直拉法确实占据约85%的硅片产能,但在抛光片与外延片的高端市场,国产替代的核心差距并不在于“会不会做”,而在于“做得好不好”——具体体现在产品良率与工艺稳定性上。 从制造工艺看,抛光片是基础形态,外延片则是在抛光片基础上通过气相外延生长附加一层高纯度单晶硅,对表面缺陷和洁净度的控制要求更高。目前国产厂商已实现12英寸硅片从0到1的突破,但在高端外延片等细分品类上,与海外头部企业相比,良率差距仍是替代进程中最主要的瓶颈。

直拉法主导,但“能做”不等于“做精”

半导体硅棒的主流制造方法为直拉法,即通过籽晶牵引从熔融多晶硅中旋转提拉出单晶硅棒。该方法更容易生长出大直径单晶硅棒,因此当前约85%的硅片采用直拉法生产,其余约15%采用区熔法(主要用于8英寸及以下小尺寸硅片)。

硅片成品按制造工艺可分为抛光片、外延片和绝缘体上硅片(SOI) 等。从制造流程看,抛光片是经过拉晶、磨圆、切片、倒角、抛光、清洗后的基础产品;而外延片是在抛光片基础上继续生长一层单晶薄膜,工艺步骤更长,对金属杂质、晶体缺陷和表面微粗糙度的控制要求呈指数级上升。这也是外延片被视为“更高端”细分品类的工艺根源。

国产替代的真实差距:良率而非产能

一个常被忽视的事实是:硅片环节的技术壁垒主要体现在良率上,而非产能规模。 芯片制程已精细至纳米级,硅片上极微小的瑕疵都会对芯片性能造成严重干扰。日本头部硅片企业在12英寸(28nm以上)产品的良率可做到95%以上,而国内企业良率普遍不足60%。一般而言,良率需达到70%以后,规模效应才会凸显,因此对硅片企业而言,技术(良率)比规模更重要。

目前,国内12英寸(28nm以上)硅片良率表现较好的代表是沪硅产业旗下的上海新昇,其正片率在60%至65%之间,刚刚实现盈亏平衡。以沪硅产业、立昂微、中环股份为代表的国产厂商已突破12英寸硅片,产品类型覆盖抛光片、外延片等,但在高端外延片等良率要求极高的品类上,国产厂商的工艺稳定性和批量一致性仍有较大追赶空间。

结构性机遇:供不应求窗口期

全球半导体硅片市场长期由信越化学、胜高等少数几家巨头垄断。由于头部厂商扩产谨慎,叠加新能源汽车与物联网等下游需求高速成长,硅片行业自2021年下半年起进入供给持续紧张状态。同时,海外大厂一般优先保障台积电、三星等头部晶圆厂,对大陆厂商供给相应减少,这为国产硅片企业提供了加速替代的时间窗口。

国产厂商正通过扩产与研发双线并进。例如,沪硅产业子公司上海新昇推进12英寸无缺陷硅片研发;立昂微、中环股份等也在扩充12英寸硅片产能。但需注意的是,硅片扩产周期长、技术积累要求高,国产替代的完成度最终取决于良率能否持续爬坡,而非单纯产能叠加。

常见问题

抛光片和外延片哪个技术难度更高?

外延片的技术难度更高。 外延片是在抛光片基础上额外生长一层单晶薄膜,相当于多了一道对洁净度和晶体完美性要求极高的工序。因此外延片对表面缺陷、金属污染的控制要求比抛光片更严格,良率挑战也更大。

国产12英寸硅片目前处于什么水平?

国产厂商已实现12英寸硅片的批量供货,但良率与海外头部企业仍有差距。以沪硅产业旗下上海新昇为例,其12英寸(28nm以上)正片率在60%至65%之间,刚实现盈亏平衡,而日本头部企业同类产品良率可达95%以上。

国产硅片替代的最大瓶颈是什么?

核心瓶颈是良率而非产能。 硅片制造考验的是长期技术积累,良率达不到70%以上,规模效应难以体现。国产厂商在高端外延片等品类上的工艺稳定性与批量一致性,仍需通过持续研发和客户验证来逐步提升。