芯耀
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硅片是生產(chǎn)集成電路的主要原材料。硅片尺寸越大則每片硅片上可以制造的芯片數(shù)量就越多，從而制造成本就越低。硅片尺寸的擴(kuò)大和芯片線寬的減小是集成電路行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的兩條主線?，F(xiàn)在 12 寸硅片的出貨量占比超過(guò) 60%，是目前主流的硅片尺寸。
半導(dǎo)體硅片通常釆用查克洛斯法（CZ Method）將高純度的多晶硅錠拉成不同電阻率的硅單晶錠。硅片加工過(guò)程要經(jīng)過(guò)晶體定向→外園滾磨→加工主、副參考面→切片→倒角→熱處理→研磨→化學(xué)腐蝕→拋光→清洗→檢測(cè)→包裝等工序。
根據(jù)硅純度的不同要求，可分為太陽(yáng)能等級(jí) 99.9999%，6 個(gè)“9”純度，以及半導(dǎo)體等級(jí) 11 個(gè)“9”。本文只涉及半導(dǎo)體用的硅片。
硅晶園
在半導(dǎo)體制造業(yè)中廣泛使用各種不同尺寸與規(guī)格的硅片，通常包括 4 英寸、5 英寸、6 英寸、8 英寸及 12 英寸，它們的基本規(guī)格如下表所示。
來(lái)源：半導(dǎo)體制程技術(shù)導(dǎo)論；2001 年肖宏 P102
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按 IC Insight 資料，2015 年底全球半導(dǎo)體安裝產(chǎn)能總計(jì)月產(chǎn) 1635.3 萬(wàn)片（8 英寸計(jì)）。按地區(qū)分布，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)依月產(chǎn) 354.7 萬(wàn)片，市占率達(dá) 21.7%，居全球首位；韓國(guó)依月產(chǎn) 335.7 萬(wàn)片，市占率 20.5%，居第二；日本依月產(chǎn) 282.4 萬(wàn)片，市占率 17.3%，居第三；北美依月產(chǎn) 232 萬(wàn)片，市占率 14.2%，居第四；中國(guó)依月產(chǎn) 159.1 萬(wàn)片，市占率 9.7%，居第五位；歐洲依月產(chǎn) 104.6 萬(wàn)片，市占率 6.4%，居第六位；其它地區(qū)市占率 10.2%。
由于缺乏統(tǒng)一定義，硅片尺寸過(guò)渡的時(shí)間無(wú)法達(dá)成共識(shí)，其中有一種觀點(diǎn)認(rèn)為累積硅片的出貨量超過(guò) 100 萬(wàn)片時(shí)，表示該進(jìn)入硅片尺寸時(shí)代。實(shí)際上如英特爾等總是領(lǐng)先其它業(yè)者，首先進(jìn)入更大尺寸的硅片。
現(xiàn)據(jù) SEMI 2006 年的說(shuō)法，將全球硅片尺寸的過(guò)渡時(shí)間表列于如下：4 英寸硅片于 1986 年；6 英寸于 1992 年；8 英寸于 1997 年；12 英寸于 2005 年。但如果依英特爾的芯片生產(chǎn)線建設(shè)（見(jiàn) intel’s all fab list），它的 3 英寸生產(chǎn)線是建于 1972 年的 FAB2 ；4 英寸生產(chǎn)線是建于 1973 年的 FAB4；6 英寸生產(chǎn)線是建于 1978 年的 FAB5；8 英寸生產(chǎn)線是建于 1992 年的 FAB15；第一條 12 英寸生產(chǎn)線建于 2002 年 FAB12（ in Hillsboro），與 IBM 同步。
業(yè)界較為公認(rèn)的說(shuō)法，1980 年代是 4 英寸硅片占主流，1990 年代是 6 英寸占主流，2000 年代是 8 英寸占主流，到 2002 年時(shí)英特爾與 IBM 首先建 12 英寸生產(chǎn)線，到 2005 年己占 20%，到 2008 年占 30%，而那時(shí) 8 英寸己下降至 54%，6 英寸更下降至 11%。
多晶硅的原材料是高純度的石英，目前已知的全世界儲(chǔ)量中，中國(guó)量最多、品質(zhì)最好，但是我國(guó)之前卻是將石英礦沙在高溫下還原成金屬硅后低價(jià)外銷(xiāo)，再高價(jià)進(jìn)口多晶硅，并且石英還原成金屬硅的階段是高度污染的。好在近些年光伏產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前太陽(yáng)能等級(jí)的多晶硅，我國(guó)的產(chǎn)量已經(jīng)是全球第一。
