2020我國光伏半導體硅片材料行業市場發展現狀趨勢產業研究報告（45頁）.docx

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1、2020 年深度行業分析研究報告正文目錄1. 硅片：半導體大廈的基石61.1. 硅片：半導體大廈的基石61.2. 光伏硅片 vs 半導體硅片71.3. 半導體硅片技術發展路徑81.3.1. 常用半導體硅片81.3.2. 絕緣體上硅硅片102. 硅片：制造難度大且壁壘高132.1. 硅片制造技術過程132.1.1. CZ（直拉法）132.1.2. FZ（區熔法）142.2. 硅片制造成本分析152.2.1. 新能源硅片制造成本152.2.2. 半導體硅片制造成本162.3. 硅片制造主要壁壘173. 硅材：仍將是未來主流材料193.1. 目前：硅是主要半導體材料193.2. 未來：化合物無法代替

2、硅材204. Fab 為王，硅片市場潛力巨大224.1. 全球硅片消耗量迎來增長周期224.2. 中國半導體硅片市場空間巨大234.2.1. 半導體制造業轉向中國234.2.2. 產能擴張導致需求增加254.3. 中國大陸硅片市場空間廣闊274.3.1. 硅片市場迎來“量”的增長274.3.2. 硅片市場迎來“價”的增加294.3.3. 未來硅片市場空間廣闊295. 硅片主要廠商，國產代替勢在必行315.1. 國際主流廠商315.1.1. 信越化學315.1.2. 住友勝高325.1.3. Siltronic AG335.1.4. 環球晶圓335.2. 中國主要廠商345.2.1. 硅產業集團

3、355.2.2. 中環半導體385.2.3. 超硅半導體405.2.4. 立昂微電子405.2.5. 有研新材445.2.6. 奕斯偉45圖表目錄圖 1：硅元素和硅片6圖 2：半導體硅片和光伏硅片6圖 3：單晶硅晶胞結構6圖 4：單晶 SiC 晶胞結構6圖 5：單晶硅和多晶硅的晶胞排序7圖 6：單晶硅和多晶硅的外表7圖 7：單晶硅電池片正反面7圖 8：多晶硅電池片正反面7圖 9：半導體硅片制造過程8圖 10：不同尺寸晶圓的參數8圖 11：硅片大小的發展8圖 12：外延硅片生長過程9圖 13：外延片的不同參雜9圖 14：普通硅片 MOS 結構10圖 15：SOI 硅片 MOS 結構10圖 16：

4、四種制造 SOI 硅片技術10圖 17：離子注入方式形成絕緣體上硅11圖 18：wafer bonding 方式形成絕緣體上硅11圖 19：sim-bond 方式形成絕緣體上硅12圖 20：Smart-cut 方式形成絕緣體上硅12圖 21：CZ（直拉法）半導體硅片制造過程13圖 22：CZ 法拉單晶示意圖13圖 23：CZ 法拉單晶的方法14圖 24：拉單晶之后的硅棒14圖 25：FZ 法拉單晶空間結構14圖 26：FZ 拉單晶示意圖14圖 27：CZ 法拉單晶成本結構15圖 28：CZ 法拉單晶過程成本結構15圖 29：多晶硅片成本結構15圖 30：多晶硅長晶成本結構15圖 31：2018

5、 年硅產業營業成本構成16圖 32：2018 年硅產業原材料構成16圖 33：2018 年硅產業制造費用占比16圖 34：2018 年硅產業集團部分成本構成（單位：萬元）16圖 35：硅片制造產業的主要壁壘17圖 36：晶圓材料占比19圖 37：不同材料晶圓的適用范圍19圖 38：不同晶圓尺寸對比20圖 39：全球代工廠市占率20圖 40：同功率充電器體積對比（最左側為 GaN 充電器）20圖 41：硅襯底 GaN 外延片簡單結構20圖 42：英飛凌 SiC-MOSFET 與 Si-IGBT 對比21圖 43：英飛凌 SiC-MOSFET 價格和導通電阻的關系21圖 44：2018 年半導體材

6、料消耗占比22圖 45：半導體制造材料成本占比22圖 46：2009-2019 全球硅晶圓出貨面積22圖 47：2009-2019 全球硅晶圓營業額22圖 48：硅晶圓不同尺寸出貨占比23圖 49：12 寸晶圓下游應用23圖 50：智能手機各部分硅晶圓出貨占比23圖 51：全球半導體材料銷售額及增速（單位：十億美元）24圖 52：各個國家和地區歷年半導體材料銷售額（單位：十億美元）24圖 53：2018 年各個國家和地區的銷售占比24圖 54：半導體材料銷售額和中國大陸占比(單位:十億美元)24圖 55：2002-2023 年全球 12 寸晶圓廠數量25圖 56：全球產能增加量 (單位:百萬片

