半导体制造工艺之001：硅片

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发布时间：2025-11-12

在当今数字化时代，芯片已成为现代科技的基石，而半导体核心材料则是芯片制造的关键。作为半导体产业链最上游的环节，硅片被誉为电子产业的“粮食”和“血液”，其性能和供应能力决定了整个产业链的韧性。

全球半导体产业的稳定发展，高度依赖于一个复杂且脆弱的供应链体系。然而，这个供应链正面临着前所未有的考验。

01 硅片：半导体产业的隐形支柱

硅片，又称硅晶圆，是制造半导体器件的核心基底材料，由高纯度单晶硅经过切片、研磨、抛光等一系列精密工艺加工而成。

硅片的主要作用是加工制作成各类电路结构，使之成为具有特定电性能的半导体产品。它是需求量最大的晶圆制造材料，占半导体制造材料市场规模比重约37%，位于半导体制造三大核心材料之首。

没有硅片的参与，几乎不可能有任何半导体产品问世。硅片的质量直接决定了芯片的性能、良率和可靠性。在芯片制造过程中，硅片作为载体，通过光刻、蚀刻、掺杂、沉积等工艺，将复杂的电路结构制作在硅片表面。

 

02 制造工艺：从沙子到高科技产品的蜕变

硅片的原材料是石英，也就是通常说的沙子，可以直接在自然界开采。但要把普通的沙子变成能满足半导体制造要求的硅片，需要经历一系列复杂精密的加工工序。

硅片的制造流程包括：电子级多晶硅提纯 → 单晶拉制 → 切片 → 抛光 → 清洗 → 外延。

首先是将石英矿石进行脱氧提纯，主要去除铁、铝等杂质。然后通过化学反应，生成单晶硅。此时的硅为多晶体硅，并且为粗硅，存在较多杂质。

接下来是制备单晶硅棒，主流的两种方法是直拉法（CZ）和区熔法（FZ）。直拉法制作的硅片主要用在逻辑、存储器芯片中，市场占比约为95%；而区熔法硅片主要用在部分功率芯片中，市场占比约为4%。

在得到单晶硅棒后，还需要进行滚磨、切割、倒角、抛光等一系列精密加工工序。化学机械抛光（CMP）是集成电路制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺。

抛光的主要目的是将晶圆的表面变得更加平滑，平整无损伤，并且保证每片晶圆的厚度一致性。

 

03 尺寸之争：大硅片带来的成本革命

硅片按直径大小可分为6英寸及以下、8英寸和12英寸三类规格。一般而言，90纳米以上的制程主要使用8英寸及以下的半导体硅片，而90纳米及以下的制程主要使用12英寸硅片。

硅片直径越大，单位晶圆可切割出的芯片数量越多，边缘损耗越小，平均制造成本越低。

以面积计算，12英寸硅片的理论面积是8英寸硅片的2.25倍，在相同工艺条件下，其单位可用芯片数约为8英寸的2.5倍。

随着先进制程与AI计算需求的持续增长，12英寸硅片已成为行业主流规格。根据SEMI统计，2023年12英寸硅片出货面积占全球总出货面积的70%以上；预计到2026年，全球12英寸硅片月度需求将超过1000万片。

目前技术迭代最快的逻辑芯片和存储芯片均采用12英寸晶圆工艺。同时，基于成本与良率考虑，部分功率器件、模拟芯片及CIS图像传感器也正加速向12英寸迁移。

 

04 全球格局：五大寡头垄断的市场

全球半导体硅片市场呈现出高度集中的竞争格局。五大厂商——信越化学、SUMCO、环球晶、德国世创（Siltronic）、SK Siltron——合计占据85%以上份额，形成寡头垄断。

其中，日本双寡头（信越+SUMCO）掌控全球12英寸硅片约一半全球产能。

这些厂商拥有深厚的技术壁垒：每家在晶体生长、缺陷控制、抛光与外延工艺上积累数千项专利，最多达3，500项以上，形成较强的专利壁垒。

信越化学是全球产能和出货量最大的电子级硅片生产企业，也是全球第一家（2001年）量产12英寸硅片的厂商。SUMCO则是电子级硅片领域申请专利最多的厂商，其应用于先进制程逻辑芯片的外延片全球市占率居首。