截止 2014 年，全球 300mm 硅片實(shí)際出片量已占各種硅片出片量的 65%左右,平均約 450 萬(wàn)片 / 月。2015 年第 1 至第 2 季度每月平均需求量約 500 萬(wàn)片。
現(xiàn)在 300mm 半導(dǎo)體級(jí)的硅片，國(guó)內(nèi)一個(gè)月需求量約 45-50 萬(wàn)片，而目前國(guó)內(nèi)的產(chǎn)量幾乎為零，這是產(chǎn)業(yè)鏈上最為緊缺的一環(huán)，預(yù)計(jì)未來(lái)的 5 年內(nèi)僅 300mm 硅片中國(guó)的需求量要超過(guò)月產(chǎn) 100 萬(wàn)片以上。而從硅片的市場(chǎng)供應(yīng)，全球日本生產(chǎn)的最多，日本信越和 SUMCO，這兩家的產(chǎn)能和實(shí)際供應(yīng)量總和占全球 2/3 以上。300mm 半導(dǎo)體級(jí)的大硅片，不僅是產(chǎn)業(yè)鏈缺失的重要一環(huán)，也是國(guó)家安全戰(zhàn)略發(fā)展的需要。
在 2012 至 2013 年科技部的 02 專(zhuān)項(xiàng)中，已有大硅片方面項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)準(zhǔn)備，但遲遲不能立項(xiàng)，原因就是雖然有國(guó)內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)曾經(jīng)做過(guò) 12 寸大硅片，研發(fā)成功，但由于良率不高還不能量產(chǎn)。2014 年，科技部 02 專(zhuān)項(xiàng)的領(lǐng)導(dǎo)下定決心要攻克 12 英寸硅片難關(guān)。要求是不僅研發(fā)成功，更要量產(chǎn)成功。量產(chǎn)的概念不是幾千片，是每個(gè)月 10 萬(wàn)片以上交付客戶，連續(xù) 6 個(gè)月交付客戶 10 萬(wàn)片以上，才算完成項(xiàng)目。
全球硅晶園片 2016 年供應(yīng)商排名如下：日本信越半導(dǎo)體第一位，占比 27%；日本勝高科技（SUMCO）占比 26%，居第二；環(huán)球晶園占比 17%，排第三；Siltronic 占比 13%，排第四；LG 占比 9%，排第五；SunEdison 占比 10%；其它 8%。
2016 全球硅晶片排名
由國(guó)家立項(xiàng)的 12 英寸硅片項(xiàng)目己經(jīng)啟動(dòng)，叫上海新昇半導(dǎo)體科技有限公司，成立于 2014 年 6 月，坐落于臨港重裝備區(qū)內(nèi)，占地 150 畝，總投資 68 億元，一期總投資 23 億元。新昇半導(dǎo)體第一期目標(biāo)致力于在我國(guó)研究、開(kāi)發(fā)適用于 40-28nm 節(jié)點(diǎn)的 300mm 硅單晶生長(zhǎng)、硅片加工、外延片制備、硅片分析檢測(cè)等硅片產(chǎn)業(yè)化成套量產(chǎn)工藝；建設(shè) 300 毫米半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)基地，實(shí)現(xiàn) 300 毫米半導(dǎo)體硅片的國(guó)產(chǎn)化，充分滿足我國(guó)極大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)對(duì)硅襯底基礎(chǔ)材料的迫切要求。新昇半導(dǎo)體一期投入后，預(yù)計(jì)月產(chǎn)能為 15 萬(wàn)片 12 英寸和 5 萬(wàn)片 8 英寸硅片，最終將形成 300mm 硅片 60 萬(wàn)片 / 月的產(chǎn)能，年產(chǎn)值達(dá)到 60 億元。屆時(shí)新昇將與世界一流技術(shù)接軌，達(dá)到世界先進(jìn)水平。
