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1、 國產晶圓技術攻堅與供應鏈自主化國產晶圓技術攻堅與供應鏈自主化突圍“硅屏障”突圍“硅屏障”證券分析師：唐仁杰 S0370524080002證券研究報告電子/行業深度報告2025年4月28日行業評級：增持摘要晶圓制造材料、后道封裝材料分別占據半導體材料市場規模62.8%、37.2%；其中，硅片市場規模占據22.9%，主導前道硅片制造材料市場。根據SEMI數據，連續三年擴產導致一定庫存壓力，下游需求減弱，2023年全球半導體材料市場小幅萎縮至667億美元；其中，2023年晶圓制造材料較2022年下降7%至415億美元。硅片出貨周期基本同步于半導體產業鏈景氣周期，但領先于半導體設備資本開支。2024

2、2024年全球硅片出貨面積約年全球硅片出貨面積約1212,266266MSI(MSI(百萬平方英寸百萬平方英寸），較較2323年下降年下降3 3%。20242024年年Q Q3 3，全球硅片出貨面積企穩回升全球硅片出貨面積企穩回升，Q Q3 3、Q Q4 4同同比增長比增長6 6.2424%、6 6.7878%。硅片尺寸越大，單片硅片制造芯片數量越高，邊緣損耗越小，單位芯片成本越低。同樣工藝條件下，12英寸半導體硅片可適用面積超過8英寸硅片的2.25倍。根據根據SUMCOSUMCO預測預測，云計算及存儲需求云計算及存儲需求，預計預計20212021-20252025年年，1212英寸半導體晶圓

3、在高性能計算及英寸半導體晶圓在高性能計算及DRAMDRAM需求復合年增長率分別為需求復合年增長率分別為1414.7 7%、1010%?！百Q易戰”影響下，國產12英寸大硅片或加快滲透。當前全球12英寸硅片形成“寡頭”競爭格局，且基本由日本企業主導。12英寸硅片產能CR5約達80%，出貨量占比也高達80%。需求端：基于國內明確的晶圓廠需求端：基于國內明確的晶圓廠（Fab)Fab)擴建計劃擴建計劃，預計預計20262026年中國大陸地區對年中國大陸地區對1212英寸硅片的需求將超過英寸硅片的需求將超過300300萬片萬片/月月，占屆時全球占屆時全球1212英寸硅片需求的英寸硅片需求的1 1/3 3，

4、其中以中芯國際其中以中芯國際、華虹集團華虹集團、長江存儲長江存儲、長鑫存儲為代表的全部內資晶圓廠長鑫存儲為代表的全部內資晶圓廠1212英寸硅片需求將超過英寸硅片需求將超過250250萬片萬片/月月。半導體制造領域，使用雜質含量較高的石英坩堝或高純度石英組件會對半導體器件的生產和功能產生多種不利影響。鋁、硼和磷等雜質，即使是極少量的雜質，也會成為無意的摻雜劑，改變硅晶片的電氣特性。這些變化會導致摻雜濃度的不良變化，從而導致晶圓上半導體的電性能不一致。電子級硅片對原材料純度要求較高，電子級多晶硅的純度要求在9N（99.9999999%)，甚至11N純度。通過化學還原生成多晶硅料再進行提純，從而得到

5、電子級多晶硅。根據中國地質科學鄭州礦產綜合利用研究所預測，預計到2025年我國4N5級及以上高純石英用量將超過25萬噸，年復合增長率約20%，國內高純石英供需缺口將超過10萬噸。硅片加工工藝極其復雜，包括截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光，后續仍需表面處理及清潔、測試。工藝生產中，裸晶圓主要考慮表面顆粒與雜質、表面粗糙度和平整度、厚度、翹曲度與彎曲度、電阻率及摻雜濃度均勻性等相關指標。相關公司：相關公司：300300mmmm大硅片及重摻工藝生產商大硅片及重摻工藝生產商:高純度石英制品供應商高純度石英制品供應商，半導體業務占比持續提升半導體業務占比持續提升，凱德石英凱德石英（83517983

6、5179.BJ)BJ)；1212英寸外延片產能快速爬坡英寸外延片產能快速爬坡，立昂微立昂微 (605358605358.SH)SH)；CMPCMP設備龍頭華海清科設備龍頭華海清科（688120688120.SHSH）；CMPCMP拋光液拋光液+拋光墊拋光墊 鼎龍股份鼎龍股份（30000543000054.SZSZ）；無圖型檢測設備；無圖型檢測設備，中科飛測中科飛測（688361688361.SHSH）風險提示：晶圓代工廠及風險提示：晶圓代工廠及IDMIDM廠擴產不及預期廠擴產不及預期、硅片廠規?；Ч杵瑥S規?；?、半導體行業周期性下行半導體行業周期性下行、政治政治、政策不確定性因素

7、及其他宏觀因素政策不確定性因素及其他宏觀因素MAyWjWlYsRnQpNpOaQdN7NsQrRsQqNkPoOmQeRnOqQ9PoOuNMYsRpNNZnRuM目錄目錄一、半導體材料市場概覽：硅片主導晶圓制造材一、半導體材料市場概覽：硅片主導晶圓制造材料料二、半導體材料市場概覽：二、半導體材料市場概覽：20232023年半導體材料市年半導體材料市場小幅萎縮場小幅萎縮風險提示風險提示：晶圓代工廠及晶圓代工廠及IDMIDM廠擴產不及預期廠擴產不及預期、硅片廠規?；Ч杵瑥S規?；?、半導半導體行業周期性下行體行業周期性下行、政治政治、政策不確定性因素及其他宏觀因素政策不確定性因素及其

8、他宏觀因素五、大尺寸硅片仍由海外主導，國內需求持續擴五、大尺寸硅片仍由海外主導，國內需求持續擴張張六、電子級硅片對生產設備材料要求極為嚴格，六、電子級硅片對生產設備材料要求極為嚴格，我國相應原材料儲備量較少我國相應原材料儲備量較少三、半導體材料市場概覽：三、半導體材料市場概覽：2424年三季度，全球硅年三季度，全球硅片出貨面積企穩片出貨面積企穩四四、硅片市場：、硅片市場：AIAI及高性能算力需求催化大尺寸及高性能算力需求催化大尺寸硅片硅片七、硅片加工工藝：工業硅七、硅片加工工藝：工業硅-電子級多晶硅電子級多晶硅八、硅片加工工藝：直拉法八、硅片加工工藝：直拉法 、區熔法制備硅錠、區熔法制備硅錠九

9、、硅片加工工藝：截斷、滾磨、切片、倒角、九、硅片加工工藝：截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光雙面研磨、拋光十、硅片的表面處理、清洗及檢測十、硅片的表面處理、清洗及檢測十一、硅片分類：退火片、外延片、十一、硅片分類：退火片、外延片、SOISOI十二：相關公司十二：相關公司硅片產業鏈上下游上游上游原材料及設備原材料及設備 材料：材料：ICIC級多晶硅、化學試劑、包裝材料級多晶硅、化學試劑、包裝材料 設備：拉晶、切割、研磨、拋光、外延及量測設備設備：拉晶、切割、研磨、拋光、外延及量測設備中游中游硅片制造硅片制造 拋光片拋光片 外延片外延片 假假(陪陪)片（片（flow check flow ch

10、eck 或測試用或測試用dummy waferdummy wafer）SOISOI等特殊硅片等特殊硅片下游下游終端終端晶圓廠晶圓廠FoundryFoundry，如臺積電、中芯國際，如臺積電、中芯國際IDMIDM，如英特爾、，如英特爾、SKSK海力士、長江存儲等海力士、長江存儲等應用應用邏輯芯片、模擬芯片、邏輯芯片、模擬芯片、CISCIS芯片、功率等芯片、功率等終端終端智能手機、電腦、服務器、物聯網、汽車電子、工業電子等智能手機、電腦、服務器、物聯網、汽車電子、工業電子等半導體材料市場概覽：硅片主導晶圓制造材料根據Semi數據，晶圓制造材料、后道封裝材料分別占據半導體材料市場規模62.8%、37

