天生赢家凯发k8国际|手机现金打鱼|一文读懂半导体大硅片

2024-08-24 10:21:53

　　（GaN）等化合物半导体◈★。相较于锗◈★，硅的熔点为 1415℃◈★，高于锗的熔点 937℃◈★，较高的熔点使硅可以广泛应用于高温加工工艺中◈★；硅的禁带宽度大于锗◈★，更适合制作器件◈★。相较于砷化镓◈★，硅安全无毒◈★、对环境无害◈★，而砷元素为有毒物质◈★；并且锗◈★、砷化镓均没有天然的氧化物◈★，在

　　硅基半导体材料是目前产量最大◈★、应用最广的半导体材料◈★，90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的◈★。硅在地壳中占比约 27%◈★，是除了氧元素之外第二丰富的元素◈★，硅元素以二氧化硅和硅酸盐的形式大量存在于沙子◈★、岩石◈★、矿物中◈★，储量丰富并且易于取得◈★。通常将 95-99%纯度的硅称为工业硅手机现金打鱼◈★。沙子◈★、矿石中的二氧化硅经过纯化◈★，可制成纯度 98%以上的硅◈★；高纯度硅经过进一步提纯变为纯度达 99.9999999%至99.999999999%（9-11 个 9）的超纯多晶硅◈★；超纯多晶硅在石英坩埚中熔化◈★，并掺入硼（P）手机现金打鱼◈★、磷（B）等元素改变其导电能力◈★，放入籽晶确定晶向◈★，经过单晶生长◈★，制成具有特定电性功能的单晶硅锭◈★。熔体的温度◈★、提拉速度和籽晶/石英坩埚的旋转速度决定了单晶硅锭的尺寸和晶体质量◈★，而熔体中的硼（P）◈★、磷（B）等杂质元素的浓度决定了单晶硅锭的电特性◈★。

　　单晶硅锭经过切片◈★、研磨◈★、蚀刻◈★、抛光◈★、外延（如有）◈★、键合（如有）◈★、清洗等工艺步骤◈★，制造成为半导体硅片◈★。在生产环节中◈★，半导体硅片需要尽可能地减少晶体缺陷◈★，保持极高的平整度与表面洁净度◈★，以保证集成电路或半导体器件的可靠性◈★。

　　在半导体硅片上可布设晶体管及多层互联线◈★，使之成为具有特定功能的集成电路或半导体器件产品◈★，下游主要包括手机与平板电脑物联网汽车电子人工智能◈★、工业电子◈★、军事太空等领域◈★。

　　根据尺寸分类◈★，半导体硅片的尺寸（以直径计算）主要有 50mm（2 英寸）◈★、75mm（3 英寸）◈★、100mm（4 英寸）◈★、150mm（6 英寸）◈★、200mm（8 英寸）与 300mm（12英寸）等规格◈★。

　　1965 年◈★，戈登摩尔提出摩尔定律◈★：集成电路上所集成的晶体管数量◈★，每隔 18 个月就提升一倍◈★，相应的集成电路性能增强一倍手机现金打鱼◈★，成本随之下降一半◈★。对于芯片制造企业而言◈★，这意味着需要不断提升单片硅片可生产的芯片数量◈★、降低单片硅片的制造成本以便与摩尔定律同步◈★。

　　半导体硅片的直径越大◈★，在单片硅片上可制造的芯片数量就越多◈★，单位芯片的成本随之降低◈★。在摩尔定律的影响下◈★，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展◈★。硅片的尺寸越大◈★，相对而言硅片边缘的损失会越小◈★，有利于进一步降低芯片的成本◈★。例如◈★，在同样的工艺条件下◈★，300mm 半导体硅片的可使用面积超过 200mm 硅片的两倍以上◈★，可使用率（衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标）是 200mm 硅片的 2.5 倍左右◈★。

　　目前◈★，全球市场主流的产品是 300mm 和 200mm 直径的半导体硅片◈★。终端应用领域来看◈★，300mm 主要应用在智能手机◈★、计算机◈★、云计算◈★、人工智能◈★、 SSD（固态存储硬盘）等较为高端领域◈★，目前出货面积占比 60%以上◈★。200mm 硅片主要应用在移动通信◈★、汽车电子◈★、物联网◈★、工业电子等领域◈★，目前出货面积 20%以上◈★。

　　根据制造工艺分类◈★，半导体硅片主要可以分为抛光片天生赢家凯发k8国际◈★、外延片与以 SOI 硅片为代表的高端硅基材料◈★。单晶硅锭经过切割天生赢家凯发k8国际◈★、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◈★。

