Кремниевые пластины являются краеугольным камнем полупроводниковых материалов. Сначала их превращают в кремниевые стержни путем вытягивания монокристаллов, а затем разрезают и изготавливают. Поскольку число валентных электронов атомов кремния равно 4, а порядковый номер умеренный, кремний обладает особыми физическими и химическими свойствами и может использоваться в химической, фотоэлектрической, чиповой и других областях. Особенно в области чипов именно полупроводниковые свойства кремния делают его краеугольным камнем чипов. В области фотогальваники его можно использовать для производства солнечной энергии. При этом кремний составляет 25,8% земной коры. Его относительно удобно добывать и он легко перерабатывается, поэтому цена низкая, что еще больше расширяет диапазон применения кремния.
1. Кремний – краеугольный камень материалов для чипов. Кремниевые материалы делятся на монокристаллический кремний и поликристаллический кремний в зависимости от различного расположения элементарных ячеек. Самая большая разница между монокристаллическим кремнием и поликристаллическим кремнием заключается в том, что расположение элементарных ячеек монокристаллического кремния упорядочено, а поликристаллического кремния неупорядочено. Что касается методов производства, поликристаллический кремний обычно изготавливается путем непосредственной заливки кремниевого материала в тигель для его плавления и последующего охлаждения. Монокристаллический кремний формируется в виде кристаллического стержня путем вытягивания монокристалла (метод Чохральского). С точки зрения физических свойств характеристики двух типов кремния сильно различаются. Монокристаллический кремний обладает сильной электропроводностью и высокой эффективностью фотоэлектрического преобразования. Эффективность фотоэлектрического преобразования монокристаллического кремния обычно составляет от 17% до 25%, тогда как эффективность поликристаллического кремния ниже 15%.
▲Полупроводниковые кремниевые пластины и фотоэлектрические кремниевые пластины
▲Структура элементарной ячейки монокристаллического кремния
Фотоэлектрические кремниевые пластины:Благодаря фотоэлектрическому эффекту и очевидным преимуществам монокристаллического кремния люди используют кремниевые пластины для преобразования солнечной энергии в электрическую. В фотоэлектрической области обычно используются квадратные монокристаллические кремниевые элементы с закругленными углами. Также используются более дешевые пластины поликристаллического кремния, но эффективность преобразования ниже.
▲Передняя и задняя часть монокристаллического кремниевого элемента
▲Поликристаллический кремниевый элемент спереди и сзади
Поскольку к фотоэлектрическим кремниевым пластинам предъявляются низкие требования к таким параметрам, как чистота и коробление, процесс производства относительно прост. Если взять в качестве примера монокристаллические кремниевые элементы, то первый шаг — разрезать и скруглить. Сначала разрежьте стержень монокристаллического кремния на квадратные стержни в соответствии с требованиями к размеру, а затем закруглите четыре угла квадратных стержней. Вторым этапом является травление, целью которого является главным образом удаление поверхностных примесей монокристаллических квадратных стержней. Третий шаг – нарезка. Сначала приклейте очищенные квадратные стержни к рабочей доске. Затем положите заготовку на слайсер и нарежьте ее по заданным параметрам процесса. Наконец, очистите пластины монокристаллического кремния и проверьте гладкость поверхности, удельное сопротивление и другие параметры.
Полупроводниковые кремниевые пластины:К полупроводниковым кремниевым пластинам предъявляются более высокие требования, чем к фотоэлектрическим кремниевым пластинам. Во-первых, все кремниевые пластины, используемые в полупроводниковой промышленности, представляют собой монокристаллический кремний, чтобы обеспечить одинаковые электрические свойства в каждом положении кремниевой пластины. По форме и размеру фотоэлектрические пластины монокристаллического кремния имеют квадратную форму, в основном с длиной сторон 125 мм, 150 мм и 156 мм. Монокристаллические кремниевые пластины, используемые для полупроводников, имеют круглую форму, диаметром 150 мм (6-дюймовые пластины), 200 мм (8-дюймовые пластины) и 300 мм (12-дюймовые пластины). С точки зрения чистоты требования к чистоте пластин монокристаллического кремния, используемых в фотоэлектрических устройствах, составляют от 4N-6N (99,99%-99,9999%), но требования к чистоте пластин монокристаллического кремния, используемых в полупроводниках, составляют около 9N (99,9999999%)-11N (99,999999999%), а минимальные требования к чистоте в 1000 раз превышают требования к пластинам монокристаллического кремния, используемым для фотогальваники. С точки зрения внешнего вида плоскостность, гладкость и чистота поверхности кремниевых пластин, используемых для полупроводников, выше, чем у кремниевых пластин, используемых в фотоэлектрических устройствах. Чистота — это самое большое различие между пластинами монокристаллического кремния, используемыми в фотоэлектрических устройствах, и пластинами монокристаллического кремния, используемыми для полупроводников.
▲Процесс производства полупроводниковых кремниевых пластин
Развитием закона Мура является развитие кремниевых пластин. Поскольку полупроводниковые кремниевые пластины имеют круглую форму, полупроводниковые кремниевые пластины также называют «кремниевыми пластинами» или «пластинами». Пластины являются «подложкой» для производства чипов, и все чипы производятся на этой «подложке». В истории развития полупроводниковых кремниевых пластин можно выделить два основных направления: размер и структура.
Что касается размеров, путь развития кремниевых пластин становится все больше и больше: на ранней стадии разработки интегральных схем использовались 0.75-дюймовые пластины. Увеличение площади пластины и количества чипов на одной пластине может снизить затраты. Примерно в 1965 году, с введением закона Мура, как технология интегральных схем, так и кремниевые пластины вступили в период быстрого развития. Кремниевые пластины прошли через 4-дюймовые, 6-дюймовые, 8-дюймовые и 12-дюймовые узлы. Поскольку в 2001 году Intel и IBM совместно разработали производство 12-дюймовых пластин, нынешняя основная часть кремниевых пластин состоит из 12-дюймовых пластин, что составляет около 70%, но 18-дюймовые (450 мм) пластины был поставлен на повестку дня.
▲Параметры пластин разного размера
▲Разработка размеров кремниевых пластин
С точки зрения структуры направление разработки кремниевых пластин становится все более сложным: на ранней стадии разработки интегральных схем существовал только один тип логических микросхем, но с увеличением числа сценариев применения логические микросхемы, силовые устройства , аналоговые чипы, смешанные аналоговые и цифровые чипы, чипы флэш-памяти/DRAM, радиочастотные чипы и т. д. появлялись один за другим, в результате чего кремниевые пластины имели разные структурные формы. Сейчас существует в основном три типа:
PW (польская вафля):полированная пластина. Кремниевые пластины, вырезанные непосредственно после вытягивания монокристаллов, не имеют идеальной гладкости и деформации, поэтому их необходимо сначала отполировать. Этот метод также является самым примитивным способом обработки кремниевых пластин.
