直径300mm是多少寸(300mm是9寸还是12寸)

1991年海湾战争,美国第一次利用计算机技术对伊拉克实行的“信息战”,让世界各国看到的是“硅片战胜钢铁”的奇迹。

虽然信息技术为人类提供了新的战争手段,但是在此之后,其更多地为人类在经济社会的发展提供了新的资源。例如,计算机、仪器仪表、航空航天、军事机械、通讯以及家用电器等各种电子产品的出现。

现在,如果说钢铁是工业时代最重要的生产符号,那么硅片便是信息时代最重要的“钢铁”。

01

半导体硅片是制作集成电路的基础材料。目前所生产出来的超过90%的电子产品都离不开硅片。就拿我们最为熟悉的芯片来说,制成芯片的材料正是来自一颗小小的硅片。

而且,由硅片制作出来的芯片会拥有神奇般的储存能力。

据了解,随便一颗小小的芯片都可以容纳全世界所有图书和杂志的信息。

02

从产业链角度看,目前半导体硅片产业链主要包括上游硅片制造商,中游晶圆加工厂,下游电子产品应用三大领域。

硅片制造商主要经过一系列工序得到硅片。

硅片源于自然界的沙子、岩石以及矿物,经过一系列提纯取得。

简单的提纯方法并不能形成半导体硅片的。比如,纯化在95%-99%之间的硅只能称为工业硅,其主要用作化工或化工合成。

当纯度达到99.9999999%-99.999999999%的时候,这种硅叫做超纯多晶硅。超纯多晶硅下一步掺入硼(P)、磷(B)等元素(目的是改变其导电能力),会制得单晶硅锭。之后单晶硅锭再经过切片、研磨、蚀刻、抛光、外延、键合、清洗等工艺步骤,才会形成硅片(也可以叫做晶圆片)。

根据不同工艺,制造出来的半导体硅片可以分为三类:抛光片、外延片和SOI硅片。其中,单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。抛光片经过外延生长形成外延片。抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成SOI硅片。

1965年,戈登·摩尔提出摩尔定律。

根据摩尔定律,集成电路上所集成的晶体管数量,每隔18个月就提升一倍,相应的集成电路性能增强一倍,成本随之下降一半。对于芯片制造企业而言,这意味着需要不断提升单片硅片可生产的芯片数量,降低单片硅片的制造成本以便与摩尔定律同步。而半导体硅片的直径越大,在单片硅片上可制造的芯片数量就越多,单位芯片的成本随之降低。

随着半导体硅片的技术演变,目前硅片的尺寸(以直径计算)主要有50mm(2 英寸)、75mm(3英寸)、100mm(4英寸)、150mm(6英寸)、200mm(8英寸)与300mm(12英寸)等规格。在摩尔定律的影响下,半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展。

就市场看,现阶段300mm(12英寸)硅片和200mm(8英寸)硅片是半导体市场的主流产品。据统计,2018年300mm硅片和200mm硅片市场份额分别为63.83%和26.14%,两种尺寸硅片合计占比接近90%。

由于在同样的工艺条件下,300mm(12英寸)硅片的可使用面积超过200mm(8英寸)硅片的两倍以上,而且可使用率(衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标)是200mm硅片的2.5倍左右。因此在未来几年,300mm(12英寸)硅片都会是半导体的主流品种。

晶圆厂商主要对半导体硅片进行加工处理。

通过对半导体硅片进行光刻、离子注入等手段,在半导体硅片上可布设晶体管及多层互联线,使之成为具有特定功能的集成电路或半导体器件产品。

半导体产品一般为微处理器、储存器、模拟芯片、分立器件、传感器以及硅光子等。

晶圆厂加工硅片的过程用到材料主要包括硅片、掩模、光刻胶、光刻胶配套试剂、CMP抛光材料、靶材、工艺化学品、电子气体及其他。其中硅片是半导体晶圆制造材料市场中最大宗产品,占据晶圆制造材料市场规模比例约37%。

目前,从事晶圆加工的厂商有代工商和IDM厂商。代工商以台积电、台湾联华电子、中芯国际和华虹宏力等厂商为首。IDM厂商则主要有英特尔、三星、德州仪器、SK海力士、东芝以及意法半导体等。

硅片在下游半导体的应用。

硅片在下游各领域的用途可以从不同硅片类型和硅片尺寸两个方面去理解。

从半导体硅片类型来看,抛光片可直接用于制作半导体器件,也可作为外延片和SOI硅片的衬底材料。

外延生长一层高电阻率的外延层,因此更适用于二极管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等功率器件的制造。

SOI硅片适合应用在要求耐高压、耐恶劣环境、低功耗、集成度高的芯片上,如智能手机、WiFi等无线通信设备的射频前端芯片、功率器件、汽车电子、传感器以及星载芯片等产品。

从半导体硅片的尺寸来看,200mm(8英寸)硅片主要用于传感器、逻辑芯片、分立元件、光电耦合器等,终端应用领域主要为移动通信、汽车电子、物联网、工业电子等。

300mm(12英寸)半导体硅片的需求主要来源于存储芯片、逻辑芯片等其他应用,终端应用主要为智能手机、计算机、云计算、人工智能、SSD(固态存储硬盘)等高端领域。

