電子行業(yè)大硅片深度報(bào)告：半導(dǎo)材料第一藍(lán)海硅片融合工藝創(chuàng)新

1、2引言：“大硅片”是半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化材料第一藍(lán)海市場(chǎng)1.戰(zhàn)略意義最大，全球供應(yīng)集中本土12英寸制造逐步從投入期進(jìn)入量產(chǎn)導(dǎo)入釋放期，不同于其他材料大多數(shù)由綜合化工廠(chǎng)提供，大硅片供應(yīng)集中度極高，主要由Shin-Etsu（日本）、SUMCO（日本）、環(huán)球晶圓（中國(guó)臺(tái)灣）等供應(yīng)，本土化推進(jìn)意義重大2.成本占比最高，市場(chǎng)空間最大大硅片是制造材料中唯一成本占比最高（超過(guò)1/3）的核心材料，現(xiàn)階段全球硅片市場(chǎng)規(guī)模約超120億美元3.創(chuàng)新空間足夠，同步工藝升級(jí)從功率類(lèi)、到邏輯、再到存儲(chǔ)；從130/90nm、到40/28nm、再到7/5nm，大硅片工藝和加工難度伴隨產(chǎn)品和工 藝升級(jí)具很高同步升級(jí)效應(yīng)，高階產(chǎn)品可能高

2、于初階產(chǎn)品810倍價(jià)格，企業(yè)具較高產(chǎn)品創(chuàng)新和升級(jí)空間核心受益：中環(huán)股份、硅產(chǎn)業(yè)、晶盛機(jī)電、北方華創(chuàng)、金瑞泓3目錄硅片為制造半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵材料硅片為主流材料趨勢(shì)不變，新一代化合物材料無(wú)法取代半導(dǎo)體技術(shù)工藝升級(jí)，半導(dǎo)體設(shè)備已先行硅片市場(chǎng)重拾增長(zhǎng)，進(jìn)口替代為當(dāng)務(wù)之急國(guó)內(nèi)硅片制造及設(shè)備商：國(guó)產(chǎn)大硅片制造和設(shè)備龍頭逐漸成型借鑒國(guó)際硅片巨頭成長(zhǎng)路徑，對(duì)標(biāo)國(guó)產(chǎn)硅片發(fā)展機(jī)遇國(guó)產(chǎn)硅片機(jī)遇來(lái)臨：技術(shù)驗(yàn)證達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)下游需求大幅增加核心受益標(biāo)的：國(guó)內(nèi)硅片相關(guān)企業(yè)硅片：應(yīng)用于半導(dǎo)體和光伏領(lǐng)域；半導(dǎo)體應(yīng)用價(jià)值高硅片主要用于半導(dǎo)體、光伏兩大領(lǐng)域；其中，半導(dǎo)體硅片制造技術(shù)較難、下游應(yīng)用廣泛、市場(chǎng)價(jià)值較高；為硅片主要應(yīng)用

3、領(lǐng)域。半導(dǎo)體硅片純度要求標(biāo)準(zhǔn)為11個(gè)9以上(99.999999999 )，光伏相對(duì)要求較低，純度標(biāo)準(zhǔn)為4至6個(gè)9(99.9999 )；半導(dǎo)體大硅片表面的平整度、光滑度以及潔凈度要控制在1nm以?xún)?nèi)，因此需要通過(guò)研磨、倒角、拋光、清洗等精密且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚥拍苤谱魍瓿伞?半導(dǎo)體領(lǐng)域的細(xì)分市場(chǎng)（2018）硅片材料：分為半導(dǎo)體(電子級(jí))和光伏（太陽(yáng)能級(jí)）應(yīng)用領(lǐng)域83.90%5.10%8.10%2.90%集成電路分立器件光電子器件傳感器半導(dǎo)體級(jí)硅材料的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榧呻娐贰?分立器件、傳感器。光電子器件因?yàn)樾枰?更靈敏光電效應(yīng)，主要采用化合物材料。集成電路：可細(xì)分為邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片、微處理器、模擬芯片等應(yīng)用

4、領(lǐng)域。分立器件：可細(xì)分為二極管、三極管、晶 閘管、功率器件等應(yīng)用領(lǐng)域。2020年起，國(guó)內(nèi)的集成電路、功率器件領(lǐng) 域在電子產(chǎn)品革新下進(jìn)入擴(kuò)產(chǎn)增長(zhǎng)周期。資料來(lái)源： WSTS、華西證券研究所半 導(dǎo) 體 硅 片光 伏 硅 片單晶硅棒多晶硅錠單晶硅片多晶硅片多晶硅材料單晶電池多晶電池晶硅組件光伏 發(fā)電系統(tǒng)單晶硅棒拋光硅片半導(dǎo)體器件集成電路分立器件邏輯芯片存儲(chǔ)芯片模擬芯片微處理器二/三極管晶閘管功率器件傳感器5硅片：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵基石石英砂多晶硅單晶硅棒硅片（晶圓）熔化提煉拉單晶、拋光、量測(cè)等工藝硅片制造芯片制造硅片制造設(shè)備立式爐CMP拋光機(jī)量測(cè)設(shè)備硅片產(chǎn)業(yè)鏈資料來(lái)源： SUMCO、Wiki 、華西證

5、券研究所半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈前道制造工藝后道封測(cè)工藝芯片IC制作IC封測(cè)硅片的質(zhì)量會(huì)直接影響制作完成芯片的質(zhì)量和良率。為了保障芯片的質(zhì)量，硅片廠(chǎng) 商需接受芯片制造商嚴(yán)格的質(zhì) 量認(rèn)證，一旦通過(guò)驗(yàn)證，一般 會(huì)形成長(zhǎng)期穩(wěn)定合作關(guān)系。有鑒于全球硅片產(chǎn)能有限，硅片廠(chǎng)商的議價(jià)能力較強(qiáng)。硅片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的起點(diǎn)，是產(chǎn)業(yè)的最上游，貫通了整個(gè)芯片制造的前道和后道工藝，沒(méi)有硅片半導(dǎo)體行業(yè)將如無(wú)源之水。硅片的產(chǎn)量和質(zhì)量直接制約整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，及更下游的通信、汽車(chē)、計(jì)算機(jī)等眾多行業(yè)的發(fā)展，是制造芯片的關(guān)鍵材料。資料來(lái)源： SUMCO、Wiki 、華西證券研究所制作完成的硅片會(huì)交貨給芯片制作商， 通過(guò)前道制作工藝將硅片制成芯片

6、，最 后再通過(guò)后道封裝檢測(cè)工藝完成芯片的 檢測(cè)、封存和包裝，最終成為用于電子 產(chǎn)品的芯片。6硅片：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵基石拉單晶磨外圓切片倒角雙面研磨CMP拋光硅 片 制 造前 道 制 造氧化退火CVD沉積光刻曝光刻蝕清洗離子注入PVD鍍膜CMP拋光后 道 封 測(cè)前道工藝重復(fù)數(shù)十次：通過(guò)前道量測(cè)設(shè)備，反復(fù)控制工藝質(zhì)量二氧化硅晶圓切割引線(xiàn)鍵合晶圓檢測(cè)背面減薄模塑封裝成型裝箱資料來(lái)源：SEMI、Google、華西證券研究所硅片通過(guò)硅片量測(cè)設(shè)備，控制工藝質(zhì)量7硅片：貫穿芯片每道制程，成本占比最大的半導(dǎo)體材料資料來(lái)源： SEMI、華西證券研究所資料來(lái)源： 電子產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)、華西證券研究所硅片是半導(dǎo)體制程中

7、最關(guān)鍵的基礎(chǔ)核心材料，成本占比最高為37 ；其中，12英寸大硅片占比64 。芯片制造即是通過(guò)在硅片 上反復(fù)循環(huán)光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積等前道工藝，改變硅的導(dǎo)電性和構(gòu)建電晶體結(jié)構(gòu)，最終形成半導(dǎo)體器件。硅片是唯一貫穿每道制程的半導(dǎo)體材料硅片在半導(dǎo)體材料中成本占比最大（2018）襯底準(zhǔn)備清洗液反應(yīng)氣氧化增層光刻膠涂層光刻膠及 精助試劑前烘光刻曝光掩模版顯影液顯影后烘堅(jiān)膜刻蝕刻蝕氣刻 蝕液體利用掩模版 重復(fù)若干次芯片 成品封裝測(cè)試背面金 屬化背面研 磨減薄PVD濺射CMP拋光CVD沉積化學(xué)氣相沉積氣體離子 參雜去膠封裝材料拋光液 拋光墊 清洗液靶材拋光液 拋光墊 清洗液化學(xué)相 沉積氣 體參 雜

