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完整產品說明
品牌名稱
尺寸
- Free
商品規格
- ◆ 商品尺寸：79 x 79 cm
◆ 材質：PVC塑膠
◆ 適合年齡：1-2歲
◆ 收合尺寸：20 x 6 x 24 cm
◆ 重量：0.8 kg
◆ 承重：15 kg
◆ 保固：無，收到商品有瑕疵，請在鑑賞期內反映，依情形換新或補配件。
◆ 若需退換商品需全新完整且包裝完整(含內袋、外箱)，亦即須回復至您收到商品時的原始狀態。
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獲取報告請登錄未來智庫www.vzkoo.com。 1. 矽片：半導體大廈的基石 1.1. 矽片：半導體大廈的基石 矽片是以矽作為原材料，通過拉單晶製作成矽棒，然後切割而成的矽片。由於矽原子的最外層電子數是 4，原子 序數適中，所以矽元素具有特殊的化學特性。正是因為矽的這種特性，矽片主要應用在化學，光伏，電子等領域。特 別是在電子領域，正是利用矽材料介於導體與絕緣體中間的元素屬性，製造了現代工業的「石油」-晶片。在光伏領域， 利用光電效應原理，光子可以改變矽原子之間的共價鍵，從而衍生了太陽能發電的應用。另外地球的地殼中矽元素占 比達到 25.8%，而且開採較為方便，可回收性強，所以價格比其他材料要低，這樣的特點更加增強了矽的應用範圍。 ... 通過晶胞的排列方式不同，可以分為單晶矽和多晶矽。晶胞是自然界構成晶體的最基本單元，一般是由幾個原子 或幾十個原子構成的三維結構。晶胞的形狀、大小與空間格子的平行六面體單位相同，保留了整個晶格的所有特徵。 ... 單晶矽的晶胞排序方式是有序，有規律的排序。但是多晶矽的晶胞排序是無序，無規律的。在製造方法方面，多 晶矽是通過澆築法形成的，直接把矽料倒入坩堝中融化，然後再冷卻定性，這種製作方法形成的晶胞是無序的。單晶 矽是通過拉單晶的方式形成晶棒（直拉法），將矽料倒入坩堝中融化，然後利用籽晶緩慢旋轉上拉（拉單晶）。拉單晶 的過程就是將原子結構重組的過程，最終形成單晶矽棒。在物理性質方面，兩種矽的特性相差較大。在導電性質上， 單晶矽由於晶胞排序規則有序，導電能力較強；多晶矽導電性很差，甚至有時不導電。在光電轉換方面，單晶矽的轉 換效率高於多晶矽的轉換效率，單晶矽光電轉換效率一般在 17%~25%左右，多晶矽效率在 15%以下。 ... 1.2. 光伏矽片 vs 半導體矽片 光伏矽片；由於矽元素具有光電效應，所以在光伏領域，大多使用矽片完成太陽能到電能的轉換。在光伏領域的 矽片，單晶矽電池片一般為圓角方形，顏色為深藍色，略接近黑色。多晶矽電池片一般為方形，以藍色和灰色為主， 且略帶花紋。電池片分為單晶矽片和多晶矽片，單晶矽電池片價格較高，光電轉換效率也比較高。 ... 由於光伏矽片相對於半導體矽片在純度和翹曲度等等方面要求較低，所以光伏矽片製造過程相對簡單。以單晶矽 電池片為例，第一步是切方磨圓，在晶片廠通過直拉法拉出單晶棒後，先按照晶片尺寸要求，將單晶矽棒切割成方棒， 然後將方棒的四角通過滾磨機磨圓。第二步是酸洗，主要是為了將單晶方棒的表面雜質除去。第三步是切片，先將清 洗完畢後的方棒與工板粘貼。然後將工板放在切片機上，按照已經設定好的工藝參數進行切割，切割完成後成為單晶 矽片。最後將單晶矽片清洗乾淨（通常用超聲波清洗），最後進行監測，比如表面光滑度，電阻率等等參數。 半導體矽片：半導體矽片比光伏矽片的要求更高，通常表現在晶體，形狀，尺寸大小，純度等等方面。光伏單晶 矽片是分單晶矽和多晶矽兩種類型，其中多晶矽約占 60%。但是半導體用單晶矽片，為了矽片每個位臵的相同電學特 性，全部使用單晶矽。在形狀和尺寸上，光伏用單晶矽片是正方形，邊長有 125mm，150mm，156mm 不同尺寸。但 是半導體用單晶矽片是圓型，矽片直徑有 150mm（6 寸晶圓），200mm（8 寸晶圓）和 300mm（12 寸晶圓）尺寸，比 單晶矽要大。在純度方面，光伏用單晶矽片的純度要求矽含量為 4N-6N 之間（99.99%-99.9999%），但是半導體用單晶 矽片在 9N（99.9999999%）-11N(99.999999999%)左右，純度要求最低是光伏單晶矽片的 1000 倍。在外觀方面，半導 體用矽片在表面的平整度，光滑度和潔凈程度要比光伏用矽片的要求高。純度壁壘是光伏用單晶矽片和半導體用單晶 矽片的主要壁壘。 ... 1.3. 半導體矽片技術發展路徑 1.3.1. 常用半導體矽片 矽片的發展可以歸結為摩爾定律的發展。由於半導體用矽片是圓形，所以半導體矽片也叫「矽晶圓」或者「晶圓」。 晶圓是晶片製造的「基底」，所有的晶片都是在這個「基底」上製造，並在製造完成後，將基底切割成單個晶片，然後 進行封裝測試。在半導體用矽片的發展中，是按照尺寸和結構兩個方向發展。 在尺寸方面，矽片的發展路徑是從小到大；在集成電路發展初期，使用的是 0.75 英寸晶圓。後來為了降低單個芯 片成本，不斷增加晶圓面積，增加單片晶圓上的晶片個數。1965 年左右，隨著摩爾定律的提出，集成電路技術和矽片 迎來快速發展期。矽片的製造技術越來越先進，逐漸發展到 4 寸，6 寸，8 寸和 12 寸晶圓。2001 年，英特爾和 IBM 聯合開發了 12 寸晶圓晶片製造生產線，目前全球半導體用矽片以 12 寸矽片為主，占比約為 70%，往後還要發展到 18 寸（450mm）晶圓。 ... 