2023 중국 실리콘 웨이퍼 산업 연구 보고서

중국 실리콘 웨이퍼 산업 시장 개요

기본 개념 및 분류

실리콘 웨이퍼의 정의
실리콘 웨이퍼는 얇고 평평하며 둥근 실리콘 매트릭스 소재를 말하며, 집적 회로를 만드는 데 중요한 소재입니다. 포토리소그래피, 이온 이식 및 기타 방법을 통해 집적 회로 및 다양한 반도체 장치를 만들 수 있습니다. 실리콘은 지구 지각의 약 27%를 차지합니다. 매장량이 풍부하고 저렴하기 때문에 세계에서 가장 널리 사용되고 가장 많은 양을 차지하는 반도체 기본 소재가 되었습니다. 현재 반도체 제품의 90% 이상이 실리콘 기반 소재로 만들어집니다. 실리콘 웨이퍼는 실리콘으로 만든 시트 모양의 물체로 직경이 6인치, 8인치, 12인치 등입니다.

실리콘 웨이퍼의 분류

실리콘 웨이퍼는 반도체 소재의 한 종류로, 전자, 컴퓨터, 통신, 자동차, 항공우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 실리콘 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼의 순도에 따라 반도체 실리콘 웨이퍼와 태양광 실리콘 웨이퍼로 분류됩니다. 공정에 따라 연마 웨이퍼, 어닐링 웨이퍼, 에피택셜 웨이퍼, SOI 웨이퍼로 분류됩니다. 크기에 따라 12인치\300mm, 8인치\200mm, 6인치\150mm로 분류됩니다. 그 중에서도 200mm와 300mm 실리콘 웨이퍼는 적용 범위가 더 넓습니다.

실리콘 웨이퍼의 분류

다양한 순도 지표를 사용한 실리콘 웨이퍼 비교

실리콘 웨이퍼의 주요 응용 분야는 순도 분류에 따라 반도체 실리콘 웨이퍼와 태양광 실리콘 웨이퍼로 분류됩니다. 태양광 분야에서는 단결정 실리콘과 다결정 실리콘이 모두 사용되며 순도 요구 사항은 약 99.9999%(4-6N)입니다. 이들은 주로 태양 전지를 만드는 데 사용되며 태양광 발전소, 옥상 분산형 태양광 발전 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 반도체 분야에서는 단결정 실리콘만 사용됩니다. 공정이 계속 축소됨에 따라 순도는 99.999999999%(11N) 이상에 도달해야 합니다. 주로 칩을 만드는 데 사용되며 통신, 가전제품, 자동차, 산업 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

실리콘 웨이퍼 순도 분류 지수에서는 다양한 순도 수준에 따라 분류되며, 일반적으로 ppm(즉, 백만 분의 1)을 사용하여 순도를 측정합니다. 실리콘 웨이퍼는 다양한 순도에 따라 결정질 실리콘, 반도체 실리콘, 전자 실리콘, 산업 등급 실리콘, 생산 등급 실리콘, 일반 실리콘 등에 사용됩니다.

글로벌 실리콘 웨이퍼 산업의 발전 역사

실리콘 웨이퍼는 전체적으로 더 큰 크기로 발전하고 있습니다.

글로벌 실리콘 웨이퍼의 개발은 1960년대로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 기술의 지속적인 발전으로 실리콘 웨이퍼의 적용 범위는 지속적으로 확대되었습니다. 태양광 실리콘 웨이퍼와 반도체 실리콘 웨이퍼는 모두 실리콘 단결정 잉곳에서 잘라낸 얇은 조각이지만 응용 분야는 다릅니다. 태양광 실리콘 웨이퍼는 주로 태양 전지판 제조에 사용되는 반면 반도체 실리콘 웨이퍼는 집적 회로, 트랜지스터 및 기타 전자 부품을 제조하는 데 사용됩니다. 반도체 분야에서 실리콘 웨이퍼는 반도체 산업 개발을 위한 핵심 기본 재료입니다. 실리콘 웨이퍼의 개발 과정에서 기술 수준이 지속적으로 향상됨에 따라 실리콘 웨이퍼의 크기가 클수록 반도체의 생산 및 응용 효율성이 높아집니다. 실리콘 웨이퍼 산업의 전반적인 추세는 초기 1-인치와 2-인치에서 현재 시장 주류 6-인치, 8-인치 및 12-인치로 더 큰 크기로 향하고 있습니다. 태양광 분야에서 청정 에너지의 촉진과 함께 태양광 발전 산업은 강력한 발전 추세를 보였습니다. 많은 태양광 제조업체가 생산 용량을 확장했습니다. 글로벌 태양광 발전 설치 용량은 빠른 성장 추세를 보였으며, 이는 글로벌 태양광 실리콘 웨이퍼의 개발을 주도했습니다. 실리콘 웨이퍼의 크기는 응용 분야에 따라 증가했습니다.

