2022年神工股份业务布局及发展趋势分析 国产刻蚀机助力硅电极实现进口替代

1. 神工股份产能居首技术领先，大直径硅料成长性大于周期性

1.1 大直径单晶硅材料全球龙头，充分受益产业分工与转 移加速

神工股份的大直径单晶硅材料产品在技术、品质、产能和市 场份额等方面均处于国际先进水平。公司是刻蚀用硅电极上游— —大直径单晶硅材料全球最大的供应商，产品尺寸范围覆盖 8 英寸 至 19 英寸，主要产品形态包括硅棒、硅筒、硅环和硅盘，纯度达 10 至 11 个 9，可满足 7nm 及以下先进制程芯片刻蚀环节对硅材料 的工艺要求。大直径单晶硅材料业务为公司目前主要营收来源， 2020 年实现收入 1.82 亿元，占营收比重达 94.96%，在全球大直 径单晶硅材料市场占有率约为 13%-15%。

硅电极厂对上游单晶硅材料的生产制造和稳定供应能力要求 严格，依赖程度高，神工因此深度受益。大直径单晶硅材料直接 下游为硅电极制造商，硅电极制造商往下对接刻蚀设备厂商和晶 圆制造厂商，神工股份大直径硅材料主要客户均为日韩美硅电极 厂商。硅电极制造商可分为两类：一类同时具备单晶硅材料制造 能力和硅电极加工能力，一类不具备单晶硅材料制造能力或单晶 硅材料制造能力较弱，需要从专业单晶硅材料制造商采购单晶硅 材料进行后道加工。由于硅电极的加工并不改变材料的物理化学 特性，因此上游单晶硅材料的产品质量直接影响到硅电极在刻蚀 环节的表现，产品认证门槛较高；产品认证通过之后，产品供应 能力对硅电极制造商的生产经营同样影响重大，叠加替换供应商 成本较高，稳定的供应能力进一步增加硅电极制造商对上游单晶 硅材料厂商的依赖；同时，单晶硅材料厂商在研发上能够协助硅 电极制造商完成自身技术及工艺的优化和提升 ，快速响应并满足 定制化的需求。神工股份目前已经顺利切入包括三菱材料、 CoorsTek 、SK 化学、Hana 、WDX、Silfex 等日韩美硅电极制造 商，并且随着规模不断扩大，在产业环节中的重要性不断提升。

产业分工与转移为国内大直径单晶硅材料厂商带来快速发展 机遇。随着集成电路工艺制程不断突破带来刻蚀环节“质”和 “量”同步升级，晶圆厂产线快速扩张提升设备、材料需求，大 直径单晶硅材料市场需求随之增长，硅电极制造商单晶硅材料制 造和加工环节产业分工趋势或更加明晰，叠加第三次半导体产业 转移带来中国大陆半导体产业份额不断提升，国内大直径单晶硅材料厂商迎来快速发展机遇。高精度纳米制程技术的不断突破以 及晶圆的大尺寸化趋势，不仅意味着晶圆制造需要执行更多的刻 蚀工艺步骤，需要消耗更多的硅电极，也引领硅电极往大尺寸方 向升级迭代，价值量进一步提升。5G、电动汽车、AIoT 等不断提 升半导体市场需求，刺激全球晶圆厂快速扩张，也拉动了上游设 备、材料的需求。第三次半导体产业转移大背景下，中国大陆半 导体产业快速发展，已经逐渐成为半导体产业转移的需求中心和 产能中心，国内大直径单晶硅材料厂商面临广阔的发展空间 。

图：全球半导体资本支出展望

1.2 材料工艺自主可控，技术实力强成本优势大

神工股份掌握了 19 英寸及以下尺寸单晶体的所有技术工艺， 构建了较高的技术壁垒，规模效应进一步凸显成本优势。公司一 直专注于刻蚀用单晶硅材料的研发、生产和销售，突破并优化了 多项关键技术，公司产能利用率、良品率等指标也不断提升，单 位成本不断下降。公司凭借无磁场大直径单晶硅制造技术、固液 共存界面控制技术、热场尺寸优化工艺等多项业内领先的工艺或 技术，使公司能够不借助强磁场，在单晶生长设备既有规格基础 上生产出更大尺寸的单晶硅，因此在维持较高良品率和参数一致 性水平的基础上有效降低了单位生产成本。公司主要产品也均处 于规模化生产阶段，成本优势进一步凸显。

