硅片是集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，是晶圓制造的核心材料。中國大陸8寸、12寸硅片自主供應(yīng)能力弱，高度依賴進口，是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的短板。近年來，在政策支持和產(chǎn)業(yè)界積極努力下，已經(jīng)涌現(xiàn)出部分優(yōu)質(zhì)企業(yè)，硅片產(chǎn)能將在未來幾年將逐步落地，完成硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的追夢之路。

硅片是半導(dǎo)體核心基礎(chǔ)材料

硅片是芯片制造的基本材料，以硅為材料制造的片狀物體，一般是由純度很高的結(jié)晶硅制成的。與其他材料相比，結(jié)晶硅的分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，很少有自由電子產(chǎn)生，導(dǎo)電性極低。半導(dǎo)體器件則是通過對硅片進行光刻、刻蝕、離子注入等手段，改變硅的分子結(jié)構(gòu)進而提高其導(dǎo)電性，最終獲得的一種具備較低導(dǎo)電能力的產(chǎn)品。硅片主要應(yīng)用領(lǐng)域在半導(dǎo)體和光伏兩大領(lǐng)域，其差異主要表現(xiàn)在類型、純度、表面性質(zhì)上：

半導(dǎo)體硅片均為單晶硅，太陽能采用的硅片單晶和多晶均有；

半導(dǎo)體硅片純度要求高，為99.9999999%（9N）以上，光伏相比則要求較低，
99.99%-99.9999%（4N-6N）之間；

半導(dǎo)體硅片表面的平整度、光滑度以及潔凈度要求比光伏片高，需要經(jīng)過后續(xù)的研磨倒角、拋光、清洗等環(huán)節(jié)。

半導(dǎo)體硅片的高規(guī)格要求使得其制造工藝復(fù)雜，四大核心步驟包括多晶硅提純與多晶硅料的鑄錠、單晶硅生長以及硅片切割成型。作為晶圓制造的原材料，硅片質(zhì)量直接決定了晶圓制造環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性。

圖1.半導(dǎo)體硅片制造工藝流程與全球主要玩家分布

（數(shù)據(jù)來源：SUMCO，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院）

硅片和硅基材料是晶圓制造環(huán)節(jié)占比最大的基礎(chǔ)核心材料。90%以上的半導(dǎo)體芯片是以硅片作為基礎(chǔ)材料制造的。2018年全球半導(dǎo)體硅片市場為123億美元，占晶圓制造材料322億美元的比重為37%，位居第一。

圖2.2018年集成電路晶圓制造中半導(dǎo)體材料占比（%）

（數(shù)據(jù)來源：SEMI 2018，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院）

半導(dǎo)體硅片種類多元，未來向大尺寸趨勢發(fā)展

硅片產(chǎn)品按照加工工序可分為拋光片、退火片、外延片、節(jié)隔離片和絕緣體上硅片五大類產(chǎn)品。其中，拋光片是應(yīng)用范圍最廣泛，用量最大、最基礎(chǔ)的產(chǎn)品，其他的硅片產(chǎn)品也都是在拋光片的基礎(chǔ)上二次加工產(chǎn)生的。

拋光片直接從單晶硅柱上切割出厚度約1mm的原硅片，然后對其進行拋光鏡面加工，就得到了表面平整潔凈的拋光片，通過對其進一步的純化，減少重金屬雜質(zhì)。

退火片是通過把拋光片置于充滿氬氣或氧氣的高溫環(huán)境退火得到的，這樣可大幅減少拋光片表面的氧氣含量，從而擁有更好的晶體完整性（crystal perfection），可滿足更高的半導(dǎo)體蝕刻需求。

外延片是通過在拋光片表面采用應(yīng)用氣相生長技術(shù)（Vapor Phase Growth or Epitaxy），在拋光片表面外延生出單晶結(jié)構(gòu)層，這樣其表面將比經(jīng)切割而來的拋光片更加平滑，從而降低表面缺陷。

節(jié)隔離片是通過在拋光片的基礎(chǔ)上，首先是通過光刻法、離子注入、熱擴散技術(shù)等技術(shù)嵌入中間層，然后再通過氣相生長技術(shù)在硅片外面形成平滑的外延層，從而滿足特定的襯底電性能需求。

SOI片（絕緣體上硅片）是三明治結(jié)構(gòu)，最下層是拋光片，中間層是掩埋氧化層（BOX），頂層是活性層也是拋光片；BOX的存在使得SOI片實現(xiàn)高電絕緣性，從而減小寄生電容和漏電，繼而可以實現(xiàn)器件的高集成度，低的功耗，高可靠性，頂層的活性層也可以采用摻雜金屬元素的硅片從而實現(xiàn)不同的功能。

圖3. 硅片的分類

（數(shù)據(jù)來源：SUMCO，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院）

隨著提拉單晶技術(shù)的提高，硅片的尺寸隨著時間的發(fā)展逐步提升，從2寸（50mm），到4寸（100mm），5寸（125mm），6寸（150mm），8寸（200mm），到2000年的12寸（300mm）。12寸硅片的下一站是18寸（450mm）硅片，但由于設(shè)備研發(fā)難度較高，目前制造廠對于18寸的推動力不大，主流工藝以12寸和8寸硅片為主。

圖4. 硅片尺寸發(fā)展歷史

（數(shù)據(jù)來源：SEMI，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院）

大尺寸硅片成為硅片未來發(fā)展的趨勢。為了提高生產(chǎn)效率降低成本，大尺寸硅片越來越多被使用，隨著尺寸加大，在單片硅片上制造的芯片數(shù)目就會越多；同時在圓形硅片上制造矩形的硅片會使硅片邊緣處的一些區(qū)域無法被利用帶來部分浪費，隨之晶圓的尺寸的增大，損失比就會減�。贿@兩點都會降低芯片的成本。例如，在同樣的工藝條件下，300mm半導(dǎo)體硅片的可使用面積超過200mm硅片的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產(chǎn)的芯片數(shù)量的指標）是200mm硅片的2.5倍左右。

圖5. 200mm硅片和300mm硅片有效使用面積示意圖（數(shù)據(jù)來源：聯(lián)華電子，硅產(chǎn)業(yè)，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院）