7、/年，8 寸等效晶圓)25圖 57：2010-2020 中國半導體晶圓廠投資額（單位：億美元）25圖 58：國家大基金一期投資比例25圖 59：主流智能手機 BOM 成本拆解27圖 60：不同手機的主要芯片成本比例28圖 61：中國大陸硅片銷售額和增速（單位：億美元）28圖 62：中國大陸硅片需求變化（單位：萬片/月）28圖 63：全球半導體硅片價格（單位：美元/平方英寸）29圖 64：不同制程工藝硅片的價格指數29圖 65：中國大陸不同尺寸硅片占比30圖 66：硅產業集團不同尺寸硅片的價格（單位：元/片）30圖 67：公司營收持續增長31圖 68：公司凈利潤情況31圖 69：2018 年 4

8、-12 月公司主營業務構成32圖 70：公司銷售毛利率與凈利率情況32圖 71：公司營收持續增長32圖 72：公司凈利潤情況32圖 73：公司銷售毛利率及凈利率情況32圖 74：公司營收情況33圖 75：公司毛利率及凈利率情況33圖 76：環球晶圓四次并購歷史33圖 77：公司營收持續增長34圖 78：公司凈利潤情況34圖 79：環球晶圓毛利率及凈利率情況34圖 80：硅產業主要硅片生產子公司36圖 81：公司營收持續增長38圖 82：公司凈利潤情況38圖 83：公司主營業務構成38圖 84：公司銷售毛利率與凈利率情況38圖 85：公司半導體材料營收增長情況39圖 86：公司半導體材料毛利率情

9、況39圖 87：公司營收持續增長39圖 88：公司凈利潤情況39圖 89：公司主營業務構成40圖 90：公司銷售毛利率與凈利率情況40圖 91：硅產業主要硅片生產子公司41圖 92：公司營收持續增長43圖 93：公司凈利潤情況43圖 94：公司主營業務構成44圖 95：公司銷售毛利率與凈利率情況44圖 96：公司營收持續增長44圖 97：公司凈利潤情況44表 1：SOI 硅片不同制造技術的性能對比11表 2：公司細分業務盈利預測17表 3：第一/二/三代材料性能對比19表 4：中國地區新增晶圓廠情況26表 5：2018 年全球硅片廠商銷售額31表 6：國內部分硅片制造商的產能情況35表 7：硅

10、產業子公司情況36表 8：硅產業實際的產量、銷售情況37表 9：200mm 及以下半導體硅片（含 SOI 硅片）客戶認證情況37表 10：300mm 半導體硅片客戶認證情況37表 11：2019 年中環股份半導體硅片銷售情況39表 12：上海超硅硅片投產情況40表 13：立昂微電硅片產能、產量、銷量情況41表 14：立昂微電平均銷售價格變化42表 15：2018 年立昂微電半導體硅片前五名客戶具體情況42表 16：有研新材硅片產能情況441. 硅片：半導體大廈的基石1.1. 硅片：半導體大廈的基石硅片是以硅作為原材料，通過拉單晶制作成硅棒，然后切割而成的硅片。由于硅原子的最外層電子數是 4，原

11、子 序數適中，所以硅元素具有特殊的化學特性。正是因為硅的這種特性，硅片主要應用在化學，光伏，電子等領域。特 別是在電子領域，正是利用硅材料介于導體與絕緣體中間的元素屬性，制造了現代工業的“石油”-芯片。在光伏領域， 利用光電效應原理，光子可以改變硅原子之間的共價鍵，從而衍生了太陽能發電的應用。另外地球的地殼中硅元素占 比達到 25.8%，而且開采較為方便，可回收性強，所以價格比其他材料要低，這樣的特點更加增強了硅的應用范圍。圖 1：硅元素和硅片圖 2：半導體硅片和光伏硅片資料來源：研究所資料來源：研究所通過晶胞的排列方式不同，可以分為單晶硅和多晶硅。晶胞是自然界構成晶體的最基本單元，一般是由幾

12、個原子 或幾十個原子構成的三維結構。晶胞的形狀、大小與空間格子的平行六面體單位相同，保留了整個晶格的所有特征。圖 3：單晶硅晶胞結構圖 4：單晶 SiC 晶胞結構資料來源：材料科學基礎、研究所資料來源：研究所單晶硅的晶胞排序方式是有序，有規律的排序。但是多晶硅的晶胞排序是無序，無規律的。在制造方法方面，多 晶硅是通過澆筑法形成的，直接把硅料倒入坩堝中融化，然后再冷卻定性，這種制作方法形成的晶胞是無序的。單晶 硅是通過拉單晶的方式形成晶棒（直拉法），將硅料倒入坩堝中融化，然后利用籽晶緩慢旋轉上拉（拉單晶）。拉單晶 的過程就是將原子結構重組的過程，最終形成單晶硅棒。在物理性質方面，兩種硅的特性相差

