2022年半导体硅片行业发展现状及产业链分析.docx

2022年半导体硅片行业发展现状及产业链分析1.半导体硅片：半导体制造的核心材料1.1硅片是重要半导体制造材料半导体材料是指在常温下导电能力介于绝缘体和导体之间的材料，具有热敏特性、光电特性、导电特性、掺杂特性、整流特性等优良的物理化学属性。其发展历程可大致分为三代，第一代半导体材料以硅基、锗基半导体为首，工艺技术成熟，成本稳定，应用广泛。第二代半导体材料以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表。第三代半导体材料主要包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、硒化锌（ZnSe）等，因其禁带宽度较大，又被称为宽禁带半导体材料。三代半导体材料之间并非替代关系而是在部分运用领域存在相似特性，在运用领域根据产品具体的特性要求，选择的半导体材料也不尽相同，其综合性能及性价比各有所长。半导体硅片是指由硅单晶锭切割而成的薄片，又称硅晶圆片，是半导体、光伏等行业广泛使用的基底材料。硅元素在地壳中占比约为27%，储量丰富并且价格低廉，故成为全球应用最广泛、产量最大的半导体基础材料，目前90%以上的半导体产品使用硅基材料制造。通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可将其制作成集成电路和各种半导体器件。适用于集成电路行业的半导体硅片对产品质量有极高的要求，纯度必须达到99.9999999%（9个9）以上，最先进的工艺则需要达到99.999999999%（11个9），光伏行业对单晶硅片的需求是99.9999%（6个9），制备难度远远小于半导体硅片。半导体产业链可分为半导体材料与设备、半导体制造以及下游应用终端三个环节，具有投资规模大、技术难度高、产业链长、更新迭代快、终端应用广泛的特点。半导体硅片行业属于产业链的上游，是半导体制造关键性的材料，是半导体行业的基石。下游终端应用涵盖移动通信、人工智能、汽车电子、物联网、工业电子、大数据等多个行业。1.2硅片常见三种分类方式根据硅片尺寸分类，一般以直径区分规格，通常有6英寸、8英寸、12英寸等。从1965年首次生产2英寸硅片到2000年12英寸硅片实现量产，半导体硅片向大尺寸方向不断发展。半导体的生产成本和效率与硅片尺寸直接相关，硅片直径的提升可降低单位芯片的平均生产成本，进而提供更高的规模经济效益。但大尺寸硅片由于纯度较高，技术研发与规模化生产难度高，需要对生产工艺改进并且对设备性能进行提升，同样会给生产商带来更高的成本投入。上世纪80年代4英寸硅片是主流，90年代主流为6英寸硅片，2000年代主流为8寸硅片。当前全球硅片市场最主流的产品是8英寸硅片和12英寸硅片。2020年，8英寸与12英寸硅片占硅片总体市场份额分别为23.94%和69.15%，占比合计超过90%。根据硅片应用场景分类，硅片主要可分为正片、陪片和刻蚀电极。陪片按功能又分为测试片、挡片和控片。正片可以在晶圆制造中直接使用；测试片是用来实验和检查制造设备运行初期的状态，以改善其稳定性；挡片是用于新产线的调试以及在晶圆生产过程中对正片的保护；控片是在正式生产前对新工艺测试和监控良率。挡片和控片是由晶棒两侧品质较差部分切割来的，用于暖机、填充空缺、测试生产设备的工艺状态或某一工艺的质量状况。为了提高产品质量、监控正式生产过程中的工艺精度及良率，需要在晶圆正片生产过程中插入控片增加监控频率。65nm制程中每投10片正片需要加6片挡控片，28nm及以下制程中每投10片正片需要加15-20片挡控片。由于挡控片作为辅助生产材料耗费量巨大，晶圆厂将其经过抛光研磨等工序后再利用。挡片的重复使用次数有上限，一旦超过门限值就只能用作光伏级硅片使用。控片情况较为特殊，用在某些特殊制程工艺中的控片直接报废，不可重复利用。可重复回收利用的挡控片又称可再生硅片。根据制造工艺分类，半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以SOI硅片为代表的高端硅基材料。单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。抛光片经过外延生长形成外延片，抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成SOI硅片。抛光片是在研磨片的基础上经过双面抛光、边缘抛光、表面抛光等工序制造而来，抛光工艺可去除加工表面残留的损伤层，实现半导体硅片表面平坦化，并进一步减小硅片的表面粗糙度以满足芯片制造工艺对硅片平整度和表面颗粒度的要求；外延是通过化学气相沉积的方式在抛光面上生长一层或多层，掺杂类型、电阻率、厚度和晶格结构都符合特定器件要求的新硅单晶层；退火片是指将抛光片置于退火炉中，经退火热处理制造出硅退火片；SOI硅片即绝缘体上硅，是常见的硅基材料之一，其核心特征是在顶层硅和支撑衬底之间引入了一层氧化物绝缘埋层。SOI硅片的优势在于可以通过绝缘埋层实现全介质隔离，这将大幅减少硅片的寄生电容以及漏电现象，并消除了闩锁效应。1.3半导体硅片制备工艺复杂，流程繁多半导体硅片制造流程复杂，主要分为脱氧提纯、提炼多晶硅、单