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硅片持续短缺影响晶圆厂产能利用率,国产硅片进口替代进展不及预期

关键词:硅片回收 电池片回收 太阳能电池板回收 多晶硅回收 │ 发表时间:2018-12-14

风险提示:硅片持续短缺影响晶圆厂产能利用率,国产硅片进口替代进展不及预期。
一、硅片产业简介
1、硅片是半导体生产的重要原材料
硅片是生产集成电路所用的载体,作为晶圆厂最重要的上游原材料,硅片供需情况与价格趋势能充分反映半导体行业的景气度。
2017年,全球晶圆制造材料市场规模259.8亿美元,其中硅片市场规模75.8亿美元。占比29.17%,往后分别是电子气体,掩膜,其他材料,光刻胶配套试剂,CMP材料,光刻胶,工艺化学品,靶材,SOI。
2、半导体硅片的生产流程
半导体硅片对产品质量及一致性要求极高,其纯度须达99.9999999%(9个9)以上,而最先进的工艺甚至需要做到99.999999999%(11个9)。而光伏级单晶硅片仅需5个9即可满足应用需求。所以半导体生产所用硅片的制备难度远大于光伏级硅片。
硅片生产工序主要包括:长晶、径向研磨、定位边研磨、抛光、切片、倒角、研磨、硅片刻蚀、抛光、检查等步骤。经过上述步骤生产出的硅片即为最通用的抛光片。我们下文中的硅片价格默认为抛光片。
在抛光片生产过程中,长晶是最为核心的工序。长晶技术路线主要分为直拉法(CZ),区熔法(FZ)。其中直拉法是目前市场的主流,可支持12寸硅片生产,而区熔法则相对简单,仅可支持8寸及以下尺寸硅片生产。
直拉法最早由Czochralski于1918年首创,故亦称为CZ法,其原理是将多晶硅加热至熔化,再将单晶晶种和硅溶液表面接触。接触后,由于温度差异,硅溶液开始在晶种表面凝固并生长和相同晶体结构的单晶。晶种同时以极缓慢的速度往上拉升,并伴随以一定的转速旋转,最终形成单晶晶棒。该方案可以在拉晶过程中观察晶体的生长情况,但容易受到机械扰动的影响。
3、硅片分类介绍
通过加工工序分类:
除了最普通的抛光片外,硅片还有较多特色工艺产品,主要包括退火片(Annealed Wafer),外延片(Epitaxial Wafer),绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator Wafer)等。
退火片(Annealed Wafer)是将抛光片置于退火炉中,在氢或氩气氛中进行高温退火,随着此过程去除晶片表面附近的氧气,可以改善抛光片表面特性。
外延片的生产流程是将抛光片在外延炉中加热到1200℃左右。通过汽化的四氯化硅(SiCl4)和三氯硅烷(SiHCl3)生长气相外延。它具有抛光片所不具有的某些电学特性并消除了许多在晶体生长和其后的晶片加工中所引入的表面/近表面缺陷。
绝缘体上硅即SOI硅片,SOI是一种三明治结构,最上面是顶层硅,中间是掩埋氧化层(BOX),下方是硅衬底。制备SOI材料的技术主要有注氧隔离(SIMOX)、键合减薄(BESOI)和智能剥离(Smart-Cut)等,当前最主流的技术是智能剥离。
SOI的优势在于可以通过氧化层实现高电绝缘性,这将大大减少硅片的寄生电容以及漏电现象。随着半导体制程工艺不断演进,SOI方案的优势逐渐凸显。在28nm以下先进制程中,FD-SOI(全耗尽SOI)具有明显的低功耗,防辐射,耐高温的性能优势,同时采用SOI方案可以大大减少工序,降低成本。根据Marketsand Markets 最新预估,SOI市场在2017-2022年期间平均复合成长率将达29.1%,2022年市场价值将有望达到18.6亿美元。
通过产业链调研,我们了解到SOI目前主要的应用场景有功率器件,射频开关,硅光芯片,高端MEMS等。先进制程里,汽车电子相关的I.MAX处理器,ADAS芯片亦有采用FD-SOI。


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