8、氣去 膠 劑硅片半導(dǎo)體材料IC制作工藝硅片 37電子氣體 13光掩膜 12化學(xué)品 7濺鍍靶材2濕法化學(xué)品6光刻膠5拋光材料7光刻膠配套其他 1112英寸在硅片中的市場(chǎng)占比最大（2018）12英寸,63.838英寸,26.146英寸以下,10.038硅片：95半導(dǎo)體器件采用硅襯底,全球市場(chǎng)規(guī)模約750億元資料來(lái)源： Siltronic、華西證券研究所硅片支撐整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和電子產(chǎn)品革新（2018）硅在半導(dǎo)體器件的襯底材料占比95（2018）電子產(chǎn)品16,220億美元半導(dǎo)體制造 4,560億美元半導(dǎo)體硅片 114億美元電子用硅原料 12億美元95%5%硅半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體資料來(lái)源： SIA、Yol

9、e、華西證券研究所硅片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)核心支撐：根據(jù)Siltronic數(shù)據(jù)，2018年全球硅片市場(chǎng)規(guī)模114億美元（約750億元人民幣）；硅片廣泛用于制成半導(dǎo)體和各類(lèi)電子產(chǎn)品。硅是目前半導(dǎo)體器件的主要襯底材料，在半導(dǎo)體材料的市場(chǎng)份額占比95 。硅材料在自然界中的儲(chǔ)量豐富，且提煉的 工藝技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，加上易于氧化形 成二氧化硅，二氧化硅的薄膜絕緣性好， 有利于提升半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。根據(jù)SIA數(shù)據(jù)，至2018年，半導(dǎo)體器件95 以上皆采用硅作為襯底材料。9硅片需求量同步增長(zhǎng)：半導(dǎo)體器件和終端應(yīng)用增加硅片需求量和半導(dǎo)體行業(yè)同步增長(zhǎng)（1980-2022）半導(dǎo)體器件和終端應(yīng)用增加硅片的需求量受益于半導(dǎo)

10、體產(chǎn)品的技術(shù)革新和終端電子消費(fèi)品類(lèi)增加；2012-2018年全球半導(dǎo)體行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模的年復(fù)合增長(zhǎng) 率為8.0，全球硅片出貨面積的年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.9 。至2020年起，大數(shù)據(jù)/新能源/自動(dòng)化趨勢(shì)開(kāi)啟了新一代電子產(chǎn)品革新，支撐硅片的需求持續(xù)增長(zhǎng)。資料來(lái)源： Siltronic、華西證券研究所資料來(lái)源： SEMI、Gartner、華西證券研究所電子產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)因素大數(shù)據(jù)爆發(fā)：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、數(shù)據(jù)中心、人工智能新能源：新能源汽車(chē)、智慧電網(wǎng)自動(dòng)化：自動(dòng)駕駛、機(jī)器人60048036024012002000001600012000800040000十億美元百萬(wàn)英寸/年半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模 硅片出貨面積1980 1985

11、 1990 199582000 2005 2010 2015 201 2020E 2022E資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、華西證券研究所硅片工藝同步升級(jí)：半導(dǎo)體材料/結(jié)構(gòu)/工藝趨向復(fù)雜硅片尺寸變大（12英寸持續(xù)為主流）硅片尺寸隨技術(shù)節(jié)點(diǎn)推進(jìn)變大，12英寸成為主流。硅片尺寸規(guī)格約每十年增長(zhǎng)一次，目前雖然已經(jīng)做出18英寸硅片，但由于成本 較高，尚不具備經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此未來(lái)幾年的先進(jìn)制程芯片，還將持續(xù)以12英寸作為主流尺寸。硅片工藝同步芯片技術(shù)進(jìn)步，價(jià)值量將向上迭代。雖然硅片尺寸將維持12英寸，但隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步，芯片在材料/結(jié)構(gòu)/工藝上皆有升級(jí)；半導(dǎo)體遵循一代芯片、一代硅片原則，硅片工藝必須同步芯片技

12、術(shù)節(jié)點(diǎn)向前推進(jìn)；因此，硅片價(jià)值量將向上迭代。硅片工藝升級(jí)（同步半導(dǎo)體工藝/結(jié)構(gòu)/材料技術(shù)進(jìn)步）資料來(lái)源：LAM、華西證券研究所10資料來(lái)源：ASML、華西證券研究所資料來(lái)源：TSMC、IC Knowledge、華西證券研究所11大 硅 片 價(jià) 格 指 數(shù)技術(shù)節(jié)點(diǎn)130nm至5nm 大硅片成本 提升近7倍硅片價(jià)格同步倍增：半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)迭代升級(jí)硅片價(jià)值量向上迭代，從功率類(lèi)、到邏輯、再到存儲(chǔ)；從130/90nm、到40/28nm、再到7/5nm，大硅片工藝和加工難度伴隨產(chǎn)品 和工藝升級(jí)具很高同步升級(jí)效應(yīng)，企業(yè)具較高產(chǎn)品創(chuàng)新和升級(jí)空間。半導(dǎo)體技術(shù)升級(jí)：芯片種類(lèi)變多、技術(shù)節(jié)點(diǎn)革新硅片價(jià)格指數(shù)隨技術(shù)升級(jí)

13、倍數(shù)增長(zhǎng)TSMC臺(tái)積電為例：未來(lái)五年技術(shù)節(jié)點(diǎn)持續(xù)革新12半導(dǎo)體技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新：未來(lái)十年摩爾定律將延續(xù)More than Moore：功能多樣化More Moore：制程線(xiàn)寬縮小基礎(chǔ)CMOS器件：CPU、邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片130nm90nm65nm45nm28nm16nm14nm10nm7nm5nm3nm模擬/RF高壓功率服務(wù)器MEMSRFID/NFC電路設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)算法優(yōu)化 2.5D/3D維結(jié)構(gòu)封裝系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)數(shù)位信息 高度集成芯片系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)資料來(lái)源：CETC、華西證券研究所依照摩爾定律發(fā)展：半導(dǎo)體技術(shù)將朝向SiP和SoC方向持續(xù)創(chuàng)新未來(lái)十年內(nèi)，半導(dǎo)體技術(shù)將延續(xù)摩爾定律 持續(xù)創(chuàng)

14、新，主要采結(jié)合SoC和SiP兩條路徑 的方式，可望帶動(dòng)大硅片工藝同步升級(jí)：SoC系統(tǒng)級(jí)芯片 (More Moore)SoC是從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，通過(guò)電路設(shè)計(jì) 將系統(tǒng)所需的組件高度集成到一塊芯 片上，在一個(gè)芯片上集結(jié)了各種功能 模塊，擁有更高的芯片密度和運(yùn)算能 力。但是，近年來(lái)SoC芯片的生產(chǎn)成本 越來(lái)越高，技術(shù)難度和障礙升高，逐 漸出現(xiàn)技術(shù)瓶頸，因此行業(yè)開(kāi)始同步 發(fā)展SiP系統(tǒng)及封裝技術(shù)，將SoC芯片 和存儲(chǔ)芯片或其他功能芯片封裝集成 為一顆新的芯片，提高芯片的性能和 縮小尺寸。SiP系統(tǒng)級(jí)封裝（More than Moore） SiP是從封裝的角度出發(fā)，把多個(gè)半導(dǎo) 體芯片和元器件封裝在同一個(gè)芯片

15、內(nèi)，組成一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的芯片。例如將存 儲(chǔ)芯片和系統(tǒng)級(jí)芯片SoC通過(guò)穿孔的方 式連接在一起，使得每單位集成更多 電晶體，大幅提高芯片性能，縮小芯 片尺寸。突破了傳統(tǒng)封裝或是PCB線(xiàn)寬 尺寸較大的瓶頸。13目錄硅片為制造半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵材料硅片為主流材料趨勢(shì)不變，新一代化合物材料無(wú)法取代半導(dǎo)體技術(shù)工藝升級(jí)，半導(dǎo)體設(shè)備已先行硅片市場(chǎng)重拾增長(zhǎng)，進(jìn)口替代為當(dāng)務(wù)之急國(guó)內(nèi)硅片制造及設(shè)備商：國(guó)產(chǎn)大硅片制造和設(shè)備龍頭逐漸成型借鑒國(guó)際硅片巨頭成長(zhǎng)路徑，對(duì)標(biāo)國(guó)產(chǎn)硅片發(fā)展機(jī)遇國(guó)產(chǎn)硅片機(jī)遇來(lái)臨：技術(shù)驗(yàn)證達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)下游需求大幅增加核心受益標(biāo)的：國(guó)內(nèi)硅片相關(guān)企業(yè)14半導(dǎo)體技術(shù)升級(jí)：新一代化合物材料和硅基共存共生半導(dǎo)體材料