중국 실리콘 웨이퍼 산업의 발전 역사

독자적인 연구개발 강화, 국내 실리콘웨이퍼 성장 혁신

중국 실리콘 웨이퍼의 개발은 처음에는 수입에 의존했고 국내 실리콘 웨이퍼 산업은 느리게 발전했습니다. 외국 실리콘 웨이퍼 생산 장비를 구매하고 실리콘 웨이퍼 연구개발을 강화하면서 중국에서 여러 실리콘 웨이퍼 생산 회사가 생겨났고 현지화 속도가 가속화되었습니다. 우리나라의 실리콘 웨이퍼 산업이 급속한 발전 단계에 접어들었을 때 중국 정부는 실리콘 웨이퍼 산업 발전을 지원하기 위한 상응하는 정책을 도입했습니다. 우리나라의 태양광 실리콘 웨이퍼 개발은 2012년에 시작되었습니다. 100-156mm가 업계에서 인기가 있었고 표준이 달랐습니다. 2013년에 국내 5개 제조업체의 통일된 실리콘 웨이퍼 크기 표준은 156.75mm였습니다. 2019년부터 현재까지 국내 선도 기업들은 하류 산업의 발전에 적응하기 위해 다양한 크기의 태양광 실리콘 웨이퍼를 출시했습니다. 중국의 반도체 실리콘 웨이퍼 개발은 국제적 속도와 보조를 맞추고 있습니다. 국내 기업의 반도체 실리콘 웨이퍼 생산 규격은 50mm에서 300mm로 발전해 왔으며, 실리콘 웨이퍼 제품의 품질과 경쟁력이 지속적으로 향상되고 있습니다.

중국 실리콘 웨이퍼 산업 분류 소개

(一) 반도체 실리콘 웨이퍼: 매개변수 및 응용 시나리오

반도체 실리콘 웨이퍼는 실리콘 단결정 잉곳에서 잘라낸 얇은 조각을 말하며, 반도체 산업에서 널리 사용되는 기판 소재입니다. 현재 집적 회로 칩의 90% 이상이 실리콘을 기판 소재로 사용합니다. 실리콘 웨이퍼 크기의 분류에 따르면 사양은 일반적으로 직경, 보통 6인치, 8인치, 12인치 등으로 구분됩니다. 1965년 2-인치 실리콘 웨이퍼의 첫 양산부터 2000년 12-인치 실리콘 웨이퍼의 양산까지 반도체 실리콘 웨이퍼는 대형화 방향으로 계속 발전해 왔으며, 대형 실리콘 웨이퍼가 산업의 주류가 되었습니다.

실리콘 웨이퍼 응용 시나리오의 분류에 따르면 실리콘 웨이퍼는 주로 포지티브 웨이퍼와 테스트 웨이퍼로 나눌 수 있습니다. 포지티브 웨이퍼는 웨이퍼 제조에 직접 사용되고, 테스트 웨이퍼는 실험에 사용되고 운영 초기 단계에서 제조 장비의 상태를 확인하여 안정성을 개선하는 데 사용됩니다.

(一) 반도체 실리콘 웨이퍼 : 실리콘 웨이퍼 크기

실리콘 웨이퍼의 사양 및 응용 분야

실리콘 웨이퍼는 전자 산업에서 가장 중요한 원자재 중 하나이며, 주로 집적 회로, 커패시터, 다이오드 및 기타 구성 요소를 제조하는 데 사용됩니다. 집적 회로는 트랜지스터, 커패시터, 저항기 등과 같은 많은 기본 구성 요소로 구성된 작은 회로로, 컴퓨터, 통신 장비 및 엔터테인먼트 장비와 같은 다양한 전자 장치에 사용할 수 있습니다. 반도체 실리콘 웨이퍼는 집적 회로를 제조하는 핵심 소재 중 하나입니다.