11、.2%；其中，硅片市場規模占據22.9%，主導前道硅片制造材料市場。材料分類主要類型用途市場規模占比(2021)細分材料占比硅片晶圓制造基底材料電子氣體氧化、還原、除雜等作用掩模版光刻工藝線路圖母版光刻膠配套化學試劑增強光刻膠粘性、剝離光刻膠濕電子化學品清洗、刻蝕等工藝環節材料CMP耗材實現襯底表面平坦化、減薄光刻膠掩模版圖形轉移至襯底靶材薄膜沉積的元素擦聊其他晶圓制造材料-封裝基板電氣互連、物理支撐、散熱等鍵合引線芯片間互連和引線框架連接引線框架傳統引線封裝材料，提供外部IO包封材料保護、散熱、絕緣、支撐陶瓷基板適用于大功率、高溫場景芯片粘結材料芯片封裝、固晶工藝材料其他封裝材料-數據來源：

12、Semi，金元證券研究所封裝材料晶圓制造材料62.8%62.8%37.2%37.2%硅片硅片,22.90%22.90%電子氣體電子氣體,8.20%8.20%掩模版掩模版,7.90%7.90%光刻膠配套化學光刻膠配套化學試劑試劑,3.60%3.60%濕電子化學品濕電子化學品,4.50%4.50%CMPCMP耗材耗材,4.00%4.00%光刻膠光刻膠,3.90%3.90%靶材靶材,1.40%1.40%其他晶圓制造材其他晶圓制造材料料,6.50%6.50%封裝基板封裝基板,14.90%14.90%鍵合引線鍵合引線,5.50%5.50%引線框架引線框架,5.60%5.60%包封材料包封材料,4.80%

13、4.80%陶瓷基板陶瓷基板,4.10%4.10%芯片粘結材芯片粘結材料料,1.50%1.50%其他封裝材其他封裝材料料,0.70%0.70%半導體材料市場概覽：2023年半導體材料市場小幅萎縮根據SEMI數據，連續三年擴產導致一定庫存壓力，下游需求減弱，2023年全球半導體材料市場小幅萎縮至667億美元；其中，2023年晶圓制造材料較2022年下降7%至415億美元。分地區銷售額來看，2023年中國臺灣連續十四年位居全球第一，收入為192億美元；中國大陸銷售額占比提升至19.61%；除中國大陸地區，其他地區均呈現不同程度的下降（2022年中國大陸地區銷售額為129億美元，2023年為131億美

14、元）。圖：全球半導體材料市場規模 數據來源：SEMI，金元證券研究所 圖：全球分地區銷售額 數據來源：SEMI，金元證券研究所 半導體材料市場概覽：24年三季度，全球硅片出貨面積企穩圖：半導體銷售額略領先于硅片出貨面積 數據來源：SEMI，金元證券研究所 圖：硅片及半導體銷售具有一定周期性，24 年年底硅片出貨面積回升 數據來源：SEMI，金元證券研究所 硅片出貨周期基本同步于半導體產業鏈景氣周期，但領先于半導體設備資本開支。2024年全球硅片出貨面積約12,266MSI(百萬平方英寸），較23年下降3%。2024年Q3，全球硅片出貨面積企穩回升，Q3、Q4同比增長6.24%、6.78%。硅片

15、市場：AI及高性能算力需求催化大尺寸硅片按照摻雜類型，半導體硅片可分為P型、N型，驅動自由載流子分別為空穴（正電荷）、電子（負電荷），當前存儲、邏輯芯片多采用P型硅片。按照摻雜濃度可分為重摻雜、輕摻雜；根據工藝不同，可分類為硅拋光片、外延片及SOI等。2024 年下半年隨著下游復蘇，半導體行業開始回暖，但電子級硅片屬于半導體產業上游，前期庫存仍需一定時間消化，導致電子級硅片市場回暖存在滯后性圖表：硅片分類圖表：硅片分類硅片類型硅片類型應用范圍應用范圍P P型型拋光片拋光片輕摻存儲芯片（DRAM、NAND Flash、部分制程Nor Flash）、CIS芯片中邏輯晶圓、模擬芯片（部分制程顯示驅動

16、芯片、電源管理芯片等）外延片外延片輕摻邏輯芯片、存儲芯片（部分制程Nor Flash)、模擬芯片（部分制程顯示驅動芯片等）重摻CIS芯片中像素傳感器晶圓等N N型型拋光片拋光片輕摻功率器件（IGBT)重摻功率器件（MOSFET)外延片外延片重摻數據來源：西安奕材招股說明書、金元證券研究所圖：圖：全球全球電子電子級級硅片（硅片（不含不含 SOISOI）市場市場規模規模及及增速增速 數據來源：數據來源：SEMISEMI，金元證券金元證券研究所研究所 硅片市場：AI及高性能算力需求催化大尺寸硅片大尺寸硅片降本大尺寸硅片降本。根據尺寸（直徑）大小，半導體硅片可分為4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英

17、寸。6英寸及以下尺寸主要用于MOSFET功率器件、IGBT、MEMES、分立器件等；8英寸主要應用于射頻芯片、模擬芯片、面板驅動、CIS等；而12英寸主要應用于高端XPU邏輯芯片。硅片尺寸越大硅片尺寸越大，單片硅片制造芯片數量越高單片硅片制造芯片數量越高，邊緣損耗越小邊緣損耗越小，單位芯片成本越低單位芯片成本越低。同樣工藝條件下同樣工藝條件下，1212英寸半導體硅片可適用面積超過英寸半導體硅片可適用面積超過8 8英寸硅片的英寸硅片的2 2.2525倍倍。根據根據SUMCOSUMCO預測預測，云計算及存儲需求云計算及存儲需求，預計預計20212021-20252025年年，1212英寸半導體晶圓

18、在高性能計算及英寸半導體晶圓在高性能計算及DRAMDRAM需求復合年增長率分需求復合年增長率分別為別為1414.7 7%、1010%。圖：高性能計算催化 12-inch 晶圓需求 數據來源：SUMCO，金元證券研究所 圖：圖：2424 年年 SUMCOSUMCO 1212 英寸英寸硅片硅片持續持續放量，放量，8 8 英寸英寸整體整體穩定穩定 數據來源：數據來源：SUMCOSUMCO，金元證券金元證券研究所研究所 硅片市場：AI及高性能算力需求催化大尺寸硅片人工智能催化下，高性能算力、高IO、多層堆疊3D NAND等推動12英寸硅片需求。舉例而言，隨著 NAND Flash 堆疊層數提升至 20

19、0層、300 層，甚至 400 層，按目前業內技術路線共識，所有廠商均會切換至通過2片晶圓鍵合制作1個 NAND Flash 完整晶圓的工藝，相當于12英寸硅片需求翻倍。根據SUMCO預測，2025年一季度，300mm晶圓出貨量恢復，200mm晶圓出貨量預計繼續受到客戶生產調整的影響；價格方面，300mm和200mm晶圓的長期合同價格保持穩定，但小直徑晶圓的現貨價格因地區和用途而異。圖：圖：全球全球 1212 英寸英寸銷售額銷售額占比占比持續持續提升提升 數據來源：數據來源：SEMISEMI，金元證券金元證券研究所研究所 圖圖：HBMHBM 及及 3 3D D NANDNAND 將成為將成為

