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一文带你了解半导体硅晶片

2016-12-30 01:03
龙凰
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硅片是生产集成电路的主要原材料。硅片尺寸越大则每片硅片上可以制造的芯片数量就越多,从而制造成本就越低。硅片尺寸的扩大和芯片线宽的减小是集成电路行业技术进步的两条主线。目前12寸硅片的出货量占比超过60%,是目前主流的硅片尺寸。

半导体硅片通常由高纯度的多晶硅锭釆用查克洛斯法(CZ Method)为主拉成不同电阻率的硅单晶锭,然而经过晶体定向→外滚磨→加工主、副参考面→切片→倒角→热处理→研磨→化学腐蚀→抛光→清洗→检测→包装等工序。

根据硅纯度的不同要求,可分为太阳能等级99,9999%,6个“9”纯度,以及半导体等级11个“9”。本文只涉及半导体用的硅片。

硅晶圆

在半导体制造业中广泛使用各种不同尺寸与规格的硅片,通常包括4英寸,5英寸,6英寸,8英寸及12英寸,它们的基本规格如下表所示。

按IC Insight资料,2015年底全球半导体安装产能总计月产1635.3万片(8英寸计),按地区分布,台湾地区依月产354.7万片,市占率达21.7%,居全球首位,韩国依月产335.7万片,市占率20.5%居第二,日本依月产282.4万片,市占率17.3%,居第三,北美依月产232万片,市占率14.2%居第四,中国依月产159.1万片,市占率9.7%居第五位,欧洲依月产104.6万片,市占率6.4%居第六位,其它地区市占率10.2%。

由于缺乏统一定义,硅片尺寸的过渡的时间无法达成共识,其中有一种观点认为累积硅片的出货量超过100万片时,表示该硅片尺寸进入。实际上如英特尔等总是领先其它业者,首先进入更大尺寸的硅片。

现将SEMI于2006年的说法,全球硅片尺寸的过渡时间表列于如下;4英寸硅片于1986年;6英寸于1992年;8英寸于1997年及12英寸于2005年。而如果依英特尔的芯片生产线建设(见intel’s all fab list),它的3英寸生产线于1972年 FAB2 ;4英寸生产线于1973年FAB4;6英寸生产线于1978年 FAB5;8英寸生产线于1992年 FAB15;以及它的第一条12英寸生产线于2002年FAB12 in Hillsboro,与IBM同步。

业界较为公认的说法,1980年代是4英寸硅片占主流,1990年代是6英寸占主流,2000年代是8英寸占主流,到2002年时英特尔与IBM首先建12英寸生产线,到2005年己占20%,及2008年占30%,而那时8英寸己下降至54%及6英寸下降主11%。

多晶硅的原材料,高纯度的石英,目前已知的全世界的储量,中国最多,品质最好,但是我国之前却是将石英矿沙在高温下还原成金属硅后低价外销,再高价进口多晶硅,并且石英还原成金属硅的阶段是高度污染的。好在近些年光伏产业带动了国内多晶硅产业的发展,目前太阳能等级的多晶硅,我国的产量已经是全球第一。

截止2014年,全球300mm硅片实际出片量已占各种硅片出片量的65%左右,平均约450万片/月。2015年第1~第2季度每月平均需求量约500万片。

现在300mm半导体级的硅片,国内一个月需求量约45-50万片,而目前国内的产量几乎为零,这是产业链上最为紧缺的一环,预计未来的5年内仅300mm硅片中国的需求量要超过月产100万片以上。而从硅片的市场供应,全球日本生产的最多,日本信越和SUMCO,这两家的产能和实际供应量总和占全球2/3以上。300mm半导体级的大硅片,不仅是产业链缺失的重要一环,也是国家安全战略发展的需要。

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