中国半导体硅材料行业研究-行业发展环境、技术、特征及行业上下游

中国半导体硅材料行业研究

-行业发展环境、技术、特征及行业上下游

行业发展环境

1、有利因素

（1）国家政策大力支持

半导体产业是对信息安全、国民经济极其重要的战略性产业，近几十年来，中国在半导体领域实现了飞速发展，并成为中国信息产业的核心。近年来国家高度重视半导体产业的发展并出台了一系列政策，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（2016-2020 年）》、《“十三五”国家信息化规划》等产业政策均将半导体产

业列为重点发展领域；《国家集成电路产业发展推进纲要》的出台，为中国集成电路产业实现跨越式发展注入了强大动力。《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录（2016 版）》、《战略性新兴产业分类（2018）》的发布，明确了关键

电子材料之一的半导体硅材料作为战略性新兴产业重点产品，同时提出要重点发展快恢复二极管（FRD）、发光二极管（LED）、功率肖特基二极管等电子元器件，此外还新增了半导体晶体制造，明确将电子级单晶硅片作为战略性新兴产业。国家政策的支持为半导体硅材料行业的发展奠定了坚实的基础，创造了良好的政

策环境。

（2）下游行业需求旺盛

半导体硅材料的下游需求为集成电路和分立器件领域，最终应用于消费电子、汽车电子、家用电器、通讯安防、绿色照明、新能源等终端产品中。随着电子信息产品的逐步普及，终端产品的持续更新和升级，智能手机、平板电脑、数字电视、汽车电子、个人医疗电子、物联网、三网合一等成为半导体产业发展的动力，并带动相关的材料、设备产业的发展。在下游市场强劲需求的带动下，全球现有的半导体硅片产能无法满足下游半导体芯片的需求，因此国内外各大厂商均加大投资，扩大产能。在国家政策的支持、全球半导体产业转移的大趋势、电子信息化的不断深化发展背景下，半导体分立器件和集成电路行业有望持续发展，保持增长，这为核心材料半导体硅片市场的发展提供了广阔的前景。

2、不利因素

（1）半导体硅片市场竞争激烈

本公司目前半导体硅片产品主要为3-6 英寸硅片，主要应用于功率器件（二极管、整流桥、晶闸管）、传感器、光电子器件等分立器件领域，该领域目前仍以3-8 英寸半导体硅片为主导。

国际市场上8-12英寸等大尺寸半导体硅片主要应用于逻辑电路、存储器等集成电路产品，这类尺寸的半导体硅片依旧由国际大型厂商垄断，国内有能力大规模生产8-12 英寸以上半导体硅片的企业较少。伴随着下游行业的旺盛需求、国家政策的大力支持和半导体产业向国内的转移，国内外厂商均加大了在大尺寸半导体硅片方面的投资布局，加剧了市场竞争。由于大型厂商在技术实力、资金实力、成本控制等方面领先，因此行业内中小型企业面临着更为严峻的竞争环境，需要与大型厂商在技术研发、产品质量、资金投入等方面展开全方位竞争。

（2）技术研发能力不足

国际厂商如日本信越（Shin-Etsu）、日本胜高（Sumco）等在大尺寸晶体生

长技术上都有严格的技术封锁，包括晶体生长炉、配套热场、磁场和长晶控制系

统、抛光设备、测试设备都有自己的独特核心技术。中国半导体产业由于起步较晚，发展历史较短，技术研发水平相对落后，高素质的专业技术人才较为缺乏，特别是在高端产品的研发方面，与国际先进水平还存在一定的差距，这在一定程度上制约了中国半导体硅材料行业的发展。

行业技术

1、行业技术特点与发展趋势

半导体硅材料是制造半导体元器件的重要基础材料，半导体硅片的质量将直接影响下游分立器件、集成电路产品的性能和成品率，因此下游制造商对硅材料的电性参数、几何参数、外观质量等都有严格的品质管控要求。

