실리콘 웨이퍼는 반도체 소재의 초석이다. 먼저 단결정을 당겨서 실리콘 막대로 만든 다음 절단하여 만듭니다. 실리콘 원자의 원자가 전자 수는 4이고 서수는 적당하므로 실리콘은 특별한 물리적, 화학적 특성을 가지며 화학, 광전지, 칩 및 기타 분야에 사용될 수 있습니다. 특히 칩 분야에서는 실리콘을 칩의 초석으로 만드는 것은 바로 실리콘의 반도체 특성입니다. 광전지 분야에서는 태양광 발전에 사용될 수 있습니다. 또한, 규소는 지각의 25.8%를 차지합니다. 상대적으로 채굴이 편리하고 재활용성이 강하여 가격이 저렴하여 실리콘의 응용 범위가 더욱 향상됩니다.
1. 실리콘 - 칩 소재의 초석 실리콘 소재는 단위 셀의 배열 방식에 따라 단결정 실리콘과 다결정 실리콘으로 구분됩니다. 단결정 실리콘과 다결정 실리콘의 가장 큰 차이점은 단결정 실리콘의 단위 셀 배열이 규칙적인 반면, 다결정 실리콘은 무질서하다는 점입니다. 제조방법에 있어서 다결정실리콘은 일반적으로 실리콘 원료를 도가니에 직접 부어 녹인 후 냉각시키는 방식으로 제조된다. 단결정 실리콘은 단결정을 끌어당겨 결정 막대로 형성됩니다(초크랄스키법). 물리적 특성 측면에서 두 가지 유형의 실리콘의 특성은 상당히 다릅니다. 단결정 실리콘은 전기 전도성이 강하고 광전 변환 효율이 높습니다. 단결정 실리콘의 광전 변환 효율은 일반적으로 약 17%~25%인 반면, 다결정 실리콘의 효율은 15% 미만입니다.
▲반도체 실리콘 웨이퍼와 태양광 실리콘 웨이퍼
▲단결정 실리콘 단위 셀 구조
광전지 실리콘 웨이퍼:광전 효과와 단결정 실리콘의 명백한 장점으로 인해 사람들은 실리콘 웨이퍼를 사용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 완전히 변환합니다. 태양광 분야에서는 모서리가 둥근 사각형 단결정 실리콘 셀이 일반적으로 사용됩니다. 더 저렴한 다결정 실리콘 웨이퍼도 사용되지만 변환 효율은 더 낮습니다.
▲단결정 실리콘 셀의 앞면과 뒷면
▲다결정 실리콘 셀 전면 및 후면
광전지 실리콘 웨이퍼는 순도, 휨 등의 매개변수에 대한 요구 사항이 낮기 때문에 제조 공정이 비교적 간단합니다. 단결정 실리콘 셀을 예로 들면, 첫 번째 단계는 자르고 둥글게 만드는 것입니다. 먼저, 단결정 실리콘 막대를 크기 요구 사항에 따라 정사각형 막대로 자른 다음 정사각형 막대의 네 모서리를 둥글게 만듭니다. 두 번째 단계는 산세척(pickling)으로, 주로 단결정 사각봉의 표면 불순물을 제거하는 단계이다. 세 번째 단계는 슬라이싱입니다. 먼저 청소한 사각 막대를 작업판에 붙여주세요. 그런 다음 작업 보드를 슬라이서에 놓고 설정된 프로세스 매개변수에 따라 자릅니다. 마지막으로 단결정 실리콘 웨이퍼를 청소하고 표면 평활도, 저항률 및 기타 매개변수를 모니터링합니다.
반도체 실리콘 웨이퍼:반도체 실리콘 웨이퍼는 광전지 실리콘 웨이퍼보다 요구 사항이 더 높습니다. 첫째, 반도체 산업에 사용되는 모든 실리콘 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼의 각 위치에서 동일한 전기적 특성을 보장하기 위해 단결정 실리콘입니다. 모양과 크기 측면에서 광전지 단결정 실리콘 웨이퍼는 정사각형이며 주로 측면 길이가 125mm, 150mm 및 156mm입니다. 반도체에 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼는 원형이며 직경이 150mm(6-인치 웨이퍼), 200mm(8-인치 웨이퍼), 300mm(12-인치 웨이퍼)입니다. 순도 측면에서 태양광 발전에 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼의 순도 요구 사항은 4N-6N(99.99%-99.9999%) 사이이지만, 반도체에 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼의 순도 요구 사항은 약 4N입니다. 9N(99.9999999%)-11N(99.999999999%)이며 최소 순도 요구 사항은 광전지에 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼의 1000배입니다. 외관상으로는 반도체에 사용되는 실리콘 웨이퍼의 표면 평탄도, 평활도, 청결도가 태양광발전에 사용되는 실리콘 웨이퍼보다 우수합니다. 태양광발전에 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼와 반도체에 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼의 가장 큰 차이는 순도입니다.
▲반도체 실리콘 웨이퍼 제조공정
무어의 법칙의 발전은 바로 실리콘 웨이퍼의 발전이다. 반도체 실리콘 웨이퍼는 둥글기 때문에 반도체 실리콘 웨이퍼는 "실리콘 웨이퍼" 또는 "웨이퍼"라고도 합니다. 웨이퍼는 칩 제조를 위한 '기판'이며, 모든 칩은 이 '기판' 위에서 제조됩니다. 반도체 실리콘 웨이퍼의 개발 역사에는 크기와 구조라는 두 가지 주요 방향이 있습니다.
크기 면에서는 실리콘 웨이퍼의 개발 경로가 점점 커지고 있다. 집적회로 개발 초기에는 0.75-인치 웨이퍼가 사용됐다. 웨이퍼 면적과 단일 웨이퍼의 칩 수를 늘리면 비용을 줄일 수 있습니다. 1965년경 무어의 법칙이 도입되면서 집적회로 기술과 실리콘 웨이퍼 모두 급속한 발전의 시기를 맞이하게 되었습니다. 실리콘 웨이퍼는 4-인치, 6-인치, 8-인치, 12-인치 노드를 거쳤습니다. 2001년 Intel과 IBM이 공동으로 12-인치 웨이퍼 칩 제조를 개발한 이후 현재 주류 실리콘 웨이퍼는 12-인치 웨이퍼로 약 70%를 차지하고 있지만, 18-인치(450mm) 웨이퍼는 안건에 올려졌습니다.
▲다양한 웨이퍼 크기의 매개변수
▲실리콘 웨이퍼 사이즈의 발전
구조 측면에서 실리콘 웨이퍼의 개발 방향은 점점 더 복잡해지고 있습니다. 집적 회로 개발 초기 단계에는 로직 칩 종류가 한 가지뿐이었지만 응용 시나리오 수가 증가함에 따라 로직 칩, 전력 장치 등이 증가했습니다. , 아날로그 칩, 아날로그와 디지털 혼합 칩, 플래시/DRAM 저장 칩, 무선 주파수 칩 등이 속속 등장하면서 실리콘 웨이퍼는 서로 다른 구조적 형태를 갖게 되었습니다. 이제 주로 세 가지 유형이 있습니다.
PW(폴란드 웨이퍼):연마된 웨이퍼. 단결정을 뽑아낸 후 직접 절단한 실리콘 웨이퍼는 매끄러움이나 뒤틀림이 완벽하지 않으므로 먼저 연마해야 합니다. 이 방법은 실리콘 웨이퍼를 가공하는 가장 원시적인 방법이기도 하다.