神工股份核心技术团队具备海外硅片行业深厚经验，技术实 力强劲，降维布局刻蚀用单晶硅材料发展迅速。半导体级单晶硅 材料可分为芯片用单晶硅材料和刻蚀用单晶硅材料，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，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。公司核心技术人 员潘连胜、山田宪治都有海外硅片企业工作经验，13 年成立神工 股份降维到刻蚀用单晶硅材料领域，短短两年就实现了盈利，公 司的强劲技术实力可见一斑。

相较于国内对标企业有研硅，神工的起步虽晚但优势显著。 有研硅是国内最早开展半导体硅材料业务的企业之一。有研硅前 身为有研科技集团有限公司（原北京有色金属研究总院）401 室， 自上世纪 50 年代开始硅材料研究，积累了丰富的硅材料研发核心 技术及生产经验。2018 年公司完成混合所有制改革，控股股东株 式会社 RS Technologies 是全球知名的半导体晶圆片再生制造企 业。有研硅在国内率先实现 6 英寸、8 英寸硅片的产业化及 12 英 寸硅片的技术突破，并于 2005 年实现集成电路刻蚀设备用硅材料 产业化，目前有研硅主要产品包括半导体硅抛光片、刻蚀设备用 硅材料、半导体区熔硅单晶等。

神工股份高毛利率凸显成本优势和强劲技术实力，后来居上 产能与营收规模迅速增长。神工股份近年综合毛利率均超 60%， 有研硅刻蚀设备用硅材料业务毛利率水平仅在 40%左右，毛利率 差异凸显神工股份成本优势与强劲技术实力。有研硅 2005 年就实 现刻蚀设备用硅材料产业化，神工股份 2013 年才成立， 2018 年 神工股份实现营收 2.83 亿元，产能规模达 272.4 吨/年，有研硅刻 蚀设备用硅材料实现营收 2.54 亿元，产能规模为 234 吨/年，神工 股份后来居上实现营收和产能规模反超，增长十分迅速。

神工股份一直专注于研发投入，高研发投入是建立技术、产 品以及客户优势，确立行业领先地位的关键。神工股份近年研发 费用率超 9%，高于有研硅 8.78%的水平（剔除股份支付费用）。 截至 2021 年上半年，神工股份研发人员达 50 人，研发人员占比 达 21.55%，有研硅研发人员达 64 人，研发人员占比为 11.07%。 神工股份凭借持续的研发投入和技术积累，已经在刻蚀用单晶硅 材料领域积累了丰富的客户资源和良好的品牌知名度，细分市场 占有率不断上升。

1.3 大径化趋势推动份额持续提升，助力公司穿越周期

半导体硅片不断向大尺寸方向发展，刻蚀用单晶硅材料大径 化趋势明显，大直径单晶硅材料厂商深度受益。摩尔定律推动半 导体硅片向大尺寸演进，半导体硅片尺寸从最初的 50mm 已升级 到 300mm，300mm 硅片刻蚀加工需要超过 300mm 的硅电极零部 件 ，拉动了大直径单晶硅材料需求。而大直径单晶硅材料生产资 金投入高，直径越大工艺技术越复杂，硅电极厂商自给意愿不强， 外购上游大直径单晶硅材料厂商产品权重或上升，大直径硅材料 厂商迎来新的成长空间。目前干式刻蚀机腔体内硅部件“大型化” 趋势日趋明显。从技术角度来看，硅结构件产品相比其他材质， 更适合应用于纯净度要求较高的刻蚀机腔体中；因刻蚀机腔体内 的结构件校大，且单晶硅材质的成本高于多晶硅材质，客户出于 成本考虑，有多晶替代需求。

