在全球半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中，我國一直扮演著追趕者的角色，而在硅晶圓，特別是大硅片（8英寸和12英寸）方面，由于起步較晚，技術(shù)底子薄，自給率非常低，主要依賴進(jìn)口，這對于本土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展顯然是不利的，需要奮起直追。
而縱觀全球硅片市場，一直處于寡頭壟斷的狀態(tài)，形成了日本信越化學(xué)、SUMCO（三菱住友株式會社）、中國臺灣地區(qū)的環(huán)球晶圓、德國世創(chuàng)（Siltronic）和韓國LG五大供應(yīng)商壟斷的格局，占據(jù)著全球超過90%以上的硅片供應(yīng)。其中，日本信越占27%，三菱住友占26%，環(huán)球晶圓占比約17%，德國Siltronic占比約15%，LG占9%。
在這樣的背景下，建設(shè)我國本土的大硅片生產(chǎn)廠早已排上了議事日程，上海新昇、中環(huán)股份等大項目紛紛上馬。
近期，又有一個好消息傳出：杭州中芯晶圓半導(dǎo)體股份有限公司的首批8英寸半導(dǎo)體硅拋光片順利下線。此外，中芯晶圓的12英寸硅片也將于今年12月下線。
所謂拋光片，是制造IC所用硅片的一種。在IC制造中，所使用的晶圓均為單晶硅片，按具體規(guī)格又可分為拋光片、外延片和SOI（絕緣體上硅）。經(jīng)過切割單晶硅錠得到的硅片，首先經(jīng)過拋光處理得到拋光片PW（再經(jīng)過退火處理得到的AW退火晶片也歸為拋光片的一種），拋光片再經(jīng)過外延處理形成外延片EW，經(jīng)過wafer bonding形成SOI。PW拋光片廣泛應(yīng)用于功率器件、CPU/GPU、Flash/DRAM和模擬芯片等，EW外延片廣泛用于二極管、IGBT、低功耗數(shù)字與模擬電路等。
中芯晶圓項目于2017年12月18日正式開工，是當(dāng)時杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)集中開工的15個重大項目之一，該項目總投資60億元，于2018年10月8日正式封頂，根據(jù)規(guī)劃，該項目擬建設(shè)3條8英寸、2條12英寸半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)線。項目全部達(dá)產(chǎn)后，預(yù)計將達(dá)到8英寸年產(chǎn)540萬片、12英寸年產(chǎn)288萬片硅片的能力。
中芯晶圓大硅片項目的實施主體為杭州中芯晶圓半導(dǎo)體股份有限公司，由日本株式會社Ferrotec Holdings、杭州大和熱磁電子有限公司、上海申和熱磁電子有限公司合資建立，后兩者均為Ferrotec集團(tuán)成員。
圖源：企查查
據(jù)悉，F(xiàn)errotec（中國）始創(chuàng)于1992年，系日本株式會社Ferrotec Holdings投資于中國的外商獨(dú)資企業(yè)。旗下主要有杭州、上海、銀川等三大研發(fā)和制造基地，其中，杭州大和熱磁電子有限公司、上海申和熱磁電子有限公司、寧夏銀和半導(dǎo)體科技有限公司，分別為三大基地半導(dǎo)體產(chǎn)品的主要生產(chǎn)企業(yè)。
大硅片市場緊俏
據(jù)SEMI統(tǒng)計，2018年第一季度，全球硅片出貨量達(dá)30.84億平方英寸，同比增長7.9%，環(huán)比增長3.6%。2018和2019全年繼續(xù)創(chuàng)造著記錄，出貨量分別為118.14億平方英寸和122.35億平方英寸。
在這樣快速增長的情況下，全球的大硅片依然顯得供不應(yīng)求。2018年初，主要硅片廠商紛紛將價格上調(diào)了10~20%，如SUMCO，該公司將12英寸硅片價格上調(diào)了20%，相比2016年底增幅達(dá)60%，其他尺寸的硅片價格也將持續(xù)走高，這樣的行情至少可以延續(xù)到2020年。
全球第三大硅片供應(yīng)商環(huán)球晶圓表示：訂單已排至2020年中期，主要原因是下游客戶擔(dān)心價格持續(xù)上漲，提前鎖定所致。由于新產(chǎn)線從投入資金到投產(chǎn)需要2~3年，且主流廠商擬增產(chǎn)能很少，預(yù)計供需缺口仍將持續(xù)。