AW (отжиг пластины):Отожженная пластина. С непрерывным развитием технологии процесса и постоянным уменьшением размеров элементов транзисторов постепенно выявляются недостатки полированных пластин, такие как локальные дефекты решетки на поверхности кремниевых пластин и высокое содержание кислорода на поверхности кремниевых пластин. Для решения этих проблем была разработана технология отжига пластин. После полировки кремниевая пластина помещается в трубу печи, наполненную инертным газом (обычно аргоном) для высокотемпературного отжига. Это позволяет не только устранить дефекты решетки на поверхности кремниевой пластины, но и снизить содержание поверхностного кислорода.
EW (эпитаксическая пластина):эпитаксиальная кремниевая пластина. С увеличением сценариев применения интегральных схем стандартные кремниевые пластины, производимые заводами по производству кремниевых пластин, больше не могут соответствовать требованиям некоторых продуктов с точки зрения электрических свойств. В то же время дефекты решетки, уменьшенные термическим отжигом, не могут удовлетворить все более уменьшающиеся требования к ширине линии. Это привело к появлению эпитаксиальных кремниевых пластин. Обычный эпитаксиальный слой представляет собой тонкую пленку кремния. Слой тонкой пленки кремния выращивается на основе исходной кремниевой пластины с использованием технологии осаждения тонких пленок. Поскольку кремниевая подложка существует в виде затравочного кристалла при эпитаксии кремния, рост эпитаксиального слоя будет повторять кристаллическую структуру кремниевой пластины. Поскольку кремниевая подложка представляет собой монокристалл, эпитаксиальный слой также является монокристаллом. Однако, поскольку она не полируется, дефекты решетки на поверхности кремниевой пластины после роста могут быть уменьшены до очень низкого уровня.
Технические показатели эпитаксии в основном включают толщину эпитаксиального слоя и его однородность, однородность удельного сопротивления, контроль металла корпуса, контроль частиц, дефекты упаковки, дислокации и другие дефекты. На этом этапе удалось добиться высокого качества эпитаксиальных кремниевых пластин за счет оптимизации температуры реакции эпитаксии, скорости потока эпитаксии газа, а также градиентов температуры в центре и на краях. Благодаря разнообразию продуктов и необходимости технологической модернизации процесс эпитаксиальной эпитаксии постоянно оптимизируется для достижения высокого качества эпитаксиальных кремниевых пластин.
Кроме того, современные технологии позволяют создавать эпитаксиальные слои с легирующими сопротивлением элементами и концентрациями легирования, отличными от концентраций исходной кремниевой пластины, что облегчает контроль электрических свойств выращенной кремниевой пластины. Например, на кремниевой пластине P-типа можно создать эпитаксиальный слой кремния N-типа, образуя легированный PN-переход с низкой концентрацией, который может оптимизировать напряжение пробоя и уменьшить эффект защелки при последующем производстве чипов. Толщина эпитаксиального слоя обычно варьируется в зависимости от сценария использования. Как правило, толщина логического чипа составляет от 0,5 до 5 микрон, а толщина устройства питания составляет от 50 до 100 микрон, поскольку оно должно выдерживать высокое напряжение.
▲Процесс выращивания эпитаксиальных кремниевых пластин
▲Различное легирование эпитаксиальных пластин.
ПО (SOI пластина):SOI означает «кремний на изоляторе». Кремниевые пластины SOI часто используются в ВЧ-чипах из-за их преимуществ, таких как небольшая паразитная емкость, небольшой эффект короткого канала, высокая плотность наследования, высокая скорость, низкое энергопотребление и особенно низкий уровень шума подложки.
▲Обычная кремниевая МОП-структура
▲МОП-структура кремниевой пластины SOI
Существует четыре основных метода изготовления кремниевых пластин КНИ:технология SIMOX, технология Bonding, технология Sim-bond и технология Smart-CutTM; Принцип кремниевых пластин SOI относительно прост, и основная цель состоит в том, чтобы добавить изолирующий слой (обычно в основном диоксид кремния SiO2) в середине подложки.
▲Четыре технологии производства пластин КНИ
С точки зрения параметров производительности технология Smart-Cut™ является самой превосходной в современной технологии производства кремниевых пластин SOI. Производительность технологии Simbond не сильно отличается от технологии Smart-Cut, но с точки зрения толщины верхнего кремния кремниевая пластина SOI, изготовленная по технологии Smart-Cut, тоньше, а с точки зрения производственных затрат Smart-Cut - Технология Cut позволяет повторно использовать кремниевые пластины. Для будущего массового производства технология Smart-Cut имеет больше экономических преимуществ, поэтому в настоящее время отрасль в целом признает технологию Smart-Cut будущим направлением развития кремниевых пластин SOI.
▲Сравнение производительности различных технологий производства пластин SOI
Технология SIMOX: SIMOX означает «разделение имплантированным кислородом». Атомы кислорода вводятся в пластину, а затем отжигаются при высокой температуре, чтобы вступить в реакцию с окружающими атомами кремния с образованием слоя диоксида кремния. Сложность этой технологии заключается в контроле глубины и толщины имплантации ионов кислорода. К технологии ионной имплантации предъявляются высокие требования.
Технология склеивания: Технологию склеивания также называют технологией склеивания. Кремниевые пластины SOI, изготовленные методом склеивания, также называются Bonded SOI или сокращенно BSOI. Для технологии склеивания необходимы две обычные кремниевые пластины, одна из которых выращивается с оксидным слоем (SiO2), а затем скрепляется с другим источником кремния. Соединение представляет собой оксидный слой. Наконец, его шлифуют и полируют до желаемой глубины скрытого слоя (SiO2). Поскольку технология склеивания проще, чем технология ионной имплантации, большинство кремниевых пластин КНИ в настоящее время изготавливаются с использованием технологии склеивания.
▲Кремний на изоляторе
▲Метод соединения пластин для формирования кремния на изоляторе
Технология Sim-bond:Технология инжекционной сварки кислородом. Технология Sim-bond представляет собой комбинацию SIMOX и технологии Bond. Преимущество состоит в том, что толщину скрытого оксидного слоя можно контролировать с высокой точностью. Первым шагом является введение ионов кислорода в кремниевую пластину, затем отжиг при высокой температуре для образования оксидного слоя, а затем формирование слоя оксида SiO2 на поверхности кремниевой пластины. Второй шаг — соединить кремниевую пластину с другой пластиной. Затем отожгите при высокой температуре, чтобы сформировать идеальную поверхность соединения. Третий этап – процесс прореживания. Утончение производится по технологии CMP, но в отличие от бонд-технологии, сим-бонд имеет самостопорящийся слой, который автоматически останавливается при притирке до слоя SiO2. Затем слой SiO2 удаляется травлением. Последний этап – полировка.