20、300300mmmm 硅片硅片的的需求需求增長增長動力動力 數據來源：數據來源：SUMCOSUMCO，金元證券金元證券研究所研究所 大尺寸硅片仍由海外主導，國內需求持續擴張“貿易戰”影響下，國產12英寸大硅片或加快滲透。當前全球12英寸硅片形成“寡頭”競爭格局，且基本由日本企業主導。12英寸硅片產能CR5約達80%，出貨量占比也高達80%。供給端：根據供給端：根據SEMISEMI統計及公開數據統計統計及公開數據統計，20242024年全球年全球1212英寸硅片月均出貨量約英寸硅片月均出貨量約865865萬片萬片/月月，信越化學信越化學、SUMCOSUMCO、環球晶圓環球晶圓、SKSK Silt

21、ronSiltron合計月均出貨占比約合計月均出貨占比約7979.0808%。需求端：基于國內明確的晶圓廠需求端：基于國內明確的晶圓廠（Fab)Fab)擴建計劃擴建計劃，預計預計20262026年中國大陸地區對年中國大陸地區對1212英寸硅片的需求將超過英寸硅片的需求將超過300300萬片萬片/月月，占屆時全球占屆時全球1212英寸硅片需求的英寸硅片需求的1 1/3 3，其中以其中以中芯國際中芯國際、華虹集團華虹集團、長江存儲長江存儲、長鑫存儲為代表的全部內資晶圓廠長鑫存儲為代表的全部內資晶圓廠1212英寸硅片需求將超過英寸硅片需求將超過250250萬片萬片/月月。圖：圖：20242024年年

22、1212寸硅片產能情況寸硅片產能情況公司公司所屬國家所屬國家截至截至20242024年末投產年末投產產能（萬片產能（萬片/月月)截至截至20242024年末全球年末全球產能占比產能占比信越化學日本約23023.71%SUMCO日本約21021.65%環球晶圓中國臺灣三家合計約300約31%德國世創德國SK Siltron韓國西安奕材中國大陸約707.22%上海新昇中國大陸656.70%中環領先中國大陸353.61%立昂微中國大陸303.09%中欣晶圓中國大陸202.06%山東有研艾斯中國大陸101.03%上海超硅中國大陸未披露未披露合計-970100%數據來源：TECHCET、公司報表，西安奕

23、材，金元證券研究所圖：圖：20242024年年1212寸硅片出貨量寸硅片出貨量公司公司所屬國家所屬國家20242024年月均出貨量年月均出貨量（萬片（萬片/月）月）20242024年月均出貨量占比年月均出貨量占比信越化學日本68479.08%SUMCO日本環球晶圓中國臺灣德國世創德國SK Siltron韓國其他18120.92%數據來源：TECHCET、公司報表，西安奕材，金元證券研究所硅光-伏產業鏈及集成電路用硅拋光片產業鏈全景圖：直徑 300mm 硅單晶拋光制備的主要工藝流程及設備 數據來源：芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所 圖：硅光-伏產業鏈及集成電路用硅拋光片產業鏈 數據來源：金

24、元證券研究所 電子級硅片對生產設備材料要求極為嚴格，我國相應原材料儲備量較少在半導體制造領域在半導體制造領域，使用雜質含量較高的石英坩堝或高純度石英組件會對半導體器件的生產和功能產生多種不利影響使用雜質含量較高的石英坩堝或高純度石英組件會對半導體器件的生產和功能產生多種不利影響。鋁、硼和磷等雜質，即使是極少量的雜質，也會成為無意的摻雜劑，改變硅晶片的電氣特性。這些變化會導致摻雜濃度的不良變化，從而導致晶圓上半導體的電性能不一致。半導體硅片對原材料純度要求較高，電子級多晶硅的純度要求在9N（99.9999999%)，甚至11N純度。通過化學還原生成多晶硅料再進行提純，從而得到電子級多晶硅電子級硅

25、片生產工藝對原材料高純度石英砂純度要求在電子級硅片生產工藝對原材料高純度石英砂純度要求在4 4N N5 5（9999.995995%），甚至甚至5 5N N（9999.999999%，如如SibelCoSibelCo的的IOTAIOTA-8 8，金屬雜質含量不超過金屬雜質含量不超過1010mg/Kgmg/Kg）圖表：圖表：IOTAIOTA高純度石英砂對金屬雜質含量要求及中國光伏用石英砂各元素雜質（高純度石英砂對金屬雜質含量要求及中國光伏用石英砂各元素雜質（mg/Kg)mg/Kg)元素IOTA-StdIOTA-4IOTA-6IOTA-8中國光伏石英砂標準鋁1488820鐵0.30.30.20.0

26、50.5鈣0.60.70.70.641鉀0.740.10.051鋰0.50.20.20.051鈉110.10.051硼0.10.050.050.050.1鎂0.050.070.070.050.5錳0.0390.0130.0080.0010.2鈦1.21.41.41.31.5鎳0.0010.0020.0020.0010.1鉻0.0060.0070.0030.0010.1銅0.0280.0040.0010.001電子級多晶硅工業硅工業硅 電子級多晶硅：電子級多晶硅：通過石英砂與還原碳在電弧爐（SAF）反應得到冶金級硅（MG-Si）真空精煉（VLF）與定向凝固（DS）進行冶金預鈍化氯化：把實心硅轉化

27、為可精餾的氯硅烷，使用鎳基或內襯高純石英的流化床反應器；高純石英噴嘴能抑制 Fe、Ni 等金屬污染。把難以在冶金環節去掉的 B、P 等元素轉化為揮發性氯化物，為后續精餾做準備。精餾，利用沸點差“深度洗滌”氯硅烷化學氣相沉積（CVD）：把高純氣體重新轉回固態硅，可通過西門子法或流化床顆粒CVDSTC 閉環：四氯化硅的再氫化。CVD 副產的大量 STC 會被送入石英管式氫還原爐，在 1000-1100 下重新變成 TCS，再回到第 4 步使用。酸洗與分級。Siemens 粗棒或 FBR 顆粒在切割、分級后，用 HF/HNO 等對表面進行化學去污。酸槽和托盤可以是高純 PVC 配合石英格籃，去除最后

28、痕量金屬和氧化皮。潔凈包裝從氯化開始直到從氯化開始直到CVDCVD結束結束，高溫區與強氯氫混合氣直接接觸的所有內壁高溫區與強氯氫混合氣直接接觸的所有內壁、噴噴嘴嘴、鐘罩鐘罩、爐管幾乎都必須用爐管幾乎都必須用 4 4-5 5 N N 以上石英制造以上石英制造。在在 SiemensSiemens 反應器反應器和和 STCSTC 氫化爐里氫化爐里，石英對金屬雜質的石英對金屬雜質的“屏障屏障”作用最為關鍵作用最為關鍵如果局部如果局部純度降到純度降到3 3N N，蒸發出來的蒸發出來的 FeFe、CrCr 便足以使最終硅純度降一個數量級便足以使最終硅純度降一個數量級圖表：從工業硅至高純度電子級多晶硅工藝流

29、程及相關設備圖表：從工業硅至高純度電子級多晶硅工藝流程及相關設備流程關鍵反應主要設備1.石英砂+C-冶金級硅(MG-Si)約98%4 N電弧爐(SAF)2000 C、標準大氣壓；SiO+2 C Si+2 CO水冷殼電弧爐、石墨電極、真空包鋁包銅導桿2.物理/冶金精煉 真空熔煉真空精煉爐或定向凝固爐、石英電阻爐4 N 56 N Slag 精煉(CaOCaF)定向凝固(DS)酸洗(HCl/HF)3.直接/間接氯化 三氯氫硅(TCS)流化床氯化(FBR)鎳基或石英內襯FBR反應器；尾氣冷凝器56N 79NMG-Si+3 HCl SiHCl+H(300 C,13 bar,Cu 觸媒)副產 SiCl(S