那么，全球半導(dǎo)體市場對硅片的需求為何如此迫切呢，其增長的主要驅(qū)動力來自何方呢？下面簡單地分析一下：首先，晶圓代工大廠臺積電、三星和英特爾競相進(jìn)入高端制程工藝領(lǐng)域，而先進(jìn)工藝在整個晶圓代工中的比例越來越高，先進(jìn)工藝對高質(zhì)量大硅片的需求越來越大；其次，工業(yè)與汽車半導(dǎo)體、CMOS圖像傳感器、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等芯片開始快速增長，產(chǎn)生了新的增量需求，這樣就對高端12英寸晶圓需求產(chǎn)生了推動作用；再者，三星、SK海力士、美光等大量擴(kuò)產(chǎn)3D NAND，同樣刺激了12英寸晶圓的需求增長；另外，還有一個重要的原因，就是最近幾年中國大陸大量建設(shè)晶圓廠，有新建的，也有在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)建的，使得中國成為全球最具活力的半導(dǎo)體市場，對硅片的需求量自然水漲船高。
奮起直追
市場需求量巨大，但我國的大硅片自給能力明顯不足。
在2017年之前，我國大陸僅在4~6英寸硅片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了大規(guī)模產(chǎn)量，基本滿足了國產(chǎn)需求，2017年國產(chǎn)8英寸晶圓只能滿足約10%的本土需求量，而12英寸晶圓則完全依賴進(jìn)口。
具體來看，12英寸晶圓方面，中國大陸總需求量約為80~100萬片/月，但是國內(nèi)12英寸硅片供給量為0，全部依賴進(jìn)口。
下面來看技術(shù)層面，硅片面積越大，同一晶圓上生產(chǎn)的IC就越多，這樣既可降低成本，又能提高成品率。然而，相應(yīng)的材料技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)要求更高。由于在技術(shù)、設(shè)備、原材料等方面受到了各種限制，導(dǎo)致我國在大尺寸晶圓生產(chǎn)方面要面對很高的技術(shù)壁壘，短期內(nèi)很難實現(xiàn)大量生產(chǎn)。我們要想趕超國際先進(jìn)企業(yè)，需要跨過不少坎兒。
正是在這樣的背景下，我國近幾年在大硅片國產(chǎn)化進(jìn)程方面不斷加速，據(jù)華創(chuàng)證券統(tǒng)計，目前約有11個國產(chǎn)大硅片項目在建，如下圖所示。據(jù)統(tǒng)計，這些項目合計規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)到8英寸硅片245萬片/月，12英寸硅片300萬片/月，在不久的將來若能完全落實，則可以滿足國內(nèi)硅片的自給需求。
圖：中國新建硅片項目產(chǎn)能預(yù)期（資料來源：華創(chuàng)證券）
具體來看，有上海新昇（68億元）、浙江金瑞泓（50億元）、成都超硅（50億元）、鄭州合晶一期（53億元）、寧夏銀和（16億元）、無錫中環(huán)晶盛項目（30億美金）等。
除了此次杭州中芯晶圓首批8英寸半導(dǎo)體硅拋光片順利下線外，上海新昇等幾家主要的硅片廠商也在積蓄力量，有的已經(jīng)開始量產(chǎn)，有的即將量產(chǎn)，可以在一定程度上緩解本土供應(yīng)能力的不足。
上海新昇
在我國本土的晶圓，特別是12英寸大硅片生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)中，上海新昇是初創(chuàng)公司，同時也是行業(yè)明星。目前，在國內(nèi)12英寸大硅片生產(chǎn)廠商中，僅上海新昇一家實現(xiàn)了量產(chǎn)。
2014年，上海新陽與興森科技、新傲科技等合資創(chuàng)立了上海新昇半導(dǎo)體，是國家02專項300mm大硅片項目的承擔(dān)主體，第一大股東國家大基金旗下的上海硅產(chǎn)業(yè)投資有限公司持股62.82%，上海新陽為第二大股東，持股27.56%。
上海新昇項目總投資68億元，一期總投資23億元。新昇半導(dǎo)體一期投入后，預(yù)計最終將形