沪硅产业（688126.SH）的年报还未披露，但2020年扭亏为盈可以说是板上钉钉的，有可能净利润会大超预期。目前全球半导体市场供不应求，涨价潮从半导体代工向上游材料蔓延。公司是国内率先实现12英寸硅片产业化的企业，打破了SUMCO、信越化学等国外巨头的垄断，12英寸抛光片与外延片技术指标达到国内领先水平，在长江存储、中芯国际等多个国内客户产线中进行验证，未来有望实现批量化供货，在大硅片领域不断提升市场地位。

沪硅产业硅片产业布局

在硅片技术上，沪硅产业控股子公司上海新昇主要从事12英寸抛光片及外延片的制造及销售。上海新昇12英寸硅片实现了28nm及以上节点以及长江存储64L NAND Flash的验证，已获得客户认证的产品规格超过50种。目前公司主要推进14nm逻辑芯片、19nm DRAM和128L NAND Flash等产品的研发或认证，20-14nm节点的外延片和抛光片正在认证中。目前上海新昇拥有产能15万片/月，其中40nm及以上节点12英寸硅片产能10万片/月，40-28nm硅片产能是5万片/月，远期规划是30万片/月。

上海新傲科技成立于2001年，由中科院上海微系统所联合中外投资者合资设立，公司是目前中国领先的SOI硅片生产基地，拥有注氧隔离（SIMOX）、BESOI及完全自主开发的Simbond技术和Smart-cut技术，其中采用SIMOX技术和BESOI技术的硅片尺寸涵盖4-8英寸，采用Simbond技术和Smart-cut技术的SOI硅片尺寸有6/8英寸及8英寸，可向客户批量提供全方位的SOI解决方案。新傲科技另一类产品是外延片，覆盖4-8英寸，主要用于功率器件等制作。

Okmetic是一家芬兰上市公司，是全球第七大硅片生产商，主要提供8英寸抛光片和SOI片，目前沪硅产业拥有其100%股权，是全资子公司。

SOI材料的特点及SOS的失败尝试

SOI是Silicon On Insulator的缩写，即绝缘体上硅，是在薄二氧化硅绝缘层上生长出一层硅单晶薄膜，其结构从上往下依次是表面硅单晶薄膜-二氧化硅绝缘层-硅衬底。得益于绝缘层对单晶硅薄膜层的介电隔离作用，相比体硅器件，SOI具有低功耗、低开启电压、高速和耐高温等性能，而且没有体硅器件在低压工作时的电流驱动能力降低和亚阀值波动问题，因此在低压、低功耗电路应用方面表现出极佳的性能，在SOI微处理器、DRAM、SRAM和射频等器件中拥有广泛应用。

SOI硅片的技术关键是在绝缘层上形成几乎不存在缺陷的高质量单晶硅薄膜，一种途径是采用石英或单晶蓝宝石等绝缘材料作为衬底，通过高温外延工艺生长单晶硅薄膜，也就是所谓的SOS（Silicon on Sapphire）技术。但由于硅与蓝宝石等衬底是异质材料，单晶硅与衬底之间存在晶格失配，热膨胀系数也不同，导致外延生成的单晶硅薄膜存在高密度缺陷，引起界面附近载流子迁移率和寿命的降低，影响器件的性能。产业界在异质材料外延单晶硅上取得一定成功，比如在蓝宝石衬底上通过外延单晶硅薄膜制成了SOS CMOS器件。但是这种器件除了因为晶格失配等导致的缺陷，器件本身因为受蓝宝石高介电常数的影响，很难解决衬底的寄生电容，而且因为在蓝宝石界面会有铝离子扩散到硅中，会起到P型掺杂的效果，因此会污染靠近蓝宝石界面的硅衬底：

资料来源：SOS CMOS结构，公开资料整理，阿尔法经济研究

当然最主要的是这种技术制造的器件成本高昂，因此SOS技术并未成为主流选择。

SOI材料中的常见技术

SOS技术存在各种问题，因此后来产业界基于硅衬底提出了区域熔融再结晶技术（ZMR）、多孔氧化硅全隔离技术（FIPOS）、利用多孔硅的外延层转移技术（Epitaxial Layer Transfer）及沪硅产业成熟运用的氢注入剥离键合技术（Smart-cut）、注氧隔离技术（SIMOX）及Simbond等技术。

