硅⽚：制造难度⼤且壁垒⾼。本⽂具体介绍硅⽚技术制造过程、制造成本分析及主要壁垒。
硅⽚制造技术过程
0402封装
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。晶圆制造的过程可以通过⼏步来完成。脱氧提纯，提炼多晶硅，单晶硅锭（硅棒），滚磨，晶⽚切割，晶圆抛光，退⽕，测试，包装等等步骤。
脱氧提纯：硅⽚制造⼚的原料是⽯英矿⽯，⽯英矿⽯的主要原料是⼆氧化硅（SiO2）。⾸先将⽯英矿⽯进⾏脱氧提纯，主要⼯艺有分选，磁选，浮选，⾼温脱⽓等等。主要将矿⽯中的主要杂质去除掉，⽐如铁、铝等杂质。
提炼多晶硅：在得到相对较纯的SiO2后，经过化学反应，⽣成单晶硅。主要反应为SiO2+CàSi+CO，⼀氧化碳（CO）为⽓体，反应完成后直接挥发掉。所以只剩下硅晶体。此时的硅为多晶体硅，并且为粗硅，存在⼀些杂质⽐如铁，铝，碳，硼，磷，铜等等元素。为了过滤掉多余杂质，必须将得到的粗硅进⾏酸洗，常⽤的酸是盐酸（HCl），硫酸
（H2SO4）等等，⽤酸浸泡后的硅含量⼀般在99.7%以上。在酸洗的过程中，虽然将铁，铝等等元素也
溶于酸且过滤掉。但是硅也和酸反应⽣成SiHCl3（三氯氢硅）或SiCl4（四氯化硅）。但是这两种物质都是⽓态，所以酸洗过后，原来的铁、铝等杂质已经溶于酸，但是硅已经变为⽓态。最后将⾼纯的⽓态SiHCl3或者SiCl4⽤氢⽓还原得到⾼纯多晶硅，SiHCl3+H2àSi+3HCl，SICl4+2H2àSi+4HCl。此时得到⽣产⽤的多晶硅。
CZ（直拉法）
直拉法（CZ）法硅⽚主要⽤在逻辑，存储器芯⽚中，市场占⽐约为95%；直拉法最早起源于1918年Czochralski从熔融⾦属中拉制细灯丝，所以⼜叫CZ法。这是当今⽣长单晶硅的主流技术。主要流程是在坩埚中放⼊多晶硅，加热使之熔融，然后夹住⼀块单晶硅的籽晶，将它悬浮在坩埚之上，直拉时，⼀端插⼊熔体直到融化，然后再缓慢旋转并向上提拉。这样在液体与固体的界⾯就会经过逐渐冷凝形成单晶。由于整个过程可以看作是复制籽晶的过程，所以⽣成的硅晶体是单晶硅。另外，晶圆的掺杂也是在拉单晶的过程中进⾏的，通常有液相掺杂和⽓相掺杂两种。液相掺杂就是指在坩埚中参杂P型或者N型元素，在拉单晶的过程中，可以直接将这些元素拉到硅棒中。 直径滚磨：由于在拉单晶的过程中，对于单晶硅棒的直径控制较难，所以为了得到标准直径的硅棒，⽐如6⼨，8⼨，12⼨等等。在拉单晶后会将硅锭直径滚磨，滚磨后的硅棒表⾯光滑，并且在尺⼨误差上更⼩。
切割倒⾓：在得到硅锭之后，就进⾏晶圆切割，将硅锭放置在固定切割机上，按照已经设定好的切割程式进⾏切割。由于硅⽚的厚度较⼩，所以切割后的硅⽚边缘⾮常锋利。倒⾓的⽬的就是形成光滑的边缘。倒⾓后的硅⽚有较低的中⼼应⼒，因⽽使之更牢固，并且在以后的芯⽚制造中不容易碎⽚。
