晶圓是指制作硅半導(dǎo)體電路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高純度的多晶硅溶解后摻入硅晶體晶種，然后慢慢拉出，形成圓柱形的單晶硅。硅晶棒在經(jīng)過研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，也就是晶圓。國內(nèi)晶圓生產(chǎn)線以 8英寸和 12 英寸為主。 晶圓的主要加工方式為片加工和批加工，即同時加工1 片或多片晶圓。隨著半導(dǎo)體特征尺寸越來越小，加工及測量設(shè)備越來越先進(jìn)，使得晶圓加工出現(xiàn)了新的數(shù)據(jù)特點。同時，特征尺寸的減小，使得晶圓加工時，空氣中的顆粒數(shù)對晶圓加工后質(zhì)量及可靠性的影響增大，而隨著潔凈的提高，顆粒數(shù)也出現(xiàn)了新的數(shù)據(jù)特點。

晶片是用來干嘛的?為什么日常生活中會用到晶片呢?晶片這么重要嗎?晶圓又是什么呢?在過去，需要將電晶體、二極體、電阻、電容等電子元件焊接成電路，并將這個能執(zhí)行簡單邏輯運算的電路裝置在電子產(chǎn)品上，才能夠讓電子產(chǎn)品順利運作，然而手工焊接不僅成本高且耗時，效果也不理想。后來德州儀器的工程師–杰克·基爾比，便想到如果能夠事先設(shè)計好電路圖，然后照電路圖將所有電子元件整合在矽晶元上，便能解決手工焊接的難題，而這就是全世界第一個“集成電路”也就是我們常聽到的IC(IntegratedCircuit)的由來。

集成電路發(fā)明后，技術(shù)也開始高速發(fā)展，一個晶片從原本僅能塞不到五個電晶體，到后來可以塞下數(shù)億個電晶體。而電晶體縮得越小，除了更低的能耗、延遲以及更高的效能外，也讓晶片隨之縮小，電子產(chǎn)品也能越來越小。如今這些優(yōu)點正反應(yīng)在電子產(chǎn)品上，讓生活越來越方便。

晶圓代工是什么?

晶圓代工(Foundry)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一種商業(yè)模式，指接受其他無廠半導(dǎo)體公司(Fabless)委托、專門從事晶圓成品的加工而制造集成電路，并不自行從事產(chǎn)品設(shè)計與后端銷售。

據(jù)中國臺灣媒體報道，受半導(dǎo)體市場持續(xù)下行影響，近期晶圓代工成熟制程再掀降價潮。有芯片設(shè)計業(yè)者透露，明年首季晶圓代工成熟制程價格降幅最高超10%，是此輪晶圓代工報價修正以來的最大幅度，不僅愿意降價的廠商增加，更一改先前僅特殊節(jié)點價格松動態(tài)勢，有朝全面性降價發(fā)展的狀況。

新的結(jié)構(gòu)旨在讓英特爾的芯片代工業(yè)務(wù)像其他第三方圓晶代工廠一樣運作，在平等的基礎(chǔ)上接受英特爾內(nèi)部和外部芯片公司的訂單。

目前全球芯片制造產(chǎn)業(yè)中，以8寸、12寸這兩種規(guī)模為主，至于那些6寸、4寸晶圓，因為利用率太低，慢慢的在淘汰了。

其中12寸主要用于14nm及以下的先進(jìn)芯片，而8寸則主要用于28nm及以上工藝的成熟芯片。

按照之前的預(yù)計，8寸晶圓慢慢的要給12寸晶圓讓步，一是因為12寸的晶圓利用率更高，可以降低成本，另外一方面則是芯片向先進(jìn)工藝慢慢前進(jìn)，所以8寸晶圓會慢慢減少。

但讓人沒有想到的是，2020年底開始的缺芯大潮，是從成熟工藝開始的，于是各大晶圓企業(yè)們，不斷的擴(kuò)產(chǎn)8寸晶圓的產(chǎn)能，滿足成熟工藝的需求。

按照國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)的數(shù)據(jù)，2020年初至2024年底全球?qū)⒃黾?5條新的8吋晶圓生產(chǎn)線，用來滿足模擬IC、電源管理IC、顯示驅(qū)動IC、功率元件MOSFET、微控制器(MCU)與感測器等產(chǎn)品的需求。

而到2024年時，全球8吋晶圓廠月產(chǎn)能將達(dá)690萬片規(guī)模，增加21%，創(chuàng)歷史新高。

而在2022年，全球有5個8英寸及以下晶圓廠在建設(shè)，而8寸晶圓的產(chǎn)能在2022年會增長5%，2023年增長3%，2024年增長2%。

晶圓是制造芯片的基本材料，半導(dǎo)體集成電路最主要的原料是硅，因此對應(yīng)的就是硅晶圓。硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造有三大步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。

硅的提純是第一道工序，需將沙石原料放入一個溫度超過兩千攝氏度的并有碳源的電弧熔爐中，在高溫下發(fā)生還原反應(yīng)得到冶金級硅，然后將粉碎的冶金級硅與氣態(tài)的氯化氫反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，然后通過蒸餾和化學(xué)還原工藝，得到了高純度的多晶硅。

晶圓企業(yè)常用的是直拉法，如上圖所示，高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約一千多攝氏度，爐中的空氣通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時又不會產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)。

為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向，坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉(zhuǎn)，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。

熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長上去。用直拉法生長后，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行切割，然后進(jìn)行研磨，再用化學(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡，這時候晶圓片就制造完成了。