AW(어닐링 웨이퍼):어닐링된 웨이퍼. 공정 기술의 지속적인 개발과 트랜지스터 형상 크기의 지속적인 감소로 인해 실리콘 웨이퍼 표면의 국부적인 격자 결함 및 실리콘 웨이퍼 표면의 높은 산소 함량과 같은 연마된 웨이퍼의 단점이 점차 노출됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 어닐링 웨이퍼 기술이 개발되었다. 연마 후 실리콘 웨이퍼는 고온 어닐링을 위해 불활성 가스(보통 아르곤)로 채워진 용광로 튜브에 배치됩니다. 이는 실리콘 웨이퍼 표면의 격자 결함을 복구할 수 있을 뿐만 아니라 표면 산소 함량도 감소시킵니다.
EW(에피택시 웨이퍼):에피택셜 실리콘 웨이퍼. 집적 회로의 적용 시나리오가 증가함에 따라 실리콘 웨이퍼 공장에서 제조된 표준 실리콘 웨이퍼는 더 이상 전기적 특성 측면에서 일부 제품의 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 동시에, 열 어닐링에 의해 감소된 격자 결함은 점점 더 작아지는 선폭 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 이로 인해 에피택셜 실리콘 웨이퍼가 등장하게 되었습니다. 일반적인 에피택셜 층은 실리콘 박막입니다. 실리콘 박막층은 박막 증착 기술을 사용하여 원래의 실리콘 웨이퍼를 기반으로 성장됩니다. 실리콘 기판은 실리콘 에피택시에서 종자 결정으로 존재하기 때문에 에피택셜 층의 성장은 실리콘 웨이퍼의 결정 구조를 복제하게 됩니다. 기판 실리콘 웨이퍼가 단결정이므로 에피택셜층도 단결정이다. 그러나 연마를 하지 않기 때문에 성장 후 실리콘 웨이퍼 표면의 격자 결함을 매우 낮은 수준으로 줄일 수 있다.
에피택시 기술 지표에는 주로 에피택셜 층 두께와 균일성, 저항률 균일성, 본체 금속 제어, 입자 제어, 적층 결함, 전위 및 기타 결함 제어가 포함됩니다. 이 단계에서 사람들은 에피택시 반응 온도, 에피택시 가스 유량, 중앙 및 가장자리 온도 구배를 최적화하여 높은 에피택시 실리콘 웨이퍼 품질을 달성했습니다. 다양한 제품과 기술 업그레이드의 필요성으로 인해 에피택셜 공정은 높은 에피택셜 실리콘 웨이퍼 품질을 달성하기 위해 지속적으로 최적화되어 왔습니다.
또한, 현재 기술은 원래의 실리콘 웨이퍼와 다른 저항성 도핑 요소와 도핑 농도를 갖는 에피택셜 층을 생성할 수 있어 성장된 실리콘 웨이퍼의 전기적 특성을 더 쉽게 제어할 수 있습니다. 예를 들어, P형 실리콘 웨이퍼 위에 N형 실리콘 에피택시층 층을 생성하여 저농도 도핑된 PN 접합을 형성할 수 있으며, 이는 후속 칩 제조에서 항복 전압을 최적화하고 래치 효과를 줄일 수 있습니다. 에피택셜 층의 두께는 일반적으로 사용 시나리오에 따라 다릅니다. 일반적으로 로직 칩의 두께는 0.5미크론~5미크론 정도이고, 전력소자의 두께는 고전압을 견뎌야 하기 때문에 50미크론~100미크론 정도이다.
▲에피택셜 실리콘 웨이퍼 성장 공정
▲에피택셜 웨이퍼의 다양한 도핑
SW(SOI 웨이퍼):SOI는 Silicon On Insulator의 약자입니다. SOI 실리콘 웨이퍼는 작은 기생 커패시턴스, 작은 단채널 효과, 높은 상속 밀도, 고속, 낮은 전력 소비, 특히 낮은 기판 잡음과 같은 장점으로 인해 RF 프런트 엔드 칩에 자주 사용됩니다.
▲일반 실리콘 MOS 구조
▲SOI 실리콘 웨이퍼 MOS 구조
SOI 실리콘 웨이퍼를 제조하는 데에는 네 가지 주요 방법이 있습니다.SIMOX 기술, Bonding 기술, Sim-bond 기술 및 Smart-CutTM 기술; SOI 실리콘 웨이퍼의 원리는 비교적 간단하며 핵심 목표는 기판 중앙에 절연층(일반적으로 주로 이산화규소 SiO2)을 추가하는 것입니다.
▲SOI 웨이퍼 제조를 위한 4가지 기술
성능 매개변수의 관점에서 볼 때 Smart-CutTM 기술은 현재 SOI 실리콘 웨이퍼 제조 기술 중 가장 우수한 성능을 발휘합니다. Simbond 기술의 성능은 Smart-Cut 기술과 크게 다르지 않으나, 상부 실리콘의 두께 측면에서는 Smart-Cut 기술로 생산된 SOI 실리콘 웨이퍼가 더 얇고, 생산원가 측면에서는 Smart -컷 기술은 실리콘 웨이퍼를 재사용할 수 있습니다. 미래의 대량 생산을 위해서는 Smart-Cut 기술이 더 많은 비용 이점을 갖고 있으므로 이제 업계에서는 일반적으로 Smart-Cut 기술을 SOI 실리콘 웨이퍼의 미래 개발 방향으로 인식하고 있습니다.
▲다양한 SOI 웨이퍼 제조 기술의 성능 비교
SIMOX 기술: SIMOX는 이식된 산소에 의한 분리(Separation by Implanted Oxygen)를 의미합니다. 산소 원자가 웨이퍼에 주입된 후 고온에서 어닐링되어 주변 실리콘 원자와 반응하여 이산화규소 층을 형성합니다. 이 기술의 어려움은 산소 이온 주입의 깊이와 두께를 제어하는 것입니다. 이온 주입 기술에 대한 요구 사항이 높습니다.
본딩 기술: 본딩 기술은 본딩 기술이라고도 합니다. 본딩을 통해 만들어진 SOI 실리콘 웨이퍼는 Bonded SOI, 줄여서 BSOI라고도 합니다. 본딩 기술에는 두 개의 일반 실리콘 웨이퍼가 필요하며, 그 중 하나는 산화물 층(SiO2)으로 성장한 후 다른 실리콘 소스와 결합됩니다. 연결은 산화물 층입니다. 마지막으로 매립층(SiO2)의 원하는 깊이까지 연삭 및 연마됩니다. 접합 기술은 이온 주입 기술보다 간단하기 때문에 현재 대부분의 SOI 실리콘 웨이퍼는 접합 기술을 사용하여 만들어집니다.
▲실리콘온절연체
▲절연체 위에 실리콘을 형성하는 웨이퍼 접합 방식
Sim-bond 기술:산소 주입 접합 기술. Sim-bond 기술은 SIMOX와 본드 기술을 결합한 것입니다. 장점은 매립 산화층의 두께를 고정밀도로 제어할 수 있다는 점입니다. 첫 번째 단계는 실리콘 웨이퍼에 산소이온을 주입한 후 고온에서 어닐링하여 산화막을 형성한 후, 실리콘 웨이퍼 표면에 SiO2 산화막을 형성하는 것이다. 두 번째 단계는 실리콘 웨이퍼를 다른 웨이퍼에 접합하는 것입니다. 그런 다음 완벽한 결합 인터페이스를 형성하기 위해 고온에서 어닐링합니다. 세 번째 단계는 희석 과정입니다. Thinning은 CMP 기술을 사용하여 수행되지만 본드 기술과 달리 Sim-Bond에는 자체 정지 층이 있어 SiO2 층으로 연삭할 때 자동으로 정지됩니다. 그런 다음 SiO2 층은 에칭으로 제거됩니다. 마지막 단계는 연마입니다.