13、較大。在導電性質上， 單晶硅由于晶胞排序規則有序，導電能力較強；多晶硅導電性很差，甚至有時不導電。在光電轉換方面，單晶硅的轉 換效率高于多晶硅的轉換效率，單晶硅光電轉換效率一般在 17%25%左右，多晶硅效率在 15%以下。圖 5：單晶硅和多晶硅的晶胞排序圖 6：單晶硅和多晶硅的外表資料來源：電子發燒友、研究所資料來源：電子發燒友、研究所1.2. 光伏硅片 vs 半導體硅片光伏硅片；由于硅元素具有光電效應，所以在光伏領域，大多使用硅片完成太陽能到電能的轉換。在光伏領域的 硅片，單晶硅電池片一般為圓角方形，顏色為深藍色，略接近黑色。多晶硅電池片一般為方形，以藍色和灰色為主， 且略帶花紋。電池片分

14、為單晶硅片和多晶硅片，單晶硅電池片價格較高，光電轉換效率也比較高。圖 7：單晶硅電池片正反面圖 8：多晶硅電池片正反面資料來源：電子發燒友、研究所資料來源：電子發燒友、研究所由于光伏硅片相對于半導體硅片在純度和翹曲度等等方面要求較低，所以光伏硅片制造過程相對簡單。以單晶硅 電池片為例，第一步是切方磨圓，在晶片廠通過直拉法拉出單晶棒后，先按照晶片尺寸要求，將單晶硅棒切割成方棒， 然后將方棒的四角通過滾磨機磨圓。第二步是酸洗，主要是為了將單晶方棒的表面雜質除去。第三步是切片，先將清 洗完畢后的方棒與工板粘貼。然后將工板放在切片機上，按照已經設定好的工藝參數進行切割，切割完成后成為單晶 硅片。最后將

15、單晶硅片清洗干凈（通常用超聲波清洗），最后進行監測，比如表面光滑度，電阻率等等參數。半導體硅片：半導體硅片比光伏硅片的要求更高，通常表現在晶體，形狀，尺寸大小，純度等等方面。光伏單晶 硅片是分單晶硅和多晶硅兩種類型，其中多晶硅約占 60%。但是半導體用單晶硅片，為了硅片每個位臵的相同電學特 性，全部使用單晶硅。在形狀和尺寸上，光伏用單晶硅片是正方形，邊長有 125mm，150mm，156mm 不同尺寸。但 是半導體用單晶硅片是圓型，硅片直徑有 150mm（6 寸晶圓），200mm（8 寸晶圓）和 300mm（12 寸晶圓）尺寸，比 單晶硅要大。在純度方面，光伏用單晶硅片的純度要求硅含量為 4N

16、-6N 之間（99.99%-99.9999%），但是半導體用單晶硅片在 9N（99.9999999%）-11N(99.999999999%)左右，純度要求最低是光伏單晶硅片的 1000 倍。在外觀方面，半導 體用硅片在表面的平整度，光滑度和潔凈程度要比光伏用硅片的要求高。純度壁壘是光伏用單晶硅片和半導體用單晶 硅片的主要壁壘。圖 9：半導體硅片制造過程資料來源：SUMCO、研究所1.3. 半導體硅片技術發展路徑1.3.1. 常用半導體硅片硅片的發展可以歸結為摩爾定律的發展。由于半導體用硅片是圓形，所以半導體硅片也叫“硅晶圓”或者“晶圓”。 晶圓是芯片制造的“基底”，所有的芯片都是在這個“基底”

17、上制造，并在制造完成后，將基底切割成單個芯片，然后 進行封裝測試。在半導體用硅片的發展中，是按照尺寸和結構兩個方向發展。在尺寸方面，硅片的發展路徑是從小到大；在集成電路發展初期，使用的是 0.75 英寸晶圓。后來為了降低單個芯 片成本，不斷增加晶圓面積，增加單片晶圓上的芯片個數。1965 年左右，隨著摩爾定律的提出，集成電路技術和硅片 迎來快速發展期。硅片的制造技術越來越先進，逐漸發展到 4 寸，6 寸，8 寸和 12 寸晶圓。2001 年，英特爾和 IBM 聯合開發了 12 寸晶圓芯片制造生產線，目前全球半導體用硅片以 12 寸硅片為主，占比約為 70%，往后還要發展到 18 寸（450mm