16、發(fā)展趨勢(shì)化合物材料隨著電子產(chǎn)品技術(shù)革新而導(dǎo)入資料來(lái)源：半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)、華西證券研究所資料來(lái)源： 新材料、華西證券研究所年代性 能SiGaAsGaN、SiC第三代第二代第一代自然界存儲(chǔ)量豐富性能接近 物理極限寬禁帶、高臨 界擊穿電場(chǎng)強(qiáng) 度，高飽和漂 移速率、高熱 導(dǎo)率。應(yīng)用于高壓、 高頻、大功率 領(lǐng)域。高電子遷移 率，高光電 轉(zhuǎn)換效率。應(yīng)用于高速 高頻和光電 轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。材料主要應(yīng)用領(lǐng)域制作元件使用場(chǎng)景Si集成電路 分立器件邏輯芯片計(jì)算機(jī)、手機(jī)等電子產(chǎn)品運(yùn)算功能存儲(chǔ)芯片計(jì)算機(jī)、手機(jī)等電子產(chǎn)品存儲(chǔ)功能二極管、晶體管實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電整流、對(duì)調(diào)制信號(hào)檢 波、限幅和鉗位以及對(duì)電源電壓的 穩(wěn)壓等多種

17、功能晶閘管高頻、低壓、直流輸配電、整流功率器件消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域逆變、變頻等電 能轉(zhuǎn)換GaAs光電子元件 GaN、SiC射頻器件功率器件LED電視、光通信、傳感器等顯示設(shè)備 光源激光二級(jí)管激光器、打印機(jī)、汽車(chē)招面、光通 信等儀器光源射頻芯片、功率 放大器高頻、遠(yuǎn)距離智能手機(jī)；基站通信 設(shè)備、微波中繼器、衛(wèi)星通信功率器件新能源交通、軌道交通、發(fā)電與配 電的高壓、高頻、大電流等高規(guī)格 功率器件應(yīng)用隨著科技發(fā)展，硅材料遇到物理極限，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代 高規(guī)格電子產(chǎn)品對(duì)高溫、高功率、高壓、高頻率以及 抗輻射等惡劣條件的新要求，因此，具備對(duì)應(yīng)優(yōu)勢(shì)的 化合物材料開(kāi)始導(dǎo)入半導(dǎo)體應(yīng)用。硅半導(dǎo)體用于邏輯器件、存儲(chǔ)器、分

18、立器件等領(lǐng)域；化合物半導(dǎo)體則在射頻器件、光電器件、功率器件有很大發(fā)展?jié)摿?；新一代化合物材料一般采用硅作襯底（碳化硅除外，碳化硅一般也用作襯底材料）；硅和化合物材料屬于共存共生，將硅基襯 底生長(zhǎng)的化合物外延片，應(yīng)用于光電子、射頻、功率等具備高頻、高壓、高功率特性器件。5G/AI/IoT15新一代半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)：結(jié)合硅襯底為主要路線(xiàn)氮化鎵（GaN）單晶價(jià)格高昂，2英寸GaN單晶售價(jià)高達(dá)2萬(wàn)多元，是同面積硅材料的數(shù)十倍；因此，在商業(yè)方案中，通常采用 硅基氮化鎵外延片（在硅襯底上外延生長(zhǎng)氮化鎵），可以大幅降低GaN的采用成本，滿(mǎn)足主流市場(chǎng)的應(yīng)用需求。硅基氮化鎵為主流趨勢(shì)（硅襯底）氮化鎵異質(zhì)外延片（

19、在其他材料上生長(zhǎng)GaN）資料來(lái)源：電子設(shè)計(jì)技術(shù)、華西證券研究所資料來(lái)源：Yole、華西證券研究所GaN單晶襯底上生長(zhǎng)氮化鎵稱(chēng)為同質(zhì)外延片，GaN在其 他材料襯底上生長(zhǎng)氮化鎵稱(chēng)為異質(zhì)外延片；其中，藍(lán) 寶石氮化鎵用來(lái)做LED；硅基氮化鎵可以做功率器件 和小功率的射頻；碳化硅氮化鎵可以制造大功率LED、大功率器件和大功率射頻芯片。至2020年，小米已推出基于硅基氮化鎵的行動(dòng)快充， 體積比傳統(tǒng)快充更小，功率密度還更大，充電速度更 快，硅基氮化鎵正在驅(qū)動(dòng)消費(fèi)端功率器件的升級(jí)。襯底外延芯片應(yīng)用領(lǐng)域藍(lán)寶石硅碳化硅氮化鎵氮化鎵外延LED芯片功率器件射頻芯片激光器件紅光-藍(lán)光的LED芯片； 發(fā)光器件；顯示屏等；

20、新能源汽車(chē)；功率轉(zhuǎn)換 器；電機(jī)控制器等射頻傳感器；通訊基站；雷達(dá)；5G芯片等藍(lán)光、綠光、紫光、紫外激光器等成本導(dǎo)向表現(xiàn)導(dǎo)向資料來(lái)源： CNKI、華西證券研究所5G和大功率的技術(shù)革新驅(qū)動(dòng)化合物材料發(fā)展新一代化合物材料特性：用于光電/通信/功率器件的升級(jí)16半導(dǎo)體材料的特性對(duì)比資料來(lái)源： 半導(dǎo)體行業(yè)觀(guān)察、華西證券研究所1.11.4910.31.40.5410.73.41.32.73.543.532.521.510.50能帶寬度熱導(dǎo)率飽和電子漂移速度擊穿電場(chǎng)SiGaAsGaN材料特性硅(Si)砷化鎵(GaAs)氮化鎵(GaN)化合物材料優(yōu)勢(shì)能帶類(lèi)型間接直接直接能帶寬度（eV）1.11.43.4化合物

21、材料具備高功率密度、高熱導(dǎo)電子遷移率135080001500率、快速開(kāi)關(guān)、尺 寸較小、適用高頻飽和電子漂移速度10.82.5率等特性?；衔锊牧峡梢詽M(mǎn)足光電熱導(dǎo)率（W/cm.k）1.490.541.3元件、射頻元件、 功率器件的技術(shù)革臨界貫穿電場(chǎng)0.30.73.5新對(duì)高壓、高頻、 大功率的需求。最高工作溫度1753508001 GHz10 GHzFrequency100 GHz10WRF Power100W高頻、高功率半導(dǎo)體材料不同特性適用于不同領(lǐng)域Si：化合物襯底，集成電路、性能要求低功率、射頻器件。GaAs：光電子器件、傳輸距離遠(yuǎn)頻率較高的射頻器件。GaN：光電子器件、毫米波通信器件、60

22、0V以下功率器件。SiC：化合物襯底，600V以上大功率器件。硅晶圓在各個(gè)尺寸的制作技術(shù)已相當(dāng)成熟17硅材料：技術(shù)成熟且具經(jīng)濟(jì)規(guī)模，為主要半導(dǎo)體器件材料硅材料具備難以替代的綜合優(yōu)勢(shì)資料來(lái)源：地球地殼中的化學(xué)元素豐度、華西證券研究所資料來(lái)源： 半導(dǎo)體行業(yè)觀(guān)察、華西證券研究所硅在21世紀(jì)取代了鍺成為主流的半導(dǎo)體材料,直至今日， 其地位依然穩(wěn)固，硅的主要優(yōu)勢(shì)有：硅的儲(chǔ)量豐富、成本低、具經(jīng)濟(jì)規(guī)模：硅是地殼中含量 最豐富的元素之一，占地殼元素含量的27.7 ，占地球 全部元素含量的15.1 ；獲取材料容易。提煉單晶硅技術(shù)成熟：硅片的制作技術(shù)從1970年的2英 寸晶圓進(jìn)步至2000年的12英寸晶圓，201

