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.docx

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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

方面也都有着良好的控制。

（1）磁控直拉法

公司掌握磁控直拉法（MCZ）制备单晶的相关技术，即在磁场作用下进行

单晶硅生长。

磁控直拉法相较于普通直拉法制备的单晶硅最主要的优势体现在通

过磁场可以有效地控制熔硅热对流，实现单晶硅中氧含量的控制，同时可以有效

控制生长界面，显著提高单晶硅的径向电阻率均匀性，结合核心生长工艺，可实

现晶体原生缺陷的降低，有利于提升半导体器件产品性能的一致性和可靠性。

施加横向磁场的直拉法单晶硅棒制造如下所示：

（2）再投料直拉技术

公司利用再投料装置，可以实现在拉制单晶的过程中多次投入多晶硅料，拉

制多根单晶硅棒，提高了设备和石英坩埚的利用率，减少了单晶炉冷炉准备时间

以及多晶硅的化料时间，从而减少了原材料和能源消耗，降低了生产成本。

此外，

通过再投料技术可以在炉体保持高温的情况下继续加入多晶硅和掺杂剂，使得坩

埚内多晶硅液面保持相对稳定，能给拉晶过程带来更稳定的热场环境，精密控制

生长条件，也能更精确地控制掺杂剂的比例，从而保证产出的单晶硅棒的电阻率

在预定范围内，电阻率分布也更加均匀。

再投料工艺示意图如下：

（3）金刚线多线切割

公司在切片阶段大量运用金刚线多线切割技术，相比于传统的砂浆切割，切

割速度更快、单片耗材更少、单片成本更低，且切片厚度更为均匀，是目前先进

的材料加工技术。

金刚线多线切割工艺与传统砂浆切割工艺的对比如下：

（4）高精度重掺杂技术

公司利用掺P、B等微量元素，精确控制掺杂剂比例，结合单晶生长技术、

磁场拉晶技术、再投料直拉技术，实现单晶硅的精确掺杂，具有电阻率命中准确、

电阻率均匀性好、分段控制电阻率等技术优势。

行业的经营模式、周期性、季节性及区域性特点

1、行业特有的经营模式

半导体硅材料位于半导体产业的上游，下游客户主要为半导体分立器件厂商

和集成电路制造厂商，大多为规模化大型厂商。

下游客户对硅片供应商设置了严

格的认证程序和标准要求，程序上需从前期的产品小样试用、小批量稳定性论证，

到后续的生产现场考核评估，在完成体系认证等工作后才能通过客户的供应商认

证，最终纳入客户的合格供应商名单并向其批量采购。

根据具体器件用途和生产工艺的不同，下游客户对半导体硅材料的电性参

数、几何尺寸、外观质量等方面的需求亦不相同，硅材料供应商需要根据客户需

求设置好产品的性能参数、尺寸规格等标准，然后进行生产，因此半导体硅材料

生产商主要采取“以销定产”的商业模式，根据合同或订单约定和客户需求合理

安排生产计划，提供定制化产品。

2、行业的周期性、区域性或季节性特征

本行业的周期性特点主要受到宏观经济及上下游供需状况的影响，终端应用

领域如消费电子、汽车电子、工业电子等行业与宏观经济形势紧密相关，因此半

导体单晶硅制造业会随着整体经济状况和上下游行业的变化呈现出一定的周期

性。

半导体硅片行业区域性特征体现为国内半导体硅片企业相对集中地分布于

长三角、环渤海等地区。

由于半导体单晶硅在下游行业的应用呈现出多样化的特点，因此该行业不存

在明显的季节性特征。

行业上下游

1、行业与上下游行业的关联性

半导体硅材料属于半导体材料行业，位于半导体产业链的上游，单晶硅材料

凭借其丰富的资源、优质的特性、日益完善的工艺以及广泛的用途等综合优势成

为了半导体产业中最重要、应用最广泛的基础功能材料。

公司所在行业在半导体

产业链中的位置如下所示：

2、上游行业对本行业发展的影响

多晶硅价格受到其上游行业工业硅的影响，而生产工业硅的原材料及能源主

要为硅矿石、电力、煤炭、石油化工产品等。

上述行业中，硅矿石在中国分布广

泛，供应比较充足；电力、煤炭及石油化工行业属于传统产业，供应总体较为有

保障，但煤炭石油价格的大幅波动以及部分地区电力供应紧张等因素会使工业硅

产品价格产生波动，从而对多晶硅价格产生一定影响。

用于制备半导体单晶硅的多晶硅也称电子级多晶硅，对纯度的要求很高。

从

全球范围看，电子级多晶硅的行业集中度较高，形成了寡头垄断的竞争格局，主

要厂商集中在美国、德国、日本和韩国，此类国际厂商对下游单晶硅制造商具有

较强的议价能力。

近年来，伴随着国内半导体产业的快速发展，已有部分企业实

现了电子级多晶硅的国产化，开始进入规模化量产阶段，逐渐实现进口替代。

3、下游行业对本行业发展的影响

半导体硅材料下游应用领域为半导体分立器件和集成电路制造，最终应用领

域为消费电子、汽车电子、家用电器、通讯安防、绿色照明、新能源等。

近年来，

电子信息产业发展迅速，智能手机、平板电脑、汽车电子、新能源、智能电网等

领域受益于国家产业升级及科技进步，使得终端产品不断升级换代，新产品相继

面世，其应用范围不断扩大，对半导体分立器件及集成电路芯片的需求旺盛，大

力推动了半导体硅材料行业的发展。

此外，随着下游半导体器件相关产业向国内

市场的转移以及国家相关政策的推动与支持，半导体硅材料市场空间巨大，发展

前景广阔。