18、）晶圓。圖 10：不同尺寸晶圓的參數圖 11：硅片大小的發展資料來源：半導體技術概論、研究所資料來源：硅產業招股書、研究所在結構方面，硅片的發展路徑是由簡到繁；集成電路發展初期是只有邏輯芯片一種用途，但是后來應用場景不斷擴大，邏輯芯片，功率器件，模擬芯片，數?；旌闲酒?，flash/Dram 存儲芯片，射頻芯片等等。不同的應用場景導致 了硅片在結構上出現了不同的形態。PW（Polish Wafer）：就是常用的拋光片。硅片廠拉單晶得到硅錠之后，直接切割后得到的硅片由于在光滑度或者 翹曲度方面有一些瑕疵，所以首先是經過拋光處理。這種方式也是最原始硅片的處理方式。AW（Anneal Wafer）：后

19、來隨著制程技術的不斷發展，工藝線寬不斷縮小，拋光片的缺點也暴露出來了，比如硅 片表面由于拋光會引起局部的原子晶格缺陷，硅片表面含氧量較高等等。為了解決這個問題，發展了退火晶圓，在拋 光后，將硅片放在充滿惰性氣體的爐管中（一般為氬氣），進行高溫退火。這樣可以修復由于拋光引起的硅片表面晶格 缺陷，同時也可以減少硅表面含氧量。EW（Epitaxy Wafer）：隨著集成電路的應用場景不斷增加，由硅片廠制造的標準硅片在電學特性上已經不能滿足 某些產品的要求。同時，通過熱退火減少的晶格缺陷也不能滿足越來越小的線寬需求。這就衍生出了外延層硅片（Epitaxy wafer 或者叫做 EPI Wafer）。通

20、常的外延層就是硅薄膜。是在原始硅片的基礎上，利用薄膜沉積技術，生長 一層硅薄膜。由于在硅外延中，硅基片是作為籽晶的模式存在，所以新的外延層會復制硅片的晶體結構。由于襯底硅 片是單晶，所以外延層也是單晶。但是由于沒有被拋光，所以生長完成后的硅片表面的晶格缺陷可以降到最低。外延技術的重點包括外延層厚度及其均勻性、電阻率均勻性、體金屬控制、顆?？刂?、層錯、位錯等缺陷控制。 公司通過優化外延的反應溫度、外延氣體的 流速、中心及邊緣的溫度梯度，實現了最優的外延層質量。因產品不同和 技術升 級的需要，公司通過不斷優化外延工藝，實現外延層厚度和襯底幾何形貌的有效 匹配，獲得外延層最優的平 坦度、最低的外延層

21、金屬雜質、最好的厚度和電阻率 均勻性，達到不同規格產品的需求。另外，外延片可以生成電阻率，摻雜元素、摻雜濃度與原始硅片不同的外延層，這樣更容易控制硅片的電學特性。 比如可以通過在 P 型硅片上生成一層 N 型外延層，這樣就形成了一個低濃度參雜的 PN 結，為后續芯片制造中起到優 化擊穿電壓，降低閂鎖效應等等目的。外延層厚度一般根據使用場景不同而不同，一般邏輯芯片的厚度為 0.5 微米到 5微米左右，功率器件由于需要承受高電壓，所以厚度為 50 微米到 100 微米左右。圖 12：外延硅片生長過程圖 13：外延片的不同參雜資料來源：研究所資料來源：研究所1.3.2. 絕緣體上硅硅片SW（SOI

22、Wafer）：SOI 全稱是 Silicon-On-Insulator（絕緣體上硅）。由于 SOI 硅片具有寄生電容小，短溝道效應小， 繼承密度高，速度快，功耗低等有點，特別是在襯底噪聲低這向參數中，由于非 SOI 硅片，所以 SOI 硅片常常用在射 頻前端芯片中。在常用的普通拋光硅片或者是外延層硅片中，都不能解決硅片的噪電流干擾。由于集成電路是四端器件，必須在 襯底上結電壓，所以就構成了芯片與襯底之間的電流通路，就會產生噪電流，從而影響集成電路特性。特別是在射頻 芯片領域中，開關速度較快，襯底產生的噪電流會嚴重影響開關性能。為了解決襯底噪聲問題，發明了 SOI 硅片技術。圖 14：普通硅片