在結構方面，矽片的發展路徑是由簡到繁；集成電路發展初期是只有邏輯晶片一種用途，但是後來應用場景不斷 擴大，邏輯晶片，功率器件，模擬晶片，數模混合晶片，flash/Dram 存儲晶片，射頻晶片等等。不同的應用場景導致 了矽片在結構上出現了不同的形態。 PW（Polish Wafer）：就是常用的拋光片。矽片廠拉單晶得到矽錠之後，直接切割後得到的矽片由於在光滑度或者 翹曲度方面有一些瑕疵，所以首先是經過拋光處理。這種方式也是最原始矽片的處理方式。 AW（Anneal Wafer）：後來隨著製程技術的不斷發展，工藝線寬不斷縮小，拋光片的缺點也暴露出來了，比如矽 片表面由於拋光會引起局部的原子晶格缺陷，矽片表面含氧量較高等等。為了解決這個問題，發展了退火晶圓，在拋 光後，將矽片放在充滿惰性氣體的爐管中（一般為氬氣），進行高溫退火。這樣可以修復由於拋光引起的矽片表面晶格 缺陷，同時也可以減少矽表面含氧量。 EW（Epitaxy Wafer）：隨著集成電路的應用場景不斷增加，由矽片廠製造的標準矽片在電學特性上已經不能滿足 某些產品的要求。同時，通過熱退火減少的晶格缺陷也不能滿足越來越小的線寬需求。這就衍生出了外延層矽片 （Epitaxy wafer 或者叫做 EPI Wafer）。通常的外延層就是矽薄膜。是在原始矽片的基礎上，利用薄膜沉積技術，生長 一層矽薄膜。由於在矽外延中，矽基片是作為籽晶的模式存在，所以新的外延層會複製矽片的晶體結構。由於襯底矽 片是單晶，所以外延層也是單晶。但是由於沒有被拋光，所以生長完成後的矽片表面的晶格缺陷可以降到最低。 外延技術的重點包括外延層厚度及其均勻性、電阻率均勻性、體金屬控制、顆粒控制、層錯、位錯等缺陷控制。 公司通過優化外延的反應溫度、外延氣體的 流速、中心及邊緣的溫度梯度，實現了最優的外延層質量。因產品不同和 技術升 級的需要，公司通過不斷優化外延工藝，實現外延層厚度和襯底幾何形貌的有效 匹配，獲得外延層最優的平 坦度、最低的外延層金屬雜質、最好的厚度和電阻率 均勻性，達到不同規格產品的需求。 另外，外延片可以生成電阻率，摻雜元素、摻雜濃度與原始矽片不同的外延層，這樣更容易控制矽片的電學特性。 比如可以通過在 P 型矽片上生成一層 N 型外延層，這樣就形成了一個低濃度參雜的 PN 結，為後續晶片製造中起到優 化擊穿電壓，降低閂鎖效應等等目的。外延層厚度一般根據使用場景不同而不同，一般邏輯晶片的厚度為 0.5 微米到 5 微米左右，功率器件由於需要承受高電壓，所以厚度為 50 微米到 100 微米左右。 ... 1.3.2. 絕緣體上矽矽片 SW（SOI Wafer）： SOI 全稱是 Silicon-On-Insulator（絕緣體上矽）。由於 SOI 矽片具有寄生電容小，短溝道效應小， 繼承密度高，速度快，功耗低等有點，特別是在襯底噪聲低這向參數中，由於非 SOI 矽片，所以 SOI 矽片常常用在射 頻前端晶片中。 在常用的普通拋光矽片或者是外延層矽片中，都不能解決矽片的噪電流干擾。由於集成電路是四端器件，必須在 襯底上結電壓，所以就構成了晶片與襯底之間的電流通路，就會產生噪電流，從而影響集成電路特性。特別是在射頻 晶片領域中，開關速度較快，襯底產生的噪電流會嚴重影響開關性能。為了解決襯底噪聲問題，發明了 SOI 矽片技術。 ... 製造 SOI 矽片的方法主要有四種：SIMOX 技術，Bonding 技術，Sim-bond 技術和 Smart-CutTM技術；SOI 矽片的 原理比較簡單，核心目標就是在襯底中間加入一層絕緣層（一般以二氧化矽 SiO2 為主）。 ... 從性能參數上來看，Smart-CutTM技術是現在 SOI 矽片技術中性能最優異的。Simbond 技術性能和 Smart-Cut 技術 性能相差不大，但是在頂層矽厚度方面，Smart-Cut 技術生產的 SOI 矽片更薄，而且從生產成本來說，Smart-Cut 技術 可以重複利用矽片，對於未來的大批量生產情況，Smart-Cut 技術更有優勢，所以現在業界公認以 Smart-Cut 技術為未 來 SOI 矽片發展方向。 ... SIMOX 技術：SIMOX 全稱 Separation by Implanted Oxygen（注氧隔離技術）。向晶圓中注入氧原子，然後經過高 溫退火，使氧原子與周圍的矽原子發生反應，生成一層二氧化矽。此項技術的難點是控制氧離子注入的深度與厚度。 對於離子注入技術有較深刻的掌握。 Bonding 技術：Bonding 技術又稱鍵合技術，用 bonding 製造的 SOI 矽片又叫 Bonded SOI，簡稱 BSOI。Bonding 技術需要兩片普通矽晶圓，在其中一片上生長一層氧化層（SiO2），然後與另外一片矽源鍵合，連接處就是氧化層。 最後再進行研磨和拋光到想要的填埋層（SiO2）深度。由於鍵合技術比離子技術更容易掌握，所以目前 SOI 矽片大都 採用 bonding 技術製作。 ... Sim-bond 技術：注氧鍵合技術。Sim-bond 技術是 SIMOX 與 bond 技術的結合。優點是可以高精度控制埋氧層厚 度。第一步是向一片矽晶圓注入氧離子，然後高溫熱退火形成氧化層，然後在該矽片表面形成一層 SiO2 氧化層。第 二步是將該矽片與另外一片晶圓鍵合。然後進行高溫退火形成完好的鍵合介面。第三步，減薄工藝。利用 CMP 技術 減薄，但是與 bond 技術不同的是，sim-bond 有自停止層，當研磨到 SiO2 層時，會自動停止。然後經過腐蝕去掉 SiO2 層。第四步是拋光。 Smart-cut 技術：智能剝離技術。Smart-cut 技術是鍵合技術的一種延伸。