大硅片
關注創建者：半導體產業研究院 創建時間：2021-09-27
大硅片的實例教程
作為國產大硅片的排頭兵，上海新昇取得進展對于整個產業而言具有重要意義，超硅、中環股份、金瑞泓等企業項目也正在持續推進中，業內人士預計12英寸大硅片在3-5年之內基本實現國產化是可預期的。
來源：全球半導體觀察
有見及此，最近兩年，國內掀起了一股硅片建設潮。在本文里，楊院士給我們深入闡述了國產硅晶圓的現狀，謝謝關注。
摘要：
1）2017年全球需求：1160萬片，國內110萬片。2020年國內對12寸大硅片需求從42萬片增加到105萬片；2020年對8寸硅片需求從70萬片增加到96.5萬片。
2）硅片全球市場規模87億美元，占比31-33%，是份額最大的材料。預計到2020年，全球硅片市場規模110億美元。
3）國內規劃中的12寸大硅片合計：145萬片，覆蓋國內需求。包括：新昇30萬片，金瑞泓10萬片，中環領先15萬片，京東方30萬片，寧夏銀和10萬片，鄭州合晶20萬片，超硅30萬片。
4）國內規劃中的8寸大硅片合計：168萬片，總投資規模超過500億元，覆蓋國內需求。包括：金瑞泓40萬片（2019年），寧夏銀和25萬片（2020年），鄭州合晶20萬片（2019年），中環領先60-70萬片（2019年），安徽易芯8萬片（2018年）。
硅材料是集成電路的基礎材料，
2017年全球需求：1160萬片，國內110萬片。
12寸大硅片 預計2020年將需求將從42萬片增加到105萬片。
8寸大硅片 預計2020年將需求將從70萬片增加到96.5萬片。
硅片全球市場規模87億美元，占比31-33%，是份額最大的材料。預計到2020年，全球硅片市場規模110億美元。
多晶硅純度達到9-11N，10億個硅原子中只能有一個雜志原子；
目前國際通用技術分為兩種：改良西門子工藝和硅烷工藝。
全球多晶硅2007-2017年增長了10倍，增加的主要是光伏多晶硅。
展開 6英寸硅片的g/i線光刻膠的自給率約為20%，8英寸硅片的KrF光刻膠的自給率不足5%，12寸硅片的ArF光刻膠目前尚無國內企業可以大規模生產。
按照產業鏈的邏輯，半導體材料主要分為襯底材料
（單晶硅、氮化硅等）
、工藝材料(包括光刻膠、掩膜版、工藝化學品、電子氣體、拋光材料、靶材)以及封裝材料三大板塊。其中襯底材料、工藝材料和封裝材料比例約為1：2：2。新材料在線?選取了8大高度依賴進口的半導體材料進行了解析。
一 大硅片
硅片也稱硅晶圓，是制造半導體芯片最重要的基本材料，其最主要的原料為單晶硅。硅片直徑越大，其所能刻制的集成電路則越多，芯片的成本也隨之降低。大尺寸硅片對技術的要求很高，良品率極低，企業進入壁壘極高，全球大硅片市場形成寡頭壟斷的競爭格局。目前中國大陸自主生產的硅片以6英寸
（150mm）
為主，產品主要應用領域仍然是光伏和低端分立器件制造，8英寸
（200mm）
和12英寸
（300mm）
的大尺寸集成電路級硅片依然嚴重依賴進口。
集成電路用硅片是制造技術門檻極高的尖端高科技產品，全球只有大約10家企業能夠制造，市場基本被日韓廠商壟斷。
二 光刻膠
光刻膠是微電子技術中微細圖形加工的關鍵材料之一，其成本約占整個芯片制造工藝的30%，耗費時間約占整個芯片制造工藝的40%-60%，是半導體制造中最核心的工藝。
目前國內光刻膠自給率僅10%，主要集中于技術含量相對較低的PCB領域。6英寸硅片的g/i線光刻膠的自給率約為20%，8英寸硅片的KrF光刻膠的自給率不足5%，12寸硅片的ArF光刻膠目前尚無國內企業可以大規模生產。
三 高純濺射靶材
利用離子源產生的離子轟擊固體表面，使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面，被轟擊的固體稱為濺射靶材,是集成電路制造過程中的關鍵材料，根據應用領域，分為半導體靶材、面板靶材、光伏靶材等。
展開 導讀
本期分享的專題為“半導體大硅片研究框架”，主要內容包括：
1."行業增長：需求驅動"
2."行業趨勢：技術引領"
3."行業壁壘：經驗積累"
4."行業格局：頭部集中"
5."
