登陆

硅片:制作半导体芯片的重要原材料

admin 2019-12-15 156人围观 ,发现0个评论

2014年起,跟着我国参半导体制作出产线投产、制作技能的不断进步与终端产品商场的飞速开展,我国大陆半导体硅片商场步入了腾跃式开展阶段。硅片是制作半导体芯片的重要资料,在全球半导体材商场猜中的份额到达36%。硅基资料因为抗辐射、耐高温功能好、可靠性高级特色,在上世纪60年代后期逐渐代替锗基资料成为干流半导体资料,现在95%以上的半导体芯片和器材由硅基资料制作。

伴跟着我国大陆接受第三次半导体职业搬运以及政府对半导体职业的大力支持,我国大陆晶圆出产线建造有望迎来新一轮开展浪潮。2010-2018年,我国多晶硅、硅片、电池片、组件产值别离添加了4倍、8倍、7倍和6倍多。我国光伏职业仍处于成长期,未来开展空间巨大。

依据SEMI估量,2017-2020年,全球共将投产62座半导体晶圆厂,我国大陆新建投产约26座,占比高达42%。此轮建厂潮首要以12英寸晶圆厂为主,假如可以落地,将大大拉动对半导体设备的需求。

2016年至2018年,全球半导体硅片出售金额从72.09亿美元添加至114亿美元,CAGR达25.75%。与此一起,2016至2018年,全球半导体硅片出货面积从107.38亿平方英寸添加至127.32亿平方英寸,CAGR达8.89%。我国大陆半导体硅片出售额从5.00亿美元上升至9.96亿美元,年均复合添加率高达41.17%,远高于同期全球增速。

全球半导体硅片商场首要会集在几家大企业,职业会集度高,技能壁垒较高。2018年全球半导体硅片(包含抛光片、外延片、SOI硅片)职业出售额算计为120.69亿美元。其间,职业前五名企业的商场份额别离为:日本信越化学商场份额29%,日本SUMCO商场份额25%,德国Siltronic商场份额15%,我国台湾举世晶圆商场份额为14%,韩国SKSiltron商场份额占比为11%。硅工业集团(含新傲科技)占全球半导体硅片商场份额2.20%。

数据来历:IC Insights

硅基资料功能安稳、可靠性高,广泛运用于传感器、分立器材、光电子器材以及存储、处理器、模仿、逻辑等集成电路用芯片制作范畴。硅片是用于制作晶圆的资料,是半导体制作环节的中心资料,一般是单晶硅片。工艺流程需求经过以下过程。

单晶炉是硅片拉晶工艺必需的设备。硅片的直径越大,在一个硅片上经一次工艺循环可制作的集成电路芯片数就越多,每个芯片的本钱也就越低,更大直径硅片是硅片制各技能的开展方向。在制作过程中,中心在拉晶环节,单晶炉是硅片拉晶工艺必需的设备。现在,用于晶体成长的成长炉设备的投资额较大,占晶圆出产设备总投资额的25%。

依照尺度(以直径核算)分类,半导体硅片首要有50mm(2英寸)、75mm(3英寸)、100mm(4英寸)、150mm(6英寸)、200mm(8英寸)、300mm(12英寸)等标准,现已开展到18英寸(450mm)。现在,全球商场干流的产品是200mm、300mm直径的半导体硅片。

依照工艺类型,半导体硅片可分为抛光片、外延片和以SOI硅片为代表的高端硅基资料,抛光片去除了外表残留的损害层,完成了硅片外表的平整化,可用于制作存储芯片、功率器材及外延片的衬底资料;外延片在抛光面上硅片:制作半导体芯片的重要原材料成长新硅的单晶层,使之契合特定器材功能要求,可用于通用处理器芯片、图形处理器芯片、二极管、IGBT功率器材的制作;SOI硅片可以削减寄生电容和漏电现象,消除闩锁效应,被用于射频前端芯片、功率器材、轿车电子等范畴。

抛光片是运用规模最广泛,用量最大、最根底的产品,其他的硅片产品也都是在抛光片的根底上二次加工发生的。抛光片去除了外表残留的损害层,完成了硅片外表的平整化,可用于制作存储芯片、功率器材及外延片的衬底资料;外延片在抛光面上成长新硅的单晶层,使之契合特定器材功能要求,可用于通用处理器芯片、图形处理器芯片、二极管、IGBT功率器材的制作;SOI硅片可以削减寄生电容和漏电现象,消除闩锁效应,被用于射频前端芯片、功率器材、轿车电子等范畴。

依照单晶成长办法硅片可分为:直拉法制备的单晶硅,称为CZ硅片;磁控直拉法制备的单晶硅,称为MCZ硅片;悬浮区熔法制各的单晶硅,称为FZ硅片。

制程的不断缩小进步了对半导体硅片的技能要求尹国驹。遵从摩尔定律,半导体制程的线宽现已从上世纪70年代的1m、0.35m、0.13m开展到当时的90nm、65nm、45nm、28nm、14nm、7nm。跟着制程线宽的不断缩小,芯片制作工艺对硅片缺点密度与缺点尺度的容忍度不断下降。对应在半导体硅片的制作过程中,需求愈加严厉的操控硅片外表的粗糙度、硅单晶缺点、金属杂质、晶体原生缺点、外表颗粒尺度和数量等。

硅片求过于供,设备国产化正当时

供给端:全球硅片出货量保持高位

硅片是半导体芯片制备的根底原资料,现在90%以上的芯片和传感器是依据半导体单晶硅片制作而成,2018年我国硅片占晶圆厂制作资料的总比重高达30%,是不可或缺的制备资料,2018年全球硅片出货挨近130亿平方英寸,增速7.81%。