第一步是將一片晶圓氧化，在晶圓表面生 成固定厚度的 SiO2。第二步是利用離子注入技術，向晶圓的固定深度注入氫離子。第三步是將另外一片晶圓與氧化晶 圓鍵合。第四步是利用低溫熱退火技術，氫離子形成氣泡，令一部分矽片剝離。然後利用高溫熱退火技術增加鍵合強 度。第五步是將矽表面平坦化。這項技術是國際公認的 SOI 技術發展方向，埋氧層厚度完全由氫離子注入深度決定， 更加準確。而且被剝離出的晶圓可以重複利用，大大降低了成本。 ... 2. 矽片：製造難度大且壁壘高 2.1. 矽片製造技術過程 矽片的原材料是石英，也就是通常說的沙子，可以直接在自然界開採。晶圓製造的過程可以通過幾步來完成。脫 氧提純，提煉多晶矽，單晶矽錠（矽棒），滾磨，晶片切割，晶圓拋光，退火，測試，包裝等等步驟。 ... 脫氧提純：矽片製造廠的原料是石英礦石，石英礦石的主要原料是二氧化矽（SiO2）。首先將石英礦石進行脫氧 提純，主要工藝有分選，磁選，浮選，高溫脫氣等等。主要將礦石中的主要雜質去除掉，比如鐵、鋁等雜質。 提煉多晶矽：在得到相對較純的 SiO2 後，經過化學反應，生成單晶矽。主要反應為 SiO2+CSi+CO，一氧化碳 （CO）為氣體，反應完成後直接揮發掉。所以只剩下矽晶體。此時的矽為多晶體矽，並且為粗矽，存在一些雜質比如 鐵，鋁，碳，硼，磷，銅等等元素。為了過濾掉多餘雜質，必須將得到的粗矽進行酸洗，常用的酸是鹽酸（HCl），硫 酸（H2SO4）等等，用酸浸泡後的矽含量一般在 99.7%以上。在酸洗的過程中，雖然將鐵，鋁等等元素也溶於酸且過 濾掉。但是矽也和酸反應生成 SiHCl3（三氯氫矽）或 SiCl4（四氯化矽）。但是這兩種物質都是氣態，所以酸洗過後， 原來的鐵、鋁等雜質已經溶於酸，但是矽已經變為氣態。最後將高純的氣態 SiHCl3 或者 SiCl4 用氫氣還原得到高純多 晶矽，SiHCl3+H2Si+3HCl，SICl4+2H2Si+4HCl。此時得到生產用的多晶矽。 2.1.1. CZ（直拉法） 直拉法（CZ）法矽片主要用在邏輯，存儲器晶片中，市場占比約為 95%；直拉法最早起源於 1918 年 Czochralski 從熔融金屬中拉制細燈絲，所以又叫 CZ 法。這是當今生長單晶矽的主流技術。主要流程是在坩堝中放入多晶矽，加 熱使之熔融，然後夾住一塊單晶矽的籽晶，將它懸浮在坩堝之上，直拉時，一端插入熔體直到融化，然後再緩慢旋轉 並向上提拉。這樣在液體與固體的介面就會經過逐漸冷凝形成單晶。由於整個過程可以看作是複製籽晶的過程，所以 生成的矽晶體是單晶矽。另外，晶圓的摻雜也是在拉單晶的過程中進行的，通常有液相摻雜和氣相摻雜兩種。液相摻 雜就是指在坩堝中參雜 P 型或者 N 型元素，在拉單晶的過程中，可以直接將這些元素拉到矽棒中。 ... 直徑滾磨：由於在拉單晶的過程中，對於單晶矽棒的直徑控制較難，所以為了得到標準直徑的矽棒，比如 6 寸，8 寸，12 寸等等。在拉單晶後會將矽錠直徑滾磨，滾磨後的矽棒表面光滑，並且在尺寸誤差上更小。 切割倒角：在得到矽錠之後，就進行晶圓切割，將矽錠放臵在固定切割機上，按照已經設定好的切割程式進行切 割。由於矽片的厚度較小，所以切割後的矽片邊緣非常鋒利。倒角的目的就是形成光滑的邊緣。倒角後的矽片有較低 的中心應力，因而使之更牢固，並且在以後的晶片製造中不容易碎片。 拋光：拋光的主要目的是將晶圓的表面變得更加平滑，平整無損傷，並且保證每片晶圓的厚度一致性。 測試包裝：在得到拋光好的矽片後，需要對矽片的電學特性進行測試，比如電阻率等等參數。大部分矽片廠都有 外延片服務，如果需要外延片，再進行外延片生長。如果不需要外延片就會打包包裝，運往其他外延片廠或者晶圓廠。 2.1.2. FZ（區熔法） 區熔法（FZ）矽片主要用在部分功率晶片中，市場占比約為 4%；用 FZ（區熔法）製作的矽片主要用作功率器 件。並且矽片尺寸以 8 英寸，6 英寸為主，目前約有 15%的矽片使用區熔法製作。與 CZ 法製作的矽片相比，FZ 方法 最大的特點就是電阻率相對較高，純度更高，能夠耐高壓，但是製作大尺寸晶圓較難，而且機械性質較差，所以常常 用於功率器件矽片，在集成電路中使用較少。 區熔法製作單晶矽棒總共分為三步：加熱多晶矽，籽晶接觸，向下旋轉拉單晶。在真空或者惰性氣體環境下的爐 室中，利用電場給多晶矽棒加熱，直到被加熱區域的多晶矽融化，形成熔融區。然後用籽晶接觸熔融區，並融化。最 後通過移動電場加熱位臵，使多晶矽上的熔融區不斷上移，同時籽晶緩慢旋轉並向下拉伸，逐漸形成單晶矽棒。因為 在區熔法中不適用坩堝，所以避免了很多污染源，用區熔法拉的單晶具有純度高的特點。 ... 2.2. 矽片製造成本分析 2.2.1. 新能源矽片製造成本 光伏矽片成本大概可以分為矽料成本，長晶成本和切割成本。其中矽料成本是主要的成本消耗部分，約占總成本 的 50%。由於單晶矽和多晶矽對於長晶過程的要求不同，所以在長晶過程是單晶矽片和多晶矽片的主要成本差別。在 切片環節，矽片製造商可以提高矽片的切割出片量來分攤成本。在長晶過程中的設備、電費、特氣以及人工費用等等。 單晶矽製造成本：在矽成本和切片方面，單晶矽和多晶矽的差別不是很大。長晶環節是主要的成本差異。從單晶 矽片的成本結構來看，矽料成本約占 50%，拉單晶矽棒的成本約占整個成本的 33%，切割成本約占 17%。在拉單晶過 程中的成本結構中，以坩堝費用和電費為主要成本來源，兩者總共占比約為 45%。剩餘成本由石墨熱場和折舊費用為 主。在坩堝成本方面，拉單晶的石英坩堝在經過高溫、冷卻等等步驟之後，會產生裂紋或者破裂，導致無法再次使用。 