23、0年行業(yè)甚至做 出18英寸的硅片，但是因不具經(jīng)濟(jì)效益而未大規(guī)模采用，卻也顯示硅片的制作技術(shù)相當(dāng)成熟。二氧化硅薄膜生成容易、提高元件可靠性：硅材料可以 通過(guò)加熱的方式生成二氧化硅層，可以有效保護(hù)硅的表 面并作為絕緣體防止半導(dǎo)體的漏電現(xiàn)象，提高半導(dǎo)體元 件的穩(wěn)定性和可靠性。資料來(lái)源： Wiki、華西證券研究所多晶硅石英單晶硅硅在地殼中的元素儲(chǔ)量豐富氧, 46.70硅, 27.70鈣, 3.65 鐵, 5.05鋁, 8.07鈉, 2.75鉀, 2.58鎂, 2.08其他, 1.42晶圓尺寸Si拋光片GaAs襯底GaNSiC襯底2英寸主流尺寸主流尺寸3英寸4英寸（100mm）主流尺寸5英寸（125mm

24、）6英寸（150mm）8英寸（200mm）主流尺寸研發(fā)中研發(fā)中12英寸*（300mm） 主流尺寸18英寸（450mm）非主流尺寸18第二代半導(dǎo)體材料：砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）GaAs主要用于通信、射頻領(lǐng)域砷化鎵第二代半導(dǎo)體材料資料來(lái)源： 砷化鎵制作技術(shù)、華西證券研究所砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）為最具代表性的 第二代半導(dǎo)體材料；GaAs技術(shù)發(fā)展最成熟；GaAs因 其寬禁帶、直接帶隙和高電子遷移率的特點(diǎn)，適用 于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，和 通信器件器件等。GaAs的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橥ㄐ?，?光纖通訊、衛(wèi)星通訊、微波通訊等領(lǐng)域都有較多應(yīng) 用。GaAs、InP等化合

25、材料的原料稀缺，需通過(guò)合成形 成，價(jià)格相對(duì)較高，并且對(duì)環(huán)境危害性較大，使得 其難以被更廣泛應(yīng)用，局限性較大，逐漸被第三代 半導(dǎo)體材料取代。資料來(lái)源：MoneyDJ、華西證券研究所氧氣砷（99）高純砷 化合物氫氣高純鎵高純砷（99.99999 ）砷 化 鎵 多 晶砷 化 鎵 單 晶砷 化 鎵 單 晶 片轉(zhuǎn)化、蒸餾還原、升華化合物材料需通過(guò)合成制備（GaAs）單晶生長(zhǎng)切割、研磨、清洗等資料來(lái)源：Yole、華西證券研究所第三代半導(dǎo)體材料：氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）GaN、SiC適用于高功率和高頻率的應(yīng)用場(chǎng)景第三代半導(dǎo)體材料資料來(lái)源： MoneyDJ、華西證券研究所19氮化鎵氮化鎵（GaN）、

26、碳化硅（SiC）為最成熟的第三代半導(dǎo)體 材料又稱(chēng)寬禁帶半導(dǎo)體材料（禁帶寬度大于2.2ev），其 余包括氧化鋅、金剛石、氮化鋁的研究還處于起步階段。GaN、SiC能過(guò)夠大幅提升電子器件的高壓、高頻、高功率 的工作特性，在軍事、新能源、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域具有非常 大的應(yīng)用前景。GaN：目前主要用于功率器件領(lǐng)域，未來(lái)在高頻通信領(lǐng)域 也將有極大應(yīng)用潛力。未來(lái)當(dāng)5G標(biāo)準(zhǔn)頻率超過(guò)40GHz，砷 化鎵將無(wú)法負(fù)荷，必須采用氮化鎵。SiC：目前主要用于高溫、高頻、高效能的大功率元件， 具備耐高溫、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。資料來(lái)源：電子設(shè)計(jì)技術(shù)、華西證券研究所高功率高頻率0%20%40%60%100%2015201

27、62017201820192020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E1.41.210.80.60.40.202014201520162017201820192020E 2021E 2022E 2023E2024EGaN-on-Si半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)：硅依然為主流半導(dǎo)體材料Si 硅硅襯底化合物1960S1970S1980S1990S2000S2010S2020E2030E市 場(chǎng) 規(guī) 模未來(lái)趨勢(shì)：硅和硅襯底化合物為主流材料硅材料依然為主流半導(dǎo)體材料GaN在射頻芯片的應(yīng)用占比上升GaNGaAsLDMOS資料來(lái)源：Yole、華西證券研究所GaN-on-SiCGaN-on-G

28、aN資料來(lái)源：LuxResearch、華西證券研究所資料來(lái)源：Yole、華西證券研究所即使在5G/IoT/AI等技術(shù)導(dǎo)入下，硅襯底的化合物 材料也能滿(mǎn)足射頻芯片、功率器件對(duì)高頻、高壓、 高功率的的需求，而且更具有經(jīng)濟(jì)效益；在目前的電子產(chǎn)品應(yīng)用中，僅有軍工、安防、航天 等少部分需要超高規(guī)格的應(yīng)用領(lǐng)域，才需采用化合 物單晶材料。硅材料在未來(lái)十年的技術(shù)革新下，將維持主流半導(dǎo)體材料的地位，朝向硅自主材料和硅襯底化合物兩條路經(jīng)發(fā)展。GaN-on-Si硅基氮化鎵為主要GaN應(yīng)用方式80%LDMOS GaAsGaNGaN-on-Si單位：十億美元2021目錄硅片為制造半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵材料硅片為主流材料趨勢(shì)不

29、變，新一代化合物材料無(wú)法取代半導(dǎo)體技術(shù)工藝升級(jí)，半導(dǎo)體設(shè)備已先行硅片市場(chǎng)重拾增長(zhǎng)，進(jìn)口替代為當(dāng)務(wù)之急國(guó)內(nèi)硅片制造及設(shè)備商：國(guó)產(chǎn)大硅片制造和設(shè)備龍頭逐漸成型借鑒國(guó)際硅片巨頭成長(zhǎng)路徑，對(duì)標(biāo)國(guó)產(chǎn)硅片發(fā)展機(jī)遇國(guó)產(chǎn)硅片機(jī)遇來(lái)臨：技術(shù)驗(yàn)證達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)下游需求大幅增加核心受益標(biāo)的：國(guó)內(nèi)硅片相關(guān)企業(yè)225G/IoT/AI等新技術(shù)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2020-2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備將進(jìn)入新一輪增長(zhǎng)周期。半導(dǎo)體設(shè)備在新技術(shù)驅(qū)動(dòng)下同步增長(zhǎng)：新技術(shù)導(dǎo)入新一代半導(dǎo)體工藝新一代半導(dǎo)體設(shè)備需求。至2020年，全球半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)將達(dá)600億美元，約4000億元人民幣。根據(jù)SEMI研究數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為

30、，半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng) 增長(zhǎng)主要受益于三點(diǎn)：（1）新一代芯片制程工藝提升半導(dǎo)體設(shè)備的價(jià)格和數(shù)量。（2） 5G/IoT/AI等新應(yīng)用帶來(lái)芯片制造商擴(kuò) 產(chǎn)需求。（3）中國(guó)半導(dǎo)體芯片自主可控趨勢(shì)下，中國(guó)半導(dǎo)體Fab大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)時(shí)對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備的增量需求。全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模同比增長(zhǎng)率資料來(lái)源：SEMI、華西證券研究所5G/IoT/AI技術(shù)升級(jí)：2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)600億美元750單位：億美元家電個(gè)人電腦筆記本電腦智能手機(jī)、平板5G/AI/IoT644668160%650608130%566576550477100%45035025015050-5090995590959010150260 270

31、2800212583280197 22405 4283753292925153999435412369375 36531870%40%10%-20%-50%-80%全球半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售額（1987-2021）中國(guó)大陸推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈自主可控，半導(dǎo)體設(shè)備、材料迎來(lái)機(jī)遇資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、華西證券研究所資料來(lái)源：SEMI、華西證券研究所中國(guó)大陸作為全球半導(dǎo)體制造中心將持續(xù)至少10年，中國(guó)芯片制造需求疊加產(chǎn)業(yè)鏈自主可控，為材料設(shè)備提供發(fā)展機(jī)會(huì)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，推動(dòng)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。全球半導(dǎo)體三次轉(zhuǎn)移過(guò)程如下:(1)美國(guó)轉(zhuǎn)至日本：在日本成就了世界級(jí)半導(dǎo)體 材料企業(yè)，直至今日壟斷全球半導(dǎo)體材料供應(yīng)；(2