스마트 컷 기술:스마트 필링 기술. 스마트 컷 기술은 본딩 기술의 확장입니다. 첫 번째 단계는 웨이퍼를 산화시켜 웨이퍼 표면에 고정된 두께의 SiO2를 생성하는 것입니다. 두 번째 단계는 이온주입 기술을 이용해 웨이퍼의 일정한 깊이에 수소이온을 주입하는 것이다. 세 번째 단계는 산화된 웨이퍼에 다른 웨이퍼를 접합하는 것이다. 네 번째 단계는 저온 열 어닐링 기술을 이용해 수소이온으로 기포를 형성해 실리콘 웨이퍼의 일부가 벗겨지는 현상이다. 그런 다음 고온 열 어닐링 기술을 사용하여 결합 강도를 높입니다. 다섯 번째 단계는 실리콘 표면을 평탄화하는 것입니다. 이 기술은 SOI 기술의 발전방향으로 국제적으로 인정받고 있다. 매립 산화층의 두께는 수소 이온 주입 깊이에 따라 완전히 결정되며 이것이 더 정확합니다. 또한, 벗겨낸 웨이퍼를 재사용할 수 있어 비용이 크게 절감됩니다.
▲실리콘 온 절연체를 형성하는 SIM 본드 방법
▲Silicon-On-Insulator를 형성하는 Smart-Cut 공법
2. 하이베리어 제조기술 1. 제조기술
실리콘 웨이퍼의 원료는 석영으로 흔히 모래로 알려져 있으며 자연에서 직접 채굴할 수 있습니다. 웨이퍼 제조 공정은 주로 탈산 및 정제, 폴리실리콘 정제, 단결정 실리콘 잉곳(실리콘 막대), 압연, 웨이퍼 절단, 웨이퍼 연마, 어닐링, 테스트, 포장 및 기타 단계 등 여러 단계로 완료될 수 있습니다.
▲CZ(Czochralski) 반도체 웨이퍼 제조공정
▲CZ Farad 단결정 개략도
탈산 및 정제:실리콘 웨이퍼 제조의 첫 번째 단계는 석영 광석을 탈산하고 정제하는 것입니다. 주요 공정에는 분류, 자기 분리, 부유, 고온 탈기 등이 포함됩니다. 광석의 주요 철 및 알루미늄 불순물이 제거됩니다.
폴리실리콘 정제:비교적 순수한 SiO2를 얻은 후 화학반응을 통해 단결정 실리콘이 생성됩니다. 주요 반응은 SiO2+C→Si+CO입니다. 반응이 완료된 후 CO는 직접 증발하므로 실리콘 결정만 남습니다. 이때, 실리콘은 다결정 실리콘으로 불순물이 많이 함유된 조(粗)실리콘이다. 과잉 불순물을 걸러내기 위해서는 얻은 조질 실리콘을 산세척해야 합니다. 일반적으로 사용되는 산은 염산(HCl), 황산(H2SO4) 등입니다. 산에 담근 후의 실리콘 함량은 일반적으로 99.7% 이상입니다. 산 세척 과정에서 철, 알루미늄 및 기타 원소도 산에 용해되어 여과됩니다. 그러나 실리콘은 산과 반응하여 SiHCl3(삼염화실란) 또는 SiCl4(사염화규소)를 생성하기도 합니다. 그러나 두 물질 모두 기체 상태이므로 산세 후 철, 알루미늄 등 원래의 불순물은 산에 용해되지만 실리콘은 기체 상태가 된다. 마지막으로, 고순도 기체 SiHCl3 또는 SiCl4를 수소로 환원시켜 고순도 다결정 실리콘을 얻습니다.
CZ 방법은 단결정 실리콘을 생산합니다.실리콘 웨이퍼는 주로 로직 및 메모리 칩에 사용되며 시장 점유율은 약 95%입니다. CZ법은 1918년 초크랄스키(Czochralski)가 용융 금속에서 얇은 필라멘트를 그리는 데서 유래했기 때문에 CZ법이라고도 합니다. 이것이 오늘날 단결정 실리콘 성장의 주류 기술이다. 주요 공정은 다결정 실리콘을 도가니에 넣고 가열하여 녹인 다음 단결정 실리콘 종결정을 고정하여 도가니 위에 매달는 것입니다. 수직으로 당길 때에는 한쪽 끝을 용융물에 녹일 때까지 삽입한 후 천천히 회전시켜 위로 잡아당긴다. 이러한 방식으로 액체와 고체 사이의 경계면이 점차 응축되어 단결정을 형성합니다. 전체 과정은 종결정을 복제하는 과정으로 볼 수 있으므로, 생성된 실리콘 결정은 단결정 실리콘이다. 또한, 웨이퍼의 도핑도 단결정을 끌어당기는 과정에서 이루어지며, 일반적으로 액상 도핑과 기상 도핑이 있다. 액상 도핑은 도가니에 P형 또는 N형 원소를 추가하는 것을 의미합니다. 단결정을 끌어당기는 과정에서 이러한 요소는 실리콘 막대로 직접 당겨질 수 있습니다.
▲CZ 패러데이 단결정 방식
▲단결정을 당긴 후의 실리콘 막대
직경 압연:단결정을 끌어당기는 과정에서 단결정 실리콘 막대의 직경을 조절하기 어렵기 때문에 6인치, 8인치, 12인치 등 표준 직경의 실리콘 막대를 얻기 위해서는 단결정 실리콘 막대를 잡아당긴 후 단결정, 실리콘 잉곳의 직경이 압연됩니다. 압연 후 실리콘 막대의 표면은 매끄럽고 크기 오차는 더 작습니다.
절단 모따기:실리콘 잉곳을 얻은 후 웨이퍼를 절단합니다. 실리콘 잉곳을 고정 절단기에 놓고 설정된 절단 프로그램에 따라 절단합니다. 실리콘 웨이퍼의 두께가 얇기 때문에 절단된 실리콘 웨이퍼의 가장자리는 매우 날카롭습니다. 모따기의 목적은 부드러운 모서리를 형성하는 것입니다. 모따기된 실리콘 웨이퍼는 중심 응력이 낮아서 더 견고하고 향후 칩 제조 시 깨지기 쉽지 않습니다.
세련:연마의 주요 목적은 웨이퍼 표면을 더 매끄럽고 평평하며 손상 없이 만들고 각 웨이퍼의 두께 일관성을 보장하는 것입니다.
테스트 포장:연마된 실리콘 웨이퍼를 얻은 후 저항률 및 기타 매개변수와 같은 실리콘 웨이퍼의 전기적 특성을 테스트해야 합니다. 대부분의 실리콘 웨이퍼 공장에는 에피택셜 웨이퍼 서비스가 있습니다. 에피택셜 웨이퍼가 필요한 경우 에피택셜 웨이퍼 성장이 수행됩니다. 에피택셜 웨이퍼가 필요하지 않은 경우에는 포장하여 다른 에피택셜 웨이퍼 공장이나 웨이퍼 공장으로 배송됩니다.
