半導體產業上游 - 矽晶圓產業

source: 電子產業研究所 http://zhe09.pixnet.net/blog/post/50868359  

今天講的是矽晶圓製造，相關的產業有半導體製造、太陽能電池製造、LED等。半導體和太陽能電池的原料都是矽晶圓，LED則不是，那為什麼今天會提到呢？原來LED的關鍵材料-藍寶石基板和矽晶圓製造的技術是類似的，所以一定要放在一起學，不然日後很容易搞混。我們直接來看矽晶圓產業的上下游關聯圖吧：

  

矽晶圓產業關聯圖。資料來源：財報狗產業分析師Jeff

在此先打個岔。電子產業最惱人的地方，不在於它用的技術有多複雜多困難，而在「同樣原料應用在不同產業」與「同樣技術(流程)運用在不同產業」。 因此，除了專門研究的產業分析師外，要搞懂電子產業是很困難的。但是，一般我們常看的文章都不是產業分析師寫的，內容難免有小錯誤。結果就像是你為了要念數學而去買了三本書來參考，但三本書寫的都不一樣，最後你的學習效果不是3，也不是1，而是趨近於0，因為你的學習達不到累積的效果。

回到圖片。整個矽晶圓的製造流程就是這樣。先從石英砂經初步純化後得到冶金級矽，然後再由七大廠商把這些冶金級矽製成多晶矽。多晶矽經由長晶和切晶程序，就可以得到晶圓囉！接下來就可以送到半導體廠製造IC和太陽能太池廠製造太陽能電池！我們來看這些步驟：

(1)矽的初步純化：

方程式：

SiO2 + C → Si + CO2
SiO2 + 2C → Si + 2CO

流程：

  

矽的初步純化。圖片來源：台肥

簡單講，就是把石英砂加碳，然後加熱還原後，就可以得到冶金級矽囉！以下是幫大家整理的有冶金級矽產業或技術的公司：

  

資料來源：台肥

順帶一提，台灣並沒有大廠是在製造冶金級矽的。

(2)多晶矽製造

西門子式製程方程式：

Si + 3HCl → HSiCl3 + H2 (氯化)

HSiCl3 → HSiCl3 (蒸餾)

HSiCl3 + H2→Si + 3HCl (分解)

西門子式製程流程：

  

圖片來源：台肥

西門子式製程是最古早的製程，是用來製造半導體級多晶矽的，目前有75%左右的公司採用。優點是良率高，但缺點則是投資成本高、製造成本高、汙染較嚴重。

基於此，另外還有一些製成方式，如改良式西門子製程、REC式製成等，目前有少量公司採用，優點是較便宜、省電、輕汙染，缺點則是良率較低，一般是用在製造太陽能級矽晶圓用。

主要製造多晶矽的大廠如下：

  

資料來源：台肥

台灣有沒有製造多晶矽的上市櫃公司呢？沒有！但倒是有一家將在今年登錄興櫃：福聚太陽能(4975)，是由LED下游大廠億光(2393)轉投資的。有興趣請參考馬賽克之投資來自生活網誌裡的新聞。

(3)矽晶圓製程

這裡是台灣最熱鬧的地方，有做太陽能晶圓的綠能(3519)、達能(3686)，做半導體晶圓的台勝科(3532)、尚志(3579)，與兩者兼做的中美晶(5483)、合晶(6182)。
基本上，矽晶圓製造是兩個步驟：長晶(拉晶)→切晶

一．長晶(拉晶)：

製程方式：

單晶矽：CZ法、FZ法

多晶矽：casting

   

CZ法。原始圖片來源：請前往下載ppt檔

基本上，就是先將從多晶矽大廠拿到的多晶矽給融掉，然後插入一根棒子，轉一轉，拉一拉，一根晶棒就完成了！

這根晶棒的直徑，就是我們說的幾吋晶圓喔！如果是8吋，就是8吋晶圓。

二．切晶

主要程序：

切割：

把一根矽棒切害成一片片的矽晶圓

  

切晶。原始圖片來源：請前往下載ppt檔

圓邊→磨光→拋光：

這應該很直光，就不多做解釋囉！

還有有幾件重要的事：

(1)一般來說，半導體用的晶圓大都是切成圓片，送往IC製造廠；而太陽能用的矽則是切成方的，送往太陽能電池製造廠

(2)一般來說，大晶圓(12吋)多是用來製作記憶體等技術層次較低的IC，而小晶圓(6吋)則多用來製作類比IC等技術層次較高之IC，8吋的話則都有

(3)代工產業：

切晶代工：

一般來說，長晶+切晶會在同一個地方完成。但有時候，廠商的長晶、切晶產能可能無法匹配，廠商就可能會自己做長晶，並委託別人做切晶，這就是所謂的切晶代工囉！誰會做這種服務呢？當然是切晶產業有剩的產商囉！

長晶+切晶代工：

一般來說，矽晶圓製造廠會和多晶矽廠商買多晶矽，並簽很長的約，七年十年的都有。另一種情況則是他不自己買多晶矽，他只接受別人的委託，把別人給他的多晶矽製成晶圓後再還給別人，並收代工的錢。若是這種情況的話，你下次再看到新聞寫「多晶矽飆漲」之類的新聞的話，就知道和他並沒有太大的關系囉！

最後來看台灣做矽晶圓的廠商吧！

   

來源：財報狗產業分析師Jeff

應該不少朋友最近對台勝科有興趣吧！來看一下它最近的EPS：

     

台勝科EPS。圖片來源：財報狗

可以發現，他最近的EPS表現並不亮眼，但股價在日本震災後卻一路狂飆到90，為什麼呢？

因為，日本一家製造矽晶圓大廠信越半導體產能嚴重受衝擊。那為什麼只有台勝科飆，同樣做矽晶圓的中美晶、合晶、尚志卻沒有飆呢？相信大家看了我整理的那張圖表後，答案應該很清楚了吧！

最後的最後，我們稍微提一下LED的關鍵材料-藍寶石基板吧！

基本上，藍寶石基板除了原料不是矽外(原料是Al2O3，氧化鋁)，其它製程都和矽晶圓製程類似，長晶→切晶等程序。這樣觀念有清楚嗎？至於LED的製成與廠商，我們會在光電產業的部分在為大家做介紹，敬請期待囉！

接下來要介紹什麼呢？就是IC設計囉！大家比較想先知道哪一部分呢？類比？觸控？邏輯？記憶體？大家可以回覆一下喔！如果沒有的話，我就按照自己的進度囉！謝謝！

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