23、MOS 結構圖 15：SOI 硅片 MOS 結構資料來源：研究所資料來源：研究所制造 SOI 硅片的方法主要有四種：SIMOX 技術，Bonding 技術，Sim-bond 技術和 Smart-CutTM 技術；SOI 硅片的 原理比較簡單，核心目標就是在襯底中間加入一層絕緣層（一般以二氧化硅 SiO2 為主）。圖 16：四種制造 SOI 硅片技術資料來源：硅產業集團招股書、研究所從性能參數上來看，Smart-CutTM 技術是現在 SOI 硅片技術中性能最優異的。Simbond 技術性能和 Smart-Cut 技術 性能相差不大，但是在頂層硅厚度方面，Smart-Cut 技術生產的 SOI

24、硅片更薄，而且從生產成本來說，Smart-Cut 技術 可以重復利用硅片，對于未來的大批量生產情況，Smart-Cut 技術更有優勢，所以現在業界公認以 Smart-Cut 技術為未 來 SOI 硅片發展方向。表 1：SOI 硅片不同制造技術的性能對比主要參數BSOI 技術Simbond 技術Smart-CutTM 技術頂層硅厚度1-200um0.0753um(加外延）0.0751.5um絕緣埋層厚度0.34um0.053um0.053um頂層硅位錯密度/1000cm-2100cm-2襯底片厚度300950um/電阻率0.0015000cm/表面顆粒（0.16um）200200200表面金屬玷

25、污水平5E10-23E10-23E10-2邊緣未鍵合區域寬度/5mm5mm頂層硅厚度均勻性0.5um12.5nm12.5nm絕緣埋層厚度均勻性2.5%/表面粗糙度/0.4nm0.4nm資料來源：硅產業招股書、研究所SIMOX 技術：SIMOX 全稱 Separation by Implanted Oxygen（注氧隔離技術）。向晶圓中注入氧原子，然后經過高 溫退火，使氧原子與周圍的硅原子發生反應，生成一層二氧化硅。此項技術的難點是控制氧離子注入的深度與厚度。 對于離子注入技術有較深刻的掌握。Bonding 技術：Bonding 技術又稱鍵合技術，用 bonding 制造的 SOI 硅片又叫 B

26、onded SOI，簡稱 BSOI。Bonding 技術需要兩片普通硅晶圓，在其中一片上生長一層氧化層（SiO2），然后與另外一片硅源鍵合，連接處就是氧化層。 最后再進行研磨和拋光到想要的填埋層（SiO2）深度。由于鍵合技術比離子技術更容易掌握，所以目前 SOI 硅片大都 采用 bonding 技術制作。圖 17：離子注入方式形成絕緣體上硅圖 18：wafer bonding 方式形成絕緣體上硅資料來源：硅產業招股書、Soitec、研究所資料來源：硅產業招股書、Soitec、研究所Sim-bond 技術：注氧鍵合技術。Sim-bond 技術是 SIMOX 與 bond 技術的結合。優點是可以高

27、精度控制埋氧層厚 度。第一步是向一片硅晶圓注入氧離子，然后高溫熱退火形成氧化層，然后在該硅片表面形成一層 SiO2 氧化層。第 二步是將該硅片與另外一片晶圓鍵合。然后進行高溫退火形成完好的鍵合界面。第三步，減薄工藝。利用 CMP 技術 減薄，但是與 bond 技術不同的是，sim-bond 有自停止層，當研磨到 SiO2 層時，會自動停止。然后經過腐蝕去掉 SiO2 層。第四步是拋光。Smart-cut 技術：智能剝離技術。Smart-cut 技術是鍵合技術的一種延伸。第一步是將一片晶圓氧化，在晶圓表面生 成固定厚度的 SiO2。第二步是利用離子注入技術，向晶圓的固定深度注入氫離子。第三步是將

28、另外一片晶圓與氧化晶 圓鍵合。第四步是利用低溫熱退火技術，氫離子形成氣泡，令一部分硅片剝離。然后利用高溫熱退火技術增加鍵合強 度。第五步是將硅表面平坦化。這項技術是國際公認的 SOI 技術發展方向，埋氧層厚度完全由氫離子注入深度決定， 更加準確。而且被剝離出的晶圓可以重復利用，大大降低了成本。圖 19：sim-bond 方式形成絕緣體上硅圖 20：Smart-cut 方式形成絕緣體上硅資料來源：研究所資料來源：研究所2. 硅片：制造難度大且壁壘高2.1. 硅片制造技術過程硅片的原材料是石英，也就是通常說的沙子，可以直接在自然界開采。晶圓制造的過程可以通過幾步來完成。脫 氧提純，提煉多晶硅，單晶