大硅片的最新內容
其中直拉法是最常用的制備工藝，目前85%以上的單晶硅都是用直拉法生長出來，直拉法是在石英坩堝中進行，優勢在于更適合大尺寸單晶硅棒的拉制，生長速率較快，單臺設備價值相對較低；區熔法不需要坩堝，而是在氣氛或真空爐中進行，產品的純度更高，不易受氧、碳等雜質影響，常用做IGBT功率半導體器件的原材料，然而受晶體生長機制的限制，區熔法不適用于大尺寸的硅片制作。
二、上游半導體材料
1、大硅片
滬硅產業
2020年4月20日，上海硅產業集團股份有限公司(下稱“滬硅產業”、“上海硅產業集團”或“公司”)作為國內規模最大的半導體硅片制造企業之一，成功登陸上海證券交易所科創板，股票代碼688126。
——芯片大小：越大的硅片遇到雜質的概率越大，所以芯片越大良品率越低。除此之外，大芯片的布線比小芯片更長，所以延時也更明顯，驅動電流也大很多，由此導致整體設計更臃腫，性能上還是會吃虧。
光掩模
光掩模，也叫半導體光罩，是半導體光刻工藝中的高精密工具，主要由基板和不透光材料組成，起到光刻機與大硅片的橋梁和紐帶作用。
從規模看，光掩膜僅約占芯片總成本的13%，其價值遠低于占比38%的硅片，關注度更是與硅片相去甚遠。但小小的光掩膜價值卻非比尋常，它不僅是芯片制造中必不可少的核心材料之一，其質量的好壞更是直接決定芯片最終的性能。
全球領先的光掩模制造商的總部也大多設在日本。
2018年前五大硅片供應商日本信越化學株式會社、株式會社SUMCO、德國SiltronicAG、臺灣環球晶圓股份有限公司和韓國SKSiltronInc.分別占據全球市場份額的29%、25%、15%、14%和10%，產值合計占據超過93%的市場份額。
一級/ 二級/ 三級緩存非常重要，它們占據了CPU 芯片內部的大部分硅片空間。見圖7-11。
使用一級/ 二級/ 三級緩存能顯著提高計算機的性能。在配備200 KB的二級緩存后，CPU 發出的存儲請求中僅有不到10% 必須直接從RAM獲取。
讀者今后購買計算機時，對于所挑選的CPU，請記住比較一級/ 二級/三級緩存的容量。CPU 越好，緩存越大。
在相同工藝條件下，硅單晶應力越大，切割后硅片的翹曲度越大。硅單晶單晶應力越小，切割后硅片的翹曲度越小。通過對于相同工藝條件下切片翹曲度的監控，來優化硅單晶生長工藝。一般情況下，高質量單晶切割后翹曲度不大于15 μm。
離子注入具備精確控制能量和劑量、摻雜均勻性好、純度高、低溫摻雜、不受注射材料影響等優點，目前已經成為0.25um特征尺寸以下和大直徑硅片制造的標準工藝。
離子注入機與光刻機、刻蝕機和鍍膜機并稱四大核心裝備，開發難度僅次于光刻機。
直徑越大，在一個硅片上經一次工藝循環可制作的集成電路芯片數就越多，每個芯片的成本也就越低。因此，更大直徑硅片是硅片制各技術的發展方向。但硅片尺寸越大，對微電子工藝設各、材料和技術的要求也就越高。
在2017年8月，我跟同事驅車2個多小時，從上海市區來到了上海最南邊的臨港新城，這里坐落著張汝京繼世大、中芯之后第三次創業的工廠：研制大硅片的上海新昇。事實上，我抵達新昇時，張汝京已經離開了新昇的管理崗位（原因復雜，此處不表）。
這座吹著海風的工廠，是張汝京給上海留下的又一處寶貴的資產，從2014年到2017年，他在此工作了三年之久。