영역 용융 방법(FZ):이 방법으로 제조된 실리콘 웨이퍼는 주로 일부 전력 칩에 사용되며 시장 점유율은 약 4%입니다. FZ(Zone Melting Method)로 만든 실리콘 웨이퍼는 주로 파워 디바이스로 사용됩니다. 그리고 실리콘 웨이퍼의 크기는 주로 8인치와 6인치이다. 현재 실리콘 웨이퍼의 약 15%가 존멜팅 방식으로 생산되고 있다. CZ 공법으로 만든 실리콘 웨이퍼에 비해 FZ 공법의 가장 큰 특징은 상대적으로 저항률이 높고 순도가 높으며 고전압에 견딜 수 있다는 점이지만, 대형 웨이퍼 제작이 어렵고 기계적 성질도 열악하며, 따라서 전력 장치 실리콘 웨이퍼에 자주 사용되며 집적 회로에는 거의 사용되지 않습니다.
구역 용융 방법으로 단결정 실리콘 막대를 만드는 데는 세 단계가 있습니다.
1. 다결정 실리콘을 가열하여 종자결정과 접촉시킨 후 아래로 회전시켜 단결정을 끌어당깁니다. 진공 또는 불활성 가스 환경의 노 챔버에서 전기장을 사용하여 가열된 영역의 다결정 실리콘이 녹아 용융 영역을 형성할 때까지 다결정 실리콘 막대를 가열합니다.
2. 용융지대에 종자결정을 접촉시켜 녹여줍니다.
3. 전계 가열 위치를 이동함으로써 폴리실리콘의 용융부는 연속적으로 위쪽으로 이동하고, 종자 결정은 천천히 회전하면서 아래쪽으로 늘어나 점차적으로 단결정 실리콘 막대를 형성합니다. 존멜팅 방식은 도가니를 사용하지 않기 때문에 많은 오염원을 피할 수 있으며, 존멜팅 방식으로 뽑아낸 단결정은 순도가 높은 특성을 갖는다.
▲FZ Farad 단결정 공간 구조
▲FZ 단결정 풀링의 개략도
2. 제조원가
반도체 실리콘 웨이퍼는 신에너지 실리콘 웨이퍼에 비해 순도와 전기적 특성에 대한 요구사항이 높아 제조 공정에서 더 많은 정제 단계와 원료 공급이 필요해 제조 원료의 종류가 더욱 다양해진다. 따라서 실리콘 재료비 비중은 상대적으로 줄어들지만, 제조비 비중은 상대적으로 높아지게 된다.
반도체 실리콘 웨이퍼의 경우 원재료비가 주요 비용으로 주요 사업비의 약 47%를 차지한다. 두 번째는 제조비용으로 약 38.6%를 차지한다. 실리콘웨이퍼 산업은 반도체 제조산업과 마찬가지로 고정자산 투자 수요가 많은 자본집약적 산업으로, 기계, 장비 등 고정자산의 감가상각으로 인해 높은 제조비용이 발생하게 됩니다. 마지막으로 직접인건비는 약 14.4%를 차지한다.
실리콘 웨이퍼 제조 원재료비 중 폴리실리콘이 주요 원재료로 약 3{3}}.7%를 차지한다. 두 번째는 포장재로 약 17.0%를 차지한다. 반도체 실리콘 웨이퍼는 청정도와 진공에 대한 요구 사항이 높으며, 특히 쉽게 산화되는 실리콘 웨이퍼의 경우 신에너지 실리콘 웨이퍼에 비해 패키징에 대한 요구 사항이 훨씬 높습니다. 따라서 원가구조에서 포장재가 차지하는 비중이 높다. 석영도가니는 원재료비의 약 8.7%를 차지한다. 반도체 실리콘 웨이퍼 제조에 사용되는 석영 도가니도 일회용 도가니이지만 도가니의 물리적, 열적 특성이 더 까다롭습니다. 연마액, 연삭휠, 연마패드가 전체의 13.8%를 차지하며 주로 실리콘 웨이퍼 연마 공정에 사용된다.
▲2018년 실리콘 산업의 영업비용 구조
▲2018년 실리콘 산업의 원료 구성
제조원가 중 물과 전기비가 차지하는 비중은 약 15%: 제조원가에서 총 물과 전기비가 전체 제조원가의 약 15%를 차지하며, 그 중 전기비가 약 11.4%, 물비가 1%를 차지한다. 약 3.4%. 해당 금액으로 보면 실리콘산업그룹의 2018년 재무자료에 따르면 전력비와 물비의 총 비용은 포장재 비용과 맞먹고 폴리실리콘 소재 전체의 약 절반을 차지한다. 전기요금은 석영 도가니에 비해 약 20% 정도 높습니다.
▲2018년 실리콘 산업 제조원가 비중
▲ 2018년 실리콘산업그룹의 일부 비용 구성 (단위: 10,000위안)
3,실리콘 웨이퍼 제조에 대한 4가지 장벽
실리콘 웨이퍼에 대한 장벽은 상대적으로 높으며, 특히 반도체 실리콘 웨이퍼의 경우 더욱 그렇습니다. 주요 장벽에는 기술 장벽, 인증 장벽, 장비 장벽, 자본 장벽 등 4가지가 있습니다.
▲ 실리콘 웨이퍼 제조 산업의 주요 장벽
기술적 장벽:실리콘 웨이퍼의 기술 지표는 상대적으로 큽니다. 일반적인 크기, 연마 두께 등 외에도 실리콘 웨이퍼에는 휨, 저항률, 곡률 등이 있습니다. 주류 300mm 실리콘 웨이퍼의 경우, 실리콘 웨이퍼에 대한 고급 공정의 높은 균일성 요구 사항으로 인해 200mm 웨이퍼에 비해 평탄도, 뒤틀림, 곡률 및 표면 금속 잔류물과 같은 매개변수가 추가되어 300mm 실리콘 웨이퍼의 품질 요구 사항을 모니터링합니다. . 순도 측면에서 고급 공정 실리콘 웨이퍼는 약 9N(99.9999999%)-11N(99.999999999%)이어야 하며 이는 실리콘 웨이퍼 공급업체의 주요 기술 장벽입니다.
실리콘 웨이퍼는 고도로 맞춤화된 제품입니다. 순도는 실리콘 웨이퍼의 가장 기본적인 매개변수이자 주요 기술 장벽이기도 합니다. 또한, 실리콘 웨이퍼는 만능제품이 아니므로 복제가 불가능합니다. 다양한 웨이퍼 파운드리의 대형 실리콘 웨이퍼 사양은 완전히 다르며, 다양한 터미널 제품의 다양한 용도로 인해 실리콘 웨이퍼에 대한 요구 사항도 완전히 달라집니다. 이로 인해 실리콘 웨이퍼 제조업체는 다양한 최종 고객 제품에 따라 다양한 실리콘 웨이퍼를 설계하고 제조해야 하며, 이는 실리콘 웨이퍼 공급의 어려움을 더욱 가중시킵니다.
▲회사 사업부문 이익 전망
인증 장벽:칩 제조업체는 다양한 원자재의 품질에 대해 엄격한 요구 사항을 갖고 있으며 공급업체 선택에 매우 신중합니다. 칩 제조업체의 공급업체 목록에 진입하는 데는 높은 장벽이 있습니다. 일반적으로 칩 제조업체에서는 실리콘 웨이퍼 공급업체에 시험 생산용 실리콘 웨이퍼 일부를 제공하도록 요구하며, 대부분은 웨이퍼 양산용 웨이퍼가 아닌 테스트 웨이퍼용으로 사용됩니다. 테스트 웨이퍼를 통과한 후 대량 생산 웨이퍼의 소량 배치가 시험 생산됩니다. 내부 인증을 통과한 후 칩 제조업체는 제품을 다운스트림 고객에게 보냅니다. 고객 인증을 받은 후 실리콘 웨이퍼 공급업체가 최종 인증을 받고 구매 계약이 체결됩니다. 반도체 실리콘 웨이퍼 업체의 제품이 칩 제조사의 공급망에 진입하는 데는 오랜 시간이 걸린다. 신규 공급업체의 인증 주기는 최소 12-18개월이 소요됩니다.
