半导体周全分析（三）：制造三大年夜工艺硅片五大年夜巨擘,晶圆是什么东西。

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十、制造

28. 市场：五千亿，海内缺口 500 亿

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设计完成后，下一步便是制造，制造常被称为晶圆代工，是指经由一系列标准的半导体加工工艺，将设计得到的版图构造转移到袒露的晶圆上，以形成附加值较高的半导体芯片

（图片来自网络侵删）

根据 IC insights，2018 年环球晶圆代工行业市场规模 710 亿美金

手机干系占一半

28nm 以下占一半

中国市场规模 107 亿美元，占环球1/5

海内晶圆代工厂高端工艺产能不敷，2017 年海内设计公司到外资晶圆代工厂代工规模达 481 亿元

29. 技能：晶圆、芯片、封测

芯片制造是人类历史上最繁芜的工艺，加工精度为头发丝的几千分之一，须要上千个步骤才能完成，其难度，堪比两弹一星

依产品种类不同，产品所需的加工道次约 400 至 600 道，加工韶光 2-3 个月，可分为晶圆、芯片、封测三大部分，下面逐一先容

十一、晶圆

30. 技能：定义

盖房要有地基，如果将芯片制造比拟成用乐高积木盖屋子，藉由一层又一层的堆叠，完本钱身期望的造型（也便是各式芯片），便须要一个平稳的基板，对芯片制造来说，这个基板便是衬底，也叫晶圆，是制造半导体器件的“地基”，通过在衬底上履行一系列的工艺流程，就可以得到相应的半导体产品

回忆一下小时候在玩乐高积木时，积木的表面都会有一个一个小小圆型的凸出物，藉由这个布局，我们可将两块积木稳固的叠在一起，且不需利用胶水。
芯片制造，也因此类似这样的办法，将后续添加的原子和基板固定在一起。
因此，我们须要探求表面整洁的基板，以知足后续制造所需的条件，在固体材料中，有一种分外的晶体构造── 单晶（Monocrystalline）。
它具有原子一个接着一个紧密排列在一起的特性，可以形成一个平整的原子表层。
因此，采取单晶做成晶圆，便可以知足以上的需求

31. 技能：提纯、成长、成型

衬底可以选择多种材料，个中最广泛利用的是硅，其它化合物质料请持续关注本公众年夜众号史晨星（shichenxing1）

硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤：提纯、单晶硅成长、硅片成型

提纯

硅的紧张评判指标是纯度，你想想，如果硅原子之间有一堆杂质，那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。
无论啥东西，纯度越高制造难度越大。
用于太阳能发电的高纯硅哀求99.9999%，这玩意儿全天下超过一半是中国产的，早被玩成了白菜价。
芯片用的电子级高纯硅哀求99.999999999%(别数了，11个9) ，半导体硅片的制造难度远远大于光伏硅片

提纯分成两个阶段，第一步是冶金级纯化，加入碳，以氧化还原的办法，将氧化硅转换成 98% 以上纯度的硅第二步是三氯氢硅法（西门子法Siemens process），通过加热含碳的硅石来天生气态的二氧化硅（SiO2）再用纯度约98%的二氧化硅，通过压碎和化学反应生产含硅的三氯氢硅气体（SiHCl3）末了用改良西门子法，将三氯氢硅经由再一次的化学过程，用氢气还原制备出纯度为99.999999999%的半导体级硅

成长

这种硅原子纯度够了，但排列混乱，会影响电子运动，只能叫多晶硅

长晶技能路线紧张分为直拉法（CZ），区熔法（FZ）。
个中直拉法是目前市场的主流，可支持 12 寸硅片生产，而区熔法则相对大略，仅可支持 8 寸及以下尺寸硅片生产

将多晶硅融化，形成液态的硅，以单晶的硅种（seed）和液体表面打仗，一边旋转一边缓慢的向上拉起。
至于为何必要单晶的硅种，是由于硅原子排列就和人排队一样，会须要排头让后来的人该如何精确的排列，硅种便是主要的排头，让后来的原子知道该如何排队。
末了，待离开液面的硅原子凝固后，排列整洁的单晶硅柱便完成了

成型

硅晶棒再经由切段、滚磨、切片、倒角、抛光、激光刻后，成为集成电路工厂的基本质料—— 硅晶圆片

32. 技能路线：大尺寸化

伴随着半导体行业的发展，硅片的尺寸也逐步提升。
每次硅片直径的提升，都会使得单片晶圆产出的芯片数量呈几何倍数增长，从而在生产过程中供应显著的规模经济效益

晶圆面积越大，在同一晶圆上可生产的集成电路IC越多，本钱越低，硅片的发展趋势也是大尺寸化，目前 300mm硅片已成为业内主流，2017 年环球 12 寸出货面积约占硅片总体的 66.1%

12 寸硅片的下一站是 18 寸（450mm）硅片，但由于 12 寸硅片可以知足当前的生产需求，且 18 寸硅片设备研发难度极大，由于面临资金和技能的双重压力，晶圆厂向450mm（18英寸）产线转移的速率放缓，根据国际预测，到 2020 年旁边，450mm的硅片开拓技能才有可能实现初步量产

33. 家当：环球五大巨子

环球前五家供应商日本信越化学、日本三菱住友 SUMCO、台湾环球晶圆、德国世创电子 Siltronic AG 和韩国 SK Siltron Inc.，霸占半导体硅片市场 90% 以上份额

日本信越化学

信越化学能够制造出具有 11 个 9（99．999999999％）的纯度与均匀的结晶布局的单晶硅，表面的平坦度 1 微米以下

台湾环球晶圆

德国世创电子 Siltronic