的企业，产品已实现全球化销售，目前300mm硅片已有产能为30万片/月，已实现14nm及以上逻辑、存储、图像传感器（CIS）等应用全覆盖以上节点产品全覆盖，但业务竞争力相对较弱。2.6行业现状：全球晶圆厂大扩产，硅片供不应求21年全球集成电路产品供不应求，芯片制造厂商大举扩产。得益于5G通信、物联网、人工智能、云计算、大数据等技术的规模化应用，智能手机、便携式设备、物联网产品、云基础设施、汽车电子等终端产品的芯片需求快速增长，2021年全球集成电路销售额将达4630亿美元，yoy达28.2%，国内集成电路销售额为10458亿元，首次超过万亿元，yoy达18.2%。自21年下半年以来，全球晶圆制造产能持续紧缺，产能紧缺问题可能将持续到2023年，由此推动众多芯片制造企业建厂扩能。20-24年，预计全球将新增及扩建85座硅晶圆厂，其中12英寸晶圆厂60座，中国为主阵地。为满足持续增加的芯片产品需求，全球主要芯片制造企业不断加大资本开支、提升芯片制造产能，根据AjitManocha（SEMI的CEO）的统计，20-24年全球将新增及扩建85个硅晶圆厂，其中12英寸晶圆厂60座，8英寸晶圆厂25座。按地区统计，中国大陆、中国台湾将分别各新增及扩建29、17家晶圆厂。21-22年，预计全球新增及扩建硅晶圆厂29座，其中12英寸晶圆厂19座，8英寸晶圆厂10座，中国大陆及中国台湾合计16座，新增及扩建数量占比超50%。硅片厂扩产滞后，预计到2023年12英寸硅片仍将供不应求。根据SUMCO2月的最新预测，21-26年12英寸硅片需求量5年CAGR达8.4%。由于全球主要硅片厂的12英寸硅片新建产能大规模投产要到2023年底，硅片厂扩产进度滞后于晶圆厂扩产需求增加，22-23年，12英寸硅片供应缺口或将比2021年更大，据SUMCO表示，其2026年以前产能都已售罄。此外，由于新能源等行业高景气，成熟制程的功率半导体、模拟IC的需求量大幅增加，未来2年，8英寸及以下硅片供不应求的状态也将持续，我们认为在供需错配时局下，各大半导体硅片厂商进入2022年后或将再次涨价。3.厚积薄发，硅片供需错配时局下的最大受益者3.1率先卡位，国内最大规模量产300mm硅片正片企业公司技术实力、已有产能均领先国内同行，是国内最大规模量产300mm硅片正片企业。（1）技术实力：子公司上海新昇300mm大硅片技术水平国内领先，是国内规模最大量产300mm半导体硅片正片产品、且实现了14nm及以上逻辑、存储、图像传感器（CIS）等应用全覆盖的半导体硅片公司，在客户上实现国内主要芯片制造厂商的全覆盖，子公司上海新傲拥有国内唯一200mmRF-SOI生产线。（2）产能：子公司上海新昇已具备300mm硅片产能30万片/月，已有产能领先同行，产能利用率和出货量持续攀升，21年末累计出货突破400万片；此外，子公司上海新傲及Okmetic的200mm及以下尺寸硅片合计产能为40万片/月，200mm及以下尺寸SOI硅片合计产能超过5万片/月，200mm及以下尺寸SOI硅片产能领先国内同行。控股Okmetic，参股Soitec，国际化优势明显。子公司Okmetic主要生产经营地在欧洲，子公司上海新傲、上海新昇主要生产经营地在中国大陆，参股公司法国Soitec是全球最重要的SOI硅片供应商。公司的供应链和销售渠道遍布全球，已成为国内半导体行业国际化较高的企业之一。供应国际主流及国内所有主要芯片制造企业，300mm大硅片供不应求。公司现拥有众多国内外知名客户，包括台积电、联电、格芯、意法半导体、Towerjazz等国际芯片厂商以及中芯国际、华虹宏力、华力微电子、长江存储、武汉新芯、长鑫存储、华润微等国内所有主要芯片制造企业，目前子公司上海新昇的300mm大硅片在中芯国际、华虹、长江存储等客户每家每月出货都达万片以上，产品供不应求。3.2300mm硅片放量，产品单价上涨+规模效应改善毛利产能与达产率较低造成高单位成本，300mm硅片毛利率持续为负。2018-2021年，公司300mm硅片业务毛利率持续为负，主要原因有：（1）公司300mm半导体硅片的产销规模较低，公司作为半导体硅片市场新进入者，在技术积累、成本控制、客户关系等方面，与全球前五大龙头企业仍有一定的差距，产品质量（包括产品良率、正片率、以及先进制程用硅片占比率）和市场竞争力仍待进一步提高，因此产品销售单价处于相对较低的水平；

