Kísilplötur eru hornsteinn hálfleiðaraefna. Þær eru fyrst gerðar í sílikonstangir með því að toga í einkristalla og síðan skorið og búið til. Þar sem fjöldi gildisrafeinda kísilatóma er 4 og raðtalan er í meðallagi, hefur kísill sérstaka eðlis- og efnafræðilega eiginleika og er hægt að nota á efna-, ljósvökva-, flís- og öðrum sviðum. Sérstaklega á sviði flísa eru það hálfleiðaraeiginleikar kísils sem gera það að hornsteini flísanna. Á sviði photovoltaics er hægt að nota það til sólarorkuframleiðslu. Þar að auki er kísill 25,8% af jarðskorpunni. Það er tiltölulega þægilegt að anna og hefur sterka endurvinnsluhæfni, þannig að verðið er lágt, sem eykur notkunarsvið sílikons enn frekar.
1. Kísill - hornsteinn flísefna Kísilefni er skipt í einkristalla sílikon og fjölkristallaðan sílikon í samræmi við mismunandi fyrirkomulag einingafruma. Stærsti munurinn á einkristallskísli og fjölkristalluðu sílikoni er sá að einingafrumufyrirkomulag einkristallskísils er skipulega, á meðan fjölkristallað sílikon er óreglulegt. Hvað varðar framleiðsluaðferðir er fjölkristallaður sílikon almennt gerður með því að hella sílikonefni beint í deiglu til að bræða það og síðan kæla það. Einkristallaður sílikon er myndaður í kristalstöng með því að toga í einn kristal (Czochralski aðferðin). Hvað varðar eðliseiginleika eru eiginleikar þessara tveggja tegunda kísils mjög mismunandi. Einkristallaður kísill hefur sterka rafleiðni og mikla ljósaskilvirkni. Ljósrafmagnsbreytingarskilvirkni einkristallaðs kísils er yfirleitt um 17% til 25%, en skilvirkni fjölkristallaðs kísils er undir 15%.
▲Hálleiðara kísilskífur og ljósvaka kísilskífur
▲ Uppbygging einkristals kísileiningar frumu
Ljósvökvi kísilskífur:Vegna ljósrafmagnsáhrifa og augljósra kosta einkristallaðs kísils, notar fólk kísilplötur til að ljúka umbreytingu sólarorku í raforku. Á ljósvakasviðinu eru ferninga einkristallaðar sílikonfrumur með ávölum hornum almennt notaðar. Ódýrari fjölkristallaðar sílikonplötur eru einnig notaðar, en umbreytingarvirknin er minni.
▲Fram og aftan á einkristallaðri sílikonfrumu
▲ Fjölkristallaður sílikonfrumur að framan og aftan
Þar sem kísilplötur með ljósvökva hafa litlar kröfur um breytur eins og hreinleika og skekkju, er framleiðsluferlið tiltölulega einfalt. Með því að taka einkristallaðar sílikonfrumur sem dæmi, þá er fyrsta skrefið að skera og hringja. Skerið fyrst einkristallaða sílikonstöngina í ferkantaða stangir í samræmi við stærðarkröfur og hringið síðan um fjögur horn ferningastanganna. Annað skrefið er súrsun, sem er aðallega til að fjarlægja yfirborðsóhreinindi einkristallaðra ferningastanganna. Þriðja skrefið er sneið. Límdu fyrst hreinsuðu ferningastangirnar á vinnuborðið. Settu síðan vinnubrettið á skurðarvélina og klipptu það í samræmi við settar ferlibreytur. Að lokum skaltu þrífa einkristallaða sílikonplöturnar og fylgjast með yfirborðssléttleika, viðnám og öðrum breytum.
Hálfleiðara kísilskífur:Hálfleiðara kísilskífur hafa meiri kröfur en ljósvaka kísill. Í fyrsta lagi eru allar kísilskífur sem notaðar eru í hálfleiðaraiðnaði einkristallaður kísill, til að tryggja sömu rafeiginleika hverrar stöðu kísilskífunnar. Að því er varðar lögun og stærð eru einkristallaðar kísilplötur með ljósum ferningum, aðallega með hliðarlengd 125 mm, 150 mm og 156 mm. Einkristölluðu kísilskífurnar sem notaðar eru fyrir hálfleiðara eru kringlóttar, með þvermál 150 mm (6-tommu skífur), 200 mm (8-tommu skífur) og 300 mm (12-tommu skífur). Hvað varðar hreinleika er hreinleikakrafan fyrir einkristallaðar kísilskífur sem notaðar eru fyrir ljósvökva á bilinu 4N-6N (99,99%-99.9999%), en hreinleikakrafan fyrir einkristallaða kísilskífa sem notuð eru fyrir hálfleiðara er u.þ.b. 9N (99,9999999%)-11N (99,999999999%), og lágmarkskrafan um hreinleika er 1000 sinnum hærri en einkristallaðar kísilskífur sem notaðar eru í ljósvökva. Hvað varðar útlit er yfirborðssléttleiki, sléttleiki og hreinleiki kísilþráða sem notaðir eru fyrir hálfleiðara hærri en kísilþráða sem notaðir eru fyrir ljósvökva. Hreinleiki er stærsti munurinn á einkristölluðum kísilskífum sem notaðar eru fyrir ljósvökva og einkristallaðar kísilskífur sem notaðar eru fyrir hálfleiðara.
▲ Framleiðsluferli hálfleiðara kísilskúffu
Þróun lögmáls Moore er þróun kísilþráða. Þar sem hálfleiðara kísilskífur eru kringlóttar, eru hálfleiðara kísilskífur einnig kallaðar "kísilskífur" eða "skífur". Wafers eru „undirlagið“ fyrir flísaframleiðslu og allar flísar eru framleiddar á þessu „undirlagi“. Í þróunarsögu hálfleiðara kísilþráða eru tvær meginstefnur: stærð og uppbygging.
Hvað varðar stærð, þá er þróunarleið kísilskúffu að verða stærri og stærri: Á fyrstu stigum samþættrar hringrásarþróunar voru 0.75-tommu diskar notaðar. Aukning á flísarsvæðinu og fjölda flísa á einni flís getur dregið úr kostnaði. Um 1965, með innleiðingu lögmáls Moores, hófu bæði samþætt rafrásartækni og kísilþynnur tímabil örrar þróunar. Kísilplötur hafa farið í gegnum 4-tommu, 6-tommu, 8-tommu og 12-tommu hnúta. Þar sem Intel og IBM þróuðu í sameiningu framleiðslu á 12-tommu flísum árið 2001, er núverandi almenna kísilskífa 12-tommu flísar sem eru um 70%, en 18-tommu (450 mm) flísar hafa verið sett á dagskrá.
▲Fjarbreytur af mismunandi stærðum obláta
▲Þróun stærðar kísilskúffu
Hvað varðar uppbyggingu er þróunarstefna kísilþráða að verða flóknari og flóknari: á fyrstu stigum samþættrar hringrásarþróunar var aðeins ein tegund af rökfræðiflís, en með auknum fjölda umsóknarsviðsmynda, rökfræðiflísum, aflbúnaði , hliðrænir flísar, blandaðir hliðrænir og stafrænir flísar, flash/DRAM geymslukubbar, útvarpsbylgjur o.s.frv. hafa birst hver á eftir öðrum, sem gerir það að verkum að kísilskífur hafa mismunandi byggingarform. Nú eru aðallega þrjár tegundir:
PW (pólsk obláta):fágað obláta. Kísilskífurnar sem eru skornar beint eftir að hafa dregið staka kristalla eru ekki fullkomnar hvað varðar sléttleika eða vinda, svo þær verða fyrst að fágaðar. Þessi aðferð er líka frumstæðasta leiðin til að vinna úr kísilskífum.