　　半导体硅片的生产流程包括拉晶—>

　　滚磨—>

　　线切割—>

　　倒角—>

　　研磨—>

　　腐蚀—>

　　热处理—>

　　边缘抛光—>

　　正面抛光—>

　　清洗—>

　　检测外延等步骤◈★。其中拉晶◈★、研磨和抛光是保证半导体硅片质量的关键◈★。

　　单晶生长技术的重点在于保证拉制出的硅锭保持极高纯度水平（纯度至少为99.999999999%）的同时天生赢家凯发k8国际◈★，有效控制晶体缺陷的密度◈★。当前制备单晶硅技术主要分为悬浮区熔法（FZ 法）和直拉法（CZ 法）两种◈★。

　　目前手机◈★、计算机等仍是半导体行业终端最大的应用市场◈★。2018 年全球手机和基站◈★、计算机用芯片销售额分别为 487 亿美元◈★、280 亿美元◈★，在半导体终端市场的占比分别为 36%◈★、21%手机现金打鱼◈★。

　　据 Gartner 预计◈★，2017-2022 年增速最快的半导体终端应用领域是工业电子和汽车电子◈★，将成为未来几年全球半导体行业增长最重要的驱动力◈★。其中◈★，工业电子年复合增长率预计可达 12%◈★。随着工业从规模化走向自动化◈★、智能化◈★，工业与信息化的深度融合◈★、智能制造转型升级将带动工业电子需求的增长◈★。汽车电子 2017-2022 年预计复合增长率为 11%◈★。汽车电子的增长主要源于传统车辆电子功能的扩展◈★、自动驾驶技术的不断成熟以及电动汽车行业的快速成长◈★。车辆的 ABS（防抱死）系统◈★、车载雷达◈★、车载图像传感系统◈★、电子车身稳定程序◈★、电控悬挂◈★、电动手刹◈★、压力传感器◈★、加速度计◈★、陀螺仪与流量传感器等◈★，均需要使用半导体产品◈★，汽车智慧化的趋势极大地拉动了汽车电子产品的增长◈★。随着电动汽车的普及与车辆电压◈★、电池容量标准的不断提高◈★，电源管理器与分离式功率器件的需求量也将随之上升天生赢家凯发k8国际◈★。通常情况下◈★，汽车电子芯片使用200mm 及以下抛光片与 SOI 硅片天生赢家凯发k8国际◈★。汽车电子市场规模的扩大将拉动 200mm 及以下抛光片与 SOI 硅片的需求◈★。

　　未来的爆发式增长将会出现在大数据◈★、云计算◈★、人工智能◈★、新能源汽车◈★、区块链等新兴终端应用◈★。半导体硅片行业除了受宏观经济影响◈★，亦受到具体终端市场的影响◈★。例如 2010 年◈★，全球宏观经济增速仅 4%◈★，但由于iPhone4 和 iPad的推出◈★，大幅拉动了半导体行业的需求◈★，2010 年全球半导体行业收入增长达 32%◈★。2017 年开始◈★，大数据◈★、云计算◈★、人工智能◈★、新能源汽车◈★、区块链等新兴终端应用的出现◈★，半导体行业进入了多种新型需求同时爆发的新一轮上行周期◈★。半导体硅片可应用于多个潜在新兴终端市场◈★，如汽车电子功率器件◈★、5G通信设备中的射频芯片等◈★，有望爆发式增长◈★。

　　芯片制造产能情况是判断半导体硅片需求量最直接的指标◈★。2017 至 2020 年◈★，全球芯片制造产能（折合成 200mm）预计将从 1985 万片/月增长至 2407 万片/月◈★，年均复合增长率 6.64%◈★；中国芯片制造产能从 276 万片/月增长至 460 万片/月◈★，年均复合增长率 18.50%◈★。近年来◈★，随着中芯国际◈★、华力微电子◈★、长江存储◈★、华虹宏力等中国大陆芯片制造企业的持续扩产手机现金打鱼◈★，中国大陆芯片制造产能增速高于全球芯片产能增速◈★。随着芯片制造产能的增长◈★，对于半导体硅片的需求仍将持续增长

　　全球半导体市场规模近年来增速平稳◈★，2012-2018 年复合增速 8.23%◈★。其中◈★，中国大陆集成电路销售规模从 2158 亿元迅速增长到 2018 年的 6531 亿元◈★，复合增速为20.27%◈★，远超全球其他地区◈★，全球半导体产业加速向大陆转移◈★。集成电路一般分为设计◈★、制造和封测三个子行业◈★，在制造和封测行业中◈★，均需要大量的半导体新材料支持◈★。2018 年全球半导体材料市场产值为 519.4 亿美元◈★，同比增长 10.68%◈★。其中晶圆制造材料和封装材料分别为 322 亿美元和 197.4 亿美元◈★，同比+15.83%和+3.30%◈★。

　　2018年◈★，在市场产值为 322 亿美金的半导体制造材料中◈★，大硅片◈★、特种气体◈★、光掩模◈★、CMP材料◈★、光刻胶◈★、光刻胶配套◈★、湿化学品◈★、靶材分别占比 33%◈★、14%◈★、13%◈★、7%◈★、6%◈★、7%◈★、4%◈★、3%◈★。分地区来看◈★，目前大陆半导体材料市场规模 83 亿美元◈★，全球占比 16%◈★，仅次于中国台湾和韩国◈★，为全球第三大半导体材料区域◈★。

