硅片是生產集成電路的主要原材料。硅片尺寸越大則每片硅片上可以制造的芯片數量就越多，從而制造成本就越低。硅片尺寸的擴大和芯片線寬的減小是集成電路行業技術進步的兩條主線。現在12 寸硅片的出貨量占比超過60％，是目前主流的硅片尺寸。

 半導體硅片通常釆用查克洛斯法（CZ Method）將高純度的多晶硅錠拉成不同電阻率的硅單晶錠。硅片加工過程要經過晶體定向→外園滾磨→加工主、副參考面→切片→倒角→熱處理→研磨→化學腐蝕→拋光→清洗→檢測→包裝等工序。

 根據硅純度的不同要求，可分為太陽能等級99．9999％，6個“9”純度，以及半導體等級11個“9”。本文只涉及半導體用的硅片。

硅晶園

 在半導體制造業中廣泛使用各種不同尺寸與規格的硅片，通常包括4英寸、5英寸、6英寸、8英寸及12英寸，它們的基本規格如下表所示。

來源：半導體制程技術導論；2001年肖宏P102

 按IC Insight資料，2015年底全球半導體安裝產能總計月產1635．3萬片（8英寸計）。按地區分布，臺灣地區依月產354．7萬片，市占率達21．7％，居全球首位；韓國依月產335．7萬片，市占率20．5％，居第二；日本依月產282．4萬片，市占率17．3％，居第三；北美依月產232萬片，市占率14．2％，居第四；中國依月產159．1萬片，市占率9．7％，居第五位；歐洲依月產104．6萬片，市占率6．4％，居第六位；其它地區市占率10．2％。

 由于缺乏統一定義，硅片尺寸過渡的時間無法達成共識，其中有一種觀點認為累積硅片的出貨量超過100萬片時，表示該進入硅片尺寸時代。實際上如英特爾等總是領先其它業者，首先進入更大尺寸的硅片。

  現據SEMI 2006年的說法，將全球硅片尺寸的過渡時間表列于如下：4英寸硅片于1986年；6英寸于1992年；8英寸于1997年；12英寸于2005年。但如果依英特爾的芯片生產線建設（見intel’s all fab list），它的3英寸生產線是建于1972年的FAB2 ；4英寸生產線是建于1973年的FAB4；6英寸生產線是建于1978年的FAB5；8英寸生產線是建于1992年的FAB15；第一條12英寸生產線建于2002年FAB12（ in Hillsboro），與IBM同步。

  業界較為公認的說法，1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，到2002年時英特爾與IBM首先建12英寸生產線，到2005年己占20％，到2008年占30％，而那時8英寸己下降至54％，6英寸更下降至11％。

 多晶硅的原材料是高純度的石英，目前已知的全世界儲量中，中國量最多、品質最好，但是我國之前卻是將石英礦沙在高溫下還原成金屬硅后低價外銷，再高價進口多晶硅，并且石英還原成金屬硅的階段是高度污染的。好在近些年光伏產業帶動了國內多晶硅產業的發展，目前太陽能等級的多晶硅，我國的產量已經是全球第一。

 截止2014年，全球300mm硅片實際出片量已占各種硅片出片量的65％左右，平均約450萬片／月。2015年第1至第2季度每月平均需求量約500萬片。

  現在300mm半導體級的硅片，國內一個月需求量約45－50萬片，而目前國內的產量幾乎為零，這是產業鏈上最為緊缺的一環，預計未來的5年內僅300mm硅片中國的需求量要超過月產100萬片以上。而從硅片的市場供應，全球日本生產的最多，日本信越和SUMCO，這兩家的產能和實際供應量總和占全球2／3以上。300mm半導體級的大硅片，不僅是產業鏈缺失的重要一環，也是國家安全戰略發展的需要。

 在2012至2013年科技部的02專項中，已有大硅片方面項目的經費準備，但遲遲不能立項，原因就是雖然有國內研發機構曾經做過12寸大硅片，研發成功，但由于良率不高還不能量產。