Технология Smart-cut:умная технология пилинга. Технология Smart-cut является развитием технологии склеивания. Первым шагом является окисление пластины и создание фиксированной толщины SiO2 на поверхности пластины. Второй шаг — использование технологии ионной имплантации для введения ионов водорода на фиксированную глубину пластины. Третий шаг — приклеить еще одну пластину к окисленной пластине. Четвертый шаг — использование технологии низкотемпературного термического отжига для формирования пузырьков с ионами водорода, что приводит к отслаиванию части кремниевой пластины. Затем используется технология высокотемпературного термического отжига для увеличения прочности соединения. Пятый шаг — выровнять поверхность кремния. Эта технология признана во всем мире как направление развития технологии SOI. Толщина скрытого оксидного слоя полностью определяется глубиной имплантации ионов водорода, что более точно. Более того, очищенную вафлю можно использовать повторно, что значительно снижает стоимость.
▲Метод SIM-связи для формирования кремния на изоляторе
▲Умный метод резки для формирования кремния на изоляторе
2. Высокобарьерная технология производства 1. Технология производства
Сырьем кремниевых пластин является кварц, широко известный как песок, который можно добывать непосредственно в природе. Процесс производства пластин может быть выполнен в несколько этапов: в основном раскисление и очистка, рафинирование поликремния, слитков монокристаллического кремния (кремниевых стержней), прокатка, резка пластин, полировка пластин, отжиг, тестирование, упаковка и другие этапы.
▲Производство полупроводниковых пластин CZ (Чохральского)
▲ Схема монокристалла CZ Farad
Раскисление и очистка:Первым шагом в производстве кремниевых пластин является раскисление и очистка кварцевой руды. Основные процессы включают сортировку, магнитную сепарацию, флотацию, высокотемпературную дегазацию и др. Из руды удаляются основные примеси железа и алюминия.
Переработка поликремния:После получения относительно чистого SiO2 посредством химических реакций образуется монокристаллический кремний. Основная реакция — SiO2+C→Si+CO. После завершения реакции CO испаряется напрямую, поэтому остаются только кристаллы кремния. На данный момент кремний представляет собой поликристаллический кремний, сырой кремний, содержащий много примесей. Чтобы отфильтровать лишние примеси, полученный сырой кремний необходимо протравить. Обычно используемыми кислотами являются соляная кислота (HCl), серная кислота (H2SO4) и т. д. Содержание кремния после вымачивания в кислоте обычно превышает 99,7%. В процессе травления железо, алюминий и другие элементы также растворяются в кислоте и отфильтровываются. Однако кремний также реагирует с кислотой с образованием SiHCl3 (трихлорсилан) или SiCl4 (тетрахлорид кремния). Однако оба вещества находятся в газообразном состоянии, поэтому после травления исходные примеси, такие как железо и алюминий, растворились в кислоте, а кремний стал газообразным. Наконец, газообразный SiHCl3 или SiCl4 высокой чистоты восстанавливается водородом с получением поликристаллического кремния высокой чистоты.
Метод CZ производит монокристаллический кремний:кремниевые пластины в основном используются в микросхемах логики и памяти, их доля рынка составляет около 95%; Метод CZ возник в результате вытягивания Чохральским тонких нитей из расплавленного металла в 1918 году, поэтому его также называют методом CZ. Сегодня это основная технология выращивания монокристаллического кремния. Основной процесс состоит в том, чтобы поместить поликристаллический кремний в тигель, нагреть его, чтобы расплавить, а затем зажать затравочный кристалл монокристалла кремния и подвесить его над тиглем. При вытягивании его вертикально один конец вводят в расплав до тех пор, пока он не расплавится, а затем медленно вращают и тянут вверх. Таким образом, граница между жидкостью и твердым телом будет постепенно конденсироваться, образуя монокристалл. Поскольку весь процесс можно рассматривать как процесс репликации затравочного кристалла, полученный кристалл кремния представляет собой монокристалл кремния. Кроме того, легирование пластины осуществляется также в процессе вытягивания монокристалла, обычно при легировании жидкой фазой и легировании газовой фазы. Легирование жидкой фазой означает добавление в тигель элементов P-типа или N-типа. В процессе вытягивания монокристаллов эти элементы можно втягивать непосредственно в кремниевый стержень.
▲CZ Монокристаллический метод Фарадея
▲Кремниевый стержень после вытягивания монокристалла
Диаметр прокатки:Поскольку трудно контролировать диаметр монокристаллического кремниевого стержня в процессе вытягивания монокристалла, чтобы получить кремниевый стержень стандартного диаметра, например 6 дюймов, 8 дюймов, 12 дюймов и т. д. После вытягивания монокристалл, диаметр слитка кремния будет прокатан. Поверхность кремниевого стержня после прокатки гладкая, а ошибка размера меньше.
Резка фаски:После получения слитка кремния пластину разрезают. Слиток кремния помещается на стационарный режущий станок и разрезается в соответствии с заданной программой резки. Поскольку толщина кремниевой пластины небольшая, край разрезанной кремниевой пластины очень острый. Целью снятия фаски является формирование гладкого края. Кремниевая пластина со скошенной кромкой имеет меньшее центральное напряжение, что делает ее более прочной и ее нелегко сломать при производстве чипов в будущем.
Полировка:Основная цель полировки — сделать поверхность пластины более гладкой, ровной и без повреждений, а также обеспечить постоянство толщины каждой пластины.
Тестовая упаковка:После получения полированной кремниевой пластины необходимо проверить электрические свойства кремниевой пластины, такие как удельное сопротивление и другие параметры. Большинство заводов по производству кремниевых пластин имеют услуги по производству эпитаксиальных пластин. Если необходимы эпитаксиальные пластины, будет проведен эпитаксиальный рост пластин. Если эпитаксиальная пластина не нужна, она будет упакована и отправлена на другие фабрики по производству эпитаксиальных пластин или фабрики по производству пластин.
Зонный метод плавки (ФЗ):Кремниевые пластины, изготовленные этим методом, в основном используются в некоторых силовых чипах, их доля на рынке составляет около 4%; Кремниевые пластины, изготовленные методом ЗП (методом зонной плавки), в основном используются в качестве силовых устройств. А размер кремниевых пластин в основном составляет 8 дюймов и 6 дюймов. В настоящее время около 15% кремниевых пластин изготавливаются методом зонной плавки. По сравнению с кремниевыми пластинами, изготовленными методом CZ, самой большой особенностью метода FZ является то, что он имеет относительно высокое удельное сопротивление, более высокую чистоту и может выдерживать высокое напряжение, но трудно изготавливать пластины большого размера, а механические свойства плохие. поэтому он часто используется для кремниевых пластин устройств питания и редко используется в интегральных схемах.