抛光：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。
测试包装：在得到抛光好的硅⽚后，需要对硅⽚的电学特性进⾏测试，⽐如电阻率等等参数。⼤部分硅⽚⼚都有外延⽚服务，如果需要外延⽚，再进⾏外延⽚⽣长。如果不需要外延⽚就会打包包装，运往其他外延⽚⼚或者晶圆⼚。
FZ（区熔法）
区熔法（FZ）硅⽚主要⽤在部分功率芯⽚中，市场占⽐约为4%；⽤FZ（区熔法）制作的硅⽚主要⽤作功率器件。并且硅⽚尺⼨以8英⼨，6英⼨为主，⽬前约有15%的硅⽚使⽤区熔法制作。与CZ法制作的硅⽚相⽐，FZ⽅法最⼤的特点就是电阻率相对较⾼，纯度更⾼，能够耐⾼压，但是制作⼤尺⼨晶圆较难，⽽且机械性质较差，所以常常⽤于功率器件硅⽚，在集成电路中使⽤较少。
区熔法制作单晶硅棒总共分为三步：加热多晶硅，籽晶接触，向下旋转拉单晶。在真空或者惰性⽓体
环境下的炉室中，利⽤电场给多晶硅棒加热，直到被加热区域的多晶硅融化，形成熔融区。然后⽤籽晶接触熔融区，并融化。最后通过移动电场加热位置，使多晶硅上的熔融区不断上移，同时籽晶缓慢旋转并向下拉伸，逐渐形成单晶硅棒。因为在区熔法中不适⽤坩埚，所以避免了很多污染源，⽤区熔法拉的单晶具有纯度⾼的特点。
硅⽚制造成本分析过氧化氢含量的测定
硅⽚制造成本分析
新能源硅⽚制造成本
光伏硅⽚成本⼤概可以分为硅料成本，长晶成本和切割成本。其中硅料成本是主要的成本消耗部分，约占总成本的50%。由于单晶硅和多晶硅对于长晶过程的要求不同，所以在长晶过程是单晶硅⽚和多晶硅⽚的主要成本差别。在切⽚环节，硅⽚制造商可以提⾼硅⽚的切割出⽚量来分摊成本。在长晶过程中的设备、电费、特⽓以及⼈⼯费⽤等等。
单晶硅制造成本：在硅成本和切⽚⽅⾯，单晶硅和多晶硅的差别不是很⼤。长晶环节是主要的成本差异。从单晶硅⽚的成本结构来看，硅料成本约占50%，拉单晶硅棒的成本约占整个成本的33%，切割成本约占17%。在拉单晶过程中的成本结构中，以坩埚费⽤和电费为主要成本来源，两者总共占⽐约
为45%。剩余成本由⽯墨热场和折旧费⽤为主。在坩埚成本⽅⾯，拉单晶的⽯英坩埚在经过⾼温、冷却等等步骤之后，会产⽣裂纹或者破裂，导致⽆法再次使⽤。并且，由于拉单晶对于坩埚的洁净度要求很⾼，所以使⽤过的坩埚⽆法保证洁净度，同时单晶硅对于坩埚的品质要求较⾼。所以拉单晶的坩埚价格较⾼，且⽆法重复使⽤。在电⼒成本⽅⾯，国内半导体硅⽚⼚商或者光伏硅⽚⼚商都在内蒙古，云南，贵州等电⼒成本相对较低的区域建⼚，有利于成本降低。单晶硅⽚的成本降低主要来源于三个⽅⾯。第⼀，提⾼单炉产出摊薄坩埚等⼀次性耗材和设备折旧。第⼆，电⼒成本降低。第三，批量采购硅料的价格优势。