반도체 실리콘 웨이퍼 크기는 직경을 기준으로 사양이 나뉘며, 2인치(50.8mm), 4인치(100mm), 6인치(150mm), 8인치(200mm), 12인치(300mm)로 나뉩니다. 반도체 제품에 따라 다른 실리콘 웨이퍼 크기와 공정이 사용됩니다.

대형 실리콘 웨이퍼의 장점

단일 실리콘 웨이퍼에 제조되는 칩의 수가 증가합니다.웨이퍼가 클수록 가장자리에 낭비되는 양이 적어 실리콘 웨이퍼의 활용률이 향상되고 비용이 절감됩니다. 예를 들어 300mm 실리콘 웨이퍼의 경우 동일한 공정에서 사용 가능한 면적이 200mm 실리콘 웨이퍼의 두 배로 칩 수의 최대 2.5배까지 생산성 이점을 제공할 수 있습니다.

실리콘 웨이퍼의 전반적인 활용률이 향상되었습니다.둥근 실리콘 웨이퍼에 직사각형 실리콘 웨이퍼를 제조하면 실리콘 웨이퍼의 가장자리에 있는 일부 영역을 사용할 수 없게 되고, 실리콘 웨이퍼의 크기가 커짐에 따라 사용되지 않는 가장자리의 손실률이 줄어듭니다.

장비 용량 개선:기본 공정 흐름인 박막증착→포토리소그래피→식각→세척 등의 기본 개발 조건이 변하지 않는 한, 칩의 평균 생산 시간이 단축되고, 장비 활용률이 향상되며, 회사의 생산 능력이 확대됩니다.

(I) 반도체 실리콘 웨이퍼 : SOI 실리콘 웨이퍼
(II) 태양광 실리콘 웨이퍼: 구조 및 매개변수
(II) 태양광 실리콘 웨이퍼 : 지표 및 제조 공정
(II) 태양광 실리콘 웨이퍼: 실리콘 웨이퍼 기술 비용 절감을 위한 경로

중국 실리콘 웨이퍼 산업의 핵심 기술

단결정 성장 기술

단결정 실리콘 성장 기술: 반도체 재료를 얻는 데 사용되는 결정 성장 방법입니다. 그 중 단결정 실리콘은 입방 결정계와 다이아몬드 구조에 속하며 성능이 뛰어난 반도체 재료입니다. 단결정 실리콘 성장 기술에는 초크랄스키 단결정법, 자기장 초크랄스키법, 연속 결정 인출법이 있습니다.

• 초크랄스키 방법의 원리:이 공정은 폴리실리콘을 석영 도가니에 넣고 가열하여 천천히 녹인 후 가열 공정 중에 시드 결정 축을 통해 단일 결정으로 냉각하여 단일 결정 실리콘을 만드는 것입니다. 구체적인 단계는 다음과 같습니다. 적재, 진공, 보호 가스 충전, 가열, 용융, 시딩 등

•자기장 초크랄스키 방법:초크랄스키 성장 공정을 기반으로, 도가니의 용융물에 강한 자기장을 가해 용융물의 열 대류를 억제합니다. 이 방법은 산소 농도가 낮은 초크랄스키 실리콘 단결정을 성장시키는 데 사용됩니다.

•연속 결정인출법:특수 수직 단결정로를 사용하여 재료를 추가하지 않고도 결정봉을 당겨서 동시에 녹입니다. 도가니의 폴리실리콘 액위는 안정적으로 유지되어 더 안정적인 열장 환경을 제공할 수 있습니다. 결정 성장 과정 중에 원료를 지속적으로 추가하여 결정 성장 과정을 더 균일하고 안정적으로 만듭니다.

