硅片国产化带来超200亿设备需求 单晶炉独占55亿

硅晶片设备生产

(一)硅片生产设备梳理：单晶炉等核心设备已实现国产化

半导体硅片的生产流程包括拉晶—>滚磨—>线切割—>倒角—>研磨—>腐蚀—>热处理—>边缘抛光—>正面抛光—>清洗—>检测—>外延等步骤。其中拉晶、研磨和抛光是保证半导体硅片质量的关键。涉及到单晶炉、滚磨机、切片机、倒角机、研磨设备、CMP抛光设备、清洗设备、检测设备等多种生产设备。

图表1 半导体硅片生产工艺流程

图表2 半导体硅片主要生产设备及厂商

1、拉晶：直拉法是主流，国内已实现单晶炉国产化

将多晶硅拉制成单晶硅棒主要有两种技术工艺，直拉法(CZ法)和区熔法(FZ)，区熔法得到的硅片纯度更高，但成本更高，硅片尺寸偏小(只能生产150mm以下)，主要用于功率器件硅片的生产。目前90%以上的半导体硅片通过直拉法生产。

拉晶步骤是半导体硅片生产过程中的关键步骤，很大程度上决定了硅片的质量。拉晶过程中用到的设备是单晶炉，单晶炉由炉体、热场、磁场、控制装置等部件组成，其中控制炉内温度的热场和控制晶体生长形状的磁场是决定单晶炉生产能力的关键。

国内公司中，晶盛机电、理工晶科、南京晶能是领先的半导体硅生长设备单晶炉提供商。其中晶盛机电承担的02专项“300mm硅单晶直拉生长设备的开发”、“8英寸区熔硅单晶炉国产设备研制”两大项目，均已通过专家组验收。晶盛的8寸直拉单晶炉和区熔单晶炉均已实现了产业化，为有研半导体、环欧半导体、金瑞泓等国内知名半导体硅片生产商累计供应了几十台设备。晶盛的12寸直拉单晶炉也已经可以满足工业化量产的要求，预计将为国内大硅片项目供货。南京晶能则率先实现了12寸直拉单晶炉的国产化，为新昇半导体的国产大硅片项目累计供了三台设备，连续数月稳定运行，其技术先进性、使用节能性等指标甚至超越了国外设备，后续的订单也在洽谈中。

2、磨、切、倒角设备：已部分实现国产化

晶棒加工完成后，需要将晶棒切割成预定厚度的硅片。8寸晶棒的切割一般采用内圆切割机，通过内圆刀片上的金刚石涂层进行切割。由于切割刀片的直径太大会使得刀片容易发生变形，因此12寸硅片一般使用多线切割技术，采用金刚线与砂浆进行切割，多线切割不仅可以实现大直径硅片的切割，而且切割损耗低于内圆切割技术。硅片切割完成后，需要对硅片进行倒角处理，通过倒角机对硅片的边缘进行研磨，得到光滑的硅片边沿。

硅片的切片机和倒角机对于切割研磨的精度控制和稳定性有很高的要求，目前只有中电科45所能提供部分切片机产品，主要还是依赖于进口产品。

3、研磨抛光设备：硅片质量的重要保障设备，已开启国产化进程

硅片的表面完整度和平整度直接影响后续生产的良率和质量，因此需要通过研磨、腐蚀、抛光等工序对硅片表面进行深度加工。