多晶硅制造成本：多晶硅的⽣产制造过程中不需要拉单晶环节，所以长晶环节的成本占⽐较低。长晶成本只占总成本的12%。成本的主要来源是硅料成本，约占总成本的52%。其次是切割成本，约占总成本的29%。在多晶硅长晶成本中，⽯墨热场占⽐最⾼，达到28%。其次是坩埚、折旧和电⼒成本，分别占⽐为16.7%、16.7%和13.9%。由于多晶硅硅⽚主要⽤在光伏产品中，⽽且有逐渐被单晶硅⽚代替的趋势，所以多晶硅⽚的成本下降空间不⼤。
半导体硅⽚制造成本
半导体硅⽚成本构成更复杂：半导体硅⽚在纯度和电学特性⽅⾯较新能源硅⽚有更⾼要求，所以在制造过程中需要更多的纯化步骤和供应原料，造成制造原料的种类更加多样化。所以硅料成本占⽐相对减少，但是制造费⽤占⽐会相对增加。同时，相对于新能源硅⽚成本，半导体硅⽚在
直接材料是主要营业成本构成：对于半导体硅⽚来说，原材料成本是主要成本，约占主营业务成本的47%。其次是制造费⽤，约占38.6%，与半导体制造业类似，硅⽚⾏业属于资本密集型⾏业，对固定资产投资需求较⾼，会因机器设备等固定资产折旧产⽣较⾼的制造费⽤。最后是直接⼈⼯费⽤，占⽐约为14.4%。
多晶硅是原材料主要成本构成：在硅⽚制造的原材料成本中，多晶硅是主要原材料，占⽐约为30.7%。其次是包装材料，占⽐约为17.0%。由于半导体硅⽚对于洁净度和真空要求较⾼，特别是对于硅⽚这种极易氧化的物质，对包装的要求会⽐新能源硅⽚要求要⾼很多。因此在成本构成中，包装材料占⽐较⾼。⽯英坩埚占⽐约为原材料成本的8.7%。半导体硅⽚制造所⽤的⽯英坩埚也是⼀次性坩埚，但是对于坩埚的物理特性，热学特性等等要求更⾼。抛光液，研磨轮，抛光垫总共占⽐13.8%，主要⽤在硅⽚抛光过程中。
⽔电费⽤约占制造成本的15%：在制造成本费⽤中，⽔电费⽤总和约占整个制造费⽤的15%，其中电
费约占11.4%，⽔费约占3.4%。在对应⾦额⽅⾯，根据硅产业集团的2018年财务数据，电费和⽔费的总成本和包装材料成本相当，约占多晶硅材料的⼀半。电费⽐⽯英坩埚略⾼20%左右。
硅⽚制造主要壁垒
硅⽚的壁垒较⾼，特别是对于半导体硅⽚⽽⾔，主要壁垒有四个：技术壁垒，认证壁垒，设备壁垒和资⾦壁垒。
螺旋锥蝇技术壁垒：硅⽚的技术指标⽐较⼤，除去常见的尺⼨⼤⼩，抛光⽚厚度等等外，还有硅⽚的翘曲度，电阻率，弯曲度等等。在主流的300mm硅⽚⽅⾯，由于先进制程对于硅⽚的均匀性要求较⾼，所以相对于200mm晶圆，增加了平整度，翘曲度，弯曲度，表⾯⾦属残余量等等参数来监测300mm硅⽚的质量要求。在纯度⽅⾯，先进制程的硅⽚要求在
9N（99.9999999%）-11N(99.999999999%)左右，是硅⽚供应商的主要技术壁垒。
硅⽚是⾼度定制产品；纯度是硅⽚的最基本参数，也是主要技术壁垒。除此之外，硅⽚不是通⽤型产品，⽆法复制。⼤硅⽚在各个晶圆代⼯⼚的规格完全不同，各个终端产品的⽤途不同也会导致硅⽚的要求规格完全不同。这就要求硅⽚⼚商要根据不同的终端客户产品来设计和制造不同的硅⽚，这就更⼤增加了硅⽚供应难度。