29、硅錠（硅棒），滾磨，晶片切割，晶圓拋光，退火，測試，包裝等等步驟。圖 21：CZ（直拉法）半導體硅片制造過程圖 22：CZ 法拉單晶示意圖資料來源：硅產業招股書、研究所資料來源：環球晶圓、研究所脫氧提純：硅片制造廠的原料是石英礦石，石英礦石的主要原料是二氧化硅（SiO2）。首先將石英礦石進行脫氧 提純，主要工藝有分選，磁選，浮選，高溫脫氣等等。主要將礦石中的主要雜質去除掉，比如鐵、鋁等雜質。提煉多晶硅：在得到相對較純的 SiO2 后，經過化學反應，生成單晶硅。主要反應為 SiO2+CSi+CO，一氧化碳（CO）為氣體，反應完成后直接揮發掉。所以只剩下硅晶體。此時的硅為多晶體硅，并且為粗硅，存在

30、一些雜質比如 鐵，鋁，碳，硼，磷，銅等等元素。為了過濾掉多余雜質，必須將得到的粗硅進行酸洗，常用的酸是鹽酸（HCl），硫 酸（H2SO4）等等，用酸浸泡后的硅含量一般在 99.7%以上。在酸洗的過程中，雖然將鐵，鋁等等元素也溶于酸且過 濾掉。但是硅也和酸反應生成 SiHCl3（三氯氫硅）或 SiCl4（四氯化硅）。但是這兩種物質都是氣態，所以酸洗過后， 原來的鐵、鋁等雜質已經溶于酸，但是硅已經變為氣態。最后將高純的氣態 SiHCl3 或者 SiCl4 用氫氣還原得到高純多 晶硅，SiHCl3+H2Si+3HCl，SICl4+2H2Si+4HCl。此時得到生產用的多晶硅。2.1.1. CZ（直拉

31、法）直拉法（CZ）法硅片主要用在邏輯，存儲器芯片中，市場占比約為 95%；直拉法最早起源于 1918 年 Czochralski 從熔融金屬中拉制細燈絲，所以又叫 CZ 法。這是當今生長單晶硅的主流技術。主要流程是在坩堝中放入多晶硅，加 熱使之熔融，然后夾住一塊單晶硅的籽晶，將它懸浮在坩堝之上，直拉時，一端插入熔體直到融化，然后再緩慢旋轉 并向上提拉。這樣在液體與固體的界面就會經過逐漸冷凝形成單晶。由于整個過程可以看作是復制籽晶的過程，所以 生成的硅晶體是單晶硅。另外，晶圓的摻雜也是在拉單晶的過程中進行的，通常有液相摻雜和氣相摻雜兩種。液相摻 雜就是指在坩堝中參雜 P 型或者 N 型元素，在拉

32、單晶的過程中，可以直接將這些元素拉到硅棒中。圖 13：CZ 法拉單晶的方法圖 24：拉單晶之后的硅棒資料來源：Siltronic、研究所資料來源：上海新昇、研究所直徑滾磨：由于在拉單晶的過程中，對于單晶硅棒的直徑控制較難，所以為了得到標準直徑的硅棒，比如 6 寸，8 寸，12 寸等等。在拉單晶后會將硅錠直徑滾磨，滾磨后的硅棒表面光滑，并且在尺寸誤差上更小。切割倒角：在得到硅錠之后，就進行晶圓切割，將硅錠放臵在固定切割機上，按照已經設定好的切割程式進行切 割。由于硅片的厚度較小，所以切割后的硅片邊緣非常鋒利。倒角的目的就是形成光滑的邊緣。倒角后的硅片有較低 的中心應力，因而使之更牢固，并且在以后

33、的芯片制造中不容易碎片。拋光：拋光的主要目的是將晶圓的表面變得更加平滑，平整無損傷，并且保證每片晶圓的厚度一致性。 測試包裝：在得到拋光好的硅片后，需要對硅片的電學特性進行測試，比如電阻率等等參數。大部分硅片廠都有外延片服務，如果需要外延片，再進行外延片生長。如果不需要外延片就會打包包裝，運往其他外延片廠或者晶圓廠。2.1.2. FZ（區熔法）區熔法（FZ）硅片主要用在部分功率芯片中，市場占比約為 4%；用 FZ（區熔法）制作的硅片主要用作功率器 件。并且硅片尺寸以 8 英寸，6 英寸為主，目前約有 15%的硅片使用區熔法制作。與 CZ 法制作的硅片相比，FZ 方法 最大的特點就是電阻率相對較

34、高，純度更高，能夠耐高壓，但是制作大尺寸晶圓較難，而且機械性質較差，所以常常 用于功率器件硅片，在集成電路中使用較少。區熔法制作單晶硅棒總共分為三步：加熱多晶硅，籽晶接觸，向下旋轉拉單晶。在真空或者惰性氣體環境下的爐 室中，利用電場給多晶硅棒加熱，直到被加熱區域的多晶硅融化，形成熔融區。然后用籽晶接觸熔融區，并融化。最 后通過移動電場加熱位臵，使多晶硅上的熔融區不斷上移，同時籽晶緩慢旋轉并向下拉伸，逐漸形成單晶硅棒。因為 在區熔法中不適用坩堝，所以避免了很多污染源，用區熔法拉的單晶具有純度高的特點。圖 25：FZ 法拉單晶空間結構圖 26：FZ 拉單晶示意圖資料來源：Siltronic、研究所