神工股份较大直径单晶硅材料份额近年稳步提升，毛利率也 逐年攀升，超大直径硅材料研发进展顺利，刻蚀用硅材料龙头地 位愈加巩固。2016-2020 年，公司大直径单晶硅材料 15 英寸以上 产品占比从 56%提升至 65%，其中 16-19 英寸产品占比从 16%提 升到 24%。单晶硅材料产品直径越大毛利率越高，16-19 英寸产品 毛利率接近 80%，较大直径单晶硅材料份额提升带来单晶硅材料 业务综合毛利率水平逐年攀升，2016-2020 年从 44%提升到 68%。 同时公司使用 28 英寸热场成功拉制直径达到 550mm（22 英寸） 的晶体，进一步巩固了公司在大直径单晶硅材料领域的技术地位； 公司还开展了 22 英寸以上半导体零部件用的多晶质材料的工艺攻 关，取得了更多的热场优化试验数据，良品率继续提高，同时开 展了多晶质零部件的基本加工工艺研发，完成初始工艺和小批量生产，材料纯度基本符合设计值。

份额的不断提升将助力神工股份穿越半导体周期。半导体行 业受技术迭代、应用创新、库存变化等因素影响存在一定的周期 性，在行业周期上行阶段，为响应半导体设计厂商备货需求，半 导体制造商加大资本开支积极扩产，直接提振半导体设备需求， 产线投产后进而拉动半导体材料需求，设备与材料表现出一定的 时滞。2016-2018 年，随着 5G 商用，叠加物联网、人工智能的拉 动，全球半导体行业景气度提升；2019 年，随着终端市场需求放 缓，半导体行业迎来下行周期；2020 年至今，伴随着新能源汽车、 AIoT 等需求高速增长，半导体行业又迎来新一轮上行周期。神工 股份作为半导体硅材料厂商，季度营收表现与半导体设备销售额 表现出明显的相关性，滞后约 2-3 个季度，同时营收环比增速也显 著优于行业增速。神工股份优异的表现不仅源于行业增长红利， 更是自身份额持续提升的结果，这也将助力公司穿越周期巩固公 司市场领先的地位。

2. 国内晶圆厂加速扩张，国产刻蚀机助力硅电极实现进口替代

2.1 硅电极加工工艺难，单体价值量高，发展空间更大

神工股份 2020 年向下游拓展硅电极零部件业务，由全资子公 司福建精工半导体承接，已覆盖 6-12 英寸硅电极部分产品。硅电 极零部件产品主要包括上电极、下电极以及外套环等，上电极表 面有密集微小通孔，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；下电极内侧加工有台阶和定位凸出部，主要用 于承载硅片以及作为附加电压的正极；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。硅电极在刻蚀加工工艺过程会被逐渐腐蚀并变 薄，当硅电极厚度减少到一定程度后，需替换新的硅电极， 因此 硅电极是晶圆制造刻蚀工艺的核心耗材。2020 年，神工股份硅电 极业务逐步批量生产，实现营收 70 万元。

硅电极加工工艺难度高，高附加值带来更大市场空间。硅上 电极作为刻蚀气体的通路，微孔数量往往达上千个，微孔的尺 寸、分布和内壁质量对刻蚀晶圆表面的沟槽精度、均匀性等指标 都有着重大影响，这就对硅电极微孔的尺寸精度、位置精度还有 每个微孔内壁表面的光滑度提出了极高的要求，打孔技术和孔内 腐蚀清洗技术成为了硅电极加工工艺核心难点。同时，单晶硅材 料属于硬脆材料，加工过程容易发生崩裂等表面细微损伤，这进 一步加大了硅电极加工的工艺难度。据 SEMI 数据，2020 年全球刻蚀用硅电极市场规模约 18 亿美元，全球刻蚀用单晶硅材料市场 规模约 3 亿美金，高难度加工工艺带来更高附加值，硅电极市场 发展空间更大。