这些龙头厂商与下游客户签有长期供货协议（LTA），锁定台积电、三星、英特尔等主要晶圆厂，建立了稳定的合作关系。

 

05 国内发展：奋起直追的国产硅片产业

相比国际巨头，我国12英寸硅片产业起步较晚、技术积累薄弱、规模普遍偏小。当前，我国12英寸硅片仍大部分依赖进口，特别是对于先进制程芯片所需的中高端12英寸硅片，自给矛盾更为突出。

不过随着国家“强链补链”政策推动，以及晶圆厂产能加速布局，国内厂商正奋起直追。目前，一批国内硅片企业已崭露头角，成规模地推进12英寸硅片的研发和量产。

沪硅产业拟投资约132亿元建设“集成电路用300mm硅片产能升级项目”，建成后将在现有产能基础上新增60万片/月，使300mm硅片总产能达到120万片/月。

立昂微在衢州基地已建成12英寸抛光片产能15万片/月、12英寸外延片产能10万片/月；嘉兴基地12英寸抛光片产能已达到15万片/月。

中欣晶圆在2025年5月所有产品合计月销售量历史性突破100万片，近五年复合增长率保持32%的高速增长。随着丽水12英寸抛光项目顺利通线，未来其12英寸抛光片月产能将突破45万片。

郑州合晶的12英寸大硅片二期项目正在推进洁净室建设，计划于2025年9月底完成交付。项目投产后，每月将生产10万片12英寸硅片，将填补我国在高端大尺寸硅片制造领域的技术空白。

 

06 市场动态：冷热不均的行业现状

当前，全球半导体硅晶圆市场呈现出 “结构性景气”而非“全面复苏”的特点。据环球晶董事长徐秀兰近日指出，目前全球半导体硅晶圆市场供过于求约5%～10%。

从不同尺寸来看，12英寸晶圆需求仍具韧性，产能利用率超过95%；但8英寸晶圆产能利用率已降至80%以下，6英寸晶圆更低于70%，显示成熟制程领域的需求疲弱仍未见底。

一方面，AI服务器与GPU驱动的先进制程拉动台积电、三星、英特尔等12英寸产线满载；另一方面，传统的消费电子芯片（如PMIC、电源管理芯片、显示驱动IC）需求依旧疲弱，库存消化进程缓慢，导致中小尺寸晶圆产能利用率持续下滑。

根据SEMI发布的季度硅片出货报告，2025年Q3全球硅片出货量同比增长3.1%，达到33.13亿平方英寸，较2024年同期的32.14亿平方英寸略有提升，但环比下降0.4%。这说明全球市场虽有复苏迹象，但势头依旧疲软。

 

07 未来趋势：机遇与挑战并存

展望未来，硅片行业面临着机遇与挑战并存的局面。

技术升级是推动市场发展的重要动力。硅片行业正朝着更大尺寸和更高性能的方向发展。18英寸硅片研发进入量产准备阶段，更大尺寸的硅片可以提高芯片的集成度，降低生产成本，提高生产效率，有望成为未来市场的主流产品。

同时，先进制程7nm及以下芯片所需的高阻硅片需求年增速显著。

新兴技术的持续发展也将拉动硅片需求。随着5G通信、人工智能、物联网等新兴技术的不断发展和普及，对半导体芯片的需求将持续增长，进而拉动硅片的市场需求。

例如，人工智能领域对高性能计算芯片的需求不断增加，这些芯片需要大量高质量的硅片作为支撑。

然而，国内硅片产业依然面临诸多挑战。当前，国内12英寸硅片企业仍处于“投资期、建设期、产能爬坡期”三阶段叠加状态，面临产品竞争力不足、半导体行业周期性波动影响、高端技术瓶颈制约等多重挑战。

国外大厂凭借规模效应、技术优势与成熟供应链，综合毛利率长期保持在40%以上，盈利能力强劲；而国内12英寸硅片企业多数仍处于市场拓展与产能爬坡阶段，尚未形成稳定盈利。

关键词： 半导体制造工艺之001：硅片

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