（2）由于公司持续进行机器设备投入和产能提升，固定资产新增带来的折旧、维护等费用大幅增加，在产能利用率尚未达到较高水平的情况下，产品单位成本随之提升。2019-2021年，公司300mm硅片量价齐升，毛利率大幅优化。2018年，行业需求增长导致硅片市场价格普遍上升，公司300mm硅片平均单价较2017年增长了31%。2019年平均单价较2018年下降15.5%，主要受此年全球半导体市场整体需求偏软影响，公司作为后进者尚无议价能力，产品价格下跌。2020年后，半导体市场维持高景气度，公司300mm硅片产能和产能利用率的逐步提升、产品质量和规格的不断改进，产品量价齐升，业务明显减亏，21年毛利率提升到-6.2%。公司300mm产品受益于多重价格上涨因素，叠加规模效应摊薄成本，毛利率将持续攀升。（1）公司与客户合作深入，已通过国际主流及国内所有主要芯片制造企业认证，度过低数量低价格供应阶段，作为合格供应商后产品量价齐升；（2）随着公司工艺进步，产品正片率、以及先进制程晶圆制造用比将提升，从而优化产品结构导致产品单价上涨；（3）半导体行业高景气度持续，300mm硅片供不应求，国际大厂纷纷涨价。此外，叠加产能释放后的规模效应及良率提升，单位成本也将随之降低，业务毛利率将随产品涨价、单位成本下降而攀升。3.3扩增12英寸硅片30万片/月，保障国内硅片供应50亿定增落地，新建30万片/月产300mm硅片项目及300mmSOI硅片项目。（1）为以子公司上海新昇为实施主体的“集成电路制造用300mm高端硅片研发与先进制造项目”，将在前期30万片/月产能基础上，进一步新增30万片/月的300mm硅片产能，预期2024年达产后可实现年产352.8万片、平均单价552.2元/片、收入19.48亿元的业绩目标，项目完成后公司300mm硅片产能将合计达到60万片/月，并进一步丰富产品组合，为国内芯片制造企业的本土化安全供应提供保障；（2）以子公司新傲科技为实施主体的“300mm高端硅基材料研发中试项目”，将建设年产能40万片的300mm高端硅基材料研发中试线，目前公司已基本完成了对应300mm抛光片衬底产品的开发。4.盈利预测4.1盈利预测：300mm硅片放量驱动量价齐升公司是我国半导体硅片领导企业，在行业内已树立较强壁垒，具有较强先发优势。子公司上海新昇率先实现300mm大硅片量产销售，且是国内最大规模量产300mm硅片正片企业，技术实力、客户认证均领先同行，正持续扩产保障国产大硅片供应；子公司上海新傲、Okmetic主营200mm及以下尺寸硅片（含SOI片）在高端细分领域的供应优势明显，产能较为稳定，已启动面向汽车电子应用的200mm外延片扩产计划，相对扩产力度较小。产能假设：（1）200mm及以下尺寸硅片（含SOI片）：预计22-24年产能分别为45、45、50万片/月。（2）300mm硅片：300mm是未来集成电路主流尺寸，子公司上海新昇目前已有产能30万片/月，22年3月正式完成50亿定增，位于上海临港的30万片月产及40万片年产SOI硅片项目正在建设，预计24年达产，预计22-24年产能分别为30、45、63.3万片/月。产能利用率假设：（1）200mm及以下尺寸硅片（含SOI片）：22-24年，受益于功率半