图：硅电极加工工艺流程

2.2 晶圆厂与刻蚀设备厂为硅电极本土供应商创造替代机 会

硅电极对下游的供应主要分为两种方式：一是对接刻蚀设备 厂商提供原配品硅电极，二是对接晶圆制造厂商提供非原配品硅 电极。刻蚀设备厂商通常指定通过其认证的硅电极制造商生产与 其刻蚀设备相配套且满足特定工艺要求的原配品硅电极，并提供 给下游晶圆厂。原配品硅电极虽然与刻蚀设备匹配度更高，但价 格相对更贵。晶圆厂往往在采购新刻蚀设备时出于获取刻蚀设备 供应商售后服务和技术支持的考虑会倾向于购买原配品硅电极， 当晶圆厂掌握刻蚀设备使用工艺后，出于成本考虑会寻找非原配 品硅电极予以替代。同时随着硅电极生产工艺的不断成熟，非原 配品硅电极与原配品硅电极的技术差距越来越小，在综合考虑成 本效益和产品质量的基础上， 晶圆厂针对老旧刻蚀机型更倾向于 使用非原配品硅电极。

国产替代背景下国内刻蚀设备厂商发展迅速，成为国内硅电 极厂商新增长曲线。全球刻蚀机市场主要被泛林半导体、东京电 子、应用材料占据主要份额，CR3 超 90%，国内刻蚀设备厂商份 额极低，国内刻蚀设备配套零部件产业链也因此发展缓慢。国产 替代背景下，国内刻蚀设备厂商发展迅速，营收规模快速增长， 硅电极等刻蚀设备配套零部件需求随之上升。国内硅电极厂商有 望通过国内刻蚀设备厂商认证，为其提供原配品硅电极零部件， 打开新增长曲线，受益于国产化率不断提升得到快速发展。

国内晶圆厂快速扩张，国内硅电极厂商迎来补位替代机会。 国内晶圆厂一直以来主要从海外刻蚀设备龙头采购刻蚀机，经过 多年的学习积累，国内工程师已经十分熟悉存量刻蚀设备的使用 与维护，这使得国内晶圆厂能够根据存量刻蚀设备的工艺型号去 寻觅性价比更高的第三方硅电极零部件供应商，而不必依赖于原 配品硅电极单一渠道。伴随半导体工艺制程不断往前推进，刻蚀 设备以及配套零部件也在不断升级迭代，海外硅电极厂商在老旧 刻蚀机台配套硅电极零部件的生产上积极性不高，国产硅电极厂 商立足中国大陆区位优势，有望受益国内晶圆厂快速扩张机遇实 现快速发展。

2.3 神工有望成为国内头部刻蚀用硅电极本土供应商

神工股份针对硅电极加工难点实现技术突破，国内客户验证 进展顺利。针对硅电极加工打孔难点，公司开发出了低损伤的高 速钻微孔技术（高速机械钻孔技术），对大深径比的微孔进行加工， 既提高了加工精度，又极大地减少孔内壁的损伤层，从而改善了 产品质量；针对孔内腐蚀清洗技术，公司研发了硅电极微深孔内 壁抛光技术，对孔内表面进行抛光处理保证了表面洁净度；针对 刻蚀设备厂商定制化的螺纹孔需求，公司还研发了脆性材料非标 螺纹加工技术，可以制造各种规格的螺纹。公司在硅电极加工方 面的核心技术已应用于批量生产中，并通过了国内刻蚀机设备厂 商的评估认证，得到了批量长期订单。另外经过 2021 年全年的市 场推广，公司在多家 12 英寸 IC 生产厂家也获得了送样评估机会， 并获得了某些客户的小批量订单。

立足“材料+加工”一体化优势，神工股份有望成为国内唯一 从材料到成品一体化的刻蚀用硅电极本土供应商。全球主要刻蚀 机生产厂商和刻蚀用硅电极制造商均主要位于日本、韩国和美国， 伴随着半导体产业向中国大陆转移以及国内刻蚀设备厂商份额不 断提升，硅电极市场格局或发生改变。神工股份布局覆盖刻蚀用 单晶硅材料和硅电极零部件，面对中国大陆增量市场空间，有望 凭借一体化优势和区位优势迅速抢占市场份额，树立并巩固自身 在国内硅电极市场的领先地位，改变全球硅电极市场格局。为了 更好的满足国内硅电极市场日益提升的需求，神工股份积极进行 硅电极的产能储备，除却福建精工半导体，公司还追加在锦州建 设硅零部件加工场所，这不仅扩充了硅电极产能，南北两厂的布 局有利于更好的服务国内市场，还提高了从原材料到成品的技术 生产衔接，加强了研发团队针对各种加工方法的反馈速度和反馈 强度。

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