在半导体硅材料整个生产过程中，主要可以分为单晶制备阶段和硅片加工阶段：

（1）单晶制备阶段

单晶制备阶段的核心为晶体生长，即多晶硅在单晶炉中生长为单晶硅棒的过程。晶体生长涉及到多项单晶硅制造的关键技术，如晶体生长、热场配置、直径控制、缺陷控制、掺杂技术等。单晶的生长方法主要可分为直拉法（CZ）和区熔法（FZ），直拉法（CZ）的原理是将高纯度的多晶硅原料放置在石英坩埚中，在高纯惰性气体的保护下加热熔化，再将单晶硅籽晶插入熔体表面，待籽晶与熔体找寻到熔化点后，随着籽晶的提拉晶体逐渐生长形成单晶硅棒；区熔法（FZ）是把多晶硅棒放在熔炉里，放入一个籽晶，然后用高频加热线圈加热籽晶与多晶接触区域生长单晶硅。

直拉法单晶硅的生长工艺如下图所示：

区熔法单晶硅的生长工艺如下图所示：

单晶制备阶段决定了硅材料的直径、晶向、掺杂导电类型、电阻率范围及分布、氧碳浓度、少子寿命、晶格缺陷等技术参数。

（2）硅片加工阶段

硅片加工阶段通过将单晶硅棒进行切片，并通过倒角、热处理、磨片、清洗、抛光等一系列工序，清除硅片表面的杂质和损伤，得到表面平整、镜面的半导体硅片。

在半导体分立器件应用领域，随着小型化、功率化、集成化的发展趋势，对分立器件芯片的性能和可靠性提出了更高的要求；在集成电路应用领域，随着终端产品对芯片低功耗、高运算速度的要求提高，芯片制造工艺不断向小尺寸迈进。硅材料作为芯片的基础材料，对芯片的性能和工艺水平起着至关重要的作用，因此，从技术趋势上看，能够满足半导体芯片向着小型化、高性能发展的技术需求和功能性需求的高品质硅材料将是未来的发展方向，主要体现在以下几个方面：

①较好的硅片晶体缺陷控制。随着集成电路和分立器件小型化的趋势不断加快，器件稳定性的要求进一步提升，对硅片材料的晶体缺陷控制要求也越来越高。

②更加均匀的电阻率分布。对于硅片而言，由于其晶体生长的特性，必然导致同一片硅片不同位置其电学性能有差异，对于分立器件和集成电路制造而言，希望在硅片每一处得到的器件性能都能够一致或相接近，这就需要对硅片电阻率

分布进行改善，磁场控制技术是近年来兴起的有效技术方法。

③可控的杂质含量。对于半导体硅片而言，除掺杂剂以外，在其生产过程中不可避免地引入一些其他杂质含量，常见的有氧杂质、碳杂质、金属杂质，除氧杂质以外，碳杂质和金属杂质都是越低越好。氧杂质由于在集成电路硅片或器件平面工艺中会使用到内吸杂作用，因此不同用途需求对氧杂质均有明确的要求和控制，使用磁场拉晶技术可以有效实现氧杂质控制，满足不同需求。

④良好的表面平整度，精确的外形尺寸和晶向控制。单晶硅片在器件制作过程中要经过扩散、蚀刻/光刻、切割、封装等多道工序。为了提高器件性能一致性和成品率，硅片需要具有较高的平整度、良好的机械强度、精确的外形尺寸。部分外延衬底用硅片还需要对其边缘尺寸、晶向控制有更加严苛的要求。

2、本公司技术水平及特点

在半导体硅材料制造领域，公司拥有多项核心技术和专利，在晶体生长、硅片加工、晶体检测等方面具备先进的技术工艺，比如磁场拉晶技术、再投料直拉技术、金刚线多线切割技术、高精度重掺杂技术等。因此，公司的硅材料产品不仅具备优良的电学特性和力学特性，而且在杂质含量、晶体缺陷、表面平整度等