실리콘 웨이퍼 절단 기술

실리콘 웨이퍼 절단 원리:실리콘 막대의 윗면은 절단 장비에 고정되어 있으며, 실리콘 막대는 천천히 아래로 이동하고 고속 다이아몬드 와이어로 연마하여 절단 효과를 얻습니다. 실리콘 웨이퍼 절단의 기능은 이동 절단 와이어 절단 망을 통해 실리콘 블록을 실리콘 웨이퍼로 절단하는 것입니다. 현재 실리콘 웨이퍼 절단 기술은 높은 절단 효율, 낮은 비용 및 낮은 재료 손실이라는 장점이 있습니다. 실리콘 웨이퍼 절단 기술은 많은 분야에서 큰 의의를 가지고 있으며, 절단 기술은 오랫동안 실리콘 웨이퍼 산업 연구에서 뜨거운 주제였습니다.

실리콘 웨이퍼의 내부 원은 실리콘 웨이퍼의 가장자리인 실리콘 웨이퍼 표면의 원형 영역을 말합니다. 실리콘 웨이퍼의 내부 원의 기능은 웨이퍼 가장자리가 파손되는 것을 방지하고, 열 응력의 집중을 방지하고, 실리콘 웨이퍼 가장자리의 균열을 줄여 실리콘 웨이퍼 또는 배터리 셀이 외부 응력의 작용으로 파손되도록 하는 것입니다. 실리콘 웨이퍼 챔퍼링은 실리콘 웨이퍼 가장자리의 깨진 가장자리, 모서리 및 균열을 연마하여 실리콘 웨이퍼 가장자리에서 매끄러운 반경 원주를 얻는 것입니다. 이 단계는 일반적으로 연삭 전 또는 후에 수행됩니다. 챔퍼링의 세 가지 주요 기능은 웨이퍼 가장자리 파손 방지, 열 응력 집중 방지 및 외부 응력의 작용으로 실리콘 웨이퍼 가장자리에 균열이 생겨 실리콘 웨이퍼 또는 배터리 셀이 파손될 위험을 줄이는 것입니다.

중국 실리콘 웨이퍼 산업의 생산 과정

실리콘 웨이퍼의 생산 공정

실리콘 웨이퍼의 생산 공정은 복잡하고 많은 공정을 포함합니다. 주요 생산 링크에는 단결정 성장, 슬라이싱, 연마, 에피택시얼 성장 및 기타 공정이 포함됩니다. 단결정 성장은 장치 제조 요구 사항을 충족하는 반도체 재료를 얻기 위한 것이며, 정제된 다결정 재료는 단결정으로 성장되어야 합니다. 연마는 연마액의 화학 용액 부식과 연마액의 기계적 연삭 제거를 통해 실리콘 웨이퍼 표면의 미크론 수준 및 나노 수준의 재료를 제거하는 것입니다. 에피택시얼 성장은 기판과 동일한 결정 방향을 가진 단결정 층을 단결정 기판에 성장시켜 원래 결정에서 바깥쪽으로 섹션을 확장하는 것입니다. 에피택시얼 방식으로 성장된 새로운 단결정 층은 전도도 유형, 저항률 등의 측면에서 기판과 다를 수 있으며, 두께와 요구 사항이 다른 다층 단결정도 성장시켜 장치 설계의 유연성과 장치 성능을 개선할 수 있습니다.

실리콘 웨이퍼 제조 지원 공정 장비

실리콘 웨이퍼 제조 공정에는 단결정 성장, 라운딩 및 절단, 슬라이싱, 챔퍼링 및 연삭, 연마, 세척 및 테스트가 포함되며, 이는 단결정 실리콘 성장로, 롤링 및 절단기, 슬라이서, 챔퍼링 기계, CMP 연마기, 세척 및 테스트 장비에 해당합니다. 이 중 가장 중요한 것은 절단 및 연마입니다. 절단은 실리콘 잉곳에서 실리콘 웨이퍼를 절단하는 것이고 연마는 후속 제조 공정을 위해 실리콘 웨이퍼의 표면을 처리하는 것입니다.

