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半导体硅片行业分析

半导体硅片行业分析

1硅晶圆是重要的半导体材料，规模超百亿美元

硅晶圆是需求量最大的半导体材料

半导体材料是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝

缘体之间）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，是

半导体工业的基础。半导体材料的研究始于19世纪，至今已发

展至第四代半导体材料，各个代际半导体材料之间互相补充。

第一代半导体：以硅（Si）、锗（Ge）等为代表，是由单一

元素构成的元素半导体材料。硅半导体材料及其集成电路的发展

导致了微型计算机的出现和整个信息产业的飞跃。

第二代半导体：以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等为代表，

也包括三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP，还包括一些固溶

体半导体、非静态半导体等。随着以光通信为基础的信息高速公

路的崛起和社会信息化的发展，第二代半导体材料显示出其优越

性，砷化镓和磷化铟半导体激光器成为光通信系统中的关键器件，

同时砷化镓高速器件也开拓了光纤及移动通信的新产业。

第三代半导体：以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）

为代表的宽禁带半导体材料。具备高击穿电场、高热导率、高电

子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能，更适合于制作高温、高

频、抗辐射及大功率电子器件，在半导体照明、新一代移动通信、

能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有

广阔的应用前景。

第四代半导体：以氧化镓（Ga2O3）、金刚石（C）、氮化铝

（AlN）为代表的超宽禁带半导体材料，禁带宽度超过4eV；以

及以锑化物（GaSb、InSb）为代表的超窄禁带半导体材料。超宽

禁带材料凭借其比第三代半导体材料更宽的禁带，在高频功率器

件领域有更突出的特性优势；超窄禁带材料由于易激发、迁移率

高，主要用于探测器、激光器等器件的应用中。

硅材料制造全球绝大部分的半导体产品，也是占比最大的半

导体制造材料。在1950年代初期，锗是主要的半导体材料。但

锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到1960年代逐渐被

硅材料取代。由于硅器件的漏电流要低得多，且二氧化硅是一种

高质量的绝缘体，很容易作为硅器件的一部分进行整合，至今半

导体器件和集成电路仍然主要用硅材料制成，硅产品构成了全球

绝大部分半导体产品。根据SEMI的数据，在硅晶圆制造过程中，

半导体硅片（硅晶圆）也是占比最大的原材料，2018年约38%。

半导体硅片根据不同参数的分类

半导体硅晶圆（SemiconductorSiliconWafer）是制造硅半导

体产品的基础，可根据不同参数进行分类。

根据尺寸（直径）不同，半导体硅片可分为2英寸（50mm）、

3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、5英寸（125mm）、6英寸

（150mm）、8英寸（200mm）、12英寸（300mm），在摩尔定律

影响下，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展，目前8英寸

和12英寸是主流产品，合计出货面积占比超过90%。

根据掺杂程度不同，半导体硅片可分为轻掺和重掺。重掺硅

片的掺杂元素掺入量大，电阻率低,一般用于功率器件等产品；

轻掺硅片掺杂浓度低，一般用于集成电路领域，技术难度和产品

质量要求更高。由于集成电路在全球半导体市场中占比超过80%，

全球对轻掺硅片需求更大。

根据工艺，半导体硅片可分为研磨片、抛光片及基于抛光片

制造的特殊硅片外延片、SOI等。研磨片可用于制造分立器件；

轻掺抛光片可用于制造大规模集成电路或作为外延片的衬底材

料，重掺抛光片一般用作外延片的衬底材料。相比研磨片，抛光

片具有更优的表面平整度和洁净度。

在抛光片的基础上，可以制造出退火片、外延片、SOI硅片

和结隔离硅片等。退火片在氢气或氩气环境下对抛光片进行高温

热处理，以去除晶圆表面附近的氧气，可以提高表面晶体的完整

性。外延片是在抛光片表面形成一层气相生长的单晶硅，可满足

需要晶体完整性或不同电阻率的多层结构的需求。SOI硅片

（Silicon-On-Insulator）是在两个抛光片之间插入高电绝缘氧化膜

层，可以实现器件的高集成度、低功耗、高速和高可靠性，在活

性层表面也可以形成砷或砷的扩散层。结隔离硅片是根据客户的

设计，利用曝光、离子注入和热扩散技术在晶圆表面预形成IC

嵌入层，然后再在上面生长一层外延层。

根据应用场景不同，半导体硅片可分为正片、假（陪）片。

正片（PrimeWafer）用于半导体产品的制造，假片（DummyWafer）

用来暖机、填充空缺、测试生产设备的工艺状态或某一工艺的质