硅片产能在扩增,单晶硅片份额敏捷上涨。依据我国光伏协会的数据,2018年国内硅片总产能146GW,其间单晶硅片产能72GW,占硅片总产能的49.3%。估量2019年全年硅片总产能为185GW,其间单晶硅片产能为99GW。产值方面:2018年硅片总产值107.1GW,其间单晶硅片产值为49GW;2019年上半年硅片总产值63GW,其间单晶硅片产值37GW,占比58.7%。

需求端:硅片需求持续攀升

在阅历了2018年硅片需求的高速添加后,虽然2019年下流景气量欠安,但IHS Markit估量2019年硅片需求仍将持续添加3.6%,供给缺口会一向延续到2022年。

光伏单晶硅片产能扩张,单晶炉需求旺盛。2019年的硅片商场需求估量在120-140GW,同比添加10-25%,估量未来几年仍呈稳步添加态势。猜测全年依据P型单晶硅片的P-PERC电池片出货量有望添加至95GW,由此对单晶硅片的需求在大幅添加。

单晶电池性价比凸显,下流需求旺盛,单晶电池市占率有望从2018年的45%上升到2025年的73%。一起,单晶电池此前盈余才能进步推高了厂商扩产志愿,上一年四季度以来单晶电池片产能扩张速度快于单晶硅片速度,硅片供给偏紧,价格坚硬。在此布景下,硅片厂商相继扩展单晶硅片产能以满意下流需求,然后影响单晶炉需求。

产能求过于供,硅片设备刚需162亿

硅片制作工序为拉晶—切片—磨片—倒角—刻蚀—抛光—清洗—检测,其间拉晶、抛光和检测为硅片制作中心环节,对应设备别离为单晶炉(占全体设备价值量25%)、CMP抛光机(25%)、检测设备(15%)。现在,硅片制作设备首要被日韩、欧美企业独占,代表厂商有德国CGS、日本齐藤精机、KoYo等。国产设备因为起步较晚,在硅片制作环仍处于开展阶段,进口代替商场极大,代表厂商有晶盛机电、北方华创、中微半导体等,其间晶盛机电的8英寸单晶炉逐渐开端完成国产化代替,12寸单晶炉开端小批量出产,现已交给上海新昇运用,并在SEMICON China2018展会上推出了滚圆机、切断机、双面研磨机、全自动硅片抛光机等新品设备,进一步向硅片制作全制程延伸。

求过于供和寡头独占的格式下(五大半导体硅片供给商商场规模算计占94%),硅片价格水涨船高,2016-2018年间硅片价格暴升40%。面临这一状况,我国只能大幅兴修晶圆制作厂硅片:制作半导体芯片的重要原材料,依据SEMI计算,曩昔两年间,全球新建17座12寸晶圆制作厂,其间有10座坐落我国大陆;从2017年到2020年,估量全球新增半导体产线62条,其间26条坐落我国大陆。晶圆制作厂的很多兴修,必定催生硅片制备设备的需求,由此为设备国产化带来打破关键。

硅片环节的未来开展趋势,单晶化+大硅片化+薄片化未来开展趋势

1:单晶硅浸透率快速进步。2018年单晶硅(N型和P型)算计占比45%,到2019年上半年占比进步至58.5%,初次超越多晶硅片,20硅片:制作半导体芯片的重要原材料19年全年单晶硅占比有望到达62%,成为商场主导硅片。据协会猜测,2020-2022年单晶硅(包含类单晶)仍快速抢占多晶硅商场份额,2022年多晶硅商场占比仅剩余12%(猜测值)。

未来开展趋势2:大硅片化。大硅片化是经过进步硅片的面积来增效,终究到达下降BOS本钱和LCOE本钱的意图。现阶段比较盛行的硅片尺度为M2和M4,职业两大龙头出产商均在推广阔硅片,有用进步硅片的发光面积到达添加发电功率的效能,以下降BOS本钱和LCOE本钱。当时,大尺度硅片浸透率仍较低,估量在2020—2021年加快浸透。2019年估量仅有16.7GW的硅片尺度大于156.75硅片:制作半导体芯片的重要原材料mm,占总硅片出货量的13%,估量未来几年大尺度硅片的出货量将大幅进步。

未来开展趋势3:薄片化。前期薄片化进程开展敏捷,得益于金刚线切割的运用,硅片厚度从200um削减到170um,厚度削减15%,金刚线线径也从120um开展到60/55um等级。现阶段多晶和单晶硅片的切片常见厚度别离为170um和160um。硅片厚度仍有进一步削减的空间,但开展速度估量缓慢。未来跟着金刚线技能的持续开展,硅片厚度有进一步削减的空间,但因为受多种要素影响,切片厚度的开展速度慢于预期。当时的PERC技能条件下,过薄的PERC电池会发生翘曲,由此职业估量习惯当时PERC电池加工要求的硅片极限厚度为150-160um,仍有下降空间。一起估量2025年厚度可下降到150um以下,适当于同体积硅料制得的硅片数量进步13%。但因为受多种要素影响,切片厚度的开展速度慢于预期。

硅片作为大多数半导体器材的根底中心资料,其国产化在我国的高端制作范畴具有特殊的国家战略意义。可是因为硅片制作职业极高的技能壁垒,加上我国技能开展起步较晚,导致我国本乡国产化比率适当低。近来来国家在方针和本钱等各方面给予大力支持,我国本乡企业在商场、方针、资金的推硅片:制作半导体芯片的重要原材料进下开端快速开展,未来有望逐渐完成国产代替。

请关注微信公众号
微信二维码
不容错过
Powered By Z-BlogPHP