Non credo sia fattibile così come l'hai descritta tu.
I Web Sites non sono "Progetti" e soprattutto la master page non viene inserita in un assembly referenziabile, quindi il concetto stesso di "aggiungere un riferimento ad un altro sito" crolla.

Nei nostri progetti noi abbiamo c.ca 30 applicazioni che condividono in tutto 3 Master Page e abbiamo risolto come segue:

Se il tuo obiettivo è condividere codice presente nella master page potresti creare ( in un progetto libreria esterna ) una classe MyMaster che erediti da MasterPage.
Le due masterpage nei due progetti deriverebbero dalla tua MyMaster e ne condividerebbero tutto il codice che sei riuscito ad estrapolare.

Se invece punti a condividere il markup un workaround potrebbe essere quello di usare sourcesafe o qualunque strumento di source control che ti permetta di condividere elementi : la masterpage potrebbe essere un elemento condiviso tra i vari progetti. In questo modo se fai una modifica in una delle due per ereditarla negli altri progetti basterà scaricare l'ultima versione.

Gli stessi espedienti sono utilizzabili con gli ascx

Spero di esserti stato utile