半導體矽晶圓產業總覽

半導體級矽晶圓對純度要求極高, 對工藝制作提出更高要求. 矽晶圓主要用於半導體和太陽能兩大領域; 其中半導體矽晶圓制造技術較難, 下游應用廣泛, 市場價值較高, 為矽晶圓主要應用領域.

拉晶工藝是矽晶圓制作最核心的工藝步驟, 決定了矽晶圓的質量和純度. 按照拉晶工藝可將矽晶圓分類: 直拉法制得的單晶矽 (CZ), 磁控直拉法制得的單晶矽 (MCZ), 懸浮區熔法制得的單晶矽 (FZ).

得到單晶矽棒後, 最後一步是晶圓成型. 將得到的單晶矽棒按適當的尺寸進行切片, 然後進行研磨, 將凹凸的切痕磨掉, 再用化學機械拋光工藝進一步去除加工表面殘留的損傷層, 最後對晶圓進行清洗.

矽晶圓中最基礎和常見的種類為拋光片, 占比達到 70%. 拋光片可經專業化處理, 進一步加工為退火片, 外延片與 SOI 晶圓. 拋光片在氫氣或氬氣中進行高溫退火後, 以除去晶片表面附近的氧氣得到退火片.

不同制程應用領域不同. 20nm 以下先進制程主要用於高性能計算領域, 如智慧手機主晶片, 計算機 CPU,  GPU, 高性能 FPGA 等. 20nm~ 32nm 先進制程主要應用於記憶體 (DRAM/NAND flash) 和中低端微處理器...

12" 下游應用中, 2D NAND 和 3D NAND 合計占比達到 33%. 在 2019 年全球晶片制造行業各類半導體產能增速中, 3D NAND 最高達到了 25%, 3D NAND 預計成為未來驅動 12 " 產能增長的主要因素.

手機, SSD 作為 NAND Flash 的主要下游領域, 未來將處於持續上升的趨勢. 近年來 128G 手機逐漸成為主流, NAND Flash 又有 48%的下游市場在智慧手機, 這極大程度地驅動了市場對於 NAND 顆粒容量的需求.

DRAM 下游應用主要包括行動終端, 伺服器, 個人電腦等. 隨著 5G 時代的到來, 手機換機潮及單機容量需求不斷增長, 有望繼續帶動 DRAM 的可持續增長. SUMCO 預測 2019~ 2023  DRAM 需求 CAGR 為 19.2%.

由於 AI, 雲計算, 區塊鏈等新興市場的蓬勃發展, 12" 矽晶圓 CAGR 為 8%. 未來 12" 矽晶圓的市占率將會繼續提高. 根據 SUMCO 數據, 未來 3~5 年內全球 12" 矽晶圓的供給和需求依舊存在缺口.

近年來各晶圓廠對 8" 擴產較為謹慎, 據 Gartner 預計 2017~2020 年全球 8" 晶圓產能 CAGR 為 1.77%. 根據 SUMCO 預測 2020  8" 矽晶圓幾乎沒有擴產規劃, 預計 2020 供需格局有望持續緊張.

信越與勝高是半導體矽晶圓領域兩大龍頭. Siltronic AG 依靠歐洲優勢的汽車與機械工業發展起家, 在功率與車用半導體方向競爭力強勁.  環球晶憑借一系列收購實現技術與產能崛起.   SK Siltron 是韓國唯一本土廠商.