Изготовление стержней из монокристаллического кремния методом зонной плавки состоит из трех этапов:
1. Нагрейте поликристаллический кремний, соприкоснитесь с затравочным кристаллом и поверните вниз, чтобы вытащить монокристалл. В камере печи под вакуумом или в среде инертного газа используйте электрическое поле для нагрева стержня из поликристаллического кремния до тех пор, пока поликристаллический кремний в нагретой области не расплавится с образованием расплавленной зоны.
2. Контактируйте расплавленную зону с затравочным кристаллом и расплавьте его.
3. При перемещении положения нагрева электрическим полем расплавленная зона поликремния непрерывно движется вверх, в то время как затравочный кристалл медленно вращается и растягивается вниз, постепенно образуя монокристаллический кремниевый стержень. Поскольку в методе зонной плавки не используется тигель, можно избежать многих источников загрязнения, а монокристалл, полученный методом зонной плавки, имеет характеристики высокой чистоты.
▲Монокристаллическая пространственная структура ФЗ Фарада
▲Схема вытягивания монокристалла FZ
2. Стоимость изготовления
Полупроводниковые кремниевые пластины предъявляют более высокие требования к чистоте и электрическим свойствам, чем кремниевые пластины новой энергии, поэтому в производственном процессе требуется больше этапов очистки и подачи сырья, что приводит к более разнообразному ассортименту производственного сырья. Таким образом, доля стоимости кремниевого материала относительно снижается, но доля производственных затрат будет относительно увеличена.
Для полупроводниковых кремниевых пластин стоимость сырья является основной стоимостью и составляет около 47% основных затрат бизнеса. Второе место занимают производственные расходы, составляющие около 38,6%. Подобно производству полупроводников, производство кремниевых пластин является капиталоемкой отраслью с высоким спросом на инвестиции в основной капитал, что приводит к высоким производственным затратам из-за износа основных фондов, таких как машины и оборудование. Наконец, прямые затраты на рабочую силу составляют около 14,4%.
Среди затрат на сырье при производстве кремниевых пластин поликремний является основным сырьем, на его долю приходится около 30,7%. На втором месте — упаковочные материалы, на долю которых приходится около 17,0%. Поскольку к полупроводниковым кремниевым пластинам предъявляются высокие требования к чистоте и вакууму, особенно к кремниевым пластинам, которые легко окисляются, требования к упаковке значительно выше, чем к кремниевым пластинам новой энергетики. Поэтому в структуре затрат большую долю занимают упаковочные материалы. Кварцевые тигли составляют около 8,7% стоимости сырья. Кварцевый тигель, используемый при производстве полупроводниковых кремниевых пластин, также является одноразовым тиглем, но к физическим и термическим свойствам тигля предъявляются более высокие требования. Полирующая жидкость, шлифовальный круг и полировальная подушечка составляют в общей сложности 13,8% и в основном используются в процессе полировки кремниевых пластин.
▲Структура операционных затрат кремниевой промышленности в 2018 году
▲Сырьевой состав кремниевой промышленности в 2018 году
Затраты на воду и электроэнергию составляют около 15% себестоимости производства: В себестоимости производства общие затраты на воду и электроэнергию составляют около 15% от всей производственной себестоимости, из которых затраты на электроэнергию составляют около 11,4%, а затраты на воду составляют около около 3,4%. В соответствующих суммах, согласно финансовым данным Silicon Industry Group за 2018 год, общая стоимость затрат на электроэнергию и воду эквивалентна стоимости упаковочных материалов, составляющих около половины поликремниевого материала. Затраты на электроэнергию немного выше, чем у кварцевых тиглей, примерно на 20%.
▲Доля производственных затрат кремниевой промышленности в 2018 г.
▲ Частичная структура затрат группы кремниевой промышленности в 2018 г. (единица измерения: 10 000 юаней)
3. Четыре препятствия на пути производства кремниевых пластин.
Барьеры для кремниевых пластин относительно высоки, особенно для полупроводниковых кремниевых пластин. Существует четыре основных барьера: технические барьеры, барьеры сертификации, барьеры оборудования и барьеры капитала.
▲ Основные препятствия для индустрии производства кремниевых пластин
Технические барьеры:Технические показатели кремниевых пластин сравнительно велики. Помимо общего размера, толщины полировки и т. д., кремниевые пластины также имеют коробление, удельное сопротивление, кривизну и т. д. Что касается основных кремниевых пластин диаметром 300 мм, из-за высоких требований к однородности передовых процессов изготовления кремниевых пластин по сравнению с пластинами диаметром 200 мм для мониторинга требований к качеству кремниевых пластин диаметром 300 мм добавляются такие параметры, как плоскостность, коробление, кривизна и остатки металла на поверхности. . С точки зрения чистоты, кремниевые пластины передовой технологии должны иметь плотность около 9N (99,9999999%)-11N (99,999999999%), что является основным техническим барьером для поставщиков кремниевых пластин.
Кремниевые пластины представляют собой продукцию, изготовленную по индивидуальному заказу; чистота является основным параметром кремниевых пластин, а также основным техническим барьером. Кроме того, кремниевые пластины не являются универсальным продуктом и не подлежат копированию. Спецификации больших кремниевых пластин на разных предприятиях по литью пластин совершенно разные, и различное использование различных конечных продуктов также приведет к совершенно различным требованиям к кремниевым пластинам. Это требует от производителей кремниевых пластин разрабатывать и производить различные кремниевые пластины в соответствии с различными продуктами конечного потребителя, что еще больше усложняет поставку кремниевых пластин.
▲Прогноз прибыли бизнес-сегментов компании
Сертификационные барьеры:Производители чипов предъявляют строгие требования к качеству различного сырья и очень осторожно подходят к выбору поставщиков. Существуют высокие барьеры для входа в список поставщиков производителей чипов. Обычно производители чипов требуют от поставщиков кремниевых пластин предоставить некоторое количество кремниевых пластин для пробного производства, и большинство из них используются для тестовых пластин, а не для массового производства пластин. После прохождения тестовых пластин будут запущены в опытное производство небольшие партии пластин массового производства. После прохождения внутренней сертификации производитель чипов отправит продукцию последующим клиентам. После получения сертификата клиента поставщик кремниевых пластин будет окончательно сертифицирован и будет подписан договор купли-продажи. Чтобы продукция компаний, производящих полупроводниковые кремниевые пластины, попала в цепочку поставок производителей чипов, требуется много времени. Цикл сертификации новых поставщиков занимает не менее 12-18 месяцев.