또한, 테스트 웨이퍼부터 양산 웨이퍼까지 인증 장벽: 현재 중국 내 대부분의 12-인치 웨이퍼는 테스트 웨이퍼 공급에 머물고 있으나, 테스트 웨이퍼에 대한 인증 절차는 일반 웨이퍼와 전혀 다르다. 양산형 웨이퍼, 양산형 실리콘 웨이퍼의 인증기준은 더욱 엄격하다. 테스트용 실리콘 웨이퍼는 칩을 제조하지 않기 때문에 웨이퍼 파운드리 자체에서 인증만 받으면 되고, 현 제조 현장에서만 인증하면 된다. 그러나 대량 생산되는 실리콘 웨이퍼의 경우, 최종 팹리스 고객의 인증을 받아야 하며, 일괄 공급되기 전에 전체 제조 공정의 모든 단계에서 모니터링되어야 합니다. 일반적으로 실리콘 웨이퍼 공급 및 칩 수율의 안정성을 유지하기 위해. 웨이퍼 제조업체와 실리콘 웨이퍼 공급업체가 공급 관계를 구축하면 공급업체를 쉽게 변경할 수 없으며, 양측 모두 개인화된 요구 사항을 충족하기 위한 피드백 메커니즘을 구축하게 되며, 실리콘 웨이퍼 공급업체와 고객 간의 끈끈함은 계속해서 높아질 것입니다. 새로운 실리콘 웨이퍼 제조업체가 공급업체 대열에 합류하려면 원래 공급업체보다 더 긴밀한 협력 관계와 더 높은 실리콘 웨이퍼 품질을 제공해야 합니다. 따라서 실리콘 웨이퍼 산업에서는 실리콘 웨이퍼 공급업체와 웨이퍼 제조업체 간의 끈끈함이 상대적으로 크고, 신규 공급업체가 그 끈끈함을 깨기가 어렵습니다.
장비 장벽:실리콘 웨이퍼를 제조하는 핵심 장비는 실리콘 웨이퍼의 '포토리소그래피 기계'라고 할 수 있는 단결정로(Single Crystal Furnace)이다. 국제 주류 실리콘 웨이퍼 제조업체의 단결정로는 모두 자체적으로 제조됩니다. 예를 들어 신에츠(Shin-Etsu)와 섬코(SUMCO)의 단결정로는 자사가 직접 설계·제조하거나 지주회사를 통해 설계·제조해 다른 실리콘 웨이퍼 제조사에서 구매할 수 없다. 다른 주요 실리콘 웨이퍼 제조업체는 자체적으로 독립적인 단결정로 공급업체를 보유하고 엄격한 기밀 유지 계약을 체결하여 외부 실리콘 웨이퍼 제조업체의 구매가 불가능하거나 일반 단결정로만 구매할 수 있지만 고사양의 단결정로를 공급할 수 없습니다. . 따라서 장비 장벽은 국내 제조사가 글로벌 실리콘 웨이퍼의 주류 공급업체로 진입할 수 없는 이유이기도 하다.
자본 장벽:반도체 실리콘 웨이퍼의 제조 공정은 복잡하여 고급스럽고 값비싼 생산 장비를 구입해야 하며 고객의 다양한 요구에 따라 지속적인 수정과 디버깅이 필요합니다. 장비 감가상각비 등 고정비가 높기 때문에 다운스트림 수요 변화는 실리콘 웨이퍼 업체의 가동률에 더 큰 영향을 미치고, 이에 따라 실리콘 웨이퍼 제조 업체의 이익에도 더 큰 영향을 미칩니다. 특히, 실리콘웨이퍼 산업에 막 진출한 기업들은 대규모 출하에 도달하기도 전에 거의 적자 상태에 빠졌고, 자본장벽에 대한 요구사항도 높았다. 또한, 실리콘 웨이퍼에 대한 웨이퍼 팹의 인증 주기가 길기 때문에 실리콘 웨이퍼 제조업체는 이 기간 동안 지속적인 투자를 해야 하며, 이 역시 많은 자금이 필요합니다.
3. 여전히 반도체 소재의 왕이 될 것이다 현재 반도체 웨이퍼 시장은 실리콘 소재가 주도하고 있다. 실리콘 소재는 전체 반도체 시장의 약 95%를 차지한다. 기타 소재로는 주로 화합물 반도체 소재, 주로 2세대 반도체 소재인 GaAs 웨이퍼와 3세대 반도체 소재인 SiC, GaN 웨이퍼가 있다. 그 중 실리콘 웨이퍼는 주로 로직칩, 메모리칩 등으로 가장 널리 사용되는 반도체 웨이퍼 소재이다. GaAs 웨이퍼는 주로 RF 칩이며 주요 응용 시나리오는 저전압 및 고주파수입니다. 3세대 반도체 재료는 주로 고전력 및 고주파수 칩이며 주요 응용 시나리오는 고주파수 및 고전력입니다.
▲웨이퍼 재료 비율
▲다양한 재질의 웨이퍼 적용 범위
화합물반도체와 실리콘 소재는 경쟁관계가 아닌 보완관계다. 반도체 소재(특히 웨이퍼, 기판, 에피택셜 웨이퍼 소재)의 개발 법칙에는 크기, 속도, 전력이라는 세 가지 경로가 있으며, 이 세 가지 경로는 1세대, 2세대, 3세대 반도체 소재에 해당합니다.
▲1세대/2세대/3세대 소재 성능 비교
1세대 반도체 소재:대형 노선: 1세대 반도체 소재는 실리콘 소재를 말한다. 실리콘 재료는 가장 먼저 개발된 웨이퍼 재료이자 현 단계에서 가장 성숙한 기술, 최저 비용, 가장 완전한 산업 체인을 갖춘 재료이기도 합니다. 동시에, 실리콘 웨이퍼의 크기가 증가함에 따라 단일 칩 비용은 감소합니다. 주요 응용 분야는 로직 칩과 저전압, 저전력 분야입니다. 실리콘 웨이퍼의 크기는 2인치, 4인치, 6인치, 8인치부터 오늘날의 주류 12-인치 웨이퍼 기술까지 다양합니다. 대표적인 실리콘 웨이퍼 업체로는 일본의 신에츠화학(Shin-Etsu Chemical), 섬코(Sumco) 등이 있다. 현재 국제 주요 웨이퍼 팹에서는 실리콘 소재를 주요 생산재료로 사용하고 있다.
▲다양한 웨이퍼 크기 비교
2세대 반도체 소재:고속 노선. 칩은 RF 회로의 고주파 스위칭을 견딜 수 있어야 하므로 2세대 반도체 웨이퍼가 발명되었습니다. 주요 응용 분야는 RF 회로이며 대표적인 단말 분야는 휴대폰 등 모바일 단말기의 RF 칩이다. 2세대 반도체는 주로 GaAs(갈륨비소)와 InP(인듐인화물)로 대표되며, 그 중 GaAs는 오늘날 일반적으로 사용되는 모바일 단말기 RF 칩 소재이다. 대표적인 파운드리 업체로는 RF 칩 IDM 업체인 Taiwan Win Semiconductors, Macronix, Skyworks, Qorvo 등이 있습니다. 현재 주류는 4-인치와 6-인치 웨이퍼입니다.