並且，由於拉單晶對於坩堝的潔凈度要求很高，所以使用過的坩堝無法保證潔凈度，同時單晶矽對於坩堝的品質要求 較高。所以拉單晶的坩堝價格較高，且無法重複使用。在電力成本方面，國內半導體矽片廠商或者光伏矽片廠商都在 內蒙古，雲南，貴州等電力成本相對較低的區域建廠，有利於成本降低。單晶矽片的成本降低主要來源於三個方面。 第一，提高單爐產出攤薄坩堝等一次性耗材和設備折舊。第二，電力成本降低。第三，批量採購矽料的價格優勢。 ... 多晶矽製造成本：多晶矽的生產製造過程中不需要拉單晶環節，所以長晶環節的成本占比較低。長晶成本只占總 成本的 12%。成本的主要來源是矽料成本，約占總成本的 52%。其次是切割成本，約占總成本的 29%。在多晶矽長晶 成本中，石墨熱場占比最高，達到 28%。其次是坩堝、折舊和電力成本，分別占比為 16.7%、16.7%和 13.9%。由於多 晶矽矽片主要用在光伏產品中，而且有逐漸被單晶矽片代替的趨勢，所以多晶矽片的成本下降空間不大。 ... 2.2.2. 半導體矽片製造成本 半導體矽片成本構成更複雜：半導體矽片在純度和電學特性方面較新能源矽片有更高要求，所以在製造過程中需 要更多的純化步驟和供應原料，造成製造原料的種類更加多樣化。所以矽料成本占比相對減少，但是製造費用占比會 相對增加。同時，相對於新能源矽片成本，半導體矽片在 直接材料是主要營業成本構成：對於半導體矽片來說，原材料成本是主要成本，約占主營業務成本的 47%。其次 是製造費用，約占 38.6%，與半導體製造業類似，矽片行業屬於資本密集型行業，對固定資產投資需求較高，會因機 器設備等固定資產折舊產生較高的製造費用。最後是直接人工費用，占比約為 14.4%。 多晶矽是原材料主要成本構成：在矽片製造的原材料成本中，多晶矽是主要原材料，占比約為 30.7%。其次是包 裝材料，占比約為 17.0%。由於半導體矽片對於潔凈度和真空要求較高，特別是對於矽片這種極易氧化的物質，對包 裝的要求會比新能源矽片要求要高很多。因此在成本構成中，包裝材料占比較高。石英坩堝占比約為原材料成本的 8.7%。半導體矽片製造所用的石英坩堝也是一次性坩堝，但是對於坩堝的物理特性，熱學特性等等要求更高。拋光液， 研磨輪，拋光墊總共占比 13.8%，主要用在矽片拋光過程中。 ... 水電費用約占製造成本的 15%：在製造成本費用中，水電費用總和約占整個製造費用的 15%，其中電費約占 11.4%， 水費約占 3.4%。在對應金額方面，根據矽產業集團的 2018 年財務數據，電費和水費的總成本和包裝材料成本相當， 約占多晶矽材料的一半。電費比石英坩堝略高 20%左右。 ... 2.3. 矽片製造主要壁壘 矽片的壁壘較高，特別是對於半導體矽片而言，主要壁壘有四個：技術壁壘，認證壁壘，設備壁壘和資金壁壘。 ... 技術壁壘：矽片的技術指標比較大，除去常見的尺寸大小，拋光片厚度等等外，還有矽片的翹曲度，電阻率，彎 曲度等等。在主流的 300mm 矽片方面，由於先進位程對於矽片的均勻性要求較高，所以相對於 200mm 晶圓，增加了 平整度，翹曲度，彎曲度，表面金屬殘餘量等等參數來監測 300mm 矽片的質量要求。在純度方面，先進位程的矽片 要求在 9N（99.9999999%）-11N(99.999999999%)左右，是矽片供應商的主要技術壁壘。 矽片是高度定製產品；純度是矽片的最基本參數，也是主要技術壁壘。除此之外，矽片不是通用型產品，無法復 制。大矽片在各個晶圓代工廠的規格完全不同，各個終端產品的用途不同也會導致矽片的要求規格完全不同。這就要 求矽片廠商要根據不同的終端客戶產品來設計和製造不同的矽片，這就更大增加了矽片供應難度。 ... 認證壁壘：晶片製造企業對於各類原材料的質量有著嚴苛的要求，對供應商的選擇也非常謹慎。進入晶片製造企 業的供應商名單具有較高的壁壘。通常，晶片製造企業會要求矽片供應商提供一些矽片進行試生產，並且大多數用在 測試片，而不是晶圓量產片。通過測試片後，會小批量試生產量產片，待通過內部認證後，晶片製造企業會將產品送 至下遊客戶處，獲得其客戶認證後，才會對矽片供應商進行最終認證，最後簽訂採購合同。半導體矽片企業的產品進 入晶片製造企業的供應鏈需要經歷較長的時間，對於新供應商的認證周期最短也需要 12-18 個月。 此外，測試片到量產片的認證壁壘：目前國內的 12 寸晶圓大多停留在測試片的供應上，但是測試片的認證程序和 量產片的認證程序完全不同，量產矽片的認證標準更加嚴格。測試矽片由於不製造晶片，所以只需要晶圓代工廠自己 認證，並且只需要在當前製造站點得到認證就可以。但是對於量產矽片來說，必須得到終端 fabless 客戶的認證，並且 要得到整個製造流程各個步驟的監測才可以批量供應。一般情況下，為了保持矽片供應和晶片良率的穩定。晶圓製造 商與矽片供應商一旦建立供應關係後，不會輕易更換供應商，且雙方建立反饋機制，滿足個性化需求，矽片供應商與 客戶的粘性不斷增加。新矽片廠商如果加入到供應商行列，必須提供比原有供應商更加緊密的合作關係和更高的矽片 質量。所以在矽片行業，矽片供應商和晶圓製造商的粘性較大，新晉供應商打破粘性的難度較大 設備壁壘：製造矽片的核心設備是單晶爐，可謂是矽片中的「光刻機」。國際主流矽片廠商的單晶爐都是自己制 造。比如信越和 SUMCO 的單晶爐是公司獨立設計製造或者通過控股子公司設計製造，其他矽片廠商無法購買。其他 主要的矽片廠商都有自己的獨立單晶爐供貨商，並且簽訂嚴格的保密協定，導致外界矽片廠商無法購買，或者只能購 買到普通單晶爐，而對於高規格單晶爐無法供貨。