Кроме того, сертификационные барьеры при переходе от тестовых пластин к пластинам массового производства: в настоящее время большинство 12-дюймовых пластин в Китае остаются в поставках тестовых пластин, но процедуры сертификации тестовых пластин полностью отличаются от процедур сертификации для тестовых пластин. пластины массового производства, а стандарты сертификации кремниевых пластин массового производства более строгие. Поскольку тестовые кремниевые пластины не производят чипы, их необходимо сертифицировать только на самом литейном заводе, и их необходимо сертифицировать только на текущем производстве. Однако кремниевые пластины массового производства должны быть сертифицированы заказчиками, не имеющими собственных производственных мощностей, и контролироваться на всех этапах всего производственного процесса, прежде чем их можно будет поставлять партиями. Вообще говоря, для поддержания стабильности подачи кремниевых пластин и выхода чипов. Как только производитель кремниевых пластин и поставщик кремниевых пластин наладят отношения поставок, им будет нелегко менять поставщиков, и обе стороны создадут механизм обратной связи для удовлетворения индивидуальных потребностей, и напряженность между поставщиками кремниевых пластин и клиентами будет продолжать расти. Если новый производитель кремниевых пластин присоединяется к рядам поставщиков, он должен обеспечить более тесное сотрудничество и более высокое качество кремниевых пластин, чем первоначальный поставщик. Таким образом, в индустрии кремниевых пластин напряженность между поставщиками кремниевых пластин и производителями пластин относительно велика, и новым поставщикам трудно преодолеть эту напряженность.
Оборудование барьеров:Основным оборудованием для производства кремниевых пластин является монокристаллическая печь, которую можно назвать «фотолитографической машиной» для кремниевых пластин. Монокристаллические печи ведущих мировых производителей кремниевых пластин производятся самостоятельно. Например, монокристаллические печи Shin-Etsu и SUMCO разрабатываются и производятся компанией самостоятельно или проектируются и производятся через дочерние предприятия холдинга, и другие производители кремниевых пластин не могут их приобрести. Другие крупные производители кремниевых пластин имеют своих собственных независимых поставщиков монокристаллических печей и подписывают строгие соглашения о конфиденциальности, что делает невозможными закупки для внешних производителей кремниевых пластин, или они могут приобретать только обычные монокристаллические печи, но не могут поставлять монокристаллические печи с высокими техническими характеристиками. . Таким образом, аппаратные барьеры также являются причиной того, что отечественные производители не могут войти в число основных поставщиков мировых кремниевых пластин.
Капитальные барьеры:Процесс производства полупроводниковых кремниевых пластин сложен, требует приобретения современного и дорогостоящего производственного оборудования, а также требует постоянной модификации и отладки в соответствии с различными потребностями клиентов. Из-за высоких постоянных затрат, таких как износ оборудования, изменения в спросе на переработку оказывают большее влияние на загрузку мощностей компаний по производству кремниевых пластин и, следовательно, на прибыль компаний-производителей кремниевых пластин. В частности, компании, которые только что вошли в индустрию кремниевых пластин, почти оказались в убыточном состоянии, прежде чем достигли масштабных поставок, и имеют высокие требования к капитальным барьерам. Кроме того, из-за длительного цикла сертификации заводов по производству кремниевых пластин производителям кремниевых пластин необходимо продолжать инвестировать в этот период, что также требует больших средств.
3. По-прежнему будет королем полупроводниковых материалов. В настоящее время на рынке полупроводниковых пластин доминируют кремниевые материалы. Кремниевые материалы занимают около 95% всего рынка полупроводников. Другими материалами являются в основном составные полупроводниковые материалы, в основном пластины полупроводникового материала GaAs второго поколения и пластины полупроводникового материала третьего поколения SiC и GaN. Среди них кремниевые пластины представляют собой в основном логические микросхемы, микросхемы памяти и т. д. и являются наиболее широко используемыми полупроводниковыми пластинчатыми материалами. Пластины GaAs представляют собой в основном радиочастотные чипы, а основные сценарии применения — низкое напряжение и высокая частота; Полупроводниковые материалы третьего поколения представляют собой в основном мощные и высокочастотные чипы, а основными сценариями применения являются высокая частота и высокая мощность.
▲Соотношение материалов пластины
▲Область применения пластин из разных материалов
Сложные полупроводники и кремниевые материалы находятся не в конкурентных, а в взаимодополняющих отношениях; Законы развития полупроводниковых материалов (особенно пластин, подложек и эпитаксиальных пластинчатых материалов) включают три пути, а именно размер, скорость и мощность, и эти три пути соответствуют полупроводниковым материалам первого, второго и третьего поколений.
▲Сравнение характеристик материалов первого/второго/третьего поколения
Полупроводниковые материалы первого поколения:Крупногабаритный маршрут: полупроводниковые материалы первого поколения относятся к кремниевым материалам. Кремниевые материалы являются самыми ранними разработанными пластинчатыми материалами, а также материалами с наиболее отработанной технологией, самой низкой стоимостью и наиболее полной производственной цепочкой на данном этапе. В то же время по мере увеличения размера кремниевых пластин стоимость одного чипа снижается. Основными областями применения являются логические микросхемы и низковольтные поля малой мощности. Размер кремниевых пластин варьируется от 2 дюймов, 4 дюймов, 6 дюймов, 8 дюймов до сегодняшней основной технологии 12-дюймовых пластин. Типичные компании по производству кремниевых пластин включают японские Shin-Etsu Chemical, Sumco и т. д. В настоящее время основные международные фабрики по производству пластин используют кремниевые материалы в качестве основного производственного материала.
▲Сравнение пластин разных размеров
Полупроводниковые материалы второго поколения:скоростной маршрут. Поскольку чип должен выдерживать высокочастотное переключение в радиочастотной цепи, была изобретена полупроводниковая пластина второго поколения. Основная область применения — радиочастотная схема, а типичная область терминала — радиочастотный чип мобильных терминалов, таких как мобильные телефоны. Полупроводники второго поколения в основном представлены GaAs (арсенид галлия) и InP (фосфид индия), среди которых GaAs сегодня является широко используемым материалом для радиочастотных чипов мобильных терминалов. Типичные литейные компании включают Тайвань Win Semiconductors, Macronix, Skyworks, Qorvo и т. д., которые занимаются разработкой радиочастотных чипов. В настоящее время широко распространены 4-дюймовые и 6-дюймовые пластины.
Полупроводниковые материалы третьего поколения:маршрут повышенной мощности: практически в одной отправной точке, с наибольшим количеством возможностей. Третий путь — увеличение мощности, что будет способствовать его широкому применению в области мощных цепей. Основными материалами являются SiC и GaN. Основными терминалами являются промышленная, автомобильная и другие отрасли. Компания Power разработала чипы IGBT на кремниевых материалах, а материалы SiC (карбид кремния) и GaN (нитрид галлия) имеют более высокие характеристики, чем IGBT. В настоящее время пластины SiC в основном имеют размер 4- дюймов и 6- дюймов, а материалы GaN — в основном 6- дюймов и 8- дюймов. Крупнейшие литейные заводы мира включают Cree и Wolfspeed в США и X-Fab в Германии. Однако в этой области развитие международных гигантов также происходит относительно медленно. Отечественные компании, такие как Sanan Optoelectronics, хотя и существует определенный разрыв в технологическом уровне, но находятся на начальном этапе развития всей отрасли и, скорее всего, сломают иностранную монополию и займут место на международной карте энергетического литейного производства.