AW (Anneal Wafer):Gleruð obláta. Með stöðugri þróun vinnslutækni og stöðugri minnkun á smáraeiginleikastærðum, verða gallar fágaðra diska smám saman afhjúpaðir, svo sem staðbundnir grindargalla á yfirborði kísilþráða og hátt súrefnisinnihald á yfirborði kísilþráða. Til að leysa þessi vandamál hefur verið þróuð tækni til að glæða oblátur. Eftir slípun er kísilskúffan sett í ofnrör fyllt með óvirku gasi (venjulega argon) til háhitaglæðingar. Þetta getur ekki aðeins lagað grindargalla á yfirborði kísilskífunnar, heldur einnig dregið úr súrefnisinnihaldi yfirborðsins.
EW (Epitaxy Wafer):epitaxial sílikon obláta. Með vaxandi notkunaratburðarás samþættra hringrása geta staðlaðar kísilskífur framleiddar af kísilskífuverksmiðjum ekki lengur uppfyllt kröfur sumra vara hvað varðar rafmagns eiginleika. Á sama tíma geta grindargallarnir sem minnkað er með varmaglæðingu ekki uppfyllt sífellt minni línubreiddarkröfur. Þetta hefur leitt til þess að epitaxial kísilskífur hafa komið fram. Venjulegt epitaxial lagið er þunn sílikon filma. Lag af þunnri sílikonfilmu er ræktað á grundvelli upprunalegu sílikonskífunnar með því að nota þunnfilmuútfellingartækni. Þar sem kísilhvarfefnið er til sem frækristall í kísilþekju, mun vöxtur epitaxiallagsins endurtaka kristalbyggingu kísilskífunnar. Þar sem kísilskífan er einn kristal, er epitaxial lagið einnig einn kristal. Hins vegar, þar sem það er ekki slípað, getur grindargalla á yfirborði kísilskúffunnar eftir vöxt minnkað í mjög lágt stig.
Tæknilegir vísbendingar um epitaxy fela aðallega í sér þykkt þekjulaga og einsleitni þess, einsleitni viðnáms, málmstýringu líkamans, agnastýringu, stöflunagalla, tilfærslur og önnur gallastýring. Á þessu stigi hefur fólk náð háum gæðum epitaxial kísilskúffu með því að fínstilla epitaxy hvarfhitastig, epitaxy gasflæðishraða og mið- og brúnhitastig. Vegna mismunandi vara og þörf fyrir tæknilegar uppfærslur, hefur epitaxial ferlið verið stöðugt fínstillt til að ná háum epitaxial sílikon diska gæðum.
Að auki getur núverandi tækni framleitt epitaxial lög með viðnámsdópunareiningum og lyfjaþéttni sem er frábrugðin upprunalegu kísilskífunni, sem gerir það auðveldara að stjórna rafeiginleikum ræktaðrar kísilskífunnar. Til dæmis er hægt að búa til lag af N-gerð kísilþekjulagi á P-gerð kísilskúffu, þannig að myndað er PN-mót með lágstyrk, sem getur hámarkað niðurbrotsspennuna og dregið úr læsingaráhrifum í síðari flísaframleiðslu. Þykkt epitaxial lagsins er almennt breytileg eftir notkunaratburðarás. Almennt er þykkt rökkubbsins um 0,5 míkron til 5 míkron og þykkt aflbúnaðarins er um 50 míkron til 100 míkron vegna þess að það þarf að þola háspennu.
▲Epitaxial sílikon obláta vaxtarferli
▲ Mismunandi lyfjameðferð á epitaxial oblátum
SV (SOI Wafer):SOI stendur fyrir Silicon-On-Insulator. SOI sílikonplötur eru oft notaðar í RF framhliðarflísum vegna kosta þeirra eins og lítillar sníkjurýmd, lítil stutt rásaráhrif, hár erfðaþéttleiki, mikill hraði, lítill orkunotkun og sérstaklega lágur undirlagshljóð.
▲ Venjuleg kísil MOS uppbygging
▲SOI kísilskífa MOS uppbygging
Það eru fjórar meginaðferðir til að framleiða SOI kísilskífur:SIMOX tækni, Bonding tækni, Sim-bond tækni og Smart-CutTM tækni; meginreglan um SOI kísilskífur er tiltölulega einföld og kjarnamarkmiðið er að bæta einangrunarlagi (almennt aðallega kísildíoxíð SiO2) í miðju undirlagsins.
▲Fjórar tækni til að framleiða SOI oblátur
Frá sjónarhóli frammistöðubreyta er Smart-CutTM tæknin besti árangurinn í núverandi SOI kísilskífuframleiðslutækni. Frammistaða Simbond tækninnar er ekki mikið frábrugðin því sem er í Smart-Cut tækninni, en hvað varðar þykkt efsta kísilsins er SOI kísilskífan sem framleidd er með Smart-Cut tækninni þynnri og frá sjónarhóli framleiðslukostnaðar, Smart -Cut tækni getur endurnýtt sílikon diska. Fyrir fjöldaframleiðslu í framtíðinni hefur Smart-Cut tæknin meiri kostnaðarkosti, þannig að iðnaðurinn viðurkennir nú almennt Smart-Cut tækni sem framtíðarþróunarstefnu SOI sílikonskífa.
▲Árangurssamanburður á mismunandi framleiðslutækni SOI obláta
SIMOX tækni: SIMOX stendur fyrir Separation by Implanted Oxygen. Súrefnisatómum er sprautað inn í skúffuna og síðan glæðað við háan hita til að hvarfast við kísilatómin í kring til að mynda lag af kísildíoxíði. Erfiðleikar þessarar tækni er að stjórna dýpt og þykkt súrefnisjónaígræðslu. Það hefur miklar kröfur um jónaígræðslutækni.
Tengitækni: Tengitækni er einnig kölluð tengitækni. SOI sílikonplötur sem gerðar eru með tengingu eru einnig kallaðar Bonded SOI, eða BSOI í stuttu máli. Tengingartækni krefst tveggja venjulegra kísilskífa, önnur þeirra er ræktuð með oxíðlagi (SiO2), og síðan tengt öðrum kísilgjafa. Tengingin er oxíðlagið. Að lokum er það slípað og slípað að æskilegu dýpi grafna lagsins (SiO2). Þar sem tengingartækni er einfaldari en jónaígræðslutækni eru flestar SOI kísilplötur framleiddar með tengingartækni.
▲Kísil-á-einangrunarefni
▲Wafer tengiaðferð til að mynda sílikon á einangrunarefni
Sim-bond tækni:súrefnisspraututengingartækni. Sim-bond tækni er sambland af SIMOX og skuldabréfatækni. Kosturinn er sá að hægt er að stjórna þykkt grafna oxíðlagsins með mikilli nákvæmni. Fyrsta skrefið er að sprauta súrefnisjónum inn í kísilskúffu, glæða síðan við háan hita til að mynda oxíðlag og mynda síðan SiO2 oxíðlag á yfirborði kísilskífunnar. Annað skrefið er að tengja kísilskífuna við aðra skífu. Glerið síðan við háan hita til að mynda fullkomið tengiviðmót. Þriðja skrefið er þynningarferlið. Þynning fer fram með CMP tækni, en ólíkt binditækni er sim-bond með sjálfstöðvunarlag sem stöðvast sjálfkrafa þegar malað er í SiO2 lag. Síðan er SiO2 lagið fjarlægt með ætingu. Síðasta skrefið er pússun.