3세대 반도체 소재:고출력 경로: 거의 동일한 출발점에 있으며 기회가 가장 많습니다. 세 번째 경로는 전력을 증가시키는 것이며, 이는 고전력 회로 분야에서의 광범위한 적용을 촉진할 것입니다. 주요 재료는 SiC와 GaN이다. 주요 터미널은 산업, 자동차 및 기타 분야입니다. 파워루트는 실리콘 소재로 IGBT 칩을 개발한 반면, SiC(탄화규소)와 GaN(질화갈륨) 소재는 IGBT보다 성능이 높다. 현재 SiC 웨이퍼는 주로 4-인치와 6-인치이고, GaN 소재는 주로 6-인치와 8-인치입니다. 세계 주요 파운드리로는 미국의 Cree와 Wolfspeed, 독일의 X-Fab이 있습니다. 그러나 이 분야에서는 국제적인 거대 기업의 발전도 상대적으로 느립니다. Sanan Optoelectronics와 같은 국내 기업은 아직 기술 수준에서 어느 정도 격차가 있지만 전체 산업의 초기 단계에 있으며 외국 독점을 깨고 국제 파워 파운드리 지도에서 자리를 차지할 가능성이 가장 높습니다.
복합 재료에는 실리콘 기판이 필요합니다.현재 샤오미, OPPO, 리얼미 등에서 출시하는 GaN 충전기 등 SiC와 GaN 웨이퍼 칩이 많이 있지만, 테슬라가 출시하는 모델3에서는 IGBT 대신 SiC MOSFET을 사용하고 있다. 그러나 웨이퍼의 경우 현재 대부분의 소비자용 복합반도체 칩은 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용한 뒤 복합 에피택셜 웨이퍼를 만들고, 다시 에피택셜 웨이퍼 위에 칩을 만든다.
화합물 반도체 웨이퍼의 가격은 상대적으로 높습니다.현재, 화합물 반도체 산업 체인의 불완전성으로 인해 화합물 반도체 생산 능력이 낮고 화합물 반도체 웨이퍼 가격이 상대적으로 높습니다. 이로 인해 최종 사용자의 수용도가 낮아지고 가전제품의 주류 솔루션은 여전히 "실리콘 기판 + 복합 에피택셜 웨이퍼"입니다. 자동차 분야에서는 실리콘 기반 IGBT가 여전히 주류 솔루션이다. 실리콘 기반 IGBT 칩은 비용이 저렴하고 선택 전압 범위가 넓습니다. SiC MOSFET 장치의 가격은 실리콘 기반 IGBT의 가격의 6~10배입니다. Infineon의 650V/20A 기술 매개변수 하에서 SiC-MOSFET과 Si-IGBT의 성능 매개변수를 비교하면, SiC-MOSFET는 성능 매개변수 측면에서 여전히 Si-IGBT보다 우수하지만, 가격 측면에서는 SiC-MOSFET가 Si-IGBT보다 7배 더 높습니다. Si-IGBT. 또한 SiC 소자의 온 저항이 감소함에 따라 SiC-MOSFET의 가격은 기하급수적으로 상승합니다. 예를 들어, 온 저항이 45밀리옴일 때 SiC-MOSFET의 가격은 57.6달러에 불과하고, 온 저항이 11밀리옴일 때 가격은 159.11달러이며, 온 저항이 6밀리옴일 때 가격은 1달러에 도달합니다. $310.98.
▲인피니언 SiC-MOSFET과 Si-IGBT 비교
▲인피니언 SiC-MOSFET 가격과 온저항 관계
4, 국내 노력은 엄청난 시장 잠재력을 창출했습니다.
1. 실리콘 웨이퍼 시장은 성장 사이클에 진입하고 있다.
반도체 제조재료 비중은 해마다 증가해왔다. 반도체 소재는 패키징 소재와 제조 소재(실리콘 웨이퍼, 각종 화학물질 등 포함)로 나눌 수 있습니다. 장기적으로 보면 반도체 제조 소재와 패키징 소재도 같은 추세다. 그러나 2011년 이후 지속적인 첨단 공정 개발로 인해 반도체 제조 재료의 소비가 점차 증가하고 있으며, 제조 재료와 패키징 재료 간의 격차도 점차 커지고 있다. 2018년 제조자재 매출은 322억 달러, 포장재 매출은 197억 달러로, 제조자재 매출은 포장재 매출의 약 1.6배에 달한다. 반도체 소재 중 제조소재가 약 62%, 패키징 소재가 38%를 차지한다.
▲2018년 반도체 소재 소비 비중
▲반도체 제조 재료비 비율
실리콘 웨이퍼는 반도체 제조에 사용되는 가장 큰 소모품입니다. 제조재료 중 반도체 원료인 실리콘웨이퍼가 37%로 가장 큰 비중을 차지한다. 2017년 이세돌이 '알파고'에게 패하면서부터 인공지능이 주도하는 신기술은 글로벌 반도체 발전을 이끄는 핵심 기술이 됐다. 특히 2018년에는 블록체인 기술의 등장과 함께 글로벌 메모리 수요가 급증하며 실리콘 웨이퍼 수요도 사상 최대치를 기록했다. 글로벌 반도체 출하량이 늘어나면서 실리콘 웨이퍼 출하량도 급증했다. 출하량 기준으로 보면, 2018년 전 세계 실리콘 웨이퍼 출하면적은 처음으로 100억 제곱인치를 넘어 127억 제곱인치에 달했다. 2019년 상반기 무역마찰로 인해 출하면적은 118억제곱인치로 감소했다. 시장 회전율 기준으로 보면, 2018년 글로벌 시장 매출은 114억 달러였으며, 2019년에는 112억 달러에 이르렀습니다.
▲2009-2019 글로벌 실리콘 웨이퍼 출하 지역
▲2009-2019 글로벌 실리콘 웨이퍼 판매
웨이퍼 세분화 관점에서 볼 때, 2세대와 3세대 반도체 소재의 가격이 비싸고 대부분의 화합물 반도체가 실리콘 웨이퍼를 기반으로 한다는 점 때문에 실리콘 웨이퍼는 전 세계 웨이퍼 기판의 95%를 차지한다. 특정 웨이퍼 크기의 관점에서 볼 때, 12-인치 웨이퍼는 글로벌 실리콘 웨이퍼의 주요 유형입니다. 2018년에는 12-인치 웨이퍼가 전 세계 실리콘 웨이퍼 출하량의 64%를 차지했고, 8-인치 웨이퍼는 26%를 차지했습니다.
▲사이즈별 실리콘 웨이퍼 출하 비율
단말기 애플리케이션의 관점에서 볼 때, 12-인치 웨이퍼의 전 세계 소비는 주로 메모리 칩이며, Nand 플래시와 DRAM 메모리가 전체의 약 75%를 차지하고, 그 중 Nand 플래시가 웨이퍼의 약 33%를 소비하며, Nand 플래시는 스마트폰 시장에서 다운스트림 시장의 35%를 점유하고 있다. 스마트폰 출하량 증가와 Capa 증가가 12-인치 웨이퍼 출하량을 견인하는 주요 요인임을 알 수 있다. 12-인치 웨이퍼 중 로직칩이 약 25%, DRAM이 약 22.2%, CIS 등 기타 칩이 약 20%를 차지한다.