35、資料來源：Siltronic、研究所2.2. 硅片制造成本分析2.2.1. 新能源硅片制造成本光伏硅片成本大概可以分為硅料成本，長晶成本和切割成本。其中硅料成本是主要的成本消耗部分，約占總成本 的 50%。由于單晶硅和多晶硅對于長晶過程的要求不同，所以在長晶過程是單晶硅片和多晶硅片的主要成本差別。在 切片環節，硅片制造商可以提高硅片的切割出片量來分攤成本。在長晶過程中的設備、電費、特氣以及人工費用等等。單晶硅制造成本：在硅成本和切片方面，單晶硅和多晶硅的差別不是很大。長晶環節是主要的成本差異。從單晶 硅片的成本結構來看，硅料成本約占 50%，拉單晶硅棒的成本約占整個成本的 33%，切割成本約占

36、 17%。在拉單晶過 程中的成本結構中，以坩堝費用和電費為主要成本來源，兩者總共占比約為 45%。剩余成本由石墨熱場和折舊費用為 主。在坩堝成本方面，拉單晶的石英坩堝在經過高溫、冷卻等等步驟之后，會產生裂紋或者破裂，導致無法再次使用。 并且，由于拉單晶對于坩堝的潔凈度要求很高，所以使用過的坩堝無法保證潔凈度，同時單晶硅對于坩堝的品質要求 較高。所以拉單晶的坩堝價格較高，且無法重復使用。在電力成本方面，國內半導體硅片廠商或者光伏硅片廠商都在 內蒙古，云南，貴州等電力成本相對較低的區域建廠，有利于成本降低。單晶硅片的成本降低主要來源于三個方面。 第一，提高單爐產出攤薄坩堝等一次性耗材和設備折舊。第

37、二，電力成本降低。第三，批量采購硅料的價格優勢。圖 27：CZ 法拉單晶成本結構圖 28：CZ 法拉單晶過程成本結構維修, 4.20% 其他, 4.30%切割成本, 17%硅料成本, 50%長晶成本, 33%人工,12.70%坩堝, 23.90%折舊, 14.10%電力, 22.50%石墨熱場,18.30%資料來源：華經情報網、研究所資料來源：華經情報網、研究所多晶硅制造成本：多晶硅的生產制造過程中不需要拉單晶環節，所以長晶環節的成本占比較低。長晶成本只占總 成本的 12%。成本的主要來源是硅料成本，約占總成本的 52%。其次是切割成本，約占總成本的 29%。在多晶硅長晶 成本中，石墨熱場占比

38、最高，達到 28%。其次是坩堝、折舊和電力成本，分別占比為 16.7%、16.7%和 13.9%。由于多晶硅硅片主要用在光伏產品中，而且有逐漸被單晶硅片代替的趨勢，所以多晶硅片的成本下降空間不大。圖 29：多晶硅片成本結構圖 30：多晶硅長晶成本結構其他,7%長晶成本,12%硅料成本, 52%切割成本, 29%維修, 5.60%其他, 11%人工, 8.30%石墨熱場, 27.80%電力, 13.90%坩堝, 16.70%折舊, 16.70%資料來源：華經情報網、研究所資料來源：華經情報網、研究所2.2.2. 半導體硅片制造成本半導體硅片成本構成更復雜：半導體硅片在純度和電學特性方面較新能源硅

39、片有更高要求，所以在制造過程中需 要更多的純化步驟和供應原料，造成制造原料的種類更加多樣化。所以硅料成本占比相對減少，但是制造費用占比會 相對增加。同時，相對于新能源硅片成本，半導體硅片在直接材料是主要營業成本構成：對于半導體硅片來說，原材料成本是主要成本，約占主營業務成本的 47%。其次 是制造費用，約占 38.6%，與半導體制造業類似，硅片行業屬于資本密集型行業，對固定資產投資需求較高，會因機 器設備等固定資產折舊產生較高的制造費用。最后是直接人工費用，占比約為 14.4%。多晶硅是原材料主要成本構成：在硅片制造的原材料成本中，多晶硅是主要原材料，占比約為 30.7%。其次是包 裝材料，占

40、比約為 17.0%。由于半導體硅片對于潔凈度和真空要求較高，特別是對于硅片這種極易氧化的物質，對包 裝的要求會比新能源硅片要求要高很多。因此在成本構成中，包裝材料占比較高。石英坩堝占比約為原材料成本的 8.7%。半導體硅片制造所用的石英坩堝也是一次性坩堝，但是對于坩堝的物理特性，熱學特性等等要求更高。拋光液， 研磨輪，拋光墊總共占比 13.8%，主要用在硅片拋光過程中。圖 31：2018 年硅產業營業成本構成圖 32：2018 年硅產業原材料構成直接人工, 14.39%直接材料, 46.97%制造費用, 38.64%石墨坩堝, 0.90%其他, 20.73%拋光載具, 1.02%摻雜劑, 1.