실리콘 웨이퍼 단결정 성장: 초크랄스키법과 존 멜팅법

실리콘 웨이퍼 단결정 성장의 주요 공정은 초크랄스키법과 존 멜팅법이다.초크랄스키법 정제된 원료를 도가니에 넣고 도가니를 적절한 열장에 놓는다.가열 공정 동안 원료는 도가니에서 점차 용융된다.그런 다음 미리 놓인 시드 결정을 끌어당겨 일정 속도로 회전시켜 조건을 충족하는 단결정을 성장시킨다.존 멜팅법은 액체-고체 평형의 원리에 따라 용융-응고 공정을 사용하여 불순물을 제거하는 방법을 말한다.존 멜팅은 원소 또는 화합물에서 불순물을 제거하여 정제 목적을 달성할 수 있다.초크랄스키법으로 생산된 단결정 실리콘은 산소 함량이 높고 기계적 강도가 높으며 크기가 크며 주로 저전력 집적 회로를 생산하는 데 사용되는 반면 존 멜팅법으로 생산된 단결정 실리콘은 순도가 높고 전기적 특성이 균일하며 주로 고전력 장치를 생산하는 데 사용된다.

중국의 실리콘 웨이퍼 산업 사슬

상류와 하류가 협력하여 발전하고 있으며 시장 수요는 지속적으로 증가하고 있습니다.

반도체 소자는 집적 회로, 광전자 소자, 센서 및 기타 분야를 포함한 실리콘 웨이퍼의 주요 응용 분야 중 하나입니다. 반도체 소자에서 실리콘 웨이퍼의 중요한 역할은 특히 중요하므로 실리콘 웨이퍼의 품질 및 성능 요구 사항이 매우 높습니다. 실리콘 웨이퍼 산업 체인의 상류에는 주로 실리콘 웨이퍼 원자재와 실리콘 웨이퍼 장비가 포함됩니다. 실리콘 웨이퍼의 중류에는 주로 실리콘 웨이퍼 공정 흐름과 실리콘 웨이퍼 분류가 포함됩니다. 실리콘 웨이퍼 제조에는 단결정 성장, 반올림 및 절단, 슬라이싱, 연마 및 기타 링크를 포함한 고정밀 장비 및 기술을 사용해야 합니다. 실리콘 웨이퍼의 하류에는 주로 통신 기술, 가전 자동차, 클라우드 컴퓨팅 등을 포함한 응용 산업이 포함됩니다. 실리콘 웨이퍼의 상류 및 하류는 하류 고객의 요구를 공동으로 충족하기 위해 조정하여 개발됩니다. 또한 실리콘 웨이퍼는 태양광 패널, LED 조명 및 기타 분야에서도 널리 사용되고 있으며 이러한 분야의 시장 수요도 증가하고 있습니다. 시장 수요를 충족하기 위해, 실리콘 웨이퍼 기업은 실리콘 웨이퍼의 품질과 성능을 지속적으로 개선해야 하며, 기술 연구개발과 혁신을 강화하여 실리콘 웨이퍼 산업의 발전을 촉진해야 합니다.

중국의 실리콘 웨이퍼 산업 비즈니스 모델

실리콘 소재 세척 및 절삭유 재활용 모델

실리콘 소재 세척액은 실리콘 웨이퍼 표면을 세척하는 데 사용되는 액체로, 후속 처리를 위해 표면의 불순물과 산화물을 제거할 수 있습니다. 실리콘 소재 절삭액은 실리콘 웨이퍼를 절단하는 데 사용되는 액체로, 실리콘 웨이퍼를 더 쉽게 절단할 수 있습니다. 실리콘 소재 세척 서비스에는 자체 세척 모드, 타사 세척 모드(공장 외부 세척), 타사 세척 모드(공장 내부 세척)가 있습니다. 실리콘 소재 산업 체인의 규모가 계속 확장됨에 따라 기존 세척 모드는 더 이상 고객의 청결 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 따라서 공장은 해당 서비스를 제공하여 서비스 품질을 보장하고 전문적인 분업을 심화합니다. 절삭액 처리 모드에는 직접 배출, 자체 처리 및 공장 내 서비스 제공이 포함됩니다. 절삭액 처리 모드는 폐액 배출과 화학 물질 사용을 줄이고 절삭액 및 세척제 구매 비용과 하수 배출 비용을 절감하고 고객 생산 비용을 절감하며 시장 경쟁력을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

실리콘 소재 세척 서비스 운영 모델 비교

절삭유 처리 모드

실리콘 웨이퍼 가격 변동은 생산 비용에 영향을 미칩니다.