所以設備壁壘也是國內廠商無法進入全球矽片主流供應商的原因。 資金壁壘：半導體矽片製造工藝複雜，需要購買先進，昂貴的生產設備，也需要根據客戶的不同需求不斷進行修 改和調試。由於設備折舊等固定成本較高，下游需求的變化對矽片企業的產能利用率影響較大，從而對矽片製造公司 的利潤影響較大。特別是新進入矽片行業的公司，在沒有達到規模出貨之前，幾乎一直處於虧損狀態，對資金壁壘要 求較高。另外，由於晶圓廠對於矽片的認證周期較長，這期間需要矽片製造商持續投入，也需要大量資金。 3. 矽材：仍將是未來主流材料 3.1. 目前：矽是主要半導體材料 目前，半導體晶圓市場是以矽材料為主。矽材料占比約為整個半導體市場的 95%。其他材料主要是化合物半導體 材料，以第二代半導體材料 GaAs 晶圓和第三代半導體材料 SiC，GaN 晶圓為主。其中，矽晶圓以邏輯晶片，存儲芯 片等等為主，是應用最廣泛的半導體晶圓材料。GaAs 晶圓以射頻晶片為主，主要應用場景是低壓，高頻率；第三代 半導體材料以高功率，高頻率晶片為主，主要應用場景是大頻率，高功率。 ... 化合物半導體和矽材料不是競爭關係，而是互補關係；半導體材料（特指晶圓，襯底和外延片材料）的發展規律 包含三個路線，分別是尺寸，速度和功率，三種路線對應的是第一代，第二代和第三代半導體材料。 ... 第一代半導體材料：大尺寸路線：第一代半導體材料是指矽材料。矽材料是發展最早的晶圓材料，也是現階段技 術最成熟，成本最低，產業鏈最完善的材料。同時，由於矽片的尺寸變大，導致單個晶片成本減小。主要應用領域是 邏輯晶片和低壓，低功耗領域。矽晶圓尺寸從 2 寸，4 寸，6 寸，8 寸，再到當今主流的 12 寸晶圓技術。典型的矽片 公司如日本的信越化學，sumco 等等。目前國際主流晶圓廠中，都是以矽材料作為主要生產材料。 ... 第二代半導體材料：高速度路線。由於在射頻電路中需要晶片可以承受高頻率開關，所以發明了第二代半導體晶 圓。主要應用領域是射頻電路，典型終端領域是手機等移動終端的射頻晶片。第二代半導體主要是以 GaAs（砷化鎵）， InP（磷化銦）為代表的半導體材料，其中 GaAs 是當今常用的移動終端射頻晶片材料。典型代工企業有臺灣穩懋，宏 捷，美國 Skyworks，qorvo 等等是射頻晶片 IDM 公司。目前主流是在 4 寸和 6 寸晶圓為主。 第三代半導體材料：高功率路線：幾乎在相同起點，最有機會。第三條路線是功率變大，從而促使在高功率電路 領域廣泛應用，主要材料是 SiC 和 GaN。主要終端是工業，汽車等領域。功率路線在矽材料上發展了 IGBT 晶片，而 比 IGBT 擁有更高性能的是 SiC（碳化矽）和 GaN（氮化鎵）材料。目前 SiC 晶圓以 4 寸和 6 寸為主，GaN 材料以 6 寸和 8 寸為主。世界主要代工廠如美國的 Cree，wolfspeed 和德國的 X-Fab。但是在此領域，國際巨頭的發展也比較緩 慢，國內諸如三安光電等企業，雖然在技術水平上還有一定差距，但是處於整個行業起步階段，是最有可能打破國外 壟斷，在國際功率代工版圖上占據一席之地。 3.2. 未來：化合物無法代替矽材 化合物材料需要矽襯底：目前雖然有 SiC，GaN 晶圓的晶片大量使用，比如小米，oppo，realme 發布的 GaN 充電 器，特斯拉發布的 model3 使用 SiC MOSFET 代替 IGBT。但是對於晶圓來講，目前大多消費類化合物半導體晶片是以 矽片為襯底，然後再做化合物外延片，在外延片上再製作晶片。 ... 化合物半導體晶圓成本較高：目前由於化合物半導體產業鏈不夠完整，所以化合物半導體產能較低，化合物半導 體晶圓價格較高。導致終端用戶接受度較低，消費電子方面還是以「矽襯底+化合物外延片」作為主流解決方案。在 汽車領域，目前還是以矽基IGBT作為主流解決方案。矽基IGBT晶片成本較低，而且可選電壓範圍較大。而SiC MOSFET 器件的價格是矽基 IGBT 的 6 至 10 倍。對比英飛凌 650V/20A 的技術參數下，SiC-MOSFET 和 Si-IGBT 的性能參數，SiC-MOSFET 依然在性能參數方面優於 Si-IGBT，但是在價格方面 SiC-MOSFET 是 Si-IGBT 的 7 倍。而且 SiC 器件隨 著導通電阻的減小，SiC-MOSFET 價格呈指數級增長，比如導通電阻在 45 毫歐姆時，SiC-MOSFET 只有 57.6 美元， 導通電阻在 11 毫歐姆時，價格為 159.11 美元，在導通電阻等於 6 毫歐姆時，價格已經達到 310.98 美元。 ... 4. Fab 為王，矽片市場潛力巨大 4.1. 全球矽片消耗量迎來增長周期 半導體製造材料占比逐年增加。半導體材料可分為封裝材料和製造材料（包含矽片和各種化學品等等）。從長期 看，半導體製造材料和封裝材料處於同趨勢狀態。但是從 2011 年之後，隨著先進位程的不斷發展，半導體製造材料的 消耗量逐漸增加，製造材料和封裝材料的差距逐漸增加。2018 年，製造材料銷售額為 322 億美元，封裝材料銷售額為 197 億美元，製造材料約為封裝材料的 1.6 倍。半導體材料中，製造材料占比約為 62%，封裝材料占比 38%。 ... 矽片是半導體製造中的第一大耗材；在製造材料中，矽晶圓作為半導體的原材料，占比最大，達到 37%。自從 2017 年以來，隨著「阿爾法狗」擊敗李世石，以人工智慧為首的新星技術是推動全球半導體發展的主要技術。特別是在 2018 年，全球存儲器需求激增，再加上區塊鏈技術的爆發，再矽晶圓的需求上創下歷史新高。