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什么是硅晶圆?硅晶圆是什么?硅晶圆是怎么做成的?这篇文章终于说明白了

作者:超级管理员    来源:本站    发布时间:2022-07-17 10:59:48    浏览量:940

一直以来,硅晶圆都是我国半导体产业链的一大短板,目前国内企业还只能生产6英寸和8英寸的硅片,至于12英寸硅片,基本处于空白。说到硅片的尺寸,相信很多人都会一脸疑惑,到底什么是6英寸,8英寸,12英寸?它们之间有何区别?接下来就给各位详细讲解一下关于硅晶圆的一些基础知识,保证小白都能看懂!


1、科普篇


先来看看下面这张电子产品产业链的图,红色圈出的部分就是硅晶圆,从所处位置来看,很明显是属于上游材料,且是半导体芯片制造最重要的基础原材料,在晶圆制造材料成本中占比近30%。

那么8寸、12寸是什么呢?


其实可以想象成披萨,我们吃的pizza hut有9寸,有12寸,大小不同。晶圆也是一样,按其直径分为4寸、5寸、6寸、8寸、12寸。


晶圆越大,同一圆片上可生产的芯片就多,可以降低成本,同时所要求材料技术和生产技术也更高。


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这里的“寸”当然指的是“英寸”,1英寸=25.4毫米(mm), 如果你在新闻中看到“300mm硅晶圆严重缺货“,知道是几寸了吧?


那么如此计算,6寸、8寸、12寸晶圆换个说法其实就是150mm、200mm、300mm晶圆。而12寸(300mm)被称为大硅片。

 

延伸一下知识点,把晶圆尺寸和产品结合:


① 12寸:主要用于高端产品,如CPUGPU等逻辑芯片和存储芯片。


② 8寸:主要用于中低端产品,如电源管理IC、LCDLED驱动IC、MCU、功率半导体MOSFE、汽车半导体等。


③ 6寸:功率半导体、汽车电子等。

 

目前主流的硅晶圆为300mm(12寸)、200mm(8寸)和150mm(6寸),其份额分别是12寸占65-70%左右,8寸占25-27%左右,6寸占6-7%左右,12寸的占比**。


2、逻辑及延续性


需求端方面:


科技产品电子化程度提高,存储器、CPU/GPU产品需求大增,使得12 寸晶圆需求增加,12寸晶圆厂数量持续成长。


2017年和2018年全球12寸硅片的需求分别为550万片/月和570万片/月。预计未来三年12寸硅片需求将持续增加,2020年新增硅片月需求预计超过750万片/月,较2017年增加200万片/月以上,需求提升36%。

 

供给端方面:


12寸硅晶圆2017年和2018年产能为525万片/月和540万片/月,供<需。由于2017年之前硅片供>需,且扩产费用较高,投资周期长,各大厂扩产意愿低,所以全球硅片的产量增长缓慢。


到目前为止仅有SUMCO(世界第二大硅晶片供应商)预计在2019年上半年增加11万片/月,以及Siltronic(全球第四大硅晶圆厂)计划到19年中期扩产7万片/月。

 

所以,硅晶圆目前已是供不应求的局面,随着18年底新建12寸晶圆厂的陆续投产,供需缺口将持续扩大,且至少需持续到2019年。而在现有硅晶圆厂去库存的情况下,价格逐渐上升,已经从12寸向8寸再向6寸蔓延。

 

材料国产化角度:


硅晶圆由于对纯度要求超高,行业壁垒极高、呈现高度垄断格局。目前以日本信越半导体、日本三菱住友SUMCO、环球晶圆、德国Siltronic、韩国SK Siltronic,为代表的五家公司掌握90%以上的市场份额。


中国大陆的半导体硅晶圆国内企业只能达到4~6寸硅片的性能需要,并少量供应8寸市场,12寸处于刚起步阶段。


另外,12寸硅晶圆基本依赖进口,而硅晶圆供给又是不足的,可以看到一些大厂像台积电、联电为了保证生产,和硅晶圆主要供应商日本信越、SUMCO签订了1-2年的供货合约。这会导致什么?


涨价倒是其次,严重的话,等国内一些新建的中小型制造公司投产后,可能陷入无硅晶圆可用的尴尬局面。所以硅晶圆国产化需要加速,不能发生卡脖子事件。


3、大硅片相关公司


上海新阳:


参股新昇大硅片项目,在上海新昇股权占比约为27.57%。大硅片项目目前月产能5-6万片,正片已通过华力微电子认证,开始销售。预计到年底产能达到10万片/月。目前上海新昇财务报表与上海新阳报表不合并,新阳按权益法核算收益。

 

晶盛机电:


承担的02专项“硅材料设备应用工程”中的“300mm,硅单晶直拉生长设备的开发”和“8英寸曲熔硅单晶炉国产设备研发”。项目已通过验收,进入产业化阶段。其中8英寸单晶炉已经在有研总院、郑州合晶形成订单销售。


除半导体长晶炉外,半导体级单晶硅棒滚磨一体机、全自动硅片抛光机和双面研磨机等产品已研发成功。


与中环股份协同无锡市政府下属投资平台共同在宜兴市建设集成电路用大硅片生产与制造项目,晶盛占股10%,项目预计2018年四季度设备进场调试。


随着国内光伏硅片厂商进军半导体硅片领域,晶盛作为其设备供应商,可机会获得半导体硅片设备订单,迅速实现产业化。


中环股份:


国内最早开始发展和投产区熔硅单晶的公司,在6寸以下半导体硅片领域已具备较大市场份额。8寸半导体硅片目前已形成10万片/月的产能,今年10月项目建成后产能将达到30万片/月。12寸单晶硅已经实现样品试制,抛光片试验线预计2018年底实现产能2万片/月。


与晶盛共同投资的江苏地区大直径抛光片产业化项目,预计2022年将实现8英寸抛光片产能75万片/月,12英寸抛光片产能60万片/月的生产规模。


整体梳理中环在内蒙、天津和江苏的产能规划, 预计2022年前形成8寸105万片和12寸62万片的月产能,有机会成为国内半导体硅片领域的领导品牌。

.........

 

最后我们再以一个知识点作为结尾,如果你认真看完这篇文章,会看到“硅晶圆”、“硅片”、“抛光片”、“单晶硅”、“区熔硅单晶”这些不同的词,你可以都理解为一个意思,就是硅晶圆。


具体可以参考以下几个知识点:


1、硅晶圆可分为:单晶硅(主要用在半导体器件)和多晶硅(主要用在光伏领域)


2、用于半导体的硅晶圆可分为:抛光片和外延片


3、抛光片根据生长方式的不同可以分为:直拉法、区熔法


4、硅晶圆=硅片

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