Композиционные материалы требуют кремниевых подложек:Хотя в настоящее время существует большое количество пластин-чипов SiC и GaN, таких как зарядные устройства GaN, выпущенные Xiaomi, OPPO и Realme, а модель 3, выпущенная Tesla, использует SiC MOSFET вместо IGBT. Однако, что касается пластин, большинство потребительских составных полупроводниковых чипов в настоящее время используют кремниевые пластины в качестве подложек, а затем изготавливают составные эпитаксиальные пластины, а затем изготавливают чипы на эпитаксиальных пластинах.
Стоимость составных полупроводниковых пластин относительно высока:В настоящее время из-за незавершенности производственной цепочки составных полупроводников производственные мощности составных полупроводников низкие, а цена составных полупроводниковых пластин относительно высока. Это приводит к низкому принятию конечными пользователями, и основным решением для бытовой электроники по-прежнему остается «кремниевая подложка + составная эпитаксиальная пластина». В автомобильной отрасли кремниевые IGBT по-прежнему остаются основным решением. Чипы IGBT на основе кремния имеют низкую стоимость и широкий диапазон дополнительных напряжений. Цена устройств SiC MOSFET в 6–10 раз выше, чем у кремниевых IGBT. Сравнивая рабочие параметры SiC-MOSFET и Si-IGBT при технических параметрах Infineon 650 В/20 А, SiC-MOSFET по-прежнему превосходит Si-IGBT с точки зрения рабочих параметров, но с точки зрения цены SiC-MOSFET в 7 раз превосходит Si-IGBT. Более того, по мере уменьшения сопротивления SiC-устройств в открытом состоянии цена SiC-MOSFET растет в геометрической прогрессии. Например, при сопротивлении открытого состояния 45 миллиом цена SiC-MOSFET составляет всего 57,6 доллара, при сопротивлении открытого состояния 11 миллиом цена составляет 159,11 доллара, а при сопротивлении открытого состояния 6 миллиом цена достигла 310,98 долларов США.
▲Сравнение Infineon SiC-MOSFET и Si-IGBT
▲Цена Infineon SiC-MOSFET и соотношение сопротивления открытого состояния
4. Внутренние усилия создали огромный рыночный потенциал.
1. Рынок кремниевых пластин вступает в цикл роста.
Доля полупроводниковых материалов для производства увеличивается с каждым годом. Полупроводниковые материалы можно разделить на упаковочные и технологические материалы (включая кремниевые пластины, различные химические вещества и т. д.). В долгосрочной перспективе материалы для производства полупроводников и упаковочные материалы находятся в одной и той же тенденции. Однако с 2011 года, благодаря постоянному развитию передовых процессов, потребление материалов для производства полупроводников постепенно увеличивалось, а разрыв между производственными материалами и упаковочными материалами постепенно увеличивался. В 2018 году продажи производственных материалов составили 32,2 миллиарда долларов США, а продажи упаковочных материалов — 19,7 миллиардов долларов США, а производственных материалов примерно в 1,6 раза больше, чем упаковочных материалов. Среди полупроводниковых материалов около 62% составляют технологические материалы, а 38% — упаковочные материалы.
▲Доля потребления полупроводниковых материалов в 2018 г.
▲Соотношение затрат на материалы для производства полупроводников
Кремниевые пластины являются крупнейшим расходным материалом в производстве полупроводников; среди производственных материалов наибольшую долю, достигающую 37%, занимают кремниевые пластины, как сырье полупроводников. С 2017 года, после поражения Ли Седоля от «АльфаГо», новые звездные технологии во главе с искусственным интеллектом стали основными технологиями, движущими развитие мировых полупроводников. В частности, в 2018 году глобальный спрос на память резко вырос в сочетании с распространением технологии блокчейн, а спрос на кремниевые пластины достиг рекордного уровня. Увеличение мировых поставок полупроводников также привело к быстрому увеличению поставок кремниевых пластин. Что касается поставок, то в 2018 году глобальная площадь поставок кремниевых пластин впервые превысила 10 миллиардов квадратных дюймов, достигнув 12,7 миллиардов квадратных дюймов. В 2019 году из-за торговых разногласий в первом полугодии площадь отгрузки сократилась до 11,8 млрд квадратных дюймов. С точки зрения рыночного оборота, объем продаж на мировом рынке в 2018 году составил 11,4 миллиарда долларов США, а в 2019 году он достиг 11,2 миллиарда долларов США.
▲2009-2019 Глобальная зона поставок кремниевых пластин
▲2009-2019 Мировые продажи кремниевых пластин
С точки зрения сегментации пластин, из-за высокой стоимости полупроводниковых материалов второго и третьего поколения, а также того факта, что большинство сложных полупроводников основаны на кремниевых пластинах, кремниевые пластины составляют 95% мировых пластинчатых подложек. С точки зрения конкретных размеров пластин, 12-дюймовые пластины являются основным типом кремниевых пластин в мире. В 2018 году на 12-дюймовые пластины приходилось 64 % мировых поставок кремниевых пластин, а на 8-дюймовые пластины — 26 %.
▲Соотношение поставок кремниевых пластин по размеру
С точки зрения терминальных приложений, глобальное потребление 12-дюймовых пластин в основном приходится на микросхемы памяти, при этом на долю памяти Nand Flash и DRAM в общей сложности приходится около 75 %, из которых Nand Flash потребляет около 33 % пластин, а Nand Flash Flash занимает 35% вторичного рынка смартфонов. Видно, что увеличение поставок смартфонов и их емкости является основным фактором, стимулирующим поставки 12-дюймовых пластин. Среди 12-дюймовых пластин логические чипы составляют около 25 %, DRAM — около 22,2 %, а другие чипы, такие как CIS, — около 20 %.
2. Рынок полупроводниковых кремниевых пластин Китая имеет огромное пространство.
Рынок полупроводниковых материалов Китая стабильно растет. В 2018 году мировые продажи полупроводниковых материалов достигли 51,94 млрд долларов США, увеличившись на 10,7% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. Среди них объем продаж Китая составил 8,44 миллиарда долларов США. В отличие от мирового рынка, продажи полупроводниковых материалов в Китае растут с 2010 года и росли более чем на 10% в течение трех лет подряд с 2016 по 2018 год. На мировой рынок полупроводниковых материалов сильно влияют циклические факторы, особенно на Тайване. , Китай и Южная Корея, где колебания велики. Рынки Северной Америки и Европы находятся практически в состоянии нулевого роста. Полупроводниковые материалы Японии долгое время находились в состоянии отрицательного роста. В глобальном масштабе только рынок полупроводниковых материалов в материковом Китае находится в окне долгосрочного роста. Китайский рынок полупроводниковых материалов резко контрастирует с мировым рынком.