全球半導體出貨量的增加也 帶動了矽片出貨的高速增加。在出貨量方面，在 2018 年全球矽晶圓出貨面積首次超過 100 億平方英寸，達到 127 億平 方英寸，2019 年由於上半年貿易摩擦問題，導致出貨面積有所減少，達到 118 億平方英寸。在市場營業額方面，2018 年全球市場銷售額為 114 億美元，2019 年達到 112 億美元。 ... 從晶圓的細分看，由於第二代半導體和第三代半導體材料成本較高，並且大部分化合物半導體都是以矽晶圓為襯 底，所以全球晶圓襯底中，矽晶圓占比達到 95%。從具體晶圓尺寸來看，全球矽晶圓以 12 寸晶圓為主，2018 年全球 矽晶圓出貨中，12 寸晶圓占比達到 64%，8 寸晶圓達到 26%。 ... 從終端應用來看，全球 12 寸晶圓消耗以存儲器晶片為主，Nand Flash 和 DRAM 存儲器總共占比約為 75%，其中 Nand Flash 消耗的晶圓約占 33%，其中 Nand flash 又有 35%的下游市場在智慧型手機市場。可見智慧型手機出貨量和容量 的提升是推動 12 寸晶圓出貨的主要因素。在 12 寸晶圓中，邏輯晶片約占 25%，DRAM 占比約為 22.2%，CIS 等其他 晶片約占 20%。 ... 4.2. 中國半導體矽片市場空間巨大 4.2.1. 半導體製造業轉向中國 中國半導體材料市場穩步增長。2018 年全球半導體材料銷售額達到 519.4 億美元，同比增長 10.7%。其中中國銷 售額為 84.4 億美元。與全球市場不同的是，中國半導體材料銷售額從 2010 年開始都是正增長，2016 年至 2018 年連續 3 年超過 10%的增速增長。而全球半導體材料市場受周期性影響較大，特別是臺灣，韓國兩地波動較大。北美和 歐洲市場幾乎處於零增長狀態。而日本的半導體材料長期處於負增長狀態。全球範圍看，只有中國大陸半導體材料市 場處於長期增長窗臺。中國半導體材料市場與全球市場形成鮮明對比。 ... 全球半導體材料逐步向中國大陸市場轉移。從各個國家和地區的銷售占比來看，2018 年排名前三位的三個國家或 地區占比達到 55%，區域集中效應顯現。其中，臺灣約占全球晶圓的 23%的產能，是全球產能最大的地區，半導 體材料銷售額為 114 億美元，全球占比為 22%，位列第一，並且連續九年成為全球最大半導體材料消費地區。韓國約 占全球晶圓的 20%的產能，半導體材料銷售額為 87.2 億美元，占比為 17%，位列第二名。中國大陸約占全球 13%的產 能，半導體材料銷售額為 84.4 億美元，約占全球的 16%，位列第三名。但是長期來看，中國大陸半導體材料市場占比 逐年增加，從 2007 年的占比 7.5%，到 2018 年占比為 16.2%。全球半導體材料逐步向中國大陸市場轉移。 ... 4.2.2. 產能擴張導致需求增加 全球晶圓產能將迎來爆髮式增長。代表當今晶圓廠最先進技術的 12 寸晶圓廠，從 2017-2019 年三年時間是建廠高 峰期，全球平均每年增加 8 座 12 寸晶圓廠。預計到 2023 年，全球有 138 座 12 寸晶圓廠。根據 IC Insight 統計，由 於 2019 年上半年，中美貿易戰的不確定性，全球各大晶圓廠都推遲了產能增加計劃，但是並沒有取消。隨著 2019 年 下半年中美貿易的復甦和 5G 市場的爆發，2019 年全年全球晶圓產能還是維持了 720 萬片的增加。但是隨著 5G 市場的 換機潮來領，全球晶圓產能將在 2020 年至 2022 年迎來增加高峰期，三年增加量分別為 1790 萬片，2080 萬片和 1440 萬片，在 2021 年將創下歷史新高。這些晶圓產能將會在韓國（三星，海力士），臺灣（臺積電）和中國大陸（長 江存儲，長鑫存儲，中芯國際，華虹半導體等等）。其中中國大陸將占產能增加量的 50%。 ... 中國大陸晶圓廠建設將迎來高速增長期。從 2016 年開始，中國大陸開始積極投資建設晶圓廠，陸續掀起建廠熱 潮，根據 SEMI 預測，2017-2020 年全球將建成投產 62 座晶圓廠，其中中國有 26 座，占總數的 42%。2018 年建造數 量為 13 座，占到了擴產的 50%。擴產的結果勢必導致晶圓廠的資本支出和設備支出的增加。據 SEMI 預計，到 2020 年，中國大陸晶圓廠裝機產能達到每月 400 萬片 8 寸等效晶圓，與 2015 年的 230 萬相比，年複合增長率為 12%，增 長速度遠遠高過其他地區。同時，國家大基金也對半導體製造業大力投入，在大基金一期投資中，其中製造業占比高 達 67%，遠遠高於設計業和封測業。 ... 截至到 2019 年底，中國仍有 9 座 8 寸晶圓廠和 10 座 12 寸晶圓廠處於在建或者規劃狀態。另外，由於目前中國大 多數 12 寸晶圓廠處於試量產或者小批量量產狀態，處於產能底部。在得到客戶的產品驗證和市場驗證之後，將會迎來 產能爬坡階段，將會對上游原材料出現巨大需求。 4.3. 中國大陸矽片市場空間廣闊 4.3.1. 矽片市場迎來「量」的增長 5G 普及導致終端的含矽量上升：從 Iphone3 開始的智慧型手機時代開始，到以 Iphone5 為代表的 4G 手機，最後到 現在的 5G 手機時代。手機的含矽量不斷增加。根據 tech insights，iFixit 等拆解機構對手機的物料成本分析，統計手機 處理器（AP），基帶處理晶片（BP），存儲器（Nand flash，DRAM），攝像頭模組（CIS），射頻晶片（RF），電源管理 晶片（PMIC），藍牙/wifi 晶片等等手機主要晶片的單機價值量，呈現逐漸增加趨勢，並且所占單機總價值量的比例逐 年增加。