一文讀懂矽晶圓缺貨背後的供需關係！

近年來全球矽晶圓供給不足，導致8英寸、12英寸矽晶圓訂單能見度分別已達2019上半年和年底。

目前國內多個矽晶圓項目已經開始，期望能夠打破進口依賴，並且有足夠的能力滿足市場需求。

知識點一：什麼是矽晶圓？

矽晶圓就是矽元素加以純化（99.999%），接著是將這些純矽製成長矽晶棒，成為製造積體電路的石英半導體的材料，經過照相製版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶矽融解拉出單晶矽晶棒，然後切割成一片一片薄薄的晶圓。

1、純化。

分成兩個階段，第一步是冶金級純化，此過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化矽轉換成 98% 以上純度的矽。

大部份的金屬提煉，像是鐵或銅等金屬，皆是採用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。

但是，98% 對於晶片製造來說依舊不夠，仍需要進一步提升。

因此，將再進一步採用西門子製程（Siemens process）作純化，如此，將獲得半導體製程所需的高純度多晶矽。

圖：矽柱製造流程

2、拉晶。

首先，將前面所獲得的高純度多晶矽融化，形成液態的矽。

之後，以單晶的矽種（seed）和液體表面接觸，一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。

至於為何需要單晶的矽種，是因為矽原子排列就和人排隊一樣，會需要排頭讓後來的人該如何正確的排列，矽種便是重要的排頭，讓後來的原子知道該如何排隊。

最後，待離開液面的矽原子凝固後，排列整齊的單晶矽柱便完成了。

圖：單晶矽柱

3、切割成片。

只是，一整條的矽柱並無法做成晶片製造的基板，為了產生一片一片的矽晶圓，接著需要以鑽石刀將矽晶柱橫向切成圓片，圓片再經由拋光便可形成晶片製造所需的矽晶圓。

圖：矽晶圓就長這樣

6寸、8寸、12寸指的是什麼？

指的是產生的晶柱，表面經過處理並切成薄圓片後的直徑。

尺寸越大時，拉晶對速度與溫度的要求更高，因此做出高品質12寸晶圓的難度比8寸晶圓更高。

知識點二：哪些廠商生產矽晶圓？

集成電路用矽片是製造技術門檻極高的尖端高科技產品，全球只有大約10家企業能夠製造，其中前5家企業占有90%的市場份額。

世界頭兩名集成電路用矽片製造商是日本信越(Shin-Etsu)和SUMCO，占全球60以上%；這兩家企業生產的大尺寸矽片（200毫米和300毫米）則占全球的70%以上，形成絕對壟斷和極高的技術壁壘。

全球矽片生產廠商包括日本信越(Shin-Etsu)、日本勝高（Sumco）、台灣環球晶圓(Global Wafer)、德國世創(Siltronic)、韓國LG Siltron、法國Soitec、台灣合晶(Wafer Works)、芬蘭Okmetic、台灣嘉晶(Episil)。

2017年8月，勝高（SUMCO） 宣布投資約3.97億美元增產旗下伊萬里工廠，是近十年來首次大規模增產，預計於2019年上半年將12寸矽晶圓的月產能提高11萬片。

環球晶圓在台灣、中國大陸、日本與歐美等地均有布局，公司已與日本半導體設備廠Ferrotec合作建置上海8英寸矽晶圓廠，初期月產能約達10萬片。

同時，雙方也已洽商在杭州另行興建8英寸廠，初步規劃於2019年底時可開始生產。

環球晶圓是中美矽晶的子公司，2012年收購通過前身為東芝陶瓷的 CovalentMaterials（現為CoorsTek）的半導體晶圓業務，擴大了業務範圍。

後通過收購全球第四大半導體矽晶圓製造與供貨商SunEdisonSemiconductor一躍成為第三大矽晶圓供貨商。

全球第四大矽晶圓廠商Siltronic總部位於德國慕尼黑，資料顯示公司在德國擁有150/200/300mm的產線，在美國有一座200mm的晶圓廠，在新加波則擁有200和300mm的產線。

LG Siltron是LG旗下製造半導體晶片基礎材料半導體矽晶片的專門企業。

然而SK集團於2017年1月份收購了LG Siltron 51%的股份，以此打入半導體材料和零件領域。

2018年3月21日，嘉晶董事長徐建華表示，客戶端對嘉晶需求非常強，追單多到難以滿足，車用、挖礦、資料中心等訂單尤其超強勁，有的客戶甚至要求籤訂長約，以保障產能。