32、)日本轉(zhuǎn)至韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣：在韓國(guó)成就了三星、LG、海力士等存儲(chǔ)芯片 巨頭；中國(guó)臺(tái)灣則成就了全球邏輯芯片代工龍頭臺(tái)積電;(3)中國(guó)臺(tái)灣轉(zhuǎn)移至中國(guó)大陸：中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)機(jī)會(huì)來(lái)臨。中國(guó)大陸半導(dǎo)體材料、設(shè)備自主可控將是長(zhǎng)周期趨勢(shì)。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，至2018年，中國(guó)大陸集成電路市場(chǎng)規(guī)模為1,550億美 元；其中，國(guó)產(chǎn)集成電路市場(chǎng)硅片為238億美元，自給率僅15；為了解決芯片貿(mào)易逆差，中國(guó)大陸芯片制造廠(chǎng)大規(guī)模投入， 進(jìn)而帶動(dòng)半導(dǎo)體材料、設(shè)備的大量需求。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈第三次轉(zhuǎn)移將以中國(guó)大陸為核心中國(guó)大陸集成電路市場(chǎng)規(guī)模和國(guó)產(chǎn)化率（ 2008-2018 ）單位：億美元/第一次轉(zhuǎn)移 第二次轉(zhuǎn)移 第三次轉(zhuǎn)移韓國(guó)

33、日本中國(guó)臺(tái)灣中國(guó)美國(guó)5104906807407408209209201,010 1,550 494258798810311713413019323810%9%9%11%12%13%13%15%13%15%1,2804%2%0%10%8%6%15% 16%14%12%20%18%02004006008001,0001,2001,4001,6001,80020082009201020112012201320142015201620172018中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模國(guó)產(chǎn)集成電路市場(chǎng)規(guī)模國(guó)產(chǎn)化率2324中國(guó)芯片擴(kuò)產(chǎn)需求：2020年中國(guó)大陸設(shè)備市場(chǎng)149億美元25%25%17%11%5%5%12%中國(guó)大陸

34、中國(guó)臺(tái)灣韓國(guó)日本14.0%12.7%15.7%12.3%0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%2015北美歐洲其他資料來(lái)源：SEMI、華西證券研究所201620172018國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備自給率資料來(lái)源：中國(guó)電子設(shè)備協(xié)會(huì)、華西證券研究所資料來(lái)源：SEMI、華西證券研究所+6 CAGR中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率（2018）中國(guó)將成為全球最大半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)設(shè)備商迎來(lái)機(jī)遇。根據(jù)SEMI預(yù)測(cè)，2020-2021年中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模分 別為303.5億美元、308.7億美元；其中，中國(guó)大陸市場(chǎng)規(guī)模分別為149.2億美元、164.4億美元；中國(guó)臺(tái)灣市場(chǎng)規(guī)模分別為 154.3億美元、144.

35、4億美元。國(guó)內(nèi)巨大的市場(chǎng)需求為國(guó)產(chǎn)設(shè)備提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備的整體國(guó)產(chǎn)化率僅12 ，其中，前道設(shè)備中含金量最高的關(guān)鍵九類(lèi)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率皆離子注入-熱擴(kuò)散-外延生長(zhǎng)外延生長(zhǎng)層嵌入層結(jié)隔離片：將拋光片按照客戶(hù)的設(shè)計(jì)，采用光 刻，離子注入和熱擴(kuò)散技術(shù)在晶片表面形成集 成電路的嵌入層。 然后在該層的頂部上形成外 延層。結(jié)隔離片主要應(yīng)用于客戶(hù)客制化設(shè)計(jì)要求的產(chǎn) 品。資料來(lái)源： SUMCO 、華西證券研究所41SOI片（Silicon-On-Insulator）拋光片SOI硅片氧化-鍵合-退火-研磨-拋光氧化層頂層硅拋光片=絕緣體上硅片（SOI）：將具有高電絕緣性的氧 化物層夾在兩個(gè)拋光晶片之間，

36、然后把它們粘合 在一起。其中底板比較厚，起支撐作用；絕緣層 和頂層硅都很薄，在頂層蝕刻電路。絕緣片主要應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路；高速/低 功耗/低電壓電路；高溫電路；抗輻射電路；智 能傳感器等。直拉法（CZ：Czochralski）42硅片制程：直拉法制作主要半導(dǎo)體器件的8、12英寸大硅片熔融多晶硅石英坩堝加熱套件籽晶單晶硅棒資料來(lái)源： Siltronic 、華西證券研究所直拉法的工藝流程熔融多晶硅籽晶接觸單晶頸單晶肩單晶棒尾端直拉法工藝制作流程：（1）把原料裝在坩堝內(nèi)加熱熔化；（2） 使一個(gè)特定晶向的細(xì)單晶（稱(chēng)為籽晶或晶種）的端部接觸熔體界 面并略有融化；（3）將籽晶緩慢地垂直拉升，利用結(jié)晶前

37、沿的 過(guò)冷度使硅原子按順序排列在固液界面的晶體上，分別拉出液體 固化的單晶頸、單晶肩和單晶硅棒。直拉法的優(yōu)點(diǎn)：含氧量較高，機(jī)械強(qiáng)度更大，在制作電子元件過(guò) 程中不易形變，更容易做出大尺寸的硅棒。但是隨著現(xiàn)代制程對(duì) 芯片的純度要求提高，為了生產(chǎn)低濃度的硅晶棒，MCZ法成為目 前的主要選擇，因此現(xiàn)代化的CZ單晶爐都配備磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置。拉單晶工藝是硅片制作最核心的工藝步驟：決定了硅片的質(zhì)量和 純度，半導(dǎo)體硅片的純度須達(dá)11個(gè)9以上(99.999999999 ) 。直拉法（CZ）可以較容易的做出大尺寸硅片(12英寸)：是目前行 業(yè)主流采用的拉單晶工藝，目前約85單晶硅片皆由直拉法制成，主要應(yīng)用在低功率的集

38、成電路元件。磁場(chǎng)直拉法（MCZ）為制作集成電路硅片主流技術(shù)：直拉法含氧 量較高、機(jī)械強(qiáng)度大、硅片尺寸大，適用于一般集成電路應(yīng)用。 此外，隨著晶棒尺寸變大，為了提高晶棒良率和品質(zhì)，在CZ法中 加入磁場(chǎng)強(qiáng)化為溫度控制系統(tǒng)的MCZ法成為主流技術(shù)。資料來(lái)源： Siltronic 、華西證券研究所全球85的硅片由直拉法制備，可用于制造8、12英寸半導(dǎo)體用（集成電路、分立器件）的拋光片、外延片、SOI等各種硅片。43硅片制程：區(qū)熔法制作高規(guī)格功率器件用的8英寸大硅片區(qū)熔法（FZ：Zone Melting)資料來(lái)源： Siltronic 、華西證券研究所區(qū)熔法的工藝流程區(qū)熔法工藝制作流程：（1）在真空或惰性

39、氣體環(huán)境下的爐室中，利用高頻線(xiàn)圈在電磁場(chǎng)中產(chǎn)熱；（2）使籽晶和其上方懸掛的 多晶硅棒的接觸區(qū)熔化；（3）然后移動(dòng)硅棒或線(xiàn)圈使熔區(qū)朝晶 體生長(zhǎng)方向不斷移動(dòng)，向下拉出單晶頸、單晶錐和單晶棒。區(qū)熔硅單晶的優(yōu)點(diǎn)：區(qū)熔法可以拉出高純度硅棒。區(qū)熔法制備 晶體時(shí)不使用坩堝，避免了來(lái)自坩堝的污染，因此，區(qū)熔法可 以用來(lái)制備純度很高的晶體。另外區(qū)熔法還有提純作用，結(jié)晶 的頭部集中了雜質(zhì)而尾部雜質(zhì)量少。因此經(jīng)過(guò)一次區(qū)熔后會(huì)只 需要把雜質(zhì)集中區(qū)截掉，就能夠獲得純度很高的晶體。區(qū)熔法（Fz）拉出的單晶硅尺寸主要為8英寸、6英寸硅片：目 前15 的硅片由區(qū)熔法制成，主要用于整流器、探測(cè)器件、 IGBT等高功率器件。區(qū)熔