2. 중국의 반도체 실리콘 웨이퍼 시장은 거대한 공간을 갖고 있다
중국 반도체 소재 시장은 꾸준히 성장해왔다. 2018년 글로벌 반도체 소재 매출은 전년 대비 10.7% 증가한 519억 4천만 달러를 기록했다. 이 중 중국 매출은 84억4000만달러였다. 글로벌 시장과 달리 중국의 반도체 소재 매출은 2010년부터 성장세를 보이고 있으며, 2016년부터 2018년까지 3년 연속 10% 이상의 성장률을 보이고 있다. 글로벌 반도체 소재 시장은 경기변동에 큰 영향을 받으며, 특히 대만의 경우 더욱 그렇다. , 중국과 한국은 변동폭이 크다. 북미와 유럽 시장은 거의 제로 성장 상태다. 일본 반도체 소재는 오랫동안 마이너스 성장을 이어왔다. 전 세계적으로는 중국 본토의 반도체 소재 시장만이 장기적으로 성장할 수 있는 시장이다. 중국의 반도체 소재 시장은 글로벌 시장과 극명한 대조를 이루고 있다.
▲글로벌 반도체 소재 매출 및 성장률(단위: 10억 달러)
▲국가별·지역별 반도체 소재 연간 매출액 (단위 : 10억 달러)
글로벌 반도체 소재가 점차 중국 본토 시장으로 옮겨가고 있다. 다양한 국가 및 지역의 판매 점유율을 보면, 2018년 상위 3개 국가 또는 지역이 55%를 차지했으며, 지역 집중 효과가 분명합니다. 그 중 대만과 중국은 전 세계 웨이퍼 생산능력의 약 23%를 차지해 세계 최대 생산능력을 보유한 지역이다. 반도체 소재 매출은 114억 달러로 전 세계 매출의 22%를 차지해 1위에 올랐으며, 9년 연속 세계 최대 반도체 소재 소비 지역으로 자리매김했다. 한국은 전 세계 웨이퍼 생산능력의 약 20%를 차지하고 있으며, 반도체 소재 매출액은 87억2000만달러로 17%를 차지해 2위다. 중국 본토는 전 세계 생산능력의 약 13%를 차지하고 있으며, 반도체 소재 매출은 84억4000만달러로 전 세계의 약 16%를 차지해 3위를 차지했다. 그러나 장기적으로 중국 본토의 반도체 소재 시장 점유율은 2007년 7.5%에서 2018년 16.2%로 해마다 증가했다. 글로벌 반도체 소재가 점차 중국 본토 시장으로 이동하고 있다.
▲ 2018년 국가별, 지역별 매출 비중
▲ 중국 본토 반도체 소재 매출 및 점유율(단위: 10억 달러)
글로벌 웨이퍼 생산능력은 폭발적인 성장을 가져올 것이다. 오늘날 웨이퍼 팹의 가장 앞선 기술을 대표하는 12-인치 웨이퍼 팹은 2017년부터 2019년까지 건설이 최고조에 달했으며 전 세계적으로 매년 평균 8 12-인치 웨이퍼 팹이 추가되었습니다. 2023년에는 전 세계적으로 138 12-인치 웨이퍼 팹이 생길 것으로 추정됩니다. IC인사이트 통계에 따르면 2019년 상반기 중미 무역전쟁의 불확실성으로 인해 전 세계 주요 웨이퍼 팹들이 증설 계획을 연기했지만 취소하지는 않았다. 2019년 하반기 중미 무역이 회복되고 5G 시장이 확산되면서 2019년 글로벌 웨이퍼 생산능력은 여전히 720만개 증가세를 유지했다. 그러나 5G 시장 교체 물결이 도래하면서 글로벌 웨이퍼 생산능력은 2020년부터 2022년까지 3년간 각각 1,790만개, 2,080만개, 1,440만개 증가해 최대 증가 기간을 맞이할 것으로 예상된다. 이 웨이퍼 생산능력은 한국(삼성, 하이닉스), 대만(TSMC), 중국 본토(장강저장소, 창신저장소, SMIC, 화홍반도체 등)에서 확보될 예정이다. 중국 본토는 용량 증가의 50%를 차지할 것이다.
▲전 세계적으로 12-인치 웨이퍼 팹 수, 2002-2023
▲ 글로벌 생산능력 증가(단위: 백만개/년, 8-인치 상당 웨이퍼)
중국 본토에 웨이퍼 팹을 건설하면 급속한 성장이 시작될 것입니다. 2016년부터 중국 본토에서는 웨이퍼 팹 건설에 적극적으로 투자하기 시작했고, 공장 건설 물결이 일고 있다. SEMI의 예측에 따르면 2017년부터 2020년까지 전 세계적으로 62개의 웨이퍼 팹이 건설되어 생산에 들어갈 것이며, 그 중 26개가 중국에 위치하여 전체의 42%를 차지할 것입니다. 2018년 건설 건수는 13건으로 증축 규모의 50%를 차지했다. 증설로 인해 웨이퍼 팹에 대한 자본 지출과 장비 지출이 증가할 수밖에 없다. SEMI에 따르면 2020년까지 중국 본토의 웨이퍼 팹 설치 용량은 2015년 230만 개에서 월 400만 8-인치 상당 웨이퍼에 도달할 것이며 연간 복합 성장률은 12%에 달할 것입니다. 다른 지역에 비해 훨씬 높습니다. 동시에 국민대규모기금도 반도체 제조산업에 막대한 투자를 했다. 빅펀드의 1단계 투자에서는 제조업이 차지하는 비중이 무려 67%에 달해 디자인 산업, 포장·테스트 산업보다 훨씬 높았다.
▲2010-2020 중국 반도체 웨이퍼 팹 투자 (단위: 억 달러)
▲ 국민대형펀드 1기 투자비율
2019년 말 현재 중국에는 여전히 9 8-인치 웨이퍼 팹과 10 12-인치 웨이퍼 팹이 건설 중이거나 계획 중입니다. 또한, 중국의 12-인치 웨이퍼 Fab 대부분은 현재 시험생산 또는 소량생산 단계에 있어 생산능력이 바닥에 있는 상황이다. 고객으로부터 제품 검증과 시장 검증을 받은 후 생산 능력은 증가 단계에 진입하고 업스트림 원자재에 대한 수요가 엄청날 것입니다.
▲중국의 새로운 웨이퍼 팹
5G의 인기는 아이폰3를 시작으로 스마트폰 시대를 거쳐 아이폰5로 대표되는 4G 휴대폰을 거쳐 현 5G 휴대폰 시대에 이르기까지 단말기의 실리콘 함량 증가로 이어졌다. 휴대폰의 실리콘 함량은 계속해서 증가하고 있습니다. 테크인사이트, 아이픽스잇 등 해체기관이 실시한 휴대폰 재료비 분석에 따르면 휴대폰 프로세서(AP), 베이스밴드처리칩(BP), 메모리(낸드플래시) 등 휴대폰 주요 칩의 단위가격이 나왔다. , DRAM), 카메라모듈(CIS), 무선주파수칩(RF), 전력관리칩(PMIC), 블루투스/와이파이 칩 등이 점진적인 증가세를 보이며, 유닛 전체 가치에서 차지하는 비중도 높아졌다. 해마다. 아이폰X 단계에서는 화면 변화로 인해 칩 비중이 줄어들었지만, 이후 지속적인 최적화를 통해 칩 원가 비중도 해마다 높아졌다. 4G 휴대폰의 전성기인 아이폰11 프로 맥스 시대에는 메인 칩 비중이 55%에 달했고, 개당 가격은 약 272달러에 이른다. 아이폰3에서 아이폰11 프로 맥스로 진화하면서 휴대폰 카메라는 싱글샷에서 3샷으로 바뀌었고, 바디 메모리는 8GB에서 512GB로 늘었고, 유닛당 실리콘 함유량 비율은 37%에서 55%로 늘어났다. , 단위당 가치는 US$68에서 US$272로 증가했습니다.