▲Мировые продажи и темпы роста полупроводниковых материалов (в миллиардах долларов США)
▲Годовой объем продаж полупроводниковых материалов по странам и регионам (Единица измерения: миллиарды долларов США)
Глобальные полупроводниковые материалы постепенно перемещаются на материковый рынок Китая. Судя по доле продаж в различных странах и регионах, на долю трех крупнейших стран или регионов в 2018 году приходилось 55%, и эффект региональной концентрации очевиден. Среди них на Тайвань (Китай) приходится около 23% мировых мощностей по производству пластин, что делает его регионом с крупнейшими производственными мощностями в мире. Ее продажи полупроводниковых материалов составляют 11,4 миллиарда долларов США, что составляет 22% мирового объема, занимая первое место, и уже девять лет подряд она является крупнейшим в мире регионом потребления полупроводниковых материалов. На Южную Корею приходится около 20% мировых мощностей по производству пластин, при этом объем продаж полупроводниковых материалов составляет 8,72 миллиарда долларов США, что составляет 17%, занимая второе место. На материковый Китай приходится около 13% мировых производственных мощностей, при этом объем продаж полупроводниковых материалов составляет 8,44 миллиарда долларов США, что составляет около 16% мировых производственных мощностей, занимая третье место. Однако в долгосрочной перспективе доля рынка полупроводниковых материалов в материковом Китае увеличивается с каждым годом: с 7,5% в 2007 году до 16,2% в 2018 году. Глобальные полупроводниковые материалы постепенно смещаются на рынок материкового Китая.
▲ Доля продаж по странам и регионам в 2018 г.
▲ Продажи и доля полупроводниковых материалов в материковом Китае (в миллиардах долларов США)
Мировые мощности по производству пластин ознаменуют взрывной рост. Завод по производству 12-дюймовых пластин, который представляет собой самую передовую технологию в современных производствах по производству пластин, находился на пике строительства в период с 2017 по 2019 год, при этом ежегодно по всему миру добавлялось в среднем 8 12-дюймовых заводов по производству пластин. Предполагается, что к 2023 году в мире будет 138 12-фабрик по производству дюймовых пластин. По данным статистики IC Insight, из-за неопределенности китайско-американской торговой войны в первой половине 2019 года крупнейшие вафельные фабрики по всему миру отложили планы по увеличению мощностей, но не отменили их. Благодаря восстановлению китайско-американской торговли во второй половине 2019 года и появлению рынка 5G глобальные мощности по производству пластин в 2019 году по-прежнему увеличились на 7,2 миллиона штук. Однако с приходом волны замены рынка 5G глобальные мощности по производству пластин вступят в пиковый период роста с 2020 по 2022 год, с трехлетним увеличением на 17,9 миллионов штук, 20,8 миллионов штук и 14,4 миллионов штук соответственно, и установит рекордный уровень в 2021 году. Эти мощности по пластинам будут располагаться в Южной Корее (Samsung, Hynix), Тайване (TSMC) и материковом Китае (Yangtze River Storage, Changxin Storage, SMIC, Huahong Semiconductor и т. д.). На материковый Китай придется 50% прироста мощностей.
▲Количество 12-фабрик по производству дюймовых пластин по всему миру, 2002-2023
▲ Увеличение глобальной производственной мощности (единица измерения: миллион штук в год, 8--дюймовый эквивалент пластины)
Строительство заводов по производству пластин в материковом Китае откроет период быстрого роста. С 2016 года материковый Китай начал активно инвестировать в строительство вафельных заводов, началась волна строительства заводов. По прогнозу SEMI, в период с 2017 по 2020 год в мире будет построено и запущено в производство 62 вафельных завода, из них 26 будут в Китае, что составит 42% от общего количества. Количество строек в 2018 году составило 13, что составляет 50% от расширения. Результат расширения обязательно приведет к увеличению капитальных затрат и затрат на оборудование для предприятий по производству пластин. По данным SEMI, к 2020 году установленная мощность фабрик по производству пластин в материковом Китае достигнет 4 миллионов 8--дюймовых пластин в эквиваленте в месяц по сравнению с 2,3 миллионами в 2015 году, при этом совокупный годовой темп роста составит 12 %, что составляет намного выше, чем в других регионах. В то же время Национальный большой фонд также вложил значительные средства в промышленность по производству полупроводников. На первом этапе инвестиций Большого фонда доля обрабатывающей промышленности составляла целых 67%, что намного выше, чем индустрия дизайна, а также индустрия упаковки и тестирования.
▲2010-2020 Инвестиции в китайский завод по производству полупроводниковых пластин (единица измерения: 100 миллионов долларов США)
▲Инвестиционный коэффициент первой фазы Большого национального фонда
По состоянию на конец 2019 года в Китае все еще строятся или планируются 9 8-фабрики по производству дюймовых пластин и 10 12-фабрики по производству пластин. Кроме того, поскольку большинство китайских заводов по производству 12-дюймовых пластин в настоящее время находятся в пробном или мелкосерийном производстве, они находятся на нижней границе своих производственных мощностей. После получения подтверждения продукта от клиентов и проверки рынка производственные мощности вступят в фазу наращивания, и возникнет огромный спрос на сырье.
▲Новые заводы по производству пластин в Китае
Популярность 5G привела к увеличению содержания кремния в терминалах: от эпохи смартфонов, начиная с iPhone 3, до мобильных телефонов 4G, представленных iPhone 5, и, наконец, к нынешней эпохе мобильных телефонов 5G. Содержание кремния в мобильных телефонах продолжает расти. Согласно анализу стоимости материалов мобильных телефонов, проведенному такими организациями, как Tech Insights и iFixit, стоимость единицы основных микросхем мобильных телефонов, таких как процессоры мобильных телефонов (AP), чипы обработки основной полосы частот (BP), память (Nand flash , DRAM), модули камер (CIS), радиочастотные чипы (RF), микросхемы управления питанием (PMIC), чипы Bluetooth/Wi-Fi и т. д., показали постепенный рост, а доля общей стоимости устройства увеличилась. Год за годом. Хотя на этапе iPhone X доля чипов уменьшалась из-за изменений в экране, с последующей постоянной оптимизацией доля стоимости чипов также увеличивалась год от года. К эпохе iPhone 11 pro max, пику мобильных телефонов 4G, доля основных чипов достигла 55%, а стоимость одного устройства составляет около 272 долларов США. В ходе эволюции от iPhone 3 к iPhone 11 Pro Max камера мобильного телефона изменилась с одиночной съемки на 3 снимка, объем встроенной памяти увеличился с 8 ГБ до 512 ГБ, доля содержания кремния на единицу увеличилась с 37% до 55% , а стоимость за единицу увеличилась с 68 долларов США до 272 долларов США.