30、TC)4.多塔精餾提純 TCS 輕組分塔除 CHSiCl 等不銹鋼或鎳基精餾塔；碟片式塔板9 N 11N 重組分塔除 SiCl 較高塔板數(180)5-A.Siemens棒狀CVD石英鐘罩反應器5N石英鐘罩(Bell-jar)11 N11-12NTCS+H Si+3HCl(1100 C,2030 kPa)；電流加熱 8 mm slim-rod 到 150 mmU-形導桿、石英閥門5-B.FBR顆粒CVD(或)600900 C、流化小種晶；沉積速率812m h石英或 SiC-涂層 FBR 反應器6.副產STC再氫化SiCl+H TCS+HCl(1100 C,MoSi 加熱管)石英管式氫化爐；Ni

31、-Cr 催化床7.棒切&酸洗熱鋸/線鋸切塊；HF+HNO 15 minPVC 酸槽+石英托盤8.潔凈包裝 ISO 5 潔凈室真空充氬袋、石英舟數據來源：金元證券研究所數據來源：金元證券研究所硅片加工工藝：直拉法、區熔法制備硅錠直拉法直拉法（CZCZ法法）：將高純多晶硅料放入石英坩堝中加熱至約1410C融化，然后用一根小的單晶籽晶接觸熔融硅液并緩慢提拉，使熔體在籽晶引導下凝固成長出大尺寸單晶硅錠。Dash（縮頸）以消除位錯，然后放寬肩部、轉為等徑晶體坩堝和晶體同時旋轉以均勻成分分布，最終長成圓柱狀硅單晶棒（晶錠）.典型直拉生長包括引晶、縮頸、等徑生長，最后收尾完成晶錠。通過精確控制提拉通過精確控

32、制提拉速度決定晶體直徑速度決定晶體直徑，控制籽晶控制籽晶/坩堝轉速和熱場實現無位錯單晶生坩堝轉速和熱場實現無位錯單晶生長長。主要設備：直拉單晶爐由加熱爐腔直拉單晶爐由加熱爐腔、石英坩堝及其升降旋轉機構石英坩堝及其升降旋轉機構、籽晶桿提拉系統和過程控制系統等組成籽晶桿提拉系統和過程控制系統等組成，在真空或惰性氣氛下運行在真空或惰性氣氛下運行?，F代直拉爐可生長直徑現代直拉爐可生長直徑200200300300mmmm的大晶錠的大晶錠（棒棒）關鍵控制：精確控制溫度梯度和提拉速率以避免熱應力和缺陷產生精確控制溫度梯度和提拉速率以避免熱應力和缺陷產生，同時通過坩堝和晶體旋轉以及可選的磁場控制同時通過坩堝和

33、晶體旋轉以及可選的磁場控制（MCZMCZ技術技術）影響熔影響熔體對流和固液界面形狀體對流和固液界面形狀，從而調節晶體缺陷分布和氧雜質含量從而調節晶體缺陷分布和氧雜質含量。由于直拉法在石英坩堝中生長，硅中會固溶一定濃度的氧；需通過控制冷卻速率和后續熱處理來管理氧沉淀。直拉工藝需全程嚴格控制熱場和拉速，以獲得高純度、低缺陷的大尺寸單晶硅。圖：圖：直拉法直拉法工藝流程工藝流程 數據來源：數據來源：芯片芯片用用硅晶片硅晶片的的加工加工技術技術，金元證券研究所，金元證券研究所 硅片加工工藝：直拉法制單晶硅，坩堝為關鍵耗材石英坩堝是單晶硅拉制工藝中的關鍵耗材石英坩堝是單晶硅拉制工藝中的關鍵耗材，其作用是在

34、高其作用是在高溫下承載硅熔體溫下承載硅熔體。在直拉法(Czochralski)單晶爐中，石英坩堝直接影響晶體生長的成品率和晶棒品質，由于單晶硅對純度要求極高，石英坩堝通常一次或僅少數幾次拉晶后即報廢更換石英坩堝通常采用多層復合結構，一般具有雙層或三層坩堝壁。其中內層為厚約35 mm的透明層（又稱“氣泡空乏層”），外層為含有大量氣泡的不透明層（又稱“氣泡復合層”）內層（透明層）：氣泡極少，晶體純凈。同質透明的內壁可避免大氣泡在高溫下膨脹破裂，減少石英微顆粒污染硅熔體。內層持續少量溶解提供適量氧雜質，有利于控制單晶中的氧含量，但不會過多引入其他雜質外層（氣泡層）：機械強度與隔熱支撐。外層中大量細小

35、氣泡使坩堝呈不透明或半透明狀態石英坩堝目前已發展出具有透明層、氣泡透明層、外層薄氣泡層這樣的三層結構，同時也有在最內層涂堿金屬（如 Ba）離子溶液或增加超高純合成石英的技術圖：CZ 直拉法單晶爐構造 數據來源：芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所 圖：石英坩堝的多層結構 數據來源：國際太陽能光伏網，金元證券研究所 硅片加工工藝：區熔法區熔法（FZ）：利用高頻感應線圈在垂直懸掛的多晶硅棒中產生局部熔融區，無需坩堝承裝熔體無需坩堝承裝熔體。通過在硅棒下端接觸一枚定向籽晶并緩慢移動熔區沿硅棒上移，熔區前沿將雜質推擠至末端，從而在下部冷凝出高純度的單晶硅棒。由于熔體懸浮不接觸容器由于熔體懸浮不接觸容

36、器，區熔硅雜質含量極低區熔硅雜質含量極低，電阻率可高達數千歐電阻率可高達數千歐姆姆厘米厘米。區熔單晶爐通常為垂直結構，設有真空或惰性氣氛腔體和RF感應線圈。上部固定多晶硅料棒，下部為籽晶和接收單晶。高頻線圈加熱形成約2厘米高的熔融區。通過精密機制緩慢下移硅料棒或上移線圈位置，使熔融區自下而上掃過工藝特點及控制：區熔法獲得的單晶硅純度和少子壽命極佳區熔法獲得的單晶硅純度和少子壽命極佳，適用于高功率器件適用于高功率器件（如高反壓可控硅如高反壓可控硅、探測器等探測器等）的襯底材料的襯底材料。但由于熔區懸浮穩定性要求高，設備和技術復雜，生長過程需精確控制感應功率和熔區形狀以防止熔滴散落。此外，通常區熔

37、晶錠直徑受限通常區熔晶錠直徑受限（200200 mmmm較常見較常見），生產成本高生產成本高。關鍵控制包括維持熔區穩定高度、均勻冷卻以避免產生位錯，以及在氣氛中加入微量摻雜氣體以控制電阻率分布。圖：區熔法制備單晶 數據來源：芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所 圖：微電子用單晶硅及太陽能光伏產業用硅晶片的 CZ、FZ 法對比 數據來源：芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所 硅片加工工藝：直拉法 vs 區熔法指標指標區熔法（區熔法（FZ)FZ)直拉法（直拉法（CZ)CZ)雜質含量(氧、碳、金屬等)極高純度：采用無坩堝的區熔生長，硅液不接觸石英容器，避免外源污染。典型輕質雜質濃度極低：氧和碳含

38、量均 0.4 ppma（100 100 cmcm）晶體）晶體。典型CZ硅電阻率范圍從低至中等（幾cm到數十cm）；通過磁場控制（MCZ）等可提升摻雜均勻度，勉強實現近kcm級高阻硅。然而，高氧含量的CZ硅在約450退火時容易生成熱氧施主缺陷，導致電阻率下降或漂移，需通過預處理/退火來穩定電阻率。氧含量極低氧：極低氧：FZFZ硅片中氧雜質接近零，硅片中氧雜質接近零，典型濃度 95%95%以上單晶硅市場產能，是半導體工業的主力工藝。其拉晶速度較快、以上單晶硅市場產能，是半導體工業的主力工藝。其拉晶速度較快、可生長長大晶錠，每根晶錠可切割大量晶圓，攤薄了成本?？缮L長大晶錠，每根晶錠可切割大量晶圓，