全球硅片出貨量與銷(xiāo)售額：2007 時(shí)為 8661MSI（百萬(wàn)平方英寸），銷(xiāo)售額達(dá) 121 億美元；到 2010 年時(shí)為 9043MSI，銷(xiāo)售額為 97 億美元，以及 2015 年為 10434MSI，銷(xiāo)售額為 72 億美元，反映全球的硅片出貨量增長(zhǎng)緩慢，而且銷(xiāo)售額逐年下降（價(jià)格下跌）。
450 毫米硅片
為了加速發(fā)展 450mm(18 英寸)晶園，全球五大半導(dǎo)體業(yè)者 IBM、英特爾、三星電子、臺(tái)積電和 GlobalFoundries 在 2011 年共同成立全球 450mm 聯(lián)盟，簡(jiǎn)稱(chēng) G450C，并于美國(guó)紐約州 Albany 設(shè)立 450mm 晶園技術(shù)研發(fā)中心。
450mm 聯(lián)盟成立后，18 寸晶園世代的技術(shù)和機(jī)臺(tái)設(shè)備有不少方針已開(kāi)始確立，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)邁入 18 寸晶園世代的重要里程碑，目的是推動(dòng) 450mm 硅片技術(shù)的發(fā)展。
實(shí)際上在 2012 年，除 G450C 聯(lián)盟之外，還誕生了 EEMI450 聯(lián)盟 ( 歐洲 ) 和 Metro450 聯(lián)盟 ( 以 色列 ) ，共計(jì)三個(gè)聯(lián)盟來(lái)推動(dòng) 450 毫米硅片的進(jìn)展，目標(biāo)是可互用研究結(jié)果，減少重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。
除此之外，半導(dǎo)體制造技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟 (SEMATECH) 和國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備與材料協(xié)會(huì) (SEMI) 等也在推動(dòng)全球產(chǎn)業(yè)鏈的合作研發(fā)，因?yàn)楣杵睆降脑龃髮縿?dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生很大的改變。
然而，450 毫米硅片的進(jìn)程自開(kāi)始就有不同的看法，其中最為關(guān)鍵是半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，如應(yīng)用材料公司等缺乏積極性，理由是 450 毫米設(shè)備不是簡(jiǎn)單地把腔體的直徑放大，而是要從根本上對(duì)于設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，因此面臨著經(jīng)費(fèi)與人力等問(wèn)題，更多的擔(dān)心是未來(lái)的市場(chǎng)，能否有足夠的投資回報(bào)率。所以關(guān)于 450 毫米硅片的聲浪是此起彼伏，盡管英特爾、三星及臺(tái)積電等大廠信心滿滿，實(shí)際上是雷聲大雨點(diǎn)小。
自 2014 年開(kāi)始 G450C 聯(lián)盟出現(xiàn)暫緩研發(fā) 450mm 硅片的跡象。盡管如臺(tái)積電等曾宣布將于 2018 至 2019 年期間會(huì)采用 450 毫米硅片，然而依目前半導(dǎo)體業(yè)的態(tài)勢(shì)觀察，現(xiàn)在還很難取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。
采用 450 毫米硅片，如同前幾次硅片增大直徑一樣，關(guān)鍵在于從經(jīng)濟(jì)上看投入產(chǎn)出比高，產(chǎn)業(yè)鏈上廠商確實(shí)有利可圖，包括芯片制造商及設(shè)備供應(yīng)商在內(nèi)都能受益；另一個(gè)是需要有擴(kuò)大產(chǎn)能的迫切性，所以產(chǎn)業(yè)鏈在等待未來(lái)市場(chǎng)再次高潮的到來(lái)。
不管如何，450 毫米硅片對(duì)于全球半導(dǎo)體業(yè)仍是一個(gè)懸而未決的課題。
來(lái)源：SEMI，數(shù)據(jù)僅為半導(dǎo)體，太陽(yáng)能硅片未計(jì)入
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