嘉晶今年初擴增產能，新產能約第二季起陸續產出，後續擴產也會專注在利基型產品。

國內矽晶圓項目有哪些？

目前國內已經開始矽片項目，包括上海新昇、重慶超矽、寧夏銀和、浙江金瑞泓、鄭州合晶、西安高新區項目等。

合計投資規模超520億元人民幣，正在規劃中的12寸矽片月產能已經達到120萬片。

新昇半導體是全球領先的12寸大矽片製造商之一，專注於300mm矽片的製造。

2017年新昇開始試生產，向各類客戶提供測試片。

在過去的6個月內每月產出數萬片，目前正在進行第一階段每月10萬矽片產能的建設，預計今年內完成，並在今年下半年開始下一階段每月20萬矽片產能的建設，預計將在2019年完成。

2018年3月18日，總投資16億元的寧夏銀和半導體科技有限公司大尺寸半導體矽片項目在銀川經濟技術開發區開工。

項目建成後，可年產420萬片8英寸半導體級單晶矽片和年產240萬片12英寸半導體級單晶矽片。

天津中環半導體最新公告表明，公司在直拉單晶方面實現了 8 英寸直拉單晶量產，並在2018 年一季度，實現 12 英寸直拉單晶樣品試製。

在半導體區熔單晶及拋光片方面，8 英寸半導體拋光片項目產能已陸續釋放，2018 年 3 月，8 英寸拋光片產能已達到10 萬片/月，預計項目 2018 年 10 月建成。

後產能將達到 30 萬片/月，實現國內最大市場占有率，同時建立12 英寸拋光片試驗線，預計 2018 年底實現產能 2 萬片/月。

公司在江蘇地區大直徑拋光片產業化方面預計 2018 年四季度設備進場調試。

項目投資完成後，預計 2022年將實現 8 英寸拋光片產能 75 萬片/月，12 英寸拋光片產能 60 萬片/月的生產規模。

重慶超矽半導體於2014年5月開工，2016年4月投入試生產。

2016年5月第一根IC級8英寸單晶矽棒成功拉出；2016年9月第一根IC級12英寸單晶矽棒成功拉出；2016年10月第一批IC級單晶矽順利下線，預示「極大規模集成電路用300毫米（含200毫米）單晶矽晶體生長與拋光矽片及延伸產品（一期）」項目正式建成，並舉行產品下線儀式；2017年1月20日第一批200毫米矽片產品出廠發貨。

達產後將實現8英寸矽片年產600萬片、12英寸矽片年產60萬片的產能。

2017年1月金瑞泓科技(衢州)有限公司舉行開工儀式，項目規劃總投資50億元，建成月產40萬片8英寸矽片和月產10萬片12英寸矽片的項目規模。

項目計劃分三期逐步實施。

一期總投資約7億元，建設周期為2017年至2019年，用地100畝，計劃2017年建成月產10萬片8英寸矽外延片項目；二三期項目總投資43億元，用地120畝，將形成月產30萬片8英寸矽片項目生產線和月產10萬片12英寸矽片項目生產線。

2017年7月27日，鄭州合晶矽材料有限公司年產240萬片200mm矽單晶拋光片生產項目建設動員大會舉行。

項目計劃總投資53億元，占地153畝，主要建設200毫米、300毫米矽材料襯底片和外延片生產基地。

項目共分兩期實施，一期產能為200毫米矽材料襯底片20萬片/月，二期產能為300毫米矽材料襯底片25萬片/月和外延片9萬片。

2017年12月9日，奕斯偉矽產業基地項目簽約儀式在西安舉行。

西安高新區與北京芯動能公司、北京奕斯偉公司三方共同簽署了矽產業基地項目投資合作意向書。

根據意向書，該項目總投資超過100億元，由北京芯動能公司旗下北京奕斯偉公司作為主體統一規劃、分期推進。

知識點三：供需關係解讀

據Gartner的預測，到2020年全球矽片市場規模將達到110億美元左右。

目前全球矽晶圓供給方面，12英寸矽晶圓月產能約550~560萬片。

目前國還不具備12英寸矽片的生產能力，一直依賴進口，當前國內的總需求約為45萬片/月，預估到2020年我國12寸矽片月需求量為80-100萬片。

據了解國內規劃中的12寸矽片月產能已經達到120萬片，如果順利進行那麼產能就能滿足自我需求。

另外業內人士表示，如果國內8英寸項目都能實現量產目標，將可能會出現產能過剩。