晶圓制造廠把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆晶面取向確定的籽晶在熔融態(tài)的硅原料中逐漸生成。

晶圓加工屬于晶圓制造領(lǐng)域，按照廠商類型可分為IDM和Foundry模式，IDM屬于重資產(chǎn)模式，為IC設(shè)計—IC制造—IC封測一體化垂直整合，主要企業(yè)為三星等，F(xiàn)oundry模式廠商相較IDM僅具備IC制造和封測能力，剝離了設(shè)計業(yè)務(wù)。就作用而言，晶圓專業(yè)代工廠商降低了IC產(chǎn)業(yè)的進(jìn)入門檻，激發(fā)了上游IC設(shè)計廠商的爆發(fā)，以及產(chǎn)品設(shè)計和應(yīng)用的創(chuàng)新，繼而加速了IC產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用周期，拓展了下游IC產(chǎn)品應(yīng)用。

對單晶裸片進(jìn)行初步加工得到晶圓，接下來將光罩上的電路圖刻蝕到晶圓上，主要工序皆由晶圓代工廠完成。主要包括擴(kuò)散、薄膜生長、光刻、刻蝕、離子注入、拋光等工序，對應(yīng)設(shè)備主要有擴(kuò)散爐、氧化爐、CVD/PVD設(shè)備、清洗設(shè)備、光刻機(jī)、刻蝕系統(tǒng)、離子注入機(jī)、拋光機(jī)等。作為半導(dǎo)體生產(chǎn)流程的直接生產(chǎn)，晶圓加工步驟眾多，設(shè)備要求極高，雖然國內(nèi)具備完整生產(chǎn)能力，受限于高端設(shè)備和技術(shù)封鎖，高端產(chǎn)品仍未突破，其中光刻、離子注入和拋光(拋光墊)等工藝設(shè)備國內(nèi)尚未突破。

半導(dǎo)體行業(yè)的生產(chǎn)模式分為IDM和Fabless +Foundry，IDM集IC設(shè)計、制造與封裝測試為一體,屬于重資產(chǎn)模式，對于企業(yè)的資金要求極高，F(xiàn)abless +Foundry模式將晶圓制造生產(chǎn)部分委任給Foundry可降低Fabless設(shè)計的準(zhǔn)入門檻，降低資金投入，有助于企業(yè)技術(shù)快速突破。

晶圓生產(chǎn)成本投資額中，晶圓設(shè)備通常占比總晶圓項目投資額8成左右，以國內(nèi)最大的代工廠中芯國際為例，其12英寸芯片SN1項目的總投資額中生產(chǎn)設(shè)備購置及安裝費占比80.9%。從臺積電單片晶圓成本來看，主要成本是折舊費用，占比近5成，除此之外專利費用也是較大成本占比。總體來看，晶圓生產(chǎn)中設(shè)備及技術(shù)專利等占據(jù)主要成本。

全球半導(dǎo)體行業(yè)持續(xù)高景氣，中國已成為全球最大的半導(dǎo)體市場，A股相關(guān)的半導(dǎo)體上市公司2022年一季報以報喜為主，這個行業(yè)，國產(chǎn)替代才起步，適合今后N多年跟蹤，因此，有必要著手研究研究和跟進(jìn)了解，為今后投資搞清華來龍去脈。

今天做一下半導(dǎo)體材料--晶圓制造材料的筆記：

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，半導(dǎo)體材料位于產(chǎn)業(yè)上游，是整個半導(dǎo)體行業(yè)的基礎(chǔ)，通?？煞譃榫A制造材料和封裝材料。由于封裝材料細(xì)分領(lǐng)域眾多，且影響力相對有限，今天文章不作摘記。

晶圓制造材料，主要包括硅片、光刻膠及配套試劑、掩膜版、電子特氣、濕電子化學(xué)品、濺射靶材、CMP研磨墊及研磨液等，其中以硅片市場占比最大。

硅，是最主要的元素半導(dǎo)體材料，包括單晶硅、多晶硅、硅片、硅外延片、非晶硅薄膜、微晶硅薄膜等，可直接或間接用于制備半導(dǎo)體器件。目前硅片主要尺寸為6英寸(150mm)及以下，8英寸(200mm)及12英寸(300mm)硅片，12英寸硅片性價比更優(yōu)。

滬硅產(chǎn)業(yè)，主營8、12英寸半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)，目前已實現(xiàn)28nm以上所有節(jié)點的產(chǎn)品認(rèn)證以及64層3D NAND產(chǎn)品驗證。最新動態(tài)是上海新昇擬15.5億元設(shè)合資公司，投建300mm半導(dǎo)體硅片擴(kuò)產(chǎn)項目。

立昂微，國內(nèi)第二大半導(dǎo)體硅片供應(yīng)商，6/8英寸硅片產(chǎn)線近年早已實現(xiàn)大規(guī)模出貨，12英寸硅片于2021年底達(dá)到15萬片/月的產(chǎn)能規(guī)模，產(chǎn)品最高可滿足14nm工藝要求。

中環(huán)股份，目前8、12英寸硅片均已實現(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)能達(dá)到70萬片/月、15萬片/月。

光刻膠，又稱光致抗蝕劑，是一種對光敏感的混合液體。光刻膠可以通過光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)曝光、顯影等光刻工序?qū)⑺栉⒓?xì)圖形從掩模版轉(zhuǎn)移到待加工基片上。光刻膠的技術(shù)壁壘最高，目前國產(chǎn)化率很低，與國外技術(shù)差距很大。