雖然在 IphoneX 階段，由於螢幕的變化，導致晶片占比減小，但是隨著後續不斷優化，晶片成本占比也逐年 提高。到 4G 手機頂峰 Iphone11 pro max 時代，主要晶片占比已經到達 55%，單機價值量約為 272 美元。從 Iphone3 到 Iphone11pro max 的演變中，手機攝像頭從單射到 3 射，機身內存從 8GB 增長到 512GB，單機含矽量占比從 37%增長 到 55%，單機價值量從 68 美元增長到 272 美元。 2020 年時 5G 手機大規模量產元年，根據已經發布的三星 S20 和小米 10 手機的拆機分析，主要晶片的單機價值 量和占比比 4G 手機進一步提高。三星方面，主要晶片占總物料成本的 63.4%，單機價值量已經達到 335 美元，比 Iphone 11pro max 高 23%。小米方面，主要晶片的占比更高，達到 68.3%，主要晶片單機價值量也達到了 300 美元。根據三星 S20 和小米 10 的手機拆解，預計 5G 手機初期的主要晶片占比約為 65%~70%，單機價值量在 300-330 美元左右。 ...... 晶圓廠的建設增加矽片需求：晶圓廠產能擴張必然導致矽片的需求量上升。目前國內大力投資晶圓廠，形成了以 長江存儲，合肥長鑫為主的存儲器產業，以中芯國際為主的邏輯晶片產業，以華虹半導體，積塔半導體為主的特色工 藝產線，和以華潤微電子，士蘭微為主的功率器件代工廠。目前，中國大陸 2017/2018 兩年的矽片銷售額增長速度高 於 40%。並且受益於大基金投資和國產代替的趨勢，下游晶圓廠充分擴產能，帶動上游矽片需求增加。根據 SUMCO 預測，2020 年，中國大陸的 8 寸矽片需求約為 97 萬片，12 寸晶圓能達到 105 萬片。 ... 4.3.2. 矽片市場迎來「價」的增加 漲價周期+先進位程促進「價」的提升：根據歷史上矽片價格測算，目前處於新一輪漲價周期的起始端，在 2009 年至 2011 年期間，智慧型手機迅速普及，手機含矽量提升，單位面積矽片價格持續沖高，並且在 2011 年達到 1.09 美元 /平方英寸。後來隨著矽片庫存的升高以及智慧型手機的銷售量下滑，單位面積的矽片價格持續下跌，並在 2016 年達到 最低點，價格為 0.67 美元/平方英寸。2016 年穀歌「阿爾法狗」擊敗李世石，讓人工智慧登上了歷史的舞臺，全球的 矽片需求提升，進入新一輪漲價周期階段。2019 年 5G 手機的發售，單位面積的矽片價格達到了 0.94 美元。隨著 2020 年的 5G 手機大面積發售，拉動全球對矽片的需求，預計未來還有 2-3 年的漲價空間。 ... 先進位程推動「價」的上漲；半導體矽片是晶片製作的基底材料，任何質量上的波動都會對晶片造成嚴重的影響。 隨著先進位程的不斷發展，對於半導體矽片的雜質要求也越來越高。更高的要求導致矽片的製造工藝越來越難，所以 價格越來越高。例如同樣時 12 寸矽片，7nm 工藝的矽片價格是 90nm 矽片價格的 4.5 倍。目前，中國大陸晶圓廠以建 設 12 寸晶圓廠為主，矽片價格也遠遠高於 8 英寸晶圓。同時，由中芯國際，華虹半導體為代表的邏輯晶片代工廠，逐 漸將製程從 28nm 轉移到 16/14nm 製程，提升了整體矽片價格。 4.3.3. 未來矽片市場空間廣闊 12 寸製造線自 2000 年全球首開以來，市場需求增加明顯。2008 年出貨量首次超過 8 寸矽片，2009 年即超過其他 尺寸矽片出貨面積之和。2016 年到 2018 年，由於 AI、雲計算、區塊鏈等新興市場的蓬勃發展，12 寸矽片年複合增長 率為 8%。未來，12 寸矽片的市占率將會繼續提高。根據 SUMCO 數據，未來 3-5 年內全球 12 寸矽片的供給和需求依 舊存在缺口，並且缺口會隨著半導體周期的景氣程度提高而越來越大，到 2022 年將會有 1000K/月的缺口。中國作為 全球新興半導體製造基地，巨大的矽片缺口將會促進矽片國產化的速度。 未來幾年，中國大陸晶圓廠建設將以 300m 為主，預計在 2021 年中國 300mm 晶圓廠產能超過 200mm 產能，占比 約為 50%，成為中國第一大晶圓產能。預計到 2022 年，中國大陸等效 12 寸晶圓產能約為 3600K/月，主要晶圓廠為中 芯國際，長江存儲，長鑫存儲，華虹半導體，粵芯半導體等等。根據矽產業集團招股書的 12 寸矽片價格。到 2022 年 中國的半導體矽片將達到 160 億人民幣的市場空間。 根據 SUMCO 的統計數據，2018 年中國大陸的矽片銷售金額約為 9.3 億美元，同比增長 45%，是全球增長最快的 矽片市場。受益於長江存儲，中芯國際，長鑫存儲等大型晶圓廠在 2020-2022 年的擴產計劃。預計到 2022 年底中國大 陸等效 12 寸矽片需求將達到 201 萬/月，市場空間為 200 億元。 ... 5. 矽片主要廠商，國產代替勢在必行 目前，全球前五大半導體矽片企業規模較大，合計市場份額達 93%。其中，日本信越化學市場份額 27.58%，日本 SUMCO 市場份 額 24.33%，德國 Siltronic 市場份額 14.22%，臺灣環球晶圓市場份額為 16.28%， 韓國 SK Siltron 市場份額占比為10.16%。相較於行業前五大半導體矽片企業，矽產業集團規模較小，占全球半導體矽片市場份額2.18%。 ... 5.1. 國際主流廠商 5.1.1. 