IC系列 | 08-晶圆制造

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硅晶片又称晶圆片，是由硅锭加工而成的，通过专门的工艺可以在硅晶片上刻蚀出数以百万计的晶体管，被广泛应用于集成电路的制造。关于晶圆的生产过程已在芯片生产流程中进行了介绍。

晶圆片直径主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸（300mm），目前已发展到18英寸（450mm）规格。

假设晶圆片本身工艺没问题且同种芯片的良率稳定，那么晶圆直径越大，晶圆片利用率越高，可产出的芯片数就越多，每个芯片的成本也就越低。这就是为什么晶圆厂往更大直径硅片制造技术方向发展的原因。

但硅片尺寸越大，对微电子工艺、设备、材料的要求也就越高。因为约75%的硅晶片采用直拉法进行生产，在结晶过程中，直径越大，可能由于旋转速度不稳定导致晶格结构缺陷的可能性越大。

同时直径越大就意味着晶圆重量越大，边缘处就更容易出现翘曲的情况。因此，晶圆越大，良品率越低，晶圆片单位面积成本越高。

所以，通过增大晶圆片尺寸降低的成本不能弥补大直径导致晶圆片不良率增加成本的时候，选用更大尺寸的晶圆进行生产就变得不经济。

由于人工智能、区块链、云计 算等新兴终端市场的蓬勃发展，对硅片需求将持续增长。

2016 年至 2018 年，中国大陆半导体硅片销售额从 5.00 亿美元上升至 9.92 亿美元，年均复合增长率高 达 40.88%，远高于同期全球半导体硅片的年均复合增长率 25.65%。

SOI 硅片作为特殊硅基材料，其生产工艺更复杂、成本更高、应用领域更专业，而国内大陆具备SOI硅片生产能力的企业较少，因此中国SOI硅片产销规模较小。

2016 年至 2018 年全球 SOI硅片市场销售额从 4.41 亿美元增长至 7.17 亿美元，年均复合增长率 27.51%；同期，中国 SOI 硅片市场销售额从 0.02 亿美元上 升至 0.11 亿美元，年均复合增长率 132.46%。

近年来12英寸硅片占比逐渐提升，6和8寸硅片的市场将被逐步挤压，预计2020年二者合计占比由2014年的40%左右下降到2020年的30%左右，而更大尺寸450mm（18英寸）产能将在2019年开始逐步投建。

2018 年全球半导体硅片（包括抛光片、外延片、SOI 硅片）行业销售额合计为 120.98 亿美元，虽然中国大陆晶圆产量全球占比逐年提高。

但台湾和日本的晶圆企业在该领域布局早、产业链成熟，占据了全球主要产能，其中日本信越化学和SUMCO的晶圆销售总额占比为51.91%。

全球能制造高纯度电子级硅的企业不足100家，其中主要的15家硅晶圆厂垄断95%以上的市场。

在晶圆制造上，没有所谓的“百花齐放”，有的是巨头们的“孤芳自赏”，TOP5硅晶圆厂的市场份额占比由2010年的58%上升至2019年的72%。

我国硅片需求量巨大，但大多仰赖进口。目前，国内也仅仅对 8 英寸及以下的硅晶圆制造技术有所掌握，其中小尺寸 4-6 英寸硅晶圆基本已自给自足，而8 英寸和 12 英寸的自给率仍很低。