半導體硅片現狀，以上靠進口|半導體行業觀察

近些年來，硅晶圓片占半導體材料市場的比重基本保持穩定， 比重為 34%左右。 2015 年**半導體硅片市場規模約為 80 億美元，是占比較大的 ic 制造材料。日本的 shin－etsu 和 sumco 的銷售占比**過 50％，中國臺灣的環球晶圓在 2016 年先后并購了 topsil 和 sunedisonsemi，成為了***三大半導體硅片供應商，目前**大硅片廠的銷售份額達到 92％，半導體硅片市場一直被成員。
由于 2016 年全年** dram 和 3d nand flash 出貨量增加以及硅片**大廠產能有限， 再加上大陸投資的大尺寸硅片項目未能實現出貨，導致**半導體硅片供應吃緊， **上前幾大硅片供應商的產能利用率均達到 100％。 三大半導體硅片廠均宣布將調漲 2017 年 q1 的 12 英寸硅片價格 10～20％。
而據ic insights 統計數據顯示，**營運中的 12 寸(300mm)晶圓廠數量持續成長，在 2016 年可達到 100 座， 到 2020 年底，預期**應用于 ic 生產的 12 寸晶圓廠總數達到 117 座，若 18 寸(450mm)晶圓邁入量產， 12 寸晶圓廠的高峰數量可達到 125 座左右。 由于 12 英寸（ 300mm）的硅片主要是用來生產邏輯芯片和記憶芯片， 并且dram 與 nand 閃存等未來五年年均復合增長率（ cagr）可達7.3%，產值將從去年的 773 億美元擴增至 1,099 億美元，增長率達到 42.2%， 因此，**對于 300mm 大硅片的需求將持續擴張。 預計未來幾年硅片的缺貨將是常態。
國內集成電路產業經過 30 多年的大力發展，目前已形成了一定的產業規模，以及集成電路設計、芯片制造、封裝三業及支撐配套業共同發展的較為完善的產業鏈格局。目前我國半導體行業發展快速，對上游原材料需求維持這一個較高的水平，近幾年對硅片及硅基材料的需求基本在 130 億元左右的水平，但 12 英寸硅片完全依賴進口，因此將來存在著較大的進口替代的可能性。
什么是半導體硅片
硅片又稱硅晶圓片， 是制作集成電路的重要材料，通過對硅片進行光刻、離子注入等手 段，可以制成集成電路和各種半導體器件。 硅片是以硅為材料制造的片狀物體，直徑有 6 英寸、 8 英寸、 12 英寸等規格。單晶硅是硅的單晶體，是一種比較活潑的非金屬元素， 具有基本完整的點陣結構。不同的方向具有不同的性質，是一種良好的半導材料。純度 要求達到 99.9999%，甚至達到 99.9999999%，雜質的含量降到 10-9的水平。采用西門子 法可以制備高純多晶硅，然后以多晶硅為原料，采用直拉法或懸浮區熔法從熔體中生長 出棒狀單晶硅。單晶硅圓片按其直徑主要分為 6 英寸、 8 英寸、 12 英寸及 18 英寸等。
硅（ si）是目前較重要的半導體材料，** 95%以上的半導體芯片和器件是用硅片作為基 底功能材料而生產出來的。在可預見的未來，還沒有其它材料（如石墨烯等）可以替代 硅的地位。 在半導體制造業中廣泛使用各種不同尺寸與規格的硅片，通常包括 4 英寸、 5 英寸、 6 英寸、 8 英寸及 12 英寸，它們的基本規格如下表所示：
直拉法和區熔法的比較
硅片尺寸越大，將來在制成的每塊晶圓上就能切割出更多的芯片，單位芯片的成本也就 較低。在 1960 年時期就有了 0.75 英寸(約 20mm)左右的單晶硅片。在 1965 年左右 gordonmoore 提出摩爾定律時，還是以分立器件為主的晶體管，然后開始使用少量的 1.25 英寸小硅片，進而集成電路用的 1.5 英寸硅片較是需求大增。
之后，經過 2 英寸， 3 英寸，和4 英寸。接下來 5 英寸， 6 英寸， 8 英寸，然后進入 12 英寸。 業界較為公認的說法， 1980年代是 4 英寸硅片占主流，1990 年代是 6 英寸占主流，2000 年代是 8 英寸占主流，到 2002年時英特爾與 ibm 首先建 12 英寸生產線，到 2005 年已占 20%，及 2008 年占 30%，而那時 8 英寸已下降至 54%及 6 英寸下降至 11%。 預計在 2020 年左右， 18 英寸（ 450mm）的硅片將開始投入使用。
半導體硅片尺寸發展歷程
單晶硅片是制造半導體硅器件的原料，用于制作大功率整流器、 大功率晶體管、二極管、 開關器件等，其后續產品集成電路和半導體分立器件已廣泛應用于各個領域。單晶硅作 為一種重要的半導體材料,在光電轉換、傳統半導體器件中其應用已十分普遍。以電驅動 的發光光源，如放電燈、熒光燈或陰極射線發光屏、 發光二極管等。從信息角度來看， 可利用光**、放大、調制、加工處理、存儲、測量、顯示等技術和元件，構成具有特 定功能的光電子學系統。例如，利用光纖通信可以實現迅速和大容量信息傳送的目的。 它使原來類似的技術水平得到大幅度的提高。
半導體單晶硅片的生產工藝流程
單晶硅片是單晶硅棒經由一系列工藝切割而成的，制備單晶硅的方法有直拉法（ cz 法）、 區熔法（ fz 法）和外延法，其中直拉法和區熔法用于制備單晶硅棒材。區熔硅單晶的較 大需求來自于功率半導體器件。
單晶硅制備流程
直拉法簡稱 cz 法。 cz 法的特點是在一個直筒型的熱系統匯總，用石墨電阻加熱，將裝在 高純度石英坩堝中的多晶硅熔化，然后將籽晶插入熔體表面進行熔接，同時轉動籽晶， 再反轉坩堝，籽晶緩慢向上提升，經過引晶、放大、轉肩、等徑生長、收尾等過程，得 到單晶硅。
區熔法是利用多晶錠分區熔化和結晶半導體晶體生長的一種方法，利用熱能在半導體棒 料的一端產生一熔區，再熔接單晶籽晶。調節溫度使熔區緩慢地向棒的另一端移動，通 過整根棒料，生長成一根單晶，晶向與籽晶的相同。區熔法又分為兩種：水平區熔法和 立式懸浮區熔法。前者主要用于鍺、 gaas 等材料的提純和單晶生長。后者是在氣氛或真 空的爐室中，利用高頻線圈在單晶籽晶和其上方懸掛的多晶硅棒的接觸處產生熔區，然 后使熔區向上移動進行單晶生長。由于硅熔體完全依靠其表面張力和高頻電磁力的支托， 懸浮于多晶棒與單晶之間，故稱為懸浮區熔法。
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