信越化學 信越化學（Shin-Etsu Chemical）是全球排名第一的半導體矽片製造商，是日本著名的化學品公司。信越化學設立 於 1926 年，在東京證券交易所上市公司。主營業務包括 PVC（聚氯乙烯）、有機矽塑料、纖維素衍生物、半導體矽片、 磷化鎵、稀土磁體、光刻膠產品的研發、生產、銷售。信越化學採取多元化發展戰略，在多個產品領域均全球領先。 信越化學於 2001 年開始大規模量產 300mm 半導體矽片，半導體矽片產品類型包括 300mm 半導體矽片在內的各尺寸 矽片及 SOI 矽片。目前信越化學已經可以製造出 11N（99.999999999%）的純度與均勻的結晶構造的單晶矽。2018 年 4 月-12 月，信越化學半導體矽占比為 24%。 ...... 5.1.2. 住友勝高 日本三菱住友勝高（SUMCO）主營半導體矽材料業務，是全球排名第二的半導體矽片製造商，專注於半導體矽 片業務，為東京證券交易所上市公司，主要產品包括 100-300mm 半導體矽片與 SOI 矽片。其前身為成立於 1937 年的 Osaka Special Steel 公司，集團於 1992 年和 1998 年先後合併了 kyushu 電子金屬公司和 Sumitomo Sitix 集團，並於 1998 年更名為住友金屬工業公司。1999 年，住友金屬工業與三菱材料公司成立聯合矽製造公司，生產 12 寸矽片。並於 2005 年更名為 SUMCO 公司。2019 年公司營業收入為 191.91 億元，同比下降 7.88%；凈利潤為 21.22 億元，同比下降 43.48%。 ...... 5.1.3. Siltronic AG Siltronic 是全球排名第三的半導體矽片製造商，主營經營地在德國，於 2015 年在法蘭克福證券交易所上市。 Siltronic 專注於半導體矽片業務，從 1953 年開 始從事半導體矽片業務的研發工作，1998 年實現 300mm 半導體矽 片的試生產， 2004 年 300mm 半導體矽片生產線投產。主要產品包括 125-300mm 半導體矽片。 2016 年至 2019 年， Siltronic 實現營業收入 9.33 億歐元、11.77 億歐元、14.57 億歐元、12.70 億歐元，2017 年、2018 年同比增長 26.15%、 23.79%、-12.79%。 ... 5.1.4. 環球晶圓 環球晶圓是全球第四大半導體矽片製造商，主要經營地在臺灣，是一家臺灣證券櫃檯買賣市場的掛牌企業。環球 晶圓原為臺灣太陽能矽片廠商中美晶旗下半導體矽片業務部門，2011 年正式從集團獨立，成立環球晶圓。環球晶 圓歷經四次關鍵併購成為全球領先的矽片製造商。第一次併購：2008 年併購美商 Globitech，Globitech 為當時全美最 大的磊晶廠，公司成功取得德州儀器和 MEMC 等客戶；第二次併購：2012 年併購日商 Covalent，公司是 6 英寸至 12 英寸高規格矽片生產商。併購之後環球晶圓成功獲得 12 寸晶圓技術，並且為客戶提供全系列產品，成為全球第六大矽 片廠商；第三次併購：2016 年併購丹麥 Topsil，公司是全球領先的 FZ 區熔法 8 英寸矽片製造商。併購之後，環球晶 圓成功獲得 8 英寸區熔矽片技術；第四次併購：2016 年併購美商 SunEdison，公司是美國最大矽片製造商；環球晶圓 成功獲得美國市場，並在當年成功成為全球第三大矽片製造商，但是在 2018 年被德國 Siltronic 超越，成為第四大矽片 製造商。 ... 環球晶圓專注於半導體矽片業務，主要產品有矽錠、50-300mm 矽片。環球晶圓於 2016 年收購了專注於 SOI 矽片 與外延片製造的 SunEdison Semiconductor Limited、FZ（區熔法製作單晶矽）矽片產品主要供應商 Topsil Semiconductor Material A/S 半導體事業部，從而成為全球第三大矽片製造商。2018 年，環球晶圓銷售額被 Siltronic 超越。2018 年銷 售額為 493 億新臺幣。隨著半導體產業復甦，環球晶圓的毛利率也逐漸升溫，2018 年毛利率達到了歷史最高點，達到 37.75%，凈利率達到 23.08%，都高於傳統矽片廠商 SUMCO。 ...... 5.2. 中國主要廠商（略，詳見報告原文） 目前，國內主要的矽片製造公司是矽產業集團，中環股份，立昂微電子（金瑞泓）以及超矽半導體，有研半導體 等等公司。其中矽產業集團是中國國內最大的矽片供應商，2018 年全球市占比為 2.2%，位列第 8 位。從產品端來看， 國內部分矽片廠商只實現了少部分 8 英寸及其以下尺寸的矽片國產代替，但是市場占比相對較小，沒有形成規模效應。 在 12 英寸矽片方面，國內公司主要供應的是測試片或者擋片，在量產片方面幾乎是空白。 隨著國內晶圓廠的建設高峰來臨，以及國際形式對於國產化的要求不斷加劇。國內公司積極投資矽片研發和建設 中。在 8 寸矽片項目中，積極擴產搶占市場，在 12 寸矽片項目中，積極投入研發，通過晶圓廠的認證。另一方面，擴 展產能，為將來的晶圓廠產能爆發做好準備。 ... 5.2.1. 矽產業集團 5.2.2. 中環半導體 5.2.3. 超矽半導體 5.2.4. 立昂微電子 5.2.5. 有研新材 5.2.6. 奕斯偉 …… （報告來源：浙商證券） 獲取報告請登錄未來智庫www.vzkoo.com。 立即登錄請點擊：「連結」
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