Smart-cut tækni:snjöll flögnunartækni. Smart-cut tækni er framlenging á tengitækni. Fyrsta skrefið er að oxa skúffu og mynda fasta þykkt af SiO2 á yfirborði skífunnar. Annað skrefið er að nota jónaígræðslutækni til að sprauta vetnisjónum inn í fasta dýpt skífunnar. Þriðja skrefið er að tengja aðra oblátu við oxuðu oblátuna. Fjórða skrefið er að nota lághita varmaglæðingartækni til að mynda loftbólur með vetnisjónum, sem veldur því að hluti af kísilskífunni flagnar af. Þá er háhita varmaglæðingartækni notuð til að auka bindingarstyrkinn. Fimmta skrefið er að fletja kísilyfirborðið. Þessi tækni er alþjóðlega viðurkennd sem þróunarstefna SOI tækni. Þykkt grafna oxíðlagsins er algjörlega ákvörðuð af dýpt vetnisjónaígræðslu, sem er nákvæmara. Þar að auki er hægt að endurnýta skrældar oblátuna, sem dregur verulega úr kostnaði.
▲SIM-tengiaðferð til að mynda sílikon-á-einangrunarefni
▲ Snjallskurðaraðferð til að mynda sílikon-á-einangrunarefni
2. Framleiðslutækni með mikla hindrun 1. Framleiðslutækni
Hráefnið í kísilþráðum er kvars, sem er almennt þekktur sem sandur, sem hægt er að vinna beint í náttúrunni. Hægt er að klára oblátaframleiðsluferlið í nokkrum skrefum: aðallega afoxun og hreinsun, hreinsun pólýkísils, einkristalla kísilhleifar (kísilstangir), veltingur, oblátaskurður, obláta fægja, glæðing, prófun, pökkun og önnur skref.
▲CZ (Czochralski) framleiðsluferli hálfleiðara obláta
▲CZ Farad einn kristal skýringarmynd
Afoxun og hreinsun:Fyrsta skrefið í framleiðslu á kísilskífum er að afoxa og hreinsa kvarsgrýti. Helstu ferlar eru flokkun, segulaðskilnaður, flotun, háhitaafgasun o.fl. Helstu járn- og álóhreinindi í málmgrýti eru fjarlægð.
Hreinsun pólýkísils:Eftir að hafa fengið tiltölulega hreint SiO2 myndast einkristallskísill með efnahvörfum. Aðalhvarfið er SiO2+C→Si+CO. Eftir að hvarfinu er lokið gufar CO beint upp, þannig að aðeins kísilkristallar eru eftir. Á þessum tíma er kísillinn fjölkristallaður kísill og það er hrákísill, sem inniheldur mikið af óhreinindum. Til þess að sía út umfram óhreinindi verður að sýra hrákísilinn sem fæst. Algengar sýrur eru saltsýra (HCl), brennisteinssýra (H2SO4) osfrv. Kísilinnihald eftir bleyti í sýru er yfirleitt yfir 99,7%. Í súrsunarferlinu, þó að járn, ál og önnur frumefni séu einnig leyst upp í sýrunni og síuð út. Hins vegar hvarfast kísill einnig við sýru og myndar SiHCl3 (tríklórsílan) eða SiCl4 (kísiltetraklóríð). Hins vegar eru bæði efnin í loftkenndu ástandi þannig að eftir súrsun hafa upprunaleg óhreinindi eins og járn og ál leyst upp í sýrunni en kísill er orðinn loftkenndur. Að lokum er háhreina lofttegundin SiHCl3 eða SiCl4 minnkað með vetni til að fá háhreinan fjölkristallaðan sílikon.
CZ aðferðin framleiðir einkristal sílikon:kísilplötur eru aðallega notaðar í rökfræði- og minniskubba, með markaðshlutdeild um 95%; CZ aðferðin er upprunnin frá teikningu Czochralskis af þunnum þráðum úr bráðnum málmi árið 1918, svo hún er einnig kölluð CZ aðferðin. Þetta er almenna tæknin til að rækta einskristal sílikon í dag. Aðalferlið er að setja fjölkristallaðan sílikon í deiglu, hita hann til að bræða hann og klemma síðan einn kristal sílikonfrækristall og hengja hann fyrir ofan deigluna. Þegar hann er dreginn lóðrétt er annar endinn settur í bræðsluna þar til hann bráðnar og síðan er honum snúið hægt og dreginn upp. Á þennan hátt mun snertifleturinn milli vökvans og fasta efnisins smám saman þéttast og mynda einn kristal. Þar sem hægt er að líta á allt ferlið sem ferli til að endurtaka frækristallinn, er myndaður kísilkristallinn einkristallskísill. Að auki er lyfjameðferð á oblátunni einnig framkvæmd í því ferli að draga einkristallinn, venjulega í fljótandi fasa lyfjagjöf og gasfasa lyfjagjöf. Vökvafasa lyfjanotkun vísar til að bæta P-gerð eða N-gerð frumefnum í deigluna. Meðan á því að draga staka kristalla er hægt að draga þessa þætti beint inn í sílikonstöngina.
▲CZ Faraday einn kristal aðferð
▲Kísilstöng eftir að hafa dregið einn kristal
Þvermál veltingur:Þar sem það er erfitt að stjórna þvermáli einkristalls kísilstöngarinnar meðan á því að draga einn kristallinn, til að fá kísilstöngina með venjulegu þvermáli, svo sem 6 tommur, 8 tommur, 12 tommur osfrv. einn kristal, þvermál kísilhúðarinnar verður rúllað. Yfirborð kísilstangarinnar eftir veltingu er slétt og stærðarvillan er minni.
Skurður afsláttur:Eftir að hafa fengið kísilhleifinn er oblátið skorið. Kísilhleifurinn er settur á fasta skurðarvél og skorinn í samræmi við uppsett skurðarprógramm. Þar sem þykkt kísilskífunnar er lítil er brún kísilskífunnar mjög skörp. Tilgangurinn með afhöggum er að mynda slétta brún. Afskorna kísilskífan er með lægri miðjuálagi, sem gerir hana traustari og ekki auðvelt að brjóta hana í framtíðar flísaframleiðslu.
Fæging:Megintilgangur fægja er að gera yfirborð skúffunnar sléttara, flatt og skemmdalaust og tryggja þykkt samkvæmni hverrar skífu.
Próf umbúðir:Eftir að hafa fengið fáða kísilskífuna þarf að prófa rafeiginleika kísilskífunnar, svo sem viðnám og aðrar breytur. Flestar kísilskúffuverksmiðjur eru með epitaxial oblátuþjónustu. Ef þörf er á epitaxial oblátum, verður epitaxial wafer vöxtur framkvæmdur. Ef ekki er þörf á epitaxial oblátunni verður henni pakkað og sent til annarra epitaxial obláta verksmiðja eða obláta verksmiðja.
Svæðisbræðsluaðferð (FZ):Kísilplötur sem gerðar eru með þessari aðferð eru aðallega notaðar í sumum kraftflísum, með markaðshlutdeild um 4%; kísilplötur framleiddar af FZ (svæðisbræðsluaðferð) eru aðallega notaðar sem rafmagnstæki. Og stærð sílikonþráða er aðallega 8 tommur og 6 tommur. Eins og er eru um það bil 15% af sílikonplötum gerðar með svæðisbræðsluaðferð. Í samanburði við sílikonplötur framleiddar með CZ aðferð er stærsti eiginleiki FZ aðferðarinnar að hún hefur tiltölulega mikla viðnám, meiri hreinleika og þolir háspennu, en það er erfitt að búa til stórar skífur og vélrænni eiginleikar eru lélegir, þannig að það er oft notað fyrir kísilskífur fyrir rafmagnstæki og er sjaldan notað í samþættum hringrásum.