2020 год станет первым годом массового производства мобильных телефонов 5G. Согласно анализу разборки выпущенных мобильных телефонов Samsung S20 и Xiaomi 10, стоимость и доля основных чипов на единицу еще больше увеличились по сравнению с мобильными телефонами 4G. У Samsung основные чипы составляют 63,4% от общей стоимости материалов, а стоимость одной единицы достигла 335 долларов США, что на 23% выше, чем у iPhone 11 Pro Max. У Xiaomi доля основных чипов еще выше, достигая 68,3%, а стоимость единицы основных чипов также достигла 300 долларов США. Согласно результатам разборки Samsung S20 и Xiaomi 10, предполагается, что основные чипы в первых мобильных телефонах 5G будут составлять около 65–70 %, а стоимость одного устройства составит около долларов США{{18} }.
▲Разбивка стоимости основных смартфонов
▲ Соотношение стоимости основных чипов в разных мобильных телефонах
Строительство вафельных заводов увеличивает спрос на кремниевые пластины: расширение мощностей вафельных производств неизбежно приведет к увеличению спроса на кремниевые пластины. В настоящее время Китай вложил значительные средства в фабрики по производству пластин, сформировав индустрию памяти, в которой доминируют Yangtze Memory Technologies и Hefei Changxin, индустрию логических чипов, в которой доминирует SMIC, специализированную производственную линию, в которой доминируют Huahong Semiconductor и Jetta Semiconductor, а также завод по производству силовых устройств. доминируют China Resources Microelectronics и Silan Microelectronics. В настоящее время темпы роста продаж кремниевых пластин в материковом Китае в 2017/2018 году превышают 40%. Воспользовавшись тенденцией крупных инвестиций и внутреннего замещения, перерабатывающие заводы по производству пластин полностью расширили свои производственные мощности, что привело к увеличению спроса на исходные кремниевые пластины. По прогнозу SUMCO, в 2020 году спрос на 8-дюймовые кремниевые пластины в материковом Китае составит около 970,000 штук, а 12-дюймовые пластины достигнут 1,05 миллиона штук.
▲Продажи и темпы роста продаж кремниевых пластин в материковом Китае (единица измерения: миллиарды долларов США)
▲Изменения спроса на кремниевые пластины в материковом Китае (единица измерения: 10,000 штук в месяц)
Цикл повышения цен + усовершенствованный процесс способствует повышению «цены»: согласно историческим расчетам цен на кремниевые пластины, в настоящее время они находятся в начале нового раунда цикла повышения цен. С 2009 по 2011 год смартфоны быстро стали популярными, содержание кремния в мобильных телефонах увеличилось, а цена кремния на единицу площади продолжала расти, достигнув в 2011 году 1,09 доллара за квадратный дюйм. Позже В связи с увеличением запасов кремниевых пластин и снижением продаж смартфонов цена кремниевых пластин на единицу площади продолжала падать и достигла самой низкой отметки в 2016 году — 0,67 доллара за квадратный дюйм. В 2016 году компания Google AlphaGo победила Ли Седоля, позволив искусственному интеллекту выйти на сцену истории. Мировой спрос на кремниевые пластины увеличился, вступив в новый виток цикла повышения цен. С выпуском мобильных телефонов 5G в 2019 году цена кремниевых пластин за единицу площади достигла $0,94. В связи с крупномасштабным выпуском мобильных телефонов 5G в 2020 году, который приведет к глобальному спросу на кремниевые пластины, ожидается, что в будущем будет 2-3 лет роста цен.
Передовые процессы повышают цены; Полупроводниковые кремниевые пластины являются основным материалом для производства чипов, и любые колебания качества будут иметь серьезное влияние на чипы. С постоянным развитием передовых процессов требования к примесям для полупроводниковых кремниевых пластин становятся все выше и выше. Более высокие требования делают процесс производства кремниевых пластин все более сложным, поэтому цена становится все выше и выше. Например, цена одной и той же 12-дюймовой кремниевой пластины цена 7-нм кремниевой пластины в 4,5 раза выше цены 90-нм кремниевой пластины. В настоящее время фабрики по производству пластин в материковом Китае в основном производятся из 12-дюймовых пластин, а цена кремниевых пластин намного выше, чем цена 8-дюймовых пластин. В то же время производители логических чипов, представленные SMIC и Huahong Semiconductor, постепенно перевели процесс с 28 нм на 16/14 нм, что привело к увеличению общей стоимости кремниевых пластин.
С тех пор как 12-дюймовая производственная линия была впервые открыта в мире в 2000 году, рыночный спрос значительно увеличился. В 2008 году объём отгрузки впервые превысил 8-дюймовые кремниевые пластины, а в 2009 году превысил сумму отгрузок кремниевых пластин других размеров. С 2016 по 2018 год из-за бурного развития развивающихся рынков, таких как искусственный интеллект, облачные вычисления и блокчейн, совокупный годовой темп роста 12-дюймовых кремниевых пластин составил 8%. В будущем доля рынка 12-дюймовых кремниевых пластин будет продолжать расти. По данным SUMCO, в ближайшие 3-5 годы по-прежнему будет существовать разрыв в мировом спросе и предложении 12-дюймовых кремниевых пластин, и этот разрыв будет становиться все больше и больше по мере процветания полупроводниковой промышленности. цикл увеличивается. К 2022 году разрыв составит 1000 тыс. в месяц. Огромный дефицит кремниевых пластин в Китае, являющемся развивающейся базой по производству полупроводников в мире, будет способствовать скорости локализации кремниевых пластин.
Согласно статистике SUMCO, объем продаж кремниевых пластин в материковом Китае в 2018 году составил около 930 миллионов долларов США, что на 45% больше, чем в прошлом году, что делает его самым быстрорастущим рынком кремниевых пластин в мире. Использование планов расширения крупных заводов по производству пластин, таких как Yangtze Memory, SMIC и Changxin Storage в 2020-2022. Предполагается, что к концу 2022 года спрос на эквивалентные 12--дюймовые кремниевые пластины в материковом Китае достигнет 2,01 миллиона в месяц, а рыночная площадь составит 20 миллиардов юаней.
В Sibranch считают, что, поскольку моя страна является получателем третьей передачи полупроводниковой промышленности, доля продаж полупроводников на мировом рынке продолжает расти. Кроме того, моя страна является крупнейшим в мире производителем, экспортером и потребителем бытовой электроники и имеет большой спрос на полупроводниковую продукцию. Поэтому уровень локализации будет иметь большое влияние на промышленную безопасность. Моя страна, являющаяся крупнейшим и самым базовым производителем материалов для производства пластин, имеет недостатки в области кремниевых пластин, и это более заметно в больших кремниевых пластинах. Однако при поддержке национальной политики и фондов многие китайские компании запланировали производственные линии и выложили большие полупроводниковые кремниевые пластины.