40、法為制作大功率器件的主流技術(shù)：FZ法生長(zhǎng)出的硅晶棒純 度高、含氧量低、污染度低、電阻率高，使其主要被用在高功 率元件的應(yīng)用上，F(xiàn)Z硅晶棒具備能耐高電壓，電阻率均勻分布 的要求。雖然FZ硅片的機(jī)械性質(zhì)較CZ硅片差，因而限制其在集 成電路IC制程上的應(yīng)用，但其高純度的特性，仍然維持在功率 器件市場(chǎng)的重要角色。目前商業(yè)化的FZ法已經(jīng)可以生產(chǎn)8英寸 單晶棒，但是再往大尺寸發(fā)展將相當(dāng)困難。資料來(lái)源： Siltronic 、華西證券研究所多晶硅RF線(xiàn)圈單晶硅 籽晶熔融區(qū)加熱多晶硅籽晶接觸單晶頸單晶錐單晶棒尾端全球15的硅片由區(qū)熔法制備，可用于制造8英寸分立器件用的區(qū)熔硅片，主要用于整流器、探測(cè)器件、IGB

41、T等高功率器件。44硅片應(yīng)用領(lǐng)域：直拉法占比85、區(qū)熔法占比15直拉法 VS 區(qū)熔法的工藝特性直拉法、區(qū)熔法制作的硅片產(chǎn)品和應(yīng)用領(lǐng)域項(xiàng)目直拉法（CZ）區(qū)熔法（FZ）單晶爐直拉爐區(qū)熔爐工藝有坩鍋，電阻加熱無(wú)坩鍋，高頻加熱直徑能生長(zhǎng)450mm單晶能生長(zhǎng)200mm單晶純度氧、碳含量高、純度受坩鍋 污染純度較高壽命低高電阻率中低電阻，軸向電阻率分布 不均勻能生產(chǎn)高電阻率的單晶體應(yīng)用晶體管、二極管、集成電路高壓整流器、可控硅、探測(cè) 器、也可制作晶體管、集成 電路投資金額投資金額較小投資金額較大優(yōu)點(diǎn)工藝成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單；可大 規(guī)模生產(chǎn)純度很高，電學(xué)性能均勻缺點(diǎn)純度低、電阻率不均勻工藝繁瑣，身纏成本較高； 直

42、徑很小，機(jī)械加工性差工藝流程多晶硅的裝料熔化種晶縮頸放肩收尾多晶硅棒料打磨、清洗裝 爐高頻率電力加熱籽晶熔 接縮頸放肩結(jié)束資料來(lái)源： 半導(dǎo)體行業(yè)觀(guān)察、華西證券研究所硅晶圓尺寸（英寸）終端應(yīng)用領(lǐng)域66812退火硅片記憶體、液晶顯示驅(qū)動(dòng)晶片、 類(lèi)比/邏輯集成電路外延硅片功率元件、車(chē)用電子、微處理 器/微控制器、影像感測(cè)器拋光硅片通信器件、功率原件、類(lèi)比/邏 輯集成電路、記憶體擴(kuò)散硅片車(chē)用電子、電源管理、航太非拋光硅片分離式原件區(qū)熔硅片醫(yī)療設(shè)備、風(fēng)力渦輪機(jī)、高速 鐵路、車(chē)用電子絕緣硅片（SOI）高伏功率原件、微機(jī)電感測(cè)器、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體、射頻原件、光電通信碳化硅硅片車(chē)用電子、高伏功率原件、高

43、速鐵路、風(fēng)力渦輪機(jī)氮化嫁/硅基板氮 化鎵/碳化硅光伏變流器、電源供應(yīng)器、射 頻元件資料來(lái)源： 環(huán)球晶圓、華西證券研究所45國(guó)內(nèi)硅片：中環(huán)股份、硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，為國(guó)產(chǎn)硅片制造雙寡頭國(guó)內(nèi)大硅片主要制作商：中環(huán)股份硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)金瑞泓科技超硅半導(dǎo)體有研半導(dǎo)體中環(huán)股份、硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)為國(guó)內(nèi)硅片制造雙寡頭；硅片行業(yè)集中度高，國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先和投資規(guī)?？壳暗膹S(chǎng)商將具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)大硅片主要制作商技術(shù)和產(chǎn)線(xiàn)情況：中環(huán)股份：公司是國(guó)內(nèi)唯一同時(shí)具備直拉法和區(qū)熔法技術(shù)的硅片制作商；直拉法硅片：8英寸拋光片已經(jīng)量產(chǎn)，12英寸正在研發(fā)試產(chǎn)； 區(qū)熔法硅片：8英寸、6英寸已經(jīng)量產(chǎn)并銷(xiāo)售；公司區(qū)熔硅片國(guó)內(nèi)技 術(shù)領(lǐng)先，可用于各種功率器件

44、制造。中環(huán)股份目前共有四個(gè)生產(chǎn)基 地，分別在內(nèi)蒙古呼和浩特、天津、江蘇和無(wú)錫；預(yù)計(jì)無(wú)錫項(xiàng)目量 產(chǎn)后，每月8英寸硅片產(chǎn)能達(dá)75萬(wàn)片；12英寸產(chǎn)能達(dá)50萬(wàn)片。硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)：公司是國(guó)內(nèi)唯一具備直拉法12英寸大硅片技術(shù)和8英寸 SOI硅片技術(shù)的硅片制作商；旗下三家子公司包括上海新昇、新傲科 技、Okmetic，分別負(fù)責(zé)12英寸大硅片生產(chǎn)，8英寸SOI硅片和外延片 生產(chǎn)，8英寸SOI硅片生產(chǎn)。公司是國(guó)內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)12英寸大硅片量產(chǎn) 的制造商，40-28nm硅片已經(jīng)通過(guò)客戶(hù)驗(yàn)證，28nm以下硅片正在客戶(hù) 驗(yàn)證中。預(yù)計(jì)公司在上海的項(xiàng)目量產(chǎn)后，每月8英寸硅片產(chǎn)能達(dá)36萬(wàn) 片；12英寸產(chǎn)能達(dá)60萬(wàn)片。超硅半導(dǎo)體：旗

45、下包括上海、重慶、成都三個(gè)制造基地，預(yù)計(jì)項(xiàng)目 達(dá)量產(chǎn)后，每月8英寸硅片產(chǎn)能達(dá)50萬(wàn)片；12英寸產(chǎn)能達(dá)85萬(wàn)片。金瑞泓科技：旗下制造基地在衢州，具備8英寸量產(chǎn)能力，12英寸已 在通入建設(shè)和驗(yàn)證中，預(yù)計(jì)項(xiàng)目達(dá)量產(chǎn)后，每月8英寸硅片產(chǎn)能達(dá)40 萬(wàn)片；12英寸產(chǎn)能達(dá)30萬(wàn)片。山東有研半導(dǎo)體：預(yù)計(jì)項(xiàng)目達(dá)量產(chǎn)后，每月6英寸硅片產(chǎn)能達(dá)23萬(wàn)片；8英寸硅片產(chǎn)能達(dá)15萬(wàn)片；12英寸產(chǎn)能達(dá)20萬(wàn)片。資料來(lái)源： 芯思想、SEMI、各公司官網(wǎng) 、華西證券研究所46硅片制造工藝流程：硅片制造設(shè)備用于每道關(guān)鍵制程多晶硅原材料邊緣研磨多線(xiàn)切割邊緣倒角雷射編號(hào)研磨清洗、濕法刻蝕CMP拋光外延生長(zhǎng)硅片量測(cè)資料來(lái)源： Siltr

46、onic 、華西證券研究所拋光片外延片12拉單晶：CZ法2拉單晶：FZ法34567891012量測(cè)設(shè)備用于每 道制程間的工藝 優(yōu)化和質(zhì)量控制制作工藝硅片制造設(shè)備設(shè)備份額 占比（ ）設(shè)備用途國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商國(guó)際廠(chǎng)商拉晶單晶爐（直拉法/區(qū)熔法）25從熔融硅中拉出固體的單晶硅棒晶盛機(jī)電、南京晶 能、北方華創(chuàng)德國(guó)CGS、美國(guó)KAYEX、日本Ferotec切片截?cái)鄼C(jī)、切割機(jī)10切除晶棒的頭部和尾部，并且將晶棒切割成目標(biāo)厚度的硅片中電科45所東京精密、齊藤精機(jī)外徑磨削外徑磨削5將硅片外徑研磨至指定加工標(biāo)準(zhǔn)晶盛機(jī)電東 京 精 密 、 日 本Speedfan倒角倒角機(jī)5對(duì)已經(jīng)切好的硅片邊緣進(jìn)行去角處理，使得硅片 邊緣