认证壁垒：芯⽚制造企业对于各类原材料的质量有着严苛的要求，对供应商的选择也⾮常谨慎。进⼊芯⽚制造企业的供应商名单具有较⾼的壁垒。通常，芯⽚制造企业会要求硅⽚供应商提供⼀些硅⽚进⾏试⽣产，并且⼤多数⽤在测试⽚，⽽不是晶圆量产⽚。通过测试⽚后，会⼩批量试⽣产量产⽚，待通过内部认证后，芯⽚制造企业会将产品送⾄下游客户处，获得其客户认证后，才会对硅⽚供应商进⾏最终认证，最后签订采购合同。半导体硅⽚企业的产品进⼊芯⽚制造企业的供应链需要经历较长的时间，对于新供应商的认证周期最短也需要12-18个⽉。
此外，测试⽚到量产⽚的认证壁垒：⽬前国内的12⼨晶圆⼤多停留在测试⽚的供应上，但是测试⽚的认证程序和量产⽚的认证程序完全不同，量产硅⽚的认证标准更加严格。测试硅⽚由于不制造芯⽚，所以只需要晶圆代⼯⼚⾃⼰认证，并且只需要在当前制造站点得到认证就可以。但是对于量产硅⽚来
说，必须得到终端fabless客户的认证，并且要得到整个制造流程各个步骤的监测才可以批量供应。⼀般情况下，为了保持硅⽚供应和芯⽚良率的稳定。晶圆制造商与硅⽚供应商⼀旦建⽴供应关系后，不会轻易更换供应商，且双⽅建⽴反馈机制，满⾜个性化需求，硅⽚供应商与客户的粘性不断增加。新硅⽚⼚商如果加⼊到供应商⾏列，必须提供⽐原有供应商更加紧密的合作关系和更⾼的硅⽚质量。所以在硅⽚⾏业，硅⽚供应商和晶圆制造商的粘性较⼤，新晋供应商打破粘性的难度较⼤
设备壁垒：制造硅⽚的核⼼设备是单晶炉，可谓是硅⽚中的“光刻机”。国际主流硅⽚⼚商的单晶炉都是⾃⼰制造。⽐如信越和SUMCO的单晶炉是公司独⽴设计制造或者通过控股⼦公司设计制造，其他硅⽚⼚商⽆法购买。其他主要的硅⽚⼚商都有⾃⼰的独⽴单晶炉供货商，并且签订严格的保密协定，导致外界硅⽚⼚商⽆法购买，或者只能购买到普通单晶炉，⽽对于⾼规格单晶炉⽆法供货。所以设备壁垒也是国内⼚商⽆法进⼊全球硅⽚主流供应商的原因。
资⾦壁垒：半导体硅⽚制造⼯艺复杂，需要购买先进，昂贵的⽣产设备，也需要根据客户的不同需求不断进⾏修改和调试。由于设备折旧等固定成本较⾼，下游需求的变化对硅⽚企业的产能利⽤率影响较⼤，从⽽对硅⽚制造公司的利润影响较⼤。特别是新进⼊硅⽚⾏业的公司，在没有达到规模出货之前，⼏乎⼀直处于亏损状态，对资⾦壁垒要求较⾼。另外，由于晶圆⼚对于硅⽚的认证周期较长，这期间需要硅⽚制造商持续投⼊，也需要⼤量资⾦。
产品评价
今⽇科普：硅料的⽣产技术起源于德国西门⼦，因此⼜叫西门⼦法。1955 年，西门⼦公司成功开发了利⽤氢⽓还原三
今⽇科普：硅料的⽣产技术起源于德国西门⼦，因此⼜叫西门⼦法。1955 年，西门⼦公司成功开发了利⽤氢⽓还原三氯硅烷在硅芯发热体上沉积硅的⼯艺技术，并于1957 年开始了⼯业规模的⽣产，⾄今该⽣产⽅法已经沿⽤半个多世纪。
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