Það eru þrjú skref í að búa til einkristalla sílikonstangir með svæðisbræðsluaðferð:
1. Hitaðu fjölkristallaðan sílikon, snertingu við frækristall og snúðu niður til að draga einn kristal. Í ofnhólfi undir lofttæmi eða óvirku gasumhverfi, notaðu rafmagnssvið til að hita fjölkristallaða kísilstöngina þar til fjölkristallaða kísillinn á hitaða svæðinu bráðnar til að mynda bráðið svæði.
2. Snertið bráðna svæðið við frækristall og bræðið það.
3. Með því að færa rafsviðshitunarstöðuna færist bráðna svæðið á fjölkísilnum stöðugt upp á við, en frækristallinn snýst hægt og teygir sig niður og myndar smám saman eina kristalskísilstöng. Vegna þess að svæðisbræðsluaðferðin notar ekki deiglu er forðast margar mengunaruppsprettur og einkristallinn sem dreginn er með svæðisbræðsluaðferðinni hefur einkenni mikillar hreinleika.
▲FZ Farad einkristalrýmisbygging
▲Skýringarmynd af FZ einkristaltogi
2. Framleiðslukostnaður
Hálfleiðara kísilskífur gera meiri kröfur um hreinleika og rafmagnseiginleika en nýjar orkukísilskífur, svo fleiri hreinsunarskref og hráefnisframboð eru nauðsynlegar í framleiðsluferlinu, sem leiðir til fjölbreyttara úrvals framleiðsluhráefna. Þess vegna er hlutfall kísilefniskostnaðar tiltölulega lækkað, en hlutfall framleiðslukostnaðar verður tiltölulega aukið.
Fyrir hálfleiðara kísilplötur er hráefniskostnaður aðalkostnaðurinn, sem nemur um 47% af aðalkostnaði fyrirtækisins. Annað er framleiðslukostnaður, sem nemur um 38,6%. Svipað og í hálfleiðaraframleiðsluiðnaðinum er kísilskúffuiðnaðurinn fjármagnsfrekur iðnaður með mikla eftirspurn eftir fjárfestingum í fastafjármunum, sem mun skapa háan framleiðslukostnað vegna afskrifta á fastafjármunum eins og vélum og búnaði. Loks er beinn launakostnaður um 14,4%.
Meðal hráefniskostnaðar við framleiðslu á kísilskífum er pólýkísill aðalhráefnið, sem nemur um 30,7%. Annað er umbúðaefni sem nemur um 17,0%. Þar sem hálfleiðarar kísilskífur hafa miklar kröfur um hreinleika og lofttæmi, sérstaklega fyrir kísilskífur, sem auðvelt er að oxa, eru kröfurnar til umbúða mun hærri en þær sem gerðar eru til nýrra orkukísilskífa. Þess vegna, í kostnaðarskipulaginu, er umbúðaefni hátt hlutfall. Kvarsdeiglur eru um 8,7% af hráefniskostnaði. Kvarsdeiglan sem notuð er við framleiðslu á hálfleiðurum kísilskúffu er einnig einnota deigla, en eðlis- og varmaeiginleikar deiglunnar eru meira krefjandi. Fægingarvökvi, slípihjól og fægipúði eru samtals 13,8% og eru aðallega notaðir í kísilslípunarferlinu.
▲ Rekstrarkostnaðaruppbygging kísiliðnaðar árið 2018
▲ Hráefnissamsetning kísiliðnaðar árið 2018
Vatns- og rafmagnskostnaður er um 15% af framleiðslukostnaði: Í framleiðslukostnaði er heildarvatns- og rafmagnskostnaður um 15% af öllum framleiðslukostnaði, þar af er rafmagnskostnaður um 11,4% og vatnskostnaður. um 3,4%. Að því er varðar samsvarandi fjárhæðir, samkvæmt fjárhagsgögnum kísiliðnaðarsamstæðunnar fyrir árið 2018, jafngildir heildarkostnaður við rafmagn og vatnskostnað kostnaði við umbúðaefni, sem nemur um helmingi pólýkísilefnisins. Rafmagnskostnaður er aðeins hærri en á kvarsdeiglum um 20%.
▲Hlutfall framleiðslukostnaðar í kísiliðnaði árið 2018
▲ Hlutakostnaðarsamsetning Silicon Industry Group árið 2018 (Eining: 10,000 Yuan)
3, Fjórar hindranir fyrir framleiðslu á sílikonskífu
Hindranir fyrir kísilskífum eru tiltölulega miklar, sérstaklega fyrir hálfleiðara kísilplötur. Það eru fjórar meginhindranir: tæknilegar hindranir, vottunarhindranir, búnaðarhindranir og fjármagnshindranir.
▲ Helstu hindranirnar fyrir framleiðslu kísildiska
Tæknilegar hindranir:Tæknivísar kísilþráða eru tiltölulega stórir. Til viðbótar við algenga stærð, fægjaþykkt osfrv., eru einnig skekkju, viðnám, sveigju osfrv. kísilþráða. Að því er varðar almenna 300 mm kísilplötur, vegna mikillar einsleitnikrafna háþróaðra ferla fyrir kísilskífur, samanborið við 200 mm kísilplötur, er breytum eins og flatneskju, skekkja, sveigju og yfirborðsmálmleifar bætt við til að fylgjast með gæðakröfum 300 mm kísilþráða. . Hvað varðar hreinleika, þarf háþróaða ferli kísilskífa að vera um 9N (99,9999999%) -11N (99,999999999%), sem er helsta tæknilega hindrunin fyrir birgja kísilskúffu.
Kísilplötur eru mjög sérsniðnar vörur; Hreinleiki er grunnþáttur kísilþráða og einnig aðal tæknileg hindrun. Þar að auki eru kísilplötur ekki alhliða vörur og ekki hægt að afrita þær. Forskriftir stórra kísilskúffu í ýmsum kísilsteypum eru gjörólíkar og mismunandi notkun ýmissa endaafurða mun einnig leiða til gjörólíkra krafna um kísilskífur. Þetta krefst þess að framleiðendur kísilskúffu hanna og framleiða mismunandi kísilskífur í samræmi við mismunandi afurðir viðskiptavina, sem eykur enn á erfiðleikana við framboð á kísildiskum.
▲Hagnaðarspá rekstrarþátta félagsins
Vottunarhindranir:Flísaframleiðendur gera strangar kröfur um gæði ýmissa hráefna og fara mjög varlega í val á birgjum. Það eru miklar hindranir fyrir því að komast inn á birgjalistann yfir flísaframleiðendur. Venjulega munu flísaframleiðendur krefjast þess að birgjar kísilskúffu útvegi nokkrar kísilskífur til reynsluframleiðslu, og flestar þeirra eru notaðar fyrir prófunarplötur, ekki massaframleiðsludiskar. Eftir að hafa staðist prófskífurnar verða litlar lotur af fjöldaframleiddum diskum prufuframleiddar. Eftir að hafa staðist innri vottunina mun flísaframleiðandinn senda vörurnar til viðskiptavina síðar. Eftir að hafa fengið vottun viðskiptavina sinna verður birgir kísilskúffu endanlega vottaður og kaupsamningur undirritaður. Það tekur langan tíma fyrir vörur hálfleiðara kísilskúffufyrirtækja að komast inn í aðfangakeðju flísaframleiðenda. Vottunarferlið fyrir nýja birgja tekur að minnsta kosti 12-18 mánuði.