실리콘 웨이퍼는 전자 장비 제조 및 태양광 산업과 같은 분야에서 널리 사용되기 때문에 경기 순환의 기복이 가격에 영향을 미치고 실리콘 소재 가격의 변동은 실리콘 웨이퍼의 생산 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. PVInfoLink 데이터에 따르면 글로벌 실리콘 웨이퍼 가격 추세에서 단결정 실리콘 웨이퍼 210mm, 단결정 실리콘 웨이퍼 182mm, 단결정 실리콘 웨이퍼 166mm의 가격은 시장 수요의 영향을 받으며 일정 범위 내에서 변동합니다. 2021년 6월부터 실리콘 웨이퍼 가격은 상승 채널에 진입하여 2022년 8월에 최고점에 도달했으며 강력한 성장률을 보였습니다. 기술의 지속적인 발전으로 실리콘 웨이퍼의 생산 공정이 더욱 효율적이 되었고 비용은 지속적으로 감소했습니다. 또한 2022년 하반기 이후 글로벌 반도체 산업의 수급 불일치로 인한 순환적 영향으로 인해 지난 1년 동안 글로벌 실리콘 웨이퍼 가격이 변동하고 하락했습니다.

글로벌 실리콘 웨이퍼 산업 시장 규모

실리콘 웨이퍼 출하량 안정적 유지, 시장 규모 급속 성장

실리콘 기반 반도체 소재는 현재 가장 큰 생산량과 가장 광범위한 응용 분야를 가진 반도체 소재입니다. 반도체의 응용 분야는 과학기술의 발전과 함께 계속 확대되고 있습니다. 사물인터넷, 인공지능, 클라우드 컴퓨팅과 같은 신흥 분야가 붐을 일으키며 반도체 실리콘 웨이퍼 산업에 새로운 성장 기회를 가져다주고 있습니다. 2018년 이후 글로벌 반도체 실리콘 웨이퍼 출하량은 변동 속에서도 상승 추세를 보였습니다. SEMI 데이터에 따르면 반도체 출하량은 2021년부터 새로운 성장 주기를 맞이할 것입니다. 신흥 응용 분야와 12-인치 실리콘 웨이퍼의 인기로 인해 향후 글로벌 실리콘 웨이퍼 출하량은 150억 제곱인치를 초과할 것으로 예상됩니다. SEMI 데이터에 따르면 글로벌 반도체 실리콘 웨이퍼 시장 규모는 2018년부터 2020년까지 기본적으로 110억 달러로 유지되었습니다. 2021년부터 단말 장비의 다각화 개발로 산업도 급속한 성장기에 접어들었습니다. 2023년 말까지 글로벌 반도체 실리콘 웨이퍼 시장 규모가 140억 달러를 넘어설 것으로 예상됩니다.

중국의 실리콘 웨이퍼 산업 시장 규모

실리콘 웨이퍼 생산은 계속해서 증가하고 있으며 하류 시장은 광대합니다.

2018년 이후, 우리나라의 실리콘 웨이퍼 생산은 일반적으로 연간 성장 추세를 보였습니다. CPIA 데이터에 따르면, 우리나라의 실리콘 웨이퍼 생산은 2021년 이후 가속된 성장률로 정점에 도달했습니다. 선도 기업의 확장, 지속적인 기술 혁신 및 하류 수요의 증가로 실리콘 웨이퍼 생산은 앞으로 400GW를 초과할 것으로 예상됩니다. 최근 몇 년 동안, 우리나라의 실리콘 웨이퍼 산업은 빠르게 발전했으며, 국내 시장 규모의 성장률은 세계 평균 성장률을 넘어섰습니다. SEMI 데이터에 따르면, 우리나라의 반도체 실리콘 웨이퍼 시장 규모는 2021년에서 2022년까지 시장 규모가 100억 위안을 돌파했으며, 성장률은 계속해서 가속화되었습니다. 앞으로 시장 규모가 150억 위안을 초과할 것으로 예상되며, 시장 성장의 여지가 넓습니다.