47、光滑化晶盛機(jī)電東 京 精 密 、 日 本 Speedfan研磨雙面研磨機(jī)10磨除硅片表面損傷，形成粗拋的平坦表面晶盛機(jī)電、京儀世紀(jì)東京精密刻蝕濕刻蝕10通過(guò)溶液濕法腐蝕，刻蝕除去切磨后硅片表面的損傷層和沾污層，改善表面質(zhì)量和提高表面平整 度華林科納日本迪恩士清洗清洗設(shè)備清洗研磨、刻蝕、拋光工藝后硅片表面顆粒和雜 質(zhì)，清洗一般采用RCA濕法清洗工藝盛美半導(dǎo)體、北方 華創(chuàng)日本迪恩士CMP拋光CMP拋光機(jī)15通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光，使得硅片以除去研磨和濕法 刻蝕時(shí)殘留的損傷層并獲得一定厚度的高平整度 的鏡面硅片晶盛機(jī)電、華海清 科日本Speedfan 、東京 精密量測(cè)（表量測(cè)設(shè)備面顆粒、晶格缺陷晶片尺寸）

48、、20硅拋光片的檢測(cè)，包括目檢、幾何尺寸檢測(cè)和熱 氧化層錯(cuò)檢測(cè)等。缺陷包括邊緣碎裂、沾污、裂 紋、波紋、嵌入磨料顆粒、劃道、退刀痕和雜質(zhì) 條紋等。中科飛測(cè)、長(zhǎng)川科 技日本Advantest、美國(guó) MTI、韓國(guó)Fortix47硅片設(shè)備：全球市場(chǎng)185億元,單晶爐/CMP/量測(cè)最具價(jià)值資料來(lái)源： 半導(dǎo)體行業(yè)觀(guān)察、華西證券研究所根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2018年全球硅片設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為26.93億美元(185億元)，其中單晶爐、CMP拋光機(jī)、量測(cè)設(shè)備為三大關(guān)鍵設(shè)備。備注：各別硅片設(shè)備市場(chǎng)份額和占比為根據(jù)SEMI2018年市場(chǎng)規(guī)模數(shù)據(jù)和行業(yè)數(shù)據(jù)估計(jì)，僅供參考，不構(gòu)成投資指導(dǎo)意見(jiàn)48單晶爐設(shè)備（CZ法）單晶爐：

49、掌握硅片純度和品質(zhì)，全球市場(chǎng)規(guī)模近50億元單晶爐主要零部件和用途上爐室下?tīng)t室晶種上升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)隔離閥氣壓系統(tǒng)控制系統(tǒng)坩堝反應(yīng)腔單晶爐分為直拉法(CZ)和區(qū)融法(FZ)兩種，目前CZ單晶爐為主流；單晶爐掌控硅片純度和質(zhì)量，為硅片制作三大關(guān)鍵設(shè)備之一。單晶爐零部件應(yīng)用功能爐體（上爐室/下?tīng)t室上爐室是長(zhǎng)完的晶棒停留冷卻的地方；下?tīng)t室是拉單 晶工藝的反應(yīng)腔，內(nèi)部含有石英坩堝，石英坩堝外層 還有一層石墨坩堝作為加熱來(lái)源和支撐，會(huì)將石英坩） 堝內(nèi)的多晶硅加熱至攝氏1420度以上，形成熔融硅， 用于支撐石英坩堝，同時(shí)避免石英坩堝加熱時(shí)變形， 完成后續(xù)放入籽晶接觸后開(kāi)始拉單晶工藝。隔離閥用于隔絕上爐室和下?tīng)t室，

50、為籽晶提供進(jìn)入爐室的通 道，還可以維持上、下?tīng)t室的局部壓力和溫度。晶種上升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于控制晶棒和坩堝拉昇速度，維持高準(zhǔn)確度，才能 保持液面在同一位置及精準(zhǔn)控制晶棒生長(zhǎng)速度；晶棒 和坩堝在晶棒生長(zhǎng)過(guò)程中必須反向旋轉(zhuǎn)，以改善熔融 硅的熱對(duì)稱(chēng)性及晶棒內(nèi)參雜物分布之均勻性。氣壓系統(tǒng)用于控制反應(yīng)腔的氣體和氣壓，在長(zhǎng)晶時(shí)必須將大氣 壓力維持在5至100torr之間，且為了減少反應(yīng)過(guò)程中 一氧化硅造成污染，必須通入氬氣帶走一氧化硅，因 此，需通過(guò)真空系統(tǒng)控制反應(yīng)腔的氣壓情況控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)用來(lái)控制制程參數(shù)，例如晶棒直徑、拉速、 溫度及轉(zhuǎn)速等，是調(diào)整工藝制程參數(shù)的關(guān)鍵設(shè)備。資料來(lái)源： 硅晶圓半導(dǎo)體材料技術(shù)、華

51、西證券研究所資料來(lái)源： Microchemical、硅晶圓半導(dǎo)體材料技術(shù)、華西證券研究所單晶爐用于拉出高純度、高質(zhì)量單晶硅，制程中需要控制壓力、溫度、晶種轉(zhuǎn)速等數(shù)十項(xiàng)參數(shù)，是工藝最復(fù)雜的關(guān)鍵設(shè)備。單晶爐拉晶工藝中的關(guān)鍵參數(shù)：拉單晶制程的技術(shù)參數(shù)多且細(xì) 節(jié)復(fù)雜，其控制參數(shù)包括晶棒的含氧量、晶棒的徑向氧濃度和 均勻性、晶棒的雜質(zhì)控制、金屬雜質(zhì)控制、電阻的徑向變化、 電阻和摻雜的徑向均勻性等細(xì)分至數(shù)十項(xiàng)。拉單晶工藝主要流程：籽晶接觸熔融硅后,垂直向上拉出硅棒。資料來(lái)源： Siltronic 、硅晶圓半導(dǎo)體材料技術(shù)、華西證券研究所CMP拋光設(shè)備：硅片表面精細(xì)平整，全球市場(chǎng)規(guī)模近30億元CMP拋光的關(guān)鍵

52、參數(shù)49CMP拋光用于改善機(jī)械工藝所留下的細(xì)微缺陷，使硅片平坦度達(dá)到納米級(jí)以便制作成芯片，為硅片制作三大關(guān)鍵設(shè)備之一。CMP化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備硅片拋光和IC拋光的制程對(duì)比項(xiàng)目硅片CMP拋光芯片CMP拋光前道工藝粗拋精拋研磨材料單晶硅單晶硅CVD介質(zhì)層磨除厚度（m）10至200.5至2磨除率（m/分鐘）1至20.1至0.20.1至0.25研磨壓力（psi）30至503至63至9研磨墊轉(zhuǎn)速（rpm）150至300150至30075至15030至6030至6025至40研磨漿料強(qiáng)堿性溶液強(qiáng)堿性溶液強(qiáng)堿性溶液、納米 級(jí)研磨顆粒晶圓載具嵌入方式熱融蠟固定熱融蠟固定高分子載具固定拋光墊修整碳化硅尼龍刷鉆石顆

53、粒CMP拋光的硅片平整度會(huì)影響后續(xù)芯片制作的良率和性能，需要精密機(jī)械和化學(xué)反應(yīng)相配合，是硅片制程中較為復(fù)雜的工藝。CMP化學(xué)機(jī)械拋光分為粗拋和精拋：粗拋用于去除損傷層(去除量約 10至20微米)，精拋用于改善硅片表面微粗糙度(去除量約1微米)。CMP拋光也被用于芯片制作前道工藝，但是兩者拋光目標(biāo)不同:硅片拋光主要用于硅片的損傷去除和表面的平整化；(2)芯片拋 光用于芯片結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)線(xiàn)平整化，兩者在機(jī)臺(tái)和研磨漿料配方上 有很大的區(qū)別，綜上所述，芯片拋光精密度要求高于硅片拋光。CMP拋光工藝主要流程：拋光頭會(huì)以真空方式吸附硅片固定于載具 盤(pán)上，在拋光時(shí)將硅片加壓于一旋轉(zhuǎn)的拋光墊上，同時(shí)加入適量的