2020년은 5G 휴대폰 양산 원년이다. 공개된 삼성 S20, 샤오미 10 휴대폰 분해 분석에 따르면, 4G 휴대폰에 비해 대당 메인 칩의 가치와 비중이 더욱 높아졌다. 삼성전자의 경우 메인칩이 전체 재료비 중 63.4%를 차지하며 대당 가격은 335달러로 아이폰11 프로 맥스보다 23% 높다. 샤오미의 경우 메인 칩의 비중이 68.3%로 더욱 높아졌고, 메인 칩 단위당 가치도 300달러에 달했다. Samsung S20과 Xiaomi 10의 분해에 따르면 초기 5G 휴대폰의 주요 칩이 약 65%~70%를 차지할 것으로 추정되며 단일 기계의 가치는 US$ 정도가 될 것으로 추정됩니다.{{18} }.
▲주류 스마트폰의 BOM 비용 분석
▲ 휴대폰별 주요 칩 원가율
웨이퍼 팹 건설로 인해 실리콘 웨이퍼 수요가 증가하는데, 웨이퍼 팹 생산능력 확대는 필연적으로 실리콘 웨이퍼 수요 증가로 이어진다. 현재 중국은 웨이퍼 팹에 막대한 투자를 하여 양쯔 메모리 기술과 허페이 창신이 주도하는 메모리 산업, SMIC가 주도하는 로직 칩 산업, Huahong Semiconductor와 Jetta Semiconductor가 주도하는 특수 공정 생산 라인, 전력 장치 파운드리를 형성하고 있습니다. China Resources Microelectronics와 Silan Microelectronics가 지배하고 있습니다. 현재 2017/2018년 중국 본토의 실리콘 웨이퍼 판매량 증가율은 40% 이상입니다. 그리고 대규모 자금 투자와 국내 대체 추세에 힘입어 다운스트림 웨이퍼 팹의 생산 능력이 완전히 확장되면서 업스트림 실리콘 웨이퍼에 대한 수요가 증가했습니다. SUMCO의 예측에 따르면 2020년 중국 본토의 8-인치 실리콘 웨이퍼 수요는 약 970개000개, 12-인치 웨이퍼 수요는 105만 개에 달할 것으로 예상됩니다.
▲중국 본토 실리콘웨이퍼 판매량 및 성장률 (단위: 10억 달러)
▲중국 본토 실리콘 웨이퍼 수요 변화 (단위: 10,000개/월)
가격 인상 주기 + 첨단 공정으로 '가격' 인상 촉진: 과거 실리콘 웨이퍼 가격 계산에 따르면 현재 새로운 가격 인상 주기가 시작되고 있습니다. 2009부터 2011년까지 스마트폰이 빠르게 인기를 얻었고 휴대폰의 실리콘 함량이 증가했으며 단위 면적당 실리콘 가격도 계속 상승하여 2011년에는 평방인치당 1.09달러에 이르렀습니다. 실리콘 웨이퍼 재고 증가와 스마트폰 판매 감소로 단위 면적당 실리콘 웨이퍼 가격은 계속 하락해 2016년 0.67달러/제곱인치로 최저치를 기록했다. 2016년에는 구글의 '알파고'가 이세돌을 물리치고 인공지능이 역사의 무대에 진입할 수 있게 됐다. 실리콘 웨이퍼에 대한 전 세계 수요가 증가하면서 새로운 가격 인상 사이클이 시작되었습니다. 2019년 5G 휴대폰이 출시되면서 단위 면적당 실리콘 웨이퍼 가격은 0.94달러에 이르렀다. 2020년 5G 휴대폰의 대규모 출시로 인해 실리콘 웨이퍼에 대한 전 세계 수요가 증가함에 따라 향후 2-3년 동안 가격 인상 여지가 있을 것으로 예상됩니다.
고급 프로세스로 인해 가격이 상승합니다. 반도체 실리콘 웨이퍼는 칩 제조의 기본 소재이기 때문에 품질 변동이 발생하면 칩에 심각한 영향을 미치게 됩니다. 첨단 공정의 지속적인 개발로 인해 반도체 실리콘 웨이퍼에 대한 불순물 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 요구 사항이 높아질수록 실리콘 웨이퍼의 제조 공정이 점점 더 어려워지기 때문에 가격도 점점 더 높아지고 있습니다. 예를 들어, 동일한 12-인치 실리콘 웨이퍼의 경우 7nm 공정 실리콘 웨이퍼 가격은 90nm 실리콘 웨이퍼 가격의 4.5배입니다. 현재 중국 본토의 웨이퍼 팹은 주로 12-인치 웨이퍼로 건설되고 있으며, 실리콘 웨이퍼 가격은 8-인치 웨이퍼 가격보다 훨씬 높습니다. 동시에 SMIC와 Huahong Semiconductor로 대표되는 로직 칩 파운드리들은 공정을 28nm에서 16/14nm 공정으로 점진적으로 전환하여 전체 실리콘 웨이퍼 가격을 높였습니다.
2000년 12-인치 제조라인이 세계 최초로 가동된 이후 시장 수요가 크게 증가했습니다. 2008년에는 처음으로 출하량이 8-인치 실리콘 웨이퍼를 넘어섰고, 2009년에는 다른 크기의 실리콘 웨이퍼 출하 면적의 합을 넘어섰다. 2016년부터 2018년까지 AI, 클라우드 컴퓨팅, 블록체인 등 신흥 시장의 호황으로 인해 12-인치 실리콘 웨이퍼의 연평균 성장률은 8%였습니다. 앞으로도 12-인치 실리콘 웨이퍼의 시장점유율은 계속 높아질 것입니다. SUMCO 데이터에 따르면, 향후 3-5년 동안 전세계 인치 실리콘 웨이퍼의 공급과 수요에는 여전히 격차가 있을 것이며, 반도체 산업이 발전함에 따라 그 격차는 점점 더 커질 것입니다. 주기가 늘어납니다. 2022년에는 월 1000K의 격차가 있을 것입니다. 세계적으로 떠오르는 반도체 제조 기지로서 중국의 거대한 실리콘 웨이퍼 격차는 실리콘 웨이퍼 국산화 속도를 촉진할 것입니다.
SUMCO 통계에 따르면, 2018년 중국 본토의 실리콘 웨이퍼 판매량은 약 9억 3천만 달러로 전년 대비 45% 증가하여 세계에서 가장 빠르게 성장하는 실리콘 웨이퍼 시장이 되었습니다. 2020-2022의 Yangtze Memory, SMIC 및 Changxin Storage와 같은 대규모 웨이퍼 공장의 확장 계획을 통해 이익을 얻습니다. 2022년 말까지 중국 본토의 동급 12-인치 실리콘 웨이퍼 수요는 월 201만 개에 달하고 시장 규모는 200억 위안에 이를 것으로 추산됩니다.
Sibranch는 3차 반도체 산업 이전 수혜국으로서 세계 시장에서 우리나라의 반도체 판매 점유율이 지속적으로 상승하고 있다고 믿습니다. 또한, 우리나라는 가전제품의 세계 최대 생산국, 수출국, 소비자국이며, 반도체 제품에 대한 수요가 많습니다. 따라서 국산화 수준은 산업보안에 큰 영향을 미치게 된다. 우리나라는 웨이퍼 제조재료 시장에서 가장 크고 가장 기본적인 품종으로서 실리콘 웨이퍼 분야에서는 부족한 점이 있으며, 이는 대형 실리콘 웨이퍼에서 더욱 두드러집니다. 그러나 국가 정책과 자금의 지원으로 많은 중국 기업들이 생산 라인을 계획하고 대형 반도체 실리콘 웨이퍼를 배치했습니다.