 2014年，科技部02專項的領導下定決心要攻克12英寸硅片難關。要求是不僅研發成功，更要量產成功。量產的概念不是幾千片，是每個月10萬片以上交付客戶，連續6個月交付客戶10萬片以上，才算完成項目。

 全球硅晶園片2016年供應商排名如下：日本信越半導體第一位，占比27％；日本勝高科技（SUMCO）占比26％，居第二；環球晶園占比17％，排第三；Siltronic占比13％，排第四；LG占比9％，排第五；SunEdison占比10％；其它8％。

2016全球硅晶片排名

 由國家立項的12英寸硅片項目己經啟動，叫上海新昇半導體科技有限公司，成立于2014年6月，坐落于臨港重裝備區內，占地150畝，總投資68億元，一期總投資23億元。新昇半導體第一期目標致力于在我國研究、開發適用于40－28nm節點的300mm硅單晶生長、硅片加工、外延片制備、硅片分析檢測等硅片產業化成套量產工藝；建設300毫米半導體硅片的生產基地，實現300毫米半導體硅片的國產化，充分滿足我國極大規模集成電路產業對硅襯底基礎材料的迫切要求。新昇半導體一期投入后，預計月產能為15萬片12英寸和5萬片8英寸硅片，最終將形成300mm硅片60萬片／月的產能，年產值達到60億元。屆時新昇將與世界一流技術接軌，達到世界先進水平。

 全球硅片出貨量與銷售額：2007時為8661MSI（百萬平方英寸），銷售額達121億美元；到2010年時為9043MSI，銷售額為97億美元，以及2015年為10434MSI，銷售額為72億美元，反映全球的硅片出貨量增長緩慢，而且銷售額逐年下降（價格下跌）。

450毫米硅片

 為了加速發展450mm（18英寸）晶園，全球五大半導體業者IBM、英特爾、三星電子、臺積電和GlobalFoundries在2011年共同成立全球450mm聯盟，簡稱G450C，并于美國紐約州Albany設立450mm晶園技術研發中心。

 450mm聯盟成立后，18寸晶園世代的技術和機臺設備有不少方針已開始確立，是半導體產業邁入18寸晶園世代的重要里程碑，目的是推動 450mm 硅片技術的發展。

  實際上在2012年，除G450C 聯盟之外，還誕生了EEMI450 聯盟 （ 歐洲 ） 和 Metro450 聯盟 （ 以 色列 ） ，共計三個聯盟來推動450毫米硅片的進展，目標是可互用研究結果，減少重復性實驗。

 除此之外，半導體制造技術戰略聯盟 （SEMATECH） 和國際半導體設備與材料協會 （SEMI） 等也在推動全球產業鏈的合作研發，因為硅片直徑的增大將牽動整個產業鏈發生很大的改變。

 然而，450毫米硅片的進程自開始就有不同的看法，其中最為關鍵是半導體設備供應商，如應用材料公司等缺乏積極性，理由是450毫米設備不是簡單地把腔體的直徑放大，而是要從根本上對于設備進行重新設計，因此面臨著經費與人力等問題，更多的擔心是未來的市場，能否有足夠的投資回報率。所以關于450毫米硅片的聲浪是此起彼伏，盡管英特爾、三星及臺積電等大廠信心滿滿，實際上是雷聲大雨點小。

 自2014年開始G450C聯盟出現暫緩研發450mm硅片的跡象。盡管如臺積電等曾宣布將于2018至2019年期間會采用450毫米硅片，然而依目前半導體業的態勢觀察，現在還很難取得實質性的進展。

 采用450毫米硅片，如同前幾次硅片增大直徑一樣，關鍵在于從經濟上看投入產出比高，產業鏈上廠商確實有利可圖，包括芯片制造商及設備供應商在內都能受益；另一個是需要有擴大產能的迫切性，所以產業鏈在等待未來市場再次高潮的到來。

 不管如何，450毫米硅片對于全球半導體業仍是一個懸而未決的課題。

來源：SEMI，數據僅為半導體，太陽能硅片未計入