39、攤薄了成本。CZ生產線設備成熟且單片成本低廉。尤其在大尺寸晶圓制造中具有顯著經濟性優勢，適合大規模量產，滿足成本敏感型應用的需求。典型應用領域高端功率與特殊應用：利用其高純高阻特性，高端功率與特殊應用：利用其高純高阻特性，FZFZ硅主要用于高壓硅主要用于高壓/大功率半導體器大功率半導體器件（如件（如IGBTIGBT、GTOGTO晶閘管等功率器件）晶閘管等功率器件）、射頻及微波器件、高性能傳感探測器（粒、射頻及微波器件、高性能傳感探測器（粒子射線探測器等）、以及太赫茲光學元件等需要極低雜質的領域子射線探測器等）、以及太赫茲光學元件等需要極低雜質的領域。此外，因少子壽命長，FZ硅用于制造高效率太陽

40、能電池（主要限于航天衛星太陽能電池陣列等成本敏感度低的場合）。某些航天級電子器件和特殊傳感器也偏好FZ硅，以獲取更高可靠性。主流集成電路與大眾市場：主流集成電路與大眾市場：CZCZ硅片因成本和尺寸優勢，幾乎覆蓋了半導體產業的大部分應用。例如硅片因成本和尺寸優勢，幾乎覆蓋了半導體產業的大部分應用。例如各類邏輯和存儲器件的大規模集成電路各類邏輯和存儲器件的大規模集成電路 (如如CPUCPU、DRAM)DRAM)、一般低壓功率和模擬器件、大部分、一般低壓功率和模擬器件、大部分MEMSMEMS器器件和常規傳感器皆采用件和常規傳感器皆采用CZCZ硅片。硅片。光伏領域中，大眾化的硅太陽能電池基板也主要使用

41、低成本的直拉單晶硅或鑄錠多晶硅?？傮w而言，對于不要求極高晶體純度的應用（“性價比”更看重），CZ硅片是首選數據來源：公開資料整理，金元證券研究所區熔法含氧量低，電阻率范圍廣且穩定，晶體完美度高，主要應用于高端功率，但產量及成本不敵直拉法（區熔法含氧量低，電阻率范圍廣且穩定，晶體完美度高，主要應用于高端功率，但產量及成本不敵直拉法（CZ)CZ)硅片加工工藝：截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光無論是采用的直拉還是區熔方法生長的硅單晶棒，其硅單晶一般是按或晶向生長的，由于晶體生長時的熱力勢作用，使得晶體外形表面還不夠平整，其直徑有一定的偏差，外形直徑也不符合最終拋光片所規定的尺寸要求，故單晶棒在

42、切片加工前必須在X射線定向儀上，根據集成電路技術要求參照SEMI標準對硅單晶棒的外圓表面進行定向、磨削（滾磨）加工。通過對單晶棒的滾磨加工通過對單晶棒的滾磨加工，使其表面整形達到基本的直徑及公差的要求使其表面整形達到基本的直徑及公差的要求，并確定其定位面的位置及基本尺寸并確定其定位面的位置及基本尺寸。主要設備:主要使用金剛石線切割機或內徑金剛石鋸（ID saw）進行截斷；切割耗材包括金剛石線、金剛石鋸片及冷卻液、拋光液等，旨在提高清潔切割度和減少材料損耗海外代表有日本DISCO、Okamoto等公司提供高精度線鋸和切割設備；國內廠商如晶盛機電、江蘇長晶等近年也開始開發裁切設備，自主化水平逐步提

43、升。圖圖：硅硅錠錠截斷截斷工藝（工藝（金剛石金剛石線線切割切割及及內徑內徑金剛石金剛石鋸鋸）數據來源：數據來源：UKAMUKAM IndustrialIndustrial SuperhardSuperhard ToolsTools，金元證券金元證券研究所研究所 圖圖：外源外源滾磨滾磨及及定定向向平面平面 數據來源：數據來源：UKAMUKAM IndustrialIndustrial SuperhardSuperhard ToolsTools，金元證券金元證券研究所研究所 硅片加工工藝：截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光硅切片（slicing)加工的目的在于將硅單晶棒（錠）切成一定厚度的薄晶

44、片，這就是硅切片。確定硅切片表面質量的主要參數有晶向偏離度、TTV、warp、bow。這些參數的精度對后道工序的加工（如硅片研磨、硅片腐蝕和硅片拋光等）起著決定作用。由于金剛石在硬度、抗壓強度、熱導率、摩擦系數等方面均比較合適，故以此粉末加上合適的切削液作摩擦劑，使用切片機將硅單晶棒切成一定厚度的薄晶片（即硅切片）目前，在直徑大于100mm的硅切片加工中，尤其是在對直徑大于200mm以上的硅單晶棒切片加工中，已廣泛采用線切割系統來加工硅切片。以加工直徑200mm硅單晶為例，切片厚度為800m，每千克單晶出片約為13.4片，其切割成本每片約為1.51美元，線切割機的產量約是內圓切割機的線切割機的

45、產量約是內圓切割機的5 5倍以上倍以上，線切割機的切割運行成本低于內線切割機的切割運行成本低于內圓切割機運行成本的圓切割機運行成本的2020%以上以上。金剛線切割工藝與用砂漿的線切割金剛線切割工藝與用砂漿的線切割，在切割速度在切割速度、成本和單片耗材等方面有明顯的優勢成本和單片耗材等方面有明顯的優勢，且由于切片的厚度均勻性比較好且由于切片的厚度均勻性比較好，故可使切故可使切片的合格率大幅提高片的合格率大幅提高圖：線切割圖：線切割vsvs內圓切割機內圓切割機對比指標對比指標線切割機線切割機 內圓切割機內圓切割機 切割方法 自由研磨劑加工固定研磨劑加工切割的表面特征 線鋸的印痕跡刀片的印痕跡損傷層

46、深度(m)5-1520-30生產效率(cm/h)110-20010-30每次切割的硅片數量(片/次)2004001切縫的損耗(m)150210300-500（直徑越大損耗越多）最小可切硅片厚度(m)約 200約 350最大可切硅晶棒直徑(mm)300200硅片總厚度偏差(TTV,m)15.0 25.0硅片翹曲度(warp,m)非常輕微 50.0 數據來源：芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所圖圖：砂漿砂漿線線切割切割(a(a)工藝工藝與與金剛線金剛線切割切割（b b）工藝工藝對比對比 數據來源：數據來源：芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所 硅片加工工

47、藝：截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光硅片倒角（edge grinding)加工的目的是要消除硅片邊緣表面經切割加工后所產生的棱角、毛刺、崩邊、裂縫或其他的缺陷以及各種邊緣表面污染，從而降低硅片邊緣表面的粗糙度，增加硅片邊緣表面的機械強度、減少顆粒的表面沾污經硅片倒角加工后，其邊緣表面（截面）一般呈圓弧形（R-type）或梯形（T-type）。倒角加工中為使硅片具有較高的直徑尺寸公差，同時邊緣表面又具有較小的粗糙度Ra和不留有較深的表面機械應力損傷，如何選擇金剛石倒角輪、采用何種倒角磨削工藝是至關重要的。在對大直徑在對大直徑硅片的倒角磨削加工過程中硅片的倒角磨削加工過程中，往往先用較粗的金

48、剛石倒角往往先用較粗的金剛石倒角磨輪磨輪（粒度常用粒度常用800800#）進行粗倒角磨削進行粗倒角磨削，然后再用較細的然后再用較細的金剛石倒角磨輪金剛石倒角磨輪（粒度常用粒度常用30003000#）進行精倒角磨削進行精倒角磨削。圖圖：粗粗倒角倒角及及細細磨輪磨輪倒角倒角后后的的輪廓輪廓形貌形貌 數據來源：數據來源：芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所芯片用硅晶片的加工技術，金元證券研究所 硅片加工工藝：截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光雙面研磨（lapping)或磨削(grinding)為了去除在切片加工工序中，硅片表面因切割產生的、深度約2050m的表面機械應力損傷層（damage l

