在半導體產業鏈中,矽材料不僅是晶圓製造的「產業基石」,亦在刻蝕等關鍵製程環節中,直接影響製程穩定性與良率表現。鑫鼎晟研究團隊指出,隨著半導體晶片下游應用潛力持續釋放,矽片與矽部件需求快速成長,帶動上游矽材消耗同步提升,半導體矽材料市場規模呈現穩步擴張趨勢。其中,刻蝕用矽材料作為刻蝕設備核心耗材的關鍵原料,正處於「外採比例提升+刻蝕次數增加+國產替代加速」三重共振階段,市場成長空間日益顯現。
從終端需求來看,全球半導體產業仍處於結構性成長通道。根據世界半導體貿易統計協會(WSTS)數據,2022 年全球半導體晶片市場規模達 6,460 億美元,年增 16.2%。隨著下游應用進一步擴張,預計 2027 年全球半導體市場規模將達 8,742 億美元,2023—2027 年年複合成長率接近 8%。
在材料端,矽片為價值量最高的半導體材料之一,約占晶圓製造材料成本的 36.4%。數據顯示,2022 年全球半導體矽片出貨量約 145 億平方英吋,年增 8.5%;同年全球矽片市場規模約 138 億美元,年增 9.5%,2016—2022 年年複合成長率達 11.5%。在此背景下,作為矽片與矽部件基礎原料的矽材,其消耗量隨產業景氣度提升而持續放大。
隨著 3D 化積體電路透過縮小線寬、增加堆疊層數提升集成度,刻蝕製程的複雜度與難度顯著提高。製程升級不僅要求刻蝕更深孔徑與溝槽,也對製程窗口控制提出更高要求,使刻蝕設備的重要性持續上升。
同時,工藝微縮直接帶來刻蝕次數的顯著增加。行業普遍測算顯示:
65nm 製程約需刻蝕 20 次
28nm 製程約需刻蝕 40 次
10nm 及更先進製程刻蝕次數可超過 100 次
刻蝕次數的提升,將直接放大刻蝕設備核心耗材——矽部件(如矽電極、矽環等)的消耗與更換頻率,進而推動刻蝕用矽材料需求快速成長。
矽材料為半導體產業用量最大的關鍵材料之一,占比約 31.2%。依用途可分為:
晶圓用矽材料:用於半導體矽片製造
刻蝕用矽材料:用於製作刻蝕設備中的矽部件
近年來受下游需求帶動,半導體矽材料需求顯著成長。2021 年全球半導體矽材料市場規模約 126 億美元,年增 9.4%,五年年複合成長率約 8%。在全球半導體市場中,超過 90% 的晶片與感測器基於矽材料製造。其中,刻蝕用矽材料在積體電路製造中的重要性持續提升,正成為新增量的核心分支。
刻蝕矽部件的品質與性能直接影響刻蝕效率與製程穩定性。以矽電極為例,其在氧化膜刻蝕等工藝中會逐漸腐蝕變薄,達到一定厚度後必須更換,因此屬於刻蝕工藝中的核心耗材。
**刻蝕用單晶矽材料作為矽電極的核心原料,其純度、缺陷控制與電阻率均勻性,將直接影響設備穩定運行與晶片良率。**主要技術要求包括:
純度(雜質含量):一般需達 10–11N,晶體直徑約 14–24 吋;
電阻率均勻性:高電阻率材料為主流,約 60–95Ω;
表面缺陷控制:微孔等缺陷將直接影響刻蝕效果,通常需報廢處理。
隨著製程節點持續演進,海外矽部件廠商對尺寸、掺雜、金屬含量與微缺陷控制的要求不斷提高,倒逼供應鏈上游材料企業同步提升品質與技術能力。
從全球市場來看,矽部件供應高度集中於日韓企業,合計占據全球 80% 以上 市場份額。主流企業刻蝕矽材料自供率約 40%,仍有 60% 依賴外部採購。隨著需求成長與成本壓力上升,未來外採比例仍具上行空間,為具備成本與交付優勢的國內材料企業打開成長通道。
整體而言,刻蝕設備市場擴張、製程升級帶來的刻蝕次數提升,以及頭部矽部件廠商外採比例增加,共同推動刻蝕用矽材料進入景氣上行週期。在產品性能差距逐步縮小的背景下,未來市場競爭將更加聚焦於純度、穩定性、成本與供貨能力。對國內企業而言,持續提升製程控制與良率水準,將是把握國產替代窗口、邁向高端化發展的關鍵。