41、25%切割線, 2.87%切片砂, 3%拋光墊, 3.33%多晶硅, 30.72%包裝材料, 17.04%研磨輪, 3.49%拋光液,6.96% 石英坩堝,8.69%資料來源：硅產業招股書、研究所資料來源：硅產業招股書、研究所水電費用約占制造成本的 15%：在制造成本費用中，水電費用總和約占整個制造費用的 15%，其中電費約占 11.4%， 水費約占 3.4%。在對應金額方面，根據硅產業集團的 2018 年財務數據，電費和水費的總成本和包裝材料成本相當， 約占多晶硅材料的一半。電費比石英坩堝略高 20%左右。圖 33：2018 年硅產業制造費用占比圖 34：2018 年硅產業集團部分成本構成（

42、單位：萬元）電, 11.4%水, 3.4%其他, 85.2%120001000080006000400020000多晶硅包裝材料電石英坩堝水資料來源：硅產業招股書、研究所資料來源：硅產業招股書、研究所2.3. 硅片制造主要壁壘硅片的壁壘較高，特別是對于半導體硅片而言，主要壁壘有四個：技術壁壘，認證壁壘，設備壁壘和資金壁壘。圖 35：硅片制造產業的主要壁壘資料來源：研究所技術壁壘：硅片的技術指標比較大，除去常見的尺寸大小，拋光片厚度等等外，還有硅片的翹曲度，電阻率，彎 曲度等等。在主流的 300mm 硅片方面，由于先進制程對于硅片的均勻性要求較高，所以相對于 200mm 晶圓，增加了 平整度，翹

43、曲度，彎曲度，表面金屬殘余量等等參數來監測 300mm 硅片的質量要求。在純度方面，先進制程的硅片要求在 9N（99.9999999%）-11N(99.999999999%)左右，是硅片供應商的主要技術壁壘。 硅片是高度定制產品；純度是硅片的最基本參數，也是主要技術壁壘。除此之外，硅片不是通用型產品，無法復制。大硅片在各個晶圓代工廠的規格完全不同，各個終端產品的用途不同也會導致硅片的要求規格完全不同。這就要求硅片廠商要根據不同的終端客戶產品來設計和制造不同的硅片，這就更大增加了硅片供應難度。表 2：公司細分業務盈利預測主要參數300mm 拋光片與外延片200mm 拋光片與外延片 電阻率0.11

44、00cm0.0015000cm拋光片厚度775+/-25um3001500um總厚度變化MAX0.3um1um平整度MAX40nm/翹曲度MAX50um/彎曲度MAX50um/表面顆粒37nm70/表面金屬殘余量Cu,Fe,Cr,Ni,Zn1E10 atoms/cm2/表面金屬殘余量Na,K,Ca,Al5E10 atoms/cm2/外延層厚度片內均勻性3%3%外延層電阻率片內均勻性5%3% 資料來源：硅產業招股書、研究所認證壁壘：芯片制造企業對于各類原材料的質量有著嚴苛的要求，對供應商的選擇也非常謹慎。進入芯片制造企業的供應商名單具有較高的壁壘。通常，芯片制造企業會要求硅片供應商提供一些硅片進

45、行試生產，并且大多數用在 測試片，而不是晶圓量產片。通過測試片后，會小批量試生產量產片，待通過內部認證后，芯片制造企業會將產品送 至下游客戶處，獲得其客戶認證后，才會對硅片供應商進行最終認證，最后簽訂采購合同。半導體硅片企業的產品進 入芯片制造企業的供應鏈需要經歷較長的時間，對于新供應商的認證周期最短也需要 12-18 個月。此外，測試片到量產片的認證壁壘：目前國內的 12 寸晶圓大多停留在測試片的供應上，但是測試片的認證程序和 量產片的認證程序完全不同，量產硅片的認證標準更加嚴格。測試硅片由于不制造芯片，所以只需要晶圓代工廠自己 認證，并且只需要在當前制造站點得到認證就可以。但是對于量產硅片來說，必須得到終端 f