49、ayer）和表面的各種金屬離子等雜質污染，并使硅片具有一定的幾何尺寸精度的平坦表面雙面研磨系統對硅片進行雙面研磨加工時，利用游輪片（carrier）將硅片置于雙面研磨機中的上下磨盤（磨板）之間，加入相宜的液體研磨料（slurry），使硅片隨著磨盤作相對的行星運動，并對硅片進行分段加壓雙面研磨加工。雙面研磨雖具有較大的磨削速率雙面研磨雖具有較大的磨削速率，但其表面產生的應力損傷也較大但其表面產生的應力損傷也較大、表面損傷層較深表面損傷層較深，表面損傷層的深度大約是磨砂粒度的表面損傷層的深度大約是磨砂粒度的1 1.5 52 2.5 5倍倍。目前對直徑小于目前對直徑小于200200mmmm的硅片常的

50、硅片常采用雙面研磨技術對硅片進行雙面研磨加工采用雙面研磨技術對硅片進行雙面研磨加工。圖圖：雙面雙面研磨研磨工藝工藝 數據來源：數據來源：MDPIMDPI，金元證券研究所，金元證券研究所 硅片加工工藝：截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光表面磨削技術具有加工效率高、加工后表面平整度好、成本低、產生的表面應力損傷小等優點，故在直徑300mm拋光片制備工藝中，現已廣泛采用表面磨削技術來替代傳統的雙面研磨工藝。雙面磨削與一般常用的雙面研磨是兩種完全不同形式的加工技術，目前，實現對直徑300mm硅片的雙面磨削主要有兩種加工形式。一種仍然是先對硅片的一個表面進行單面的磨削加工，然后再將硅片翻轉（手動翻轉

51、或自動翻轉）后再進行另一個表面的單面磨削加工。另外一種則是對硅片的正、反表面同時進行表面的磨削加工。圖圖：雙面雙面研磨研磨工藝工藝 數據來源：數據來源：芯片用芯片用硅晶片硅晶片的的加工加工技術技術，金元證券研究所，金元證券研究所 圖：表面磨削(粗磨削 T1-細磨削 T2)數據來源：DISCO，金元證券研究所 硅片加工工藝：截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光硅片拋光主要包括邊緣拋光（edge polishing）及表面拋光（polishing)。采用邊緣拋光加工的目的是去除硅片邊緣表面由前工序采用邊緣拋光加工的目的是去除硅片邊緣表面由前工序（倒角倒角、研磨研磨）加工所產加工所產生的機械應力損

52、傷層生的機械應力損傷層、減小表面的機械應力和去除邊緣表面的各種金屬離子等雜質污染減小表面的機械應力和去除邊緣表面的各種金屬離子等雜質污染，以降低因在加工過程中碰撞而產生碎以降低因在加工過程中碰撞而產生碎、裂的機會裂的機會，從而可增加硅片從而可增加硅片邊緣的表面機械強度邊緣的表面機械強度、獲得表面粗糙度較低的光亮獲得表面粗糙度較低的光亮“鏡面鏡面”表面表面，降低微粒對硅片邊緣表面的附著沾污降低微粒對硅片邊緣表面的附著沾污，以滿足以滿足ICIC工藝要求工藝要求。根據工藝（或用戶）的要求，可對硅片邊緣表面先進行機械的帶式邊緣粗拋光（帶式邊拋），然后再對其邊緣表面進行堿性膠體二氧化硅化學機械拋光的精加

53、工（化學邊拋）圖圖：邊緣邊緣拋光拋光后后邊緣邊緣平整度平整度更好，更好，且且邊緣邊緣形狀形狀未有未有變化變化 數據來源：數據來源：NanoNano SystSystemem SolutionSolution，金元證券研究所，金元證券研究所 圖：邊緣帶式拋光 數據來源：WAFER BEVEL EDGE ENGINEERING:EDGE CLEANING AND BONDING APPLICATIONS，金元證券研究所 硅片加工工藝：截斷、滾磨、切片、倒角、雙面研磨、拋光硅片表面拋光的目的在于去除其表面由前工序（切片、研磨等）所殘留下的微缺陷及表面的應力損傷層和去除表面的各種金屬離子等雜質污染，以

54、求獲得硅片表面局部平整度、表面粗糙度極低的潔凈、光亮“鏡面”，滿足制備各種微電子（IC）器件對硅片的技術要求為了確保硅片表面的拋光加工精度，根據工藝要求可對硅片進行兩步（粗拋光、精拋光）或三步（粗拋光、細拋光、精拋光）或四步（粗拋光、細拋光、精拋光、最終拋光）堿性膠體二氧化硅拋光液的化學、機械拋光（chemical mechanical polishing-CMP）的單面或雙面的多段加壓拋光工藝。圖：硅片的拋光工藝拋光工藝步驟去除率（m/min）典型壓力（kPa）拋光墊類型 拋光液特點 作用兩步拋光粗拋光/精拋光高/低3070/30硬浸漬氈/軟墊粗/細硅膠漿+堿性蝕劑粗拋：去除損傷、平整；精拋

55、：去除微痕、提高光潔三步拋光粗拋+細拋+精拋高/中/低3070/4060/30硬氈/中墊/軟墊硅膠漿+堿性蝕劑增設細拋階段，提高均勻性，削弱粗拋尖峰四步拋光粗+細+精+終拋高/中/低/極低3070/4060/30/10硬氈/中墊/軟墊/極軟墊硅膠漿+緩沖溶液加最終拋進一步消除亞納米缺陷，獲得鏡面效果數據來源：公開數據整理，金元證券研究所圖：CMP 工藝圖 數據來源：MDPI，金元證券研究所 硅片的表面處理、清洗及檢測CMP拋光后需立即進行系統化清洗，以去除拋光液和微粒殘留。典型流程包括 預清洗主清洗后處理/干燥。預清洗階段主要以 DI水沖洗和/或使用表面活性劑或堿性清洗液，初步去除大顆粒和有機

56、污染物。主清洗階段一般采用RCA清洗流程：首先進行SC-1（氨水+過氧化氫）清洗，然后過水沖洗，再進行SC-2（鹽酸+過氧化氫）清洗，或視情況在中間加入稀釋HF（DHF，稀釋氫氟酸）去除化學氧化層，最后再用DI水沖洗。清洗結束后可進行臭氧水或過氧化氫處理，生長化學氧化層保護硅表面，并進行最終沖洗與烘干。高溫熱處理高溫熱處理（退火退火/氧化氧化）：拋光后可在窯爐中進行熱氧化和退火。生長一層幾十納米的犧牲氧化層可以“削”去近表面拋光損傷（氧化后用HF去除），同時在表面形成高質量SiO保護層。進一步的氫氣或氬氣退火（如1000以上）會去除表層過剩氧，提高晶片晶體質量背面損傷增強背面損傷增強：在熱處理

57、之后，背面通常進行“損傷層”制備，以實現外部吸雜。常用方法包括機械噴砂（采用氧化鋁顆?；蚬枭皣娚洌?、化學腐蝕（例如KOH刻蝕產生粗糙多孔層）或激光照射打入局部損傷等背面背面CVDCVD涂層處理：涂層處理：另一類外部吸雜技術是在背面沉積多晶硅或硅基膜。常見工藝是在低壓化學氣相沉積（LPCVD）設備中，在背面原子層或微小過剩氧化前沿沉積一層多晶硅膜。多晶硅膜具有粗糙的晶粒結構，其晶界可作為雜質的富集位點，因此對雜質有良好的吸附作用。沉積完成后對硅片進行高溫退火（例如1000左右），促進金屬雜質從硅基材中遷移到多晶硅層中；退火后再用KOH或其他選擇性刻蝕液去除多晶硅，恢復背面光潔。硅片的表面處理、清