1 SIMOX技术

SIMOX技术即注氧隔离技术是最早出现的SOI技术之一，是利用离子注入技术把氧离子注入到硅中形成氧化隔离埋层，通过氧化隔离埋层隔离硅衬底和硅外延层薄膜。SIMOX的步骤有以下几步：第一是在硅片上将氧离子通过200keV的高能量，把剂量为10^18/cm2的氧离子注入到硅片，高能注入的氧离子会分布在硅片表面下方。第二是在1350摄氏度高温下进行3-6小时的退火，硅片里的氧离子与硅发生化学反应生成一层厚度小于240nm的氧化硅绝缘层，而在绝缘层上方会产生一层单晶硅结晶层，这样就形成了SOI结构：

资料来源：SIMOX工艺示意图，公开资料整理，阿尔法经济研究

SIMOX的优点是因为可通过控制注入能量，埋层氧化物具有较好的均匀性，能通过控制注入能量来控制埋层氧化物层上面硅的厚度，埋层氧化物语顶部硅之间的界面也非常平整。当然SIMOX缺点也明显，在现有技术中，采用SIMOX工艺制备的SOI硅片，埋层氧化物厚度常常无法超过240nm，顶部硅薄膜的厚度无法超过350nm，埋层氧化物厚度太薄会导致衬底与顶部硅薄膜之间发生击穿，也容易增加寄生电容。此外埋层氧化硅的质量不如热氧化生成的氧化硅，而且还需要大束流离子注入机，因此成本较高。

2 BESOI技术

BESOI采用键合技术将两个硅片键合在一起，将两硅片之间形成的氧化硅层作为氧化物埋层，再利用回刻技术把一侧的硅片的厚度削薄到所要求的厚度从而形成SOI硅片，因此在BESOI技术中还要用到硅片减薄工艺。

BESOI技术主要过程如下：将其中一片硅片进行氧化，在硅片表面形成一层氧化硅薄膜，同时控制氧化环境的温度使氧化层和硅界面的缺陷和杂质降低。第二步是将两硅片进行400摄氏度低温键合，利用硅熔融技术把另一片未氧化的硅片键合到氧化层。这个键合步骤分三步，第一步是在亲水低温环境下处理两个硅片，在硅片表面形成-OH键，再用范德华力将两个硅片通过-OH键结合，第三步是在1100摄氏度高温下进行热退火驱赶氢离子，使结合的界面形成Si-O-Si键，从而加固键合。当然最后一步仍然是CMP处理：

BESOI技术可以避免SIMOX工艺中面临的注入损伤、顶部硅薄膜厚度不足等问题，但其缺点是不能得到很薄的顶部硅薄膜，而且界面缺陷与顶部硅薄膜的均匀性难以控制。此外在制造过程中因为需要回刻和CMP处理，因此会耗费很多硅片。

3 Smart-cut技术

Smart-cut工艺从BESOI技术衍生而来，结合了离子注入和硅片键合工艺，其主要包括四个步骤：第一是将氢离子注入到氧化的硅片近表面层（文中的源片），离子注入剂量为10^16-10^18/cm2，从而在注入射程的深度形成气泡层。第二是将源片与另一个经过氧化的硅片进行亲水键合。第三是对键合的硅片进行两步退火，第一步退火温度为500摄氏度，使气泡层中空腔尺寸和内部氢气压力不断积累并导致源片沿着气泡层完整断裂开，在断裂面和氧化层之间形成一层硅薄膜层。第二步是进行约1100摄氏度的高温退火驱赶氢离子，在界面形成Si-O-Si键，这种化学键和增强硅片与SOI膜的键合。最后对SOI膜进行CMP抛光：

资料来源：Smart-cut工艺步骤，公开资料整理，阿尔法经济研究

Smart-cut工艺的优点是可以利用离子注入的能量来控制单晶硅的膜厚，可以得到厚度很薄很均匀的单晶硅薄膜。另外剥离的晶圆材料还可以重复利用，可以有效降低成本。目前Smart-cut工艺是制造SOI的最通用、最廉价的技术。

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