03

在半导体新兴市场还未出现之前,半导体硅片市场与全球宏观经济形势较为紧密相关。

2009年,受经济危机影响,半导体硅片市场大幅受挫,出货量与销售额均出现下滑。

2010年,由于智能手机放量增长,硅片行业迎来大幅反弹。然而,2011-2016年期间,虽然全球经济以及逐步复苏,但依旧表现较为低迷,半导体硅片行业亦随之低速发展。

直到2017年以来,随着传统市场,如计算机、移动通信、固态硬盘、工业电子的持续增长以及新兴终端市场,如人工智能、区块链、物联网、汽车电子的涌现并且快速发展,半导体硅片市场受益于半导体终端需求强劲,规模开始加快增长,并在2018年突破了百亿美元大关,为113.81亿美元。

虽然2019年受存储市场疲软和库存影响,全球半导体硅片销售额比去年下滑了2%(112亿美元),但半导体硅片销售额仍然高于110亿美元大关。

在接下来几年,随着5G通信技术的不断成熟,智能手机的更新换代,以及自动驾驶、车联网技术的发展,全球半导体硅片需求仍将持续上升。

04

最初,半导体硅片这一工业是由美国首先开创的。曾经美国的雷神公司和孟山都公司等都是硅片行业的佼佼者。但是,随着半导体产业的不断发展,美国厂商开始不满足半导体硅片过于的薄弱利润,从而转向了能带来更大的收益的更高端的芯片设计领域。

由此,半导体硅片行业迎来了从美国向亚洲地区的第一次产业转移机会。

与此同时,日本、韩国和台湾凭借半导体产业分工带来的优势,开始逐步占据了全球半导体硅片行业的主要市场。

进入2000年以来,半导体硅片厂商因硅片产生利润不足以面对巨大的资本开支,不得不采取兼并收购的方式去提高市场集中度,以此获得提升产业链议价能力,从而维持相对稳定的盈利能力。

例如,2002年和2006年就有Sumitomo、三菱材料和Komatsu三家公司合并成了SUMCO公司。

2008年,中国台湾环球晶圆收购美商GlobiTech Incorporated公司,2012年收购全球排名第六的日商Covalent公司旗下有关半导体硅晶圆业务的子公司Covalent Silicon Corporation。2016年收购丹麦Topsil的半导体事业部,SunEdison Semiconductor,最终一举跃升为全球第三大半导体硅片厂商。

05

目前,经历20年时间的发展,全球主要的半导体硅片厂商已经从20多家逐渐兼并为由日本、德国、韩国以及中国台湾共5家知名企业所主导的局面。

他们形成了寡头垄断。

据统计,2019年,日本信越化学、日本SUMCO、德国Siltronic、中国台湾环球晶圆和韩国SK Siltron五大半导体硅片商所占据的全球硅片市场份额达到了90%以上。尤其日本的信越化学和SUMCO两家公司,近十年来所占的半导体硅片市场份额都在50%以上。

而对于中国大陆而言,2019年仅有矿产业集团在全球半导体硅片市场占据了2%左右的份额。

06

自2000年以来,全球第一条300mm硅片制造生产线建成后,300mm硅片市场需求迅速增加,出货面积也不断上升。

2008年,全球300mm硅片出货量首次超过200mm硅片。

2009年,全球300mm硅片出货面积超过其他尺寸半导体硅片出货面积之和。

对于中国大陆而言,由于硅片产业起步晚,目前绝大部分半导体硅片厂商主要生产150mm及以下的半导体硅片,仅有少数几家厂商可以生产200mm半导体硅片,比如浙江金瑞泓、有研半导体、中环股份、南京国盛、上海新傲、河北普兴和昆山中辰等。其中,中环股份200mm硅片可以做到具备月产42万片生产能力。此外,浙江金瑞泓具备月产32万片200mm硅片的生产能力,有研半导体具备月产33万片200mm硅片的生产能力。

在300mm硅片生产能力领域,2017年前,我国300mm半导体硅片全部依赖进口。直到2018年,硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先实现300mm硅片规模化销售的厂商,打破了300mm半导体硅片国产化率几乎为0%的局面。

但在目前,300mm硅片也就仅沪硅产业旗下的上海新昇和中环股份具备少量供应能力(新昇产能15万片/月,中环产能2万片/月),且尚处于客户验证期,只能供应低等级的测试片/挡片。预计要到2020年,我国300mm硅片产能才会超过200mm产能。

因此,就现在来看,300mm硅片主要仍是以进口为主。

然而,自2018年以来,美国主动对我方挑起贸易摩擦,不断打压我国的高科技企业。从切断我国14nm以下的芯片供应到限制我国14nm芯片制造之后,又将范围扩大到至硅片的生产技术上面来。

在2019年最新修订的《瓦森纳协议》中,美国直指源头,增加了对我国300mm硅片制造技术的出口管制内容,如300mm硅片的相关制造设备等。

虽然在早期的不懈努力下,无论生产硅片的200mm设备亦或是200mm硅片的供应,我国都基本实现国产化,但300mm硅片以晶盛机电为首的国产设备商仍在逐步突破验证中,并且300mm硅片的过程供应也还在起步放量阶段。

重压之下,300mm硅片设备和硅片产能国产化已经刻不容缓。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 kangeryun@qq.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。
电商信息通 » 直径300mm是多少寸(300mm是9寸还是12寸)