58、洗及檢測半導體晶圓在制造過程中需經過多道檢測步驟半導體晶圓在制造過程中需經過多道檢測步驟，以保證后續工藝良率與器件性能以保證后續工藝良率與器件性能。主要檢測內容包括：主要檢測內容包括：外觀與潔凈度檢查外觀與潔凈度檢查：對裸晶圓進行目視或顯微鏡觀察，檢測劃痕、顆粒污染、缺陷等宏觀情況。無圖形晶圓檢測常采用暗場顯微或激光散射技術，將激光束照射在旋轉晶圓上，通過散射光定位表面顆粒/缺陷。薄膜厚度與材料測量薄膜厚度與材料測量：在各沉積、退火或CMP工藝后，對膜厚及物性進行檢測。常用方法包括光學橢偏（Ellipsometry）、干涉測量、棱鏡耦合法，以及四探針和渦流等電學方法。橢偏儀可在一定入射角下測量

59、偏振光變化，直接得到薄膜厚度和光學常數；四探針法和渦流法則通過測量膜電阻或線圈阻抗推算厚度關鍵尺寸關鍵尺寸（CDCD）測量測量：對光刻顯影、刻蝕后形成的線路寬度、側壁角度等進行在線量測。通常采用非成像光學散射（OCD）技術，通過測量光散射譜反演刻蝕后溝槽/線寬的三維形貌。伴隨工藝節點縮小，散射測量逐步從可見光擴展至深紫外甚至X射線波段，以提高靈敏度晶圓形貌與翹曲晶圓形貌與翹曲（Bow/WarpBow/Warp）測量測量：對整體晶圓平整度和應力進行評估，如通過激光干涉等方法測量翹曲度和應力分布。晶格缺陷檢測晶格缺陷檢測：硅片內部的晶格缺陷（點缺陷、位錯、層錯等）可通過X射線衍射（XRD）等無損技

60、術識別。XRD利用X射線與晶體結構相互作用揭示內部缺陷和內應力分布，無需特殊制備且可探測硅片體內位錯、堆垛層錯等缺陷。金屬污染檢測金屬污染檢測：采用全反射X射線熒光（TXRF）和感應耦合等離子體質譜（ICP-MS）等技術定量檢測晶圓表面微量金屬污染物。TXRF以極小入射角激發晶圓表面，僅檢測頂層38nm范圍內的元素，可靈敏掃描Cu、Fe等金屬含量并實現污染映射。缺陷復檢與分類缺陷復檢與分類：對自動檢測掃描出的缺陷，使用光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡（SEM）進行復測確認和詳細分類。SEM還可用于3D堆?；蚓A背面探針測試前的缺陷分析。硅片的表面處理、清洗及檢測裸晶圓檢測通常包括以下關鍵項目：裸晶圓

61、檢測通常包括以下關鍵項目：表面顆粒與雜質檢測：檢測晶圓表面的微粒、污染物（如灰塵、金屬離子）等；表面粗糙度和平整度檢測：包括表面的粗糙度（Ra）、納米級平整度；厚度、翹曲度與彎曲度檢測：評估晶圓的厚度變化（TTV）、翹曲（warp）、彎曲（bow）等參數；電阻率及摻雜濃度均勻性檢測：評估硅片摻雜的電阻率均勻性；內部晶體缺陷檢測：檢查內部隱裂、位錯、空洞、氣泡等缺陷光學檢測使用可見光或激光光學檢測使用可見光或激光，通過收集和分析反射或散射光信號識別表面顆粒與雜質通過收集和分析反射或散射光信號識別表面顆粒與雜質。暗場檢測（Dark Field）：激光束以一定角度照射晶圓，通過分析表面顆粒散射的光信

62、號，具有高靈敏度，尤其適合快速大面積掃描。亮場檢測（Bright Field）：光束垂直入射晶圓表面，分析表面的反射光變化，適合檢測表面的輕微劃痕和表面粗糙度。紅外透射成像（Infrared Inspection）硅材料在紅外波段具有一定透過性，可用紅外透射成像檢測晶圓內部的隱裂、氣泡等缺陷。通過監測紅外光的透過率變化，快速定位和識別晶圓內部異常區域。超聲波共振檢測（RUV）超聲波共振檢測通過向晶圓施加超聲波信號，分析晶圓在不同頻率下的共振模式。當存在內部裂紋或缺陷時，共振頻率會發生明顯變化，從而檢測出內部缺陷的位置。四探針法（Four-Point Probe）利用四根探針分別施加電流和測量電

63、壓，測量晶圓電阻率?？删_評估摻雜濃度分布是否均勻。晶圓幾何形貌測量采用激光干涉或非接觸式光學測量技術，精確測量晶圓的厚度、彎曲度和翹曲度，以確保晶圓的機械平整度滿足生產需求。圖：無圖型光學檢測 數據來源：Hitachi，金元證券研究所 硅片分類：退火硅片，高溫退火改善晶體質量退火硅片是指將拋光硅片再經高溫退火處理以改善晶體質量的硅片。將硅片置于高溫爐中，在氫氣或惰性氣氛中加熱到接近11001200C并保溫一段時間，然后緩慢冷卻。高溫氫/惰性退火會使硅片表面附近的氧從晶格中析出并向表面擴散排出，從而形成表層無氧或低氧的“改良層”。同時，在晶圓體內部富集的氧有可能形成微氧化物沉淀，能夠捕獲金屬雜

64、質。退火后的硅片表層晶格更完美、缺陷密度更低，表面區域形成無氧缺陷區，有利于提高器件良率。同時硅片內部形成的氧沉淀能充當內部捕獲中心，提高對重金屬污染的吸附能力，實現內部自潔凈（Intrinsic gettering）退火片把表層“無缺陷區”與深層“金屬陷阱”結合，解決了解決了9090nmnm以后微柵氧以后微柵氧、深結漏電與金屬交叉污染三大痛點深結漏電與金屬交叉污染三大痛點。隨著高隨著高-k k 金屬柵金屬柵、FinFETFinFET、3 3D D-ICIC 的普及的普及，以及芯片返修以及芯片返修-回流溫度不斷上升回流溫度不斷上升，退火片已成為拋光片和外延片之間的退火片已成為拋光片和外延片之間

65、的“主流過渡形態主流過渡形態”，并在功率與圖像傳感器等高可靠場景里繼續擴大份額并在功率與圖像傳感器等高可靠場景里繼續擴大份額。圖：退火硅片 數據來源：SUMCO，金元證券研究所 圖：普通拋光片及退火片對比關鍵參數拋光片退火片(DZ+IG)影響近表面氧含量 24 38 ppma（典型 CZ）1-5ppma，可低至1 ppma低氧可避免 COP 及微空洞在溝道區形成Denuded-Zone(“超潔凈層)深度無系統 DZ；表層殘氧20 40 m 為主流（可拓展到 70 m）為器件區提供“無沉淀、無位錯”區域內部吸雜(IG)沉淀密度基本無連續沉淀網絡510 110 平方厘米氧沉淀/位錯環深層捕捉 Fe

66、/Cu/Ni 等金屬離子COP 缺陷密度0.5 2平方厘米、(取決于長晶)0.1 平方厘米（目標“Zero-COP”）直接關聯柵氧可靠性 表面粗糙度 0.5 nm（CMP 限制）同拋光片；退火對表面粗糙度 影響極小維持極薄柵介質的一致性外延可用性需額外清洗/輕蝕“Epi-ready”外延界面缺陷少節省一次 RCA/輕刻，減少位錯主要場景通用邏輯、模擬FinFET/DRAM、高可靠 BCD、CIS、功率 IC-數據來源：公開信息整理，金元證券研究所硅片分類：外延硅片，精確控制摻雜及參數外延硅片是在拋光硅片表面再生長一層高純度單晶硅薄層。通過在專用外延爐中將硅片加熱至約1200C，同時通入硅烷（S