54、研磨漿液，使硅片達(dá)到平坦化極佳的鏡面拋光效果硅片載具拋光墊 拋光平臺(tái)資料來(lái)源： 硅晶圓半導(dǎo)體材料技術(shù)、華西證券研究所05量測(cè)設(shè)備:提升硅片良率和生產(chǎn)效率,全球市場(chǎng)規(guī)模近40億元資料來(lái)源： Siltronic 、硅晶圓半導(dǎo)體材料技術(shù)、華西證券研究所檢測(cè)參數(shù)概述硅片導(dǎo)電形態(tài)硅片的導(dǎo)電性由參雜物的種類(lèi)決定，例如PN結(jié)的雜質(zhì) 主要通過(guò)熱探針?lè)繙y(cè)硅片的導(dǎo)電形態(tài)。電阻量測(cè)硅片的電阻率是重要參數(shù)，電阻大小會(huì)影響硅片的電 性，主要通過(guò)4點(diǎn)探針?lè)繙y(cè)硅片電阻率。結(jié)晶軸方向結(jié)晶的性質(zhì)與其方向性有關(guān)，因此硅片的加工過(guò)程必 須精確控制方向，主要通過(guò)X光繞射法判定結(jié)晶軸的 方向精準(zhǔn)度。含氧量濃度硅片的氧濃度是制程中最

55、重要的考慮因素之一，回影 響其他缺陷的形成，也會(huì)影響硅片的機(jī)械性質(zhì)，主要 通過(guò)紅外光譜法量測(cè)硅片中的氧濃度。載子生命周期少數(shù)載子的生命周期被用來(lái)判斷硅片完美性，其和硅 片的純度有關(guān)，通過(guò)載字生命周期量測(cè)可以有效監(jiān)控 硅片制造中產(chǎn)生的污染物。晶圓缺陷檢測(cè)硅片在制程中可能會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，缺陷對(duì)于芯片的 良率有很大影響，通常有嚴(yán)格的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。晶圓表面微粒量測(cè)硅片制造商在完成硅片制造后，在包裝前需要對(duì)硅片 表面的微粒數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，否則可能導(dǎo)致表面缺陷。金屬雜質(zhì)量測(cè)制程微縮下，丟與硅片內(nèi)部金屬雜質(zhì)濃度要求越低越 好，即使微量的金屬也有可能影響芯片導(dǎo)電性平坦度量測(cè)制程微縮下，硅片平坦度的要求越來(lái)越嚴(yán)格，平坦

56、度 決定芯片在光刻、刻蝕等前道制程中的良率。資料來(lái)源： 硅晶圓半導(dǎo)體材料技術(shù)、華西證券研究所量測(cè)設(shè)備用于提升硅片良率和產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)效率，主要分為缺陷檢測(cè)、規(guī)格量測(cè)兩種類(lèi)型，為硅片制作三大關(guān)鍵設(shè)備之一量測(cè)設(shè)備硅片量測(cè)的主要參數(shù)表面顆粒檢測(cè)晶格缺陷檢測(cè)硅片尺寸/性質(zhì)量測(cè)量測(cè)設(shè)備用于把控硅片質(zhì)量和優(yōu)化，穿插在各道制程間進(jìn)行測(cè)試， 在產(chǎn)線(xiàn)上設(shè)備種類(lèi)和數(shù)量較多。量測(cè)設(shè)備依照應(yīng)用可分為缺陷檢測(cè) 和規(guī)格量測(cè)兩類(lèi)，其中分為三種產(chǎn)品，表面顆粒檢測(cè)、晶格缺陷檢 測(cè)、硅片尺寸/性質(zhì)量測(cè)。量測(cè)設(shè)備除了質(zhì)量把控，更重要的是優(yōu)化制程提升良率：在先進(jìn)制 程推進(jìn)下，硅片的規(guī)格提升，推動(dòng)檢測(cè)技術(shù)持續(xù)改良；同時(shí)，檢測(cè) 設(shè)備通過(guò)分析反

57、饋檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以改良硅片制程，提升產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn) 效率；因此檢測(cè)設(shè)備是影響硅片產(chǎn)線(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵設(shè)備。量測(cè)工藝主要流程：量測(cè)設(shè)備穿插在各個(gè)硅片制程之間，通常為各 個(gè)品質(zhì)檢測(cè)站，分別進(jìn)行檢測(cè)硅片的電阻率、導(dǎo)電形態(tài)、結(jié)晶方向、氧及碳含量、少數(shù)載子生命周期、平坦度、表面粗糙度、晶體缺陷和表面污染微粒數(shù)目等項(xiàng)目。51量測(cè)設(shè)備：也用于檢測(cè)電晶體缺陷，確保前道制程質(zhì)量達(dá)標(biāo)缺陷檢測(cè)：檢測(cè)電晶體的制造缺陷參數(shù)量測(cè)：確保芯片工藝符合質(zhì)量要求量測(cè)設(shè)備用于硅片制造、前道制造(但兩者應(yīng)用的量測(cè)設(shè)備種類(lèi)不同)；量測(cè)設(shè)備依照功能可分為“缺陷檢測(cè)、參數(shù)量測(cè)”兩種。前道缺陷檢測(cè)：檢視芯片制程中，電晶體是否存在殘缺品，篩選出缺陷電

58、晶體和雜質(zhì)污染物，避免芯片整體性能受拖累而受損。前道參數(shù)量測(cè)：檢視芯片在光刻套刻、刻蝕均勻度、離子參雜濃度、化學(xué)沉積薄膜厚度/密度等參數(shù)，符合設(shè)計(jì)要求，提高水平。資料來(lái)源：KLA、華西證券研究所資料來(lái)源：KLA、華西證券研究所工藝缺陷關(guān)鍵尺寸52切割設(shè)備：硅棒切斷和切片，全球市場(chǎng)規(guī)模近20億元待切割晶棒研磨漿料噴嘴鋼線(xiàn) 承軸內(nèi)徑切割刀片待切割晶棒內(nèi)徑鉆石顆粒多線(xiàn)切割機(jī)內(nèi)徑切割機(jī)性質(zhì)多線(xiàn)切割機(jī)內(nèi)徑切割機(jī)切割方法自由研磨劑加工固定研磨加工切斷表面缺陷線(xiàn)鋸痕碎裂、斷裂損傷層深度（m）5至1520至30110至22010至30每次切片硅片數(shù)量200至4001切損（m）150至200300至500最小切

59、割硅片厚度（m）200350最大切割硅棒直徑（mm）300mm以上200mm硅片彎曲度非常輕微嚴(yán)重資料來(lái)源： Siltronic 、硅晶圓半導(dǎo)體材料技術(shù)、華西證券研究所資料來(lái)源： 硅晶圓半導(dǎo)體材料技術(shù)、華西證券研究所切割機(jī)用于切除硅晶棒的頭部、尾部和超出規(guī)格的部分；將硅單晶棒切 成具備精準(zhǔn)幾何大小尺寸的薄硅片；此制程對(duì)后續(xù)制程例如研磨、拋光 等具有決定性的影響。多線(xiàn)切割機(jī)逐漸取代內(nèi)徑切割機(jī)，成為主流技術(shù)：隨著晶圓尺寸增加， 多線(xiàn)切割機(jī)精度較高，且滿(mǎn)足具備三個(gè)關(guān)鍵特性：（1）具備切割8英寸、12英寸大尺寸硅晶棒的能力；（2）具有較低的切損率、高切片效率的 特性；（3）具有較佳的晶片表面性質(zhì)，以簡(jiǎn)

60、化后續(xù)的加工制程。多線(xiàn)切割工藝流程：將硅棒固定在切割機(jī)上，將鋼線(xiàn)繞過(guò)安裝的承軸， 并施加張力對(duì)硅片進(jìn)行切割，過(guò)程中鋼線(xiàn)需噴灑油和碳化硅混合漿料。切割工藝可分為多線(xiàn)切割和內(nèi)徑切割兩種，目前以多線(xiàn)切割工藝為主，用于高效且精密將晶棒切割成精準(zhǔn)薄度的硅片。多線(xiàn)切割機(jī)為主流切割機(jī)多線(xiàn)切割機(jī) VS 內(nèi)徑切割機(jī)（性能對(duì)比）外徑研磨工藝使硅片達(dá)到指定加工標(biāo)準(zhǔn)外徑研磨機(jī)53外徑磨削設(shè)備:磨削硅棒達(dá)指定標(biāo)準(zhǔn),全球市場(chǎng)規(guī)模近10億元直徑主要平邊長(zhǎng)度和容忍度次要平邊長(zhǎng)度和容忍度4英寸5英寸42.5 2.5mm27.5 4.0mm6英寸47.5 2.5mm37.5 4.5mm資料來(lái)源： Siltronic 、硅晶圓半導(dǎo)