　　随着半导体市场不断放量以及工艺制程不断复杂◈★，全球半导体硅片材料市场不断增长◈★，硅片材料在半导体制造材料中占比 33%◈★，为占比最大的材料◈★。2019 年全球硅片材料市场规模达到 112 亿美元◈★，虽然相对 2018 年略有下滑◈★，但整体仍维持在较高水平◈★。出货面积来看◈★，2019 年半导体硅片出货面积 11810 百万平方英寸◈★，较 2018 年有所下滑◈★，主要是由于存储器市场疲软和库存正常化所致◈★。

　　硅片价格呈现出一定的周期性天生赢家凯发k8国际◈★。2011-2016 年受行业低迷影响◈★，硅片价格一路下行◈★。2016 年之后◈★，全球半导体硅片销售单价从 0.67 美元/英寸上升至 0.95 美元/英寸◈★。需求侧来看◈★，随着终端应用如 5G◈★、AI◈★、新能源汽车的快速发展手机现金打鱼◈★，对芯片的大量需求使晶圆厂更有动力去大规模扩建工厂和生产线◈★，进而拉动对上游硅片尤其是大硅片的需求◈★。供给端方面◈★，新增产能尚需时间落地◈★，所以中短期供需不平衡的局面仍将持续◈★，硅片价格有望继续走高◈★。

　　国内硅片市场规模持续增长◈★。受益于全球半导体行业转移◈★，国内硅片市场规模持续增长◈★，2018 年国内硅片市场规模超过 9 亿美元◈★。

　　目前◈★，12 英寸硅片在下游产业中广泛应用◈★，产品大多使用于制造消费电子芯片◈★。其中◈★，NAND（包括 3D NAND 和 2D NAND）占据最大的下游应用◈★，占比达 33%◈★。逻辑芯片和DRAM芯片分别占比 25%和 22%◈★。CIS 等其他应用占据了剩余的 20%的市场份额◈★。其中◈★，受益于 5G 的持续发展◈★，2020-2023 年◈★，智能手机对十二英寸硅片的复合需求增速有望达到 7.8%◈★。

　　全球 DRAM 下游主要包括移动终端（40%）◈★、服务器（22%）和个人电脑（19%）等业务◈★。在5G换机潮以及数据处理等行业的快速发展下◈★，全球DRAM需求有望持续快速增长◈★。据 SUMCO◈★，全球 DRAM 2019-2023 年需求复合增速有望达到 19.2%◈★。

　　目前全球 DRAM 主要供应厂商包括三星（45%）◈★，海力士（29%）◈★，美光（21%）等◈★，全球主流 DRAM 工艺目前为 2znm◈★、1xnm 和 1ynm◈★，未来 1znm 和 1anm 有望逐步放量◈★。

　　全球 NAND 下游主要包括手机（48%）◈★、SSD（43%）等业务◈★。在 5G 换机潮◈★、云数据处理以及移动电源等行业的快速发展下◈★，全球 NAND 需求有望持续快速增长◈★。据 SUMCO◈★，全球 NAND 2019-2023 年需求复合增速有望达到 39.4%◈★。

　　目前全球 NAND 主要供应厂商包括三星（33%）◈★，铠侠（19%）◈★，西数（15%）◈★，美光（11%）◈★，海力士（11%）和因特尔（10%）等◈★。目前◈★，3D NAND 已经成为 NAND 主流工艺◈★。

　　2016 年至 2018 年◈★，受益于手机◈★、计算机手机现金打鱼◈★、云计算服务器用CPUGPU出货量的增加◈★，逻辑芯片市场规模从 914.98 亿美元上升至 1,093.03 亿美元◈★，年均复合增长率9.30%◈★。据 Gartner◈★，2016 至 2022 年◈★，全球芯片制造产能中◈★，预计 20nm 及以下制程占比 12%◈★，32/28nm 至 90nm 占比 41%◈★，0.13μm 及以上的微米级制程占比 47%◈★。目前◈★，90nm及以下的制程主要使用 300mm 半导体硅片◈★，90nm 以上的制程主要使用 200mm 或更小尺寸的硅片◈★。

　　12 寸硅片需求持续扩大◈★。在下游云计算◈★、区块链等新兴市场的带动下◈★，12 寸硅片持续快速增长◈★。2018 年出货面积占比达到 63%◈★，硅片出货量达到 470 万片/月◈★。据 SUMCO◈★，未来 3-5 年全球 12 寸硅片仍然存在缺口◈★。

　　2018 年◈★，全球 8 寸硅片出货面积占比达到 26%◈★，硅片出货量达到 430 万片/月◈★。在汽车电子等需求的拉动下◈★，叠加 8 寸硅片基本无新增产能◈★，8 寸硅片有望持续景气◈★。

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