67、iH）、三氯氫硅（SiHCl）等含硅氣體和氫氣，使硅在晶片表面發生化學氣相沉積生長單晶層。外延層沿基底晶格外延生長外延層沿基底晶格外延生長，保持與基片相同的晶向保持與基片相同的晶向?？筛鶕枰獡饺胩囟〒诫s氣體控制外延層電阻率和厚度。外延生長通常在密閉的CVD外延爐中進行，可分為批量爐管式（可同時處理多片晶圓）和單片式（單晶圓反應腔）兩類設備。通過外延可以得到比基片更高純度通過外延可以得到比基片更高純度、更低缺陷密度的硅層更低缺陷密度的硅層，適合制造高性能器件或需要不同阻值層結構的器件適合制造高性能器件或需要不同阻值層結構的器件。外延層厚度和摻雜均勻性（需精確控制反應時間和氣體流量比例），界面質

68、量（在沉積前進行表面潔凈處理，去除天然氧化膜），以及避免滑移缺陷（要求升溫降溫速率平緩以防晶圓熱應力）。高端外延片生產還會監控沉積過程中生成的少量缺陷（如穿刺位錯），通過調整工藝參數將缺陷密度降至極低。Si Blanket Epi 是最傳統、成本最低的整片外延；Buried-layer Epi 則在表面以下嵌入高摻雜或應力層，為功率與高速器件降阻調場。將“多層”與“埋層”結合，可在一顆芯片內部做復雜的縱向摻雜/應變工程，但對外延爐的溫度控制、層界面潔凈度和 CMP 平整度提出最高級別要求。圖：外延片生長工藝 數據來源：SUMCO，金元證券研究所 圖：添加埋層、多層的外延片 數據來源：嘉晶電子，

69、金元證券研究所 硅片分類：SOISOI硅片是在硅片表面下形成一層埋氧絕緣層（BOX）的結構，其制備可通過晶圓鍵合實現。典型工藝是先在兩片拋光硅片中至少一片表面生長一層熱氧化硅作為絕緣層，然后將兩片硅片表面進行超潔凈處理后直接對準接觸，在室溫下依靠范德華力實現鍵合。接著對鍵合后的其中一片硅進行機械研磨和化學腐蝕，直至只剩下所需厚度的硅薄層，形成SOI結構。這種“鍵合加磨削/腐蝕”方法（BESOI）能夠獲得數十微米以上厚度的硅膜?！癝mart Cut”工藝是目前工業上制造薄膜SOI的主流技術，由法國Soitec公司開發。流程為：在供體硅片表面先熱氧化形成氧化層在供體硅片表面先熱氧化形成氧化層，然后

70、進行高劑量氫離子然后進行高劑量氫離子注入注入，使硅片表面下形成一層微裂隙使硅片表面下形成一層微裂隙“損傷層損傷層”。將注入后的供體片與另一處理過表面將注入后的供體片與另一處理過表面（可帶氧化層可帶氧化層）的襯底硅片對齊鍵合的襯底硅片對齊鍵合。隨后對鍵合體加熱或施加外力隨后對鍵合體加熱或施加外力，使得供體片在先前注入的損傷層處劈裂使得供體片在先前注入的損傷層處劈裂，將其表層薄硅膜轉移到目標襯底上將其表層薄硅膜轉移到目標襯底上。最后對分離出的表面進行最后對分離出的表面進行CMPCMP拋光拋光，得到表面平坦的得到表面平坦的SOISOI晶圓晶圓。Smart Cut結合了離子注入和鍵合，實現了1m甚至更

71、薄硅膜的高效轉移圖：“SMART CUT”技術制造 SOI 數據來源：SOITEC，金元證券研究所 圖：原生氧化層及埋層之間的 14 個 SOI 原子平面 數據來源：SOITEC，金元證券研究所 相關公司 受制于光伏產業鏈影響受制于光伏產業鏈影響，部分上游原材料及公司業績整體承壓部分上游原材料及公司業績整體承壓。我們認為我們認為，受益于國產晶圓代工廠受益于國產晶圓代工廠產能爬坡需求產能爬坡需求，當前應聚焦于當前應聚焦于300300mmmm大硅片國產替代生產商及相關工藝設備大硅片國產替代生產商及相關工藝設備、耗材：耗材：高純度石英制品供應商：高純度石英制品供應商：半導體業務占比持續提升：凱德石英

72、半導體業務占比持續提升：凱德石英（835179835179.BJ)BJ)300300mmmm大硅片及重摻工藝生產商大硅片及重摻工藝生產商:1212英寸外延片產能快速爬坡：立昂微英寸外延片產能快速爬坡：立昂微 (605358605358.SH)SH)拋光設備及耗材：拋光設備及耗材：CMPCMP設備龍頭華海清科設備龍頭華海清科（688120688120.SHSH）CMPCMP拋光液拋光液+拋光墊拋光墊 鼎龍股份鼎龍股份（30000543000054.SZSZ）無圖型檢測設備：無圖型檢測設備：中科飛測中科飛測（688361688361.SHSH）晶圓代工廠及晶圓代工廠及IDMIDM廠擴產不及預期廠擴

73、產不及預期 硅片廠規?；Ч杵瑥S規?；?半導體行業周期性下行半導體行業周期性下行 政治政治、政策不確定性因素及其他宏觀因素政策不確定性因素及其他宏觀因素風險提示風險提示投資評級說明投資評級說明金元證券行業投資評級標準：金元證券行業投資評級標準：增持：行業股票指數在未來6 個月內超越大盤；中性：行業股票指數在未來6 個月內基本與大盤持平；減持：行業股票指數在未來6 個月內明顯弱于大盤。金元證券股票投資評級標準：金元證券股票投資評級標準：買入：股票價格在未來6個月內超越大盤15%以上；增持：股票價格在未來6個月內相對大盤變動幅度為5%15%；中性：股票價格在未來6個月內相對大盤變動幅

74、度為-5%+5%；減持：股票價格在未來6 個月內相對大盤變動幅度為-5%-15%；。免責聲明免責聲明本報告由金元證券股份有限公司（已具備中國證監會批復的證券投資咨詢業務資格）制作。本報告所載資料的來源及觀點的出處皆被金元證券認為可靠，但金元證券不保證其準確性或完整性。該等信息、意見并未考慮到獲取本報告人員的具體投資目的、財務狀況以及特定需求，在任何時候均不構成對任何人的個人推薦。投資者應當對本報告中的信息和意見進行獨立評估，并應同時考量各自的投資目的、財務狀況和特定需求，必要時就法律、商業、財務、稅收等方面咨詢專業財務顧問的意見。對依據或者使用本報告所造成的一切后果，金元證券及/或其關聯人員均

75、不承擔任何法律責任。投資者需自主作出投資決策并自行承擔投資風險，任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。本報告所載的信息、材料或分析工具僅提供給閣下作參考用，不是也不應被視為出售、購買或認購證券或其他金融工具的要約或要約邀請。該等信息、材料及預測無需通知即可隨時更改。過往的表現亦不應作為日后表現的預示和擔保。在不同時期，金元證券可能會發出與本報告所載意見、評估及預測不一致的研究報告。金元證券的銷售人員、交易人員以及其他專業人士可能會依據不同假設和標準、采用不同的分析方法而口頭或書面發表與本報告意見及建議不一致的市場評論和/或交易觀點。金元證券沒有將此意見及建議向報告所有接收者進行更新的義務。金元證券的自營部門以及其他投資業務部門可能獨立做出與本報告中的意見或建議不一致的投資決策。在法律許可的情況下，金元證券可能會持有本報告中提及公司所發行的證券頭寸并進行交易，也可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行業務服務。因此，投資者應當考慮到金元證券及/或其相關人員可能存在影響本報告觀點客觀性的潛在利益沖突。投資者請勿將本報告視為投資或其他決定的唯一信賴依據。本報告的版權僅為金元證券所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式轉發、翻版、復制、刊登、發表或引用。