Þar að auki eru vottunarhindranir frá prófunardiskum til fjöldaframleiddra obláta: Sem stendur eru flestar 12-tommu oblátur í Kína áfram í framboði á prófunardiskum, en vottunaraðferðir fyrir prófunardiskar eru allt aðrar en fyrir fjöldaframleiðslu oblátur, og vottunarstaðlar fyrir fjöldaframleiðslu sílikon diska eru strangari. Þar sem prófunarkísildiskar framleiða ekki flís þurfa þeir aðeins að vera vottaðir af oblátasteypunni sjálfri og þeir þurfa aðeins að vera vottaðir á núverandi framleiðslustað. Hins vegar, fyrir fjöldaframleidda kísilskúffur, verða þær að vera vottaðar af viðskiptavinum endalausra fables og fylgjast með þeim í öllum þrepum alls framleiðsluferlisins áður en hægt er að afhenda þær í lotum. Almennt talað, til að viðhalda stöðugleika framboðs á kísilskúffu og flísafrakstri. Þegar oblátaframleiðandi og kísilskúffubirgir koma á birgðasambandi munu þeir ekki auðveldlega skipta um birgja, og báðir aðilar munu koma á endurgjöfarkerfi til að mæta persónulegum þörfum, og klístur milli kísildiskabirgja og viðskiptavina mun halda áfram að aukast. Ef nýr kísilskúffuframleiðandi bætist í hóp birgja verður hann að veita nánara samstarfssamband og meiri gæði kísilskúffu en upphaflegi birgirinn. Þess vegna, í kísilskúffuiðnaðinum, er klístur milli kísilskúffu birgja og skífuframleiðenda tiltölulega stór og það er erfitt fyrir nýja birgja að brjóta klístur.
Búnaðarhindranir:Kjarnabúnaðurinn til að framleiða kísilskífur er einkristallaofninn, sem hægt er að lýsa sem "ljósmyndavélinni" í kísilskífum. Einkristallaofnar alþjóðlegra almennra framleiðenda sílikonskúffu eru allir framleiddir af þeim sjálfum. Til dæmis eru einkristallar ofnarnir Shin-Etsu og SUMCO sjálfstætt hannaðir og framleiddir af fyrirtækinu eða hannaðir og framleiddir í gegnum eignarhaldsdótturfélög og aðrir framleiðendur kísilskúffu geta ekki keypt þá. Aðrir helstu framleiðendur kísilskífunnar hafa sína eigin sjálfstæða birgja eins kristalsofna og skrifa undir stranga trúnaðarsamninga, sem gerir það að verkum að utanaðkomandi kísilskífuframleiðendur geta ekki keypt kaup, eða þeir geta aðeins keypt venjulega einkristalla ofna, en geta ekki útvegað hágæða einkristalla ofna . Þess vegna eru búnaðarhindranir einnig ástæðan fyrir því að innlendir framleiðendur geta ekki komist inn í almenna birgja alþjóðlegra kísilþynna.
Fjármagnshindranir:Framleiðsluferlið á hálfleiðurum kísilþráðum er flókið, krefst þess að kaupa háþróaðan og dýran framleiðslubúnað, og krefst einnig stöðugrar breytingar og kembiforrit í samræmi við mismunandi þarfir viðskiptavina. Vegna mikils fasts kostnaðar eins og afskrifta á búnaði, hafa breytingar á eftirspurn eftir straumi meiri áhrif á afkastagetu nýtingar fyrirtækja í kísilflötum og þar með hagnað fyrirtækja sem framleiða kísildiskur. Sérstaklega hafa fyrirtæki sem eru nýkomin inn í kísilþurrkuiðnaðinn nánast verið í tapsári áður en þau hafa náð stærðarsendingum og hafa miklar kröfur um fjármagnshindranir. Þar að auki, vegna langrar vottunarferils oblátafabs fyrir sílikondiskur, þurfa framleiðendur sílikondiska að halda áfram að fjárfesta á þessu tímabili, sem einnig krefst mikils fjármagns.
3. Verður enn konungur hálfleiðaraefna Sem stendur einkennist kísilefni á hálfleiðara oblátamarkaðnum. Kísilefni eru um 95% af öllum hálfleiðaramarkaðinum. Önnur efni eru aðallega samsett hálfleiðaraefni, aðallega annarrar kynslóðar hálfleiðaraefni GaAs skífur og þriðju kynslóðar hálfleiðaraefni SiC og GaN skífur. Þar á meðal eru kísilflísar aðallega rökkubbar, minnisflísar o.s.frv., og eru mest notaðu hálfleiðaraskífurnar. GaAs oblátur eru aðallega RF flís, og helstu notkunarsviðsmyndir eru lágspenna og hátíðni; Þriðja kynslóðar hálfleiðaraefni eru aðallega afl- og hátíðniflísar og helstu notkunarsviðsmyndir eru hátíðni og mikil afl.
▲ Efnishlutfall obláta
▲ Umfang umfangs obláta úr mismunandi efnum
Samsettir hálfleiðarar og kísilefni eru ekki í samkeppnissambandi, heldur viðbótarsambandi; Þróunarlögmál hálfleiðaraefna (sérstaklega obláta, undirlags og epitaxial oblátaefna) innihalda þrjár leiðir, nefnilega stærð, hraða og afl, og þessar þrjár leiðir samsvara fyrstu, annarri og þriðju kynslóð hálfleiðaraefna.
▲Árangurssamanburður fyrstu/annar/þriðju kynslóðar efna
Fyrstu kynslóðar hálfleiðara efni:Stór leið: Fyrstu kynslóðar hálfleiðaraefni vísa til kísilefna. Kísilefni eru elstu þróuðu oblátuefnin og eru einnig þau efni með þroskaðri tækni, lægsta kostnaðinn og fullkomnustu iðnaðarkeðjuna á þessu stigi. Á sama tíma, eftir því sem stærð sílikonflagna eykst, lækkar kostnaður við eina flís. Helstu notkunarsviðin eru rökfræðiflísar og lágspennu, lágspennusvið. Stærð sílikondiska er á bilinu 2 tommur, 4 tommur, 6 tommur, 8 tommur, til hinnar almennu 12-tommu diska tækni í dag. Dæmigert fyrirtæki með kísilskúffu eru meðal annars japanska Shin-Etsu Chemical, Sumco, o.s.frv. Sem stendur nota helstu alþjóðlegu oblátufyrirtækin kísilefni sem aðalframleiðsluefnið.
▲ Samanburður á mismunandi oblátastærðum
Önnur kynslóð hálfleiðara efni:háhraðaleið. Þar sem flísinn þarf að geta staðist hátíðniskipti í RF hringrásinni, var önnur kynslóð hálfleiðaraskífunnar fundin upp. Aðal notkunarsviðið er RF hringrás og dæmigerð flugstöðvarsvæði er RF flís farsímaútstöðva eins og farsíma. Önnur kynslóð hálfleiðarans er aðallega táknuð með GaAs (gallíumarseníði) og InP (indíumfosfíði), þar á meðal er GaAs hið almenna notaða RF RF flísefni fyrir farsíma í dag. Dæmigert steypufyrirtæki eru Taiwan Win Semiconductors, Macronix, Skyworks, Qorvo o.s.frv., sem eru RF flís IDM fyrirtæki. Núverandi almenna straumurinn er 4-tommu og 6-tommu oblátur.
Þriðja kynslóðar hálfleiðara efni:aflmikil leið: nánast á sama upphafsstað, með flest tækifæri. Þriðja leiðin er að auka aflið, sem mun stuðla að víðtækri notkun þess á sviði rafrása með miklum krafti. Helstu efnin eru SiC og GaN. Helstu skautanna eru iðnaðar-, bíla- og önnur svið. Aflleiðin þróaði IGBT flís á kísilefni, en SiC (kísilkarbíð) og GaN (gallíumnítríð) efni hafa meiri afköst en IGBT. Sem stendur eru SiC oblátur aðallega 4-tommu og 6-tommu og GaN efni eru aðallega 6-tommu og 8-tommu. Meðal helstu steypustöðva heimsins eru Cree og Wolfspeed í Bandaríkjunum og X-Fab í Þýskalandi. En á þessu sviði er þróun alþjóðlegra risa einnig tiltölulega hæg. Innlend fyrirtæki eins og Sanan Optoelectronics, þó að enn sé ákveðið bil á tæknistigi, eru á byrjunarstigi alls iðnaðarins og eru líklegast til að brjóta erlenda einokunina og skipa sér sess á alþjóðlegu rafsteypukortinu.
Samsett efni þurfa sílikon hvarfefni:Þó að það sé til mikill fjöldi SiC og GaN oblátuflaga eins og GaN hleðslutækin sem Xiaomi, OPPO og Realme gefa út, og líkanið3 sem Tesla gefur út notar SiC MOSFET í stað IGBT. Hins vegar, fyrir oblátur, nota flestar neytendasamsettar hálfleiðaraflísar nú kísilskífur sem undirlag, og búa síðan til samsettar þekjudiskar og búa síðan til flísar á epitaxial oblátur.
Kostnaður við samsettar hálfleiðaraplötur er tiltölulega hár:Sem stendur, vegna ófullkominnar keðju samsettra hálfleiðaraiðnaðarins, er framleiðslugeta samsettra hálfleiðara lág og verð á samsettum hálfleiðurum er tiltölulega hátt. Þetta leiðir til lítillar samþykkis notenda og almenna lausnin fyrir rafeindatækni fyrir neytendur er enn "kísilhvarfefni + samsett epitaxial wafer". Á bílasviðinu er sílikon-undirstaða IGBT enn almenna lausnin. Kísil-undirstaða IGBT flís hafa lágan kostnað og mikið úrval af valkvæðum spennum. Verð á SiC MOSFET tækjum er 6 til 10 sinnum hærra en IGBT sem byggir á sílikon. Ef borið er saman afkastabreytur SiC-MOSFET og Si-IGBT samkvæmt Infineon 650V/20A tæknilegum breytum, er SiC-MOSFET enn betri en Si-IGBT hvað varðar afkastabreytur, en miðað við verð er SiC-MOSFET 7 sinnum hærri en Si-IGBT. Þar að auki, eftir því sem viðnám SiC tækja minnkar, hækkar verð á SiC-MOSFET veldishraða. Til dæmis, þegar viðnámið er 45 milliohm, er SiC-MOSFET aðeins $57,6, þegar viðnámið er 11 milliohm er verðið $159,11, og þegar viðnámið er jafnt og 6 milliohm, hefur verðið náð $310.98.
▲ Samanburður Infineon SiC-MOSFET vs Si-IGBT
▲Infineon SiC-MOSFET verð og viðnámssamband
4, Innlend viðleitni hefur skapað mikla markaðsmöguleika.
1. Kísilskífumarkaðurinn er að fara inn í vaxtarhring.
Hlutfall hálfleiðaraframleiðsluefna hefur aukist ár frá ári. Hægt er að skipta hálfleiðaraefnum í umbúðaefni og framleiðsluefni (þar á meðal kísilskífur og ýmis efni o.s.frv.). Til lengri tíma litið eru hálfleiðaraframleiðsluefni og umbúðaefni í sömu þróun. Hins vegar, síðan 2011, með stöðugri þróun háþróaðra ferla, hefur neysla á hálfleiðaraframleiðsluefni smám saman aukist og bilið milli framleiðsluefna og umbúðaefna hefur smám saman aukist. Árið 2018 var sala á framleiðsluefni 32,2 milljarðar Bandaríkjadala og sala á umbúðaefni 19,7 milljarðar Bandaríkjadala og framleiðsluefni um 1,6 sinnum meira en umbúðaefni. Meðal hálfleiðaraefna eru framleiðsluefni um 62% og umbúðaefni 38%.
▲Hlutfall efnisnotkunar hálfleiðara árið 2018
▲ Kostnaðarhlutfall fyrir hálfleiðara framleiðsluefni
Kísilplötur eru stærstu rekstrarvörur í hálfleiðaraframleiðslu; meðal framleiðsluefna eru kísilþynnur, sem hráefni hálfleiðara, stærsta hlutfallið, eða 37%. Síðan 2017, með ósigri Lee Sedol fyrir "AlphaGo", hefur ný stjörnutækni undir forystu gervigreindar verið aðaltæknin sem knýr þróun alþjóðlegra hálfleiðara. Sérstaklega, árið 2018, jókst alþjóðleg eftirspurn eftir minni, ásamt uppkomu blockchain tækni, og eftirspurnin eftir kísildiskum sló met. Aukningin í sendingum hálfleiðara á heimsvísu hefur einnig ýtt undir hraða aukningu í sendingum á kísilflötum. Hvað varðar sendingar, árið 2018, fór alþjóðlegt sendingarsvæði kísilskúffu yfir 10 milljarða fertommu í fyrsta skipti og náði 12,7 milljörðum fertommu. Árið 2019, vegna núnings í viðskiptum á fyrri helmingi ársins, minnkaði flutningssvæðið í 11,8 milljarða fertommu. Hvað varðar markaðsveltu var sala á heimsmarkaði árið 2018 11,4 milljarðar Bandaríkjadala og árið 2019 nam hún 11,2 milljörðum Bandaríkjadala.
▲2009-2019 Global Silicon Wafer sendingarsvæði
▲2009-2019 Alþjóðleg sala á kísilskúffum
Frá sjónarhóli oblátrar skiptingar, vegna mikils kostnaðar við aðra kynslóð og þriðju kynslóðar hálfleiðara efni, og þeirrar staðreyndar að flestir samsettir hálfleiðarar eru byggðir á kísilskífum, eru kísilþynnur 95% af alþjóðlegu hvarfefni skúffu. Frá sjónarhóli tiltekinna oblátustærða eru 12-tommu oblátur aðaltegundin af alþjóðlegum kísilþynnum. Árið 2018 voru 12-tommu oblátur 64% af sendingum á heimsvísu með sílikondiskur og 8-tommu oblátur 26%.
▲ Sendingarhlutfall kísilskífur eftir stærð
Frá sjónarhóli flugstöðvarforrita er heimsnotkun á 12-tommu oblátum aðallega minniskubbar, þar sem Nand Flash og DRAM minni eru um 75% alls, þar af eyðir Nand Flash um 33% af oblátum, og Nand flash er með 35% af eftirmarkaði á snjallsímamarkaði. Það má sjá að aukning á snjallsímasendingum og afkastagetu er aðalþátturinn sem knýr sendinguna á 12-tommu oblátum. Meðal 12-tommu obláta eru rökfræðiflögur um 25%, DRAM um 22,2% og aðrar flísar eins og CIS um 20%.
2. Hálfleiðara kísilskífumarkaðurinn í Kína hefur mikið pláss
Hálfleiðaramarkaður Kína hefur vaxið jafnt og þétt. Árið 2018 nam sala á hálfleiðurum á heimsvísu 51,94 milljörðum Bandaríkjadala, sem er 10,7% aukning á milli ára. Meðal þeirra var sala Kína 8,44 milljarðar Bandaríkjadala. Ólíkt alþjóðlegum markaði hefur sala á hálfleiðaraefni í Kína farið vaxandi síðan 2010 og hefur vaxið meira en 10% í þrjú ár í röð frá 2016 til 2018. Alheimsmarkaðurinn fyrir hálfleiðara efni er fyrir miklum áhrifum af sveifluþáttum, sérstaklega í Taívan. , Kína og Suður-Kóreu, þar sem sveiflur eru miklar. Norður-Ameríku- og Evrópumarkaðir eru nánast í núllvexti. Hálfleiðaraefni Japans hafa verið í neikvæðum vexti í langan tíma. Á heimsvísu er aðeins markaðurinn fyrir hálfleiðara efni á meginlandi Kína í langtíma vaxtarglugga. Kínverski hálfleiðaramarkaðurinn er í mikilli andstæðu við heimsmarkaðinn.
▲Alþjóðleg sala og vaxtarhraði hálfleiðaraefna (í milljörðum Bandaríkjadala)
▲Árleg sala á hálfleiðaraefnum eftir löndum og svæðum (Eining: milljarðar Bandaríkjadala)
Hálfleiðaraefni á heimsvísu eru smám saman að færast yfir á kínverska meginlandsmarkaðinn. Frá söluhlutdeild ýmissa landa og svæða voru þrjú efstu löndin eða svæðin með 55% árið 2018 og svæðisbundin samþjöppunaráhrif eru augljós. Þar á meðal eru Taívan, Kína sem stendur fyrir um 23% af framleiðslugetu fyrir oblátur á heimsvísu, sem gerir það að því svæði með mestu framleiðslugetu í heimi. Sala þess á hálfleiðara efni er 11,4 milljarðar Bandaríkjadala, sem er 22% af heiminum, í fyrsta sæti, og það hefur verið stærsta neyslusvæði fyrir hálfleiðara efni í heiminum í níu ár í röð. Suður-Kórea stendur fyrir um 20% af framleiðslugetu fyrir oblátur á heimsvísu, með sala á hálfleiðaraefni upp á 8,72 milljarða Bandaríkjadala, sem er 17%, í öðru sæti. Meginland Kína stendur fyrir um 13% af framleiðslugetu á heimsvísu, með sala á hálfleiðara efni upp á 8,44 milljarða Bandaríkjadala, sem er um 16% af heiminum, í þriðja sæti. Hins vegar, til lengri tíma litið, hefur markaðshlutdeild hálfleiðaraefna á meginlandi Kína aukist ár frá ári, úr 7,5% árið 2007 í 16,2% árið 2018. Alþjóðleg hálfleiðaraefni færast smám saman yfir á kínverska meginlandsmarkaðinn.
▲ Söluhlutdeild eftir löndum og svæðum árið 2018
▲ Sala og hlutdeild hálfleiðaraefnis á meginlandi Kína (í milljörðum Bandaríkjadala)
Framleiðslugeta fyrir oblátur á heimsvísu mun leiða til sprengingar í vexti. 12-tommu wafer fab, sem táknar fullkomnustu tækni í oblátum nútíma, var í hámarki í smíði frá 2017 til 2019, með að meðaltali 8 12- tommu wafer fabs bætt við á hverju ári um allan heim. Áætlað er að árið 2023 verði til 138 12-tommu oblátur í heiminum. Samkvæmt tölfræði IC Insight, vegna óvissu í viðskiptastríðinu milli Kína og Bandaríkjanna á fyrri hluta ársins 2019, frestuðu helstu oblátaframleiðendur um allan heim áætlunum sínum um aukningu á afkastagetu en hættu þeim ekki. Með endurheimt verslunar milli Kína og Bandaríkjanna á seinni hluta 2019 og braust út 5G markaðinn, hélst framleiðslugetan á heimsvísu fyrir obláta árið 2019 enn aukningu um 7,2 milljónir stykki. Hins vegar, með tilkomu 5G markaðsafleysingarbylgjunnar, mun alþjóðlegt framleiðslugeta obláta koma í veg fyrir hámarks aukningartímabil frá 2020 til 2022, með þriggja ára aukningu um 17,9 milljónir stykki, 20,8 milljónir stykki og 14,4 milljónir stykki í sömu röð, og mun setja met í hámarki árið 2021. Þessar oblátu getu verður í Suður-Kóreu (Samsung, Hynix), Taívan (TSMC) og meginlandi Kína (Yangtze River Storage, Changxin Storage, SMIC, Huahong Semiconductor o.fl.). Meginland Kína mun standa fyrir 50% af afkastagetuaukningu.
▲Fjöldi 12-tommu flöskulaga um allan heim, 2002-2023
▲ Aukning framleiðslugetu á heimsvísu (eining: milljón stykki á ári, 8-tommu samsvarandi obláta)
Smíði oblátafabs á meginlandi Kína mun leiða til örs vaxtarskeiðs. Síðan 2016 hefur meginland Kína byrjað að fjárfesta með virkum hætti í smíði oblátafabs og bylgja verksmiðjubygginga hefur verið sett af stað. Samkvæmt spá SEMI verða 62 oblátur smíðaðar og teknar í framleiðslu í heiminum frá 2017 til 2020, þar af 26 í Kína, sem eru 42% af heildinni. Fjöldi framkvæmda á árinu 2018 var 13, eða 50% af stækkuninni. Niðurstaða stækkunar mun örugglega leiða til aukningar í fjárfestingarútgjöldum og búnaðarútgjöldum til oblátafabs. Samkvæmt SEMI, árið 2020, mun uppsett afkastageta obláta á meginlandi Kína ná 4 milljónum 8-tommu jafngildra obláta á mánuði, samanborið við 2,3 milljónir árið 2015, með árlegum samsettum vexti upp á 12%, sem er mun hærra en önnur svæði. Á sama tíma hefur National Big Fund einnig fjárfest mikið í hálfleiðaraframleiðsluiðnaði. Í fyrsta áfanga fjárfestingar Stóra sjóðsins var framleiðsluiðnaðurinn allt að 67%, mun hærra en hönnunariðnaðurinn og pökkunar- og prófunariðnaðurinn.
▲2010-2020 Kínverska hálfleiðaraskífufjárfestingin (Eining: 100 milljónir Bandaríkjadala)
▲ Fjárfestingarhlutfall fyrsta áfanga Landsstórsjóðs
Frá og með árslokum 2019 eru enn 9 8-tommu oblátur og 10 12-tommu wafer fabs í smíðum eða skipulagningu í Kína. Þar að auki, þar sem flestar 12-tommu oblátur Kína eru nú í prufuframleiðslu eða framleiðslu í litlum lotum, eru þær neðarlega í framleiðslugetu. Eftir að hafa fengið vörusannprófun frá viðskiptavinum og markaðsstaðfestingu mun framleiðslugetan fara í uppbyggingarfasa og það verður mikil eftirspurn eftir hráefni í andstreymis.
▲Nýjar oblátur í Kína
Vinsældir 5G hafa leitt til aukningar á kísilinnihaldi útstöðva: frá tímum snjallsíma sem byrja með iPhone 3, til 4G farsíma sem iPhone 5 táknar, og loks til núverandi tímabils 5G farsíma. Kísilinnihald farsíma heldur áfram að aukast. Samkvæmt efniskostnaðargreiningu farsíma með því að taka í sundur stofnanir eins og tækniinnsýn og iFixit, er einingarvirði helstu flísar farsíma, svo sem farsímaörgjörva (AP), grunnbandsvinnsluflísar (BP), minni (Nand flash) , DRAM), myndavélareining (CIS), útvarpsbylgjur (RF), orkustjórnunarflögur (PMIC), Bluetooth/wifi flísar o.s.frv., hafa sýnt smám saman aukningu og hlutfall heildarverðmæti einingarinnar hefur aukist ár frá ári. Þrátt fyrir að á iPhone X stiginu hafi hlutfall flísa lækkað vegna breytinga á skjánum, með sífelldri hagræðingu í kjölfarið, hefur hlutfall flísakostnaðar einnig aukist ár frá ári. Á iPhone 11 pro max tímum, hámarki 4G farsíma, hefur hlutfall aðalflaga náð 55% og verðmæti einnar einingar er um 272 Bandaríkjadalir. Í þróuninni frá iPhone 3 í iPhone 11 Pro Max hefur farsímamyndavélin breyst úr stakri mynd í 3 myndir, líkamsminni hefur aukist úr 8GB í 512GB, hlutfall kísilinnihalds í hverri einingu hefur aukist úr 37% í 55% , og verðmæti á hverja einingu hefur aukist úr US$68 í US$272.
Árið 2020 er fyrsta árið í fjöldaframleiðslu á 5G farsímum. Samkvæmt sundurgreiningargreiningu á Samsung S20 og Xiaomi 10 farsímum sem hafa verið gefnir út hefur verðmæti og hlutfall aðalflaga á hverja einingu aukist enn frekar samanborið við 4G farsíma. Fyrir Samsung eru aðalflögurnar 63,4% af heildarefniskostnaði og verðmæti á hverja einingu er komið í 335 Bandaríkjadali, sem er 23% hærra en iPhone 11 Pro Max. Hjá Xiaomi er hlutfall aðalflísanna enn hærra, nær 68,3%, og verðmæti á hverja einingu aðalflísa hefur einnig náð 300 Bandaríkjadali. Samkvæmt sundurliðun Samsung S20 og Xiaomi 10 er áætlað að aðalflögurnar í upphaflegu 5G farsímunum muni nema um 65%~70% og verðmæti einnar vélar verði um US${{18} }.
▲BOM kostnaðar sundurliðun almennra snjallsíma
▲ Kostnaðarhlutfall aðalflaga í mismunandi farsímum
Smíði obláta efna eykur eftirspurnina eftir kísilskífum: stækkun á getu kísilþráða mun óhjákvæmilega leiða til aukinnar eftirspurnar eftir kísilþráðum. Á þessari stundu hefur Kína fjárfest mikið í oblátum og myndað minnisiðnað sem einkennist af Yangtze Memory Technologies og Hefei Changxin, rökkubbaiðnaði sem einkennist af SMIC, sérgrein framleiðslulínu sem einkennist af Huahong Semiconductor og Jetta Semiconductor, og steypustöð fyrir rafmagnstæki. einkennist af China Resources Microelectronics og Silan Microelectronics. Sem stendur er vaxtarhraði sölu á kísilskúffu á meginlandi Kína árið 2017/2018 hærri en 40%. Og njóta góðs af þróun stórra sjóðafjárfestinga og innlendrar staðgöngu, niðurstreymis oblátafabs hafa að fullu stækkað framleiðslugetu sína og ýtt undir aukningu í eftirspurn eftir andstreymis sílikondiskum. Samkvæmt spá SUMCO, árið 2020, mun eftirspurnin eftir 8-tommu kísildiskum á meginlandi Kína vera um 970,000 stykki, og 12-tommu oblátur ná 1,05 milljón stykki.
▲Sala á meginlandi Kína og vaxtarhraði af sílikonskífum (Eining: milljarðar Bandaríkjadala)
▲Breytingar á eftirspurn eftir kísilskífum á meginlandi Kína (eining: 10,000 stykki/mánuði)
Verðhækkunarlota + háþróað ferli stuðlar að „verðhækkun“: Samkvæmt sögulegum verðútreikningi á kísilskúffu er það nú í upphafi nýrrar lotu í verðhækkunarferli. Frá 2009 til 2011 urðu snjallsímar fljótt vinsælir, kísilinnihald farsíma jókst og verð á kísil á flatarmálseiningu hélt áfram að hækka og náði 1,09 $/fertommu árið 2011. Síðar , með aukningu á birgðum af kísilskúffum og samdrætti í sölu snjallsíma, hélt verð á kísildiskum á flatarmálseiningu áfram að lækka og náði lægsta punkti árið 2016, á $ 0,67 / fertommu. Árið 2016 sigraði Google „AlphaGo“ Lee Sedol og gerði gervigreind kleift að komast inn á svið sögunnar. Alheimseftirspurnin eftir kísilskúffum jókst og fór í nýja lotu af verðhækkunarferli. Með útgáfu 5G farsíma árið 2019 náði verð á kísildiskum á flatarmálseiningu $0,94. Með umfangsmikilli útgáfu 5G farsíma árið 2020, sem knýr alþjóðlega eftirspurn eftir kísildiskum, er búist við að það verði 2-3 ár af verðhækkunarrými í framtíðinni.
Háþróuð ferli keyra upp verð; Hálfleiðara kísilskífur eru grunnefnið fyrir flísaframleiðslu og allar sveiflur í gæðum munu hafa alvarleg áhrif á flísarnar. Með stöðugri þróun háþróaðra ferla verða óhreinindiskröfur fyrir hálfleiðara kísilplötur sífellt hærri. Meiri kröfur gera framleiðsluferlið á sílikonplötum erfiðara og erfiðara, þannig að verðið verður hærra og hærra. Til dæmis, fyrir sömu 12-tommu kísilskífuna, er verðið á 7nm kísilskífum 4,5 sinnum verðið á 90nm kísilskífunum. Í augnablikinu eru oblátur á meginlandi Kína aðallega byggðar með 12-tommu oblátum og verð á kísilþráðum er mun hærra en á 8-tommu oblátum. Á sama tíma hafa rökkubbasteypustöðvar fulltrúa SMIC og Huahong Semiconductor smám saman flutt ferlið úr 28nm í 16/14nm ferli, sem hefur hækkað heildarverð á kísilskífum.
Frá því að 12-tommu framleiðslulínan var fyrst opnuð í heiminum árið 2000 hefur eftirspurn á markaði aukist verulega. Árið 2008 fór sendingarmagnið í fyrsta skipti yfir 8-tommu kísilskífur og árið 2009 fór það yfir summan af sendingarflatarmáli annarra stærða kísilskífa. Frá 2016 til 2018, vegna mikillar þróunar nýmarkaðsríkja eins og gervigreindar, tölvuskýja og blockchain, var samsettur árlegur vöxtur 12-tommu kísilskífa 8%. Í framtíðinni mun markaðshlutdeild 12-tommu sílikonskífa halda áfram að aukast. Samkvæmt SUMCO gögnum mun enn vera bil í framboði og eftirspurn á heimsvísu eftir 12-tommu kísilskífum á næstu 3-5 árum, og bilið mun verða stærra og stærra eftir því sem velmegun hálfleiðarans verður. hringrás eykst. Árið 2022 mun bilið vera 1000 þúsund á mánuði. Sem vaxandi hálfleiðara framleiðslustöð í heiminum, mun risastórt kísilskífabil Kína stuðla að hraða staðsetningar kísilskífu.
Samkvæmt tölfræði SUMCO var sölumagn kísilþráða á meginlandi Kína árið 2018 um það bil 930 milljónir Bandaríkjadala, sem er 45% aukning á milli ára, sem gerir það að ört vaxandi kísildiskamarkaði í heiminum. Njóta góðs af stækkunaráætlunum stórra obláta smíðavéla eins og Yangtze Memory, SMIC og Changxin Storage í 2020-2022. Áætlað er að í lok árs 2022 muni eftirspurnin eftir samsvarandi 12-tommu kísilskífum á meginlandi Kína ná 2,01 milljón á mánuði, með markaðsrými upp á 20 milljarða júana.
Sibranch telur að sem viðtakandi þriðju yfirfærslu hálfleiðaraiðnaðarins haldi söluhlutdeild hálfleiðara lands míns á heimsmarkaði áfram að hækka. Að auki er land mitt stærsti framleiðandi, útflytjandi og neytandi neytenda raftækja í heiminum og hefur mikla eftirspurn eftir hálfleiðaravörum. Því mun staðsetningarstigið hafa mikil áhrif á iðnaðaröryggi. Sem stærsta og grunnafbrigðið á markaði fyrir oblátaframleiðsluefni hefur landið mitt annmarka á sviði kísilþráða, og það er meira áberandi í stórum kísildiskum. Hins vegar, með stuðningi innlendra stefnu og sjóða, hafa mörg kínversk fyrirtæki skipulagt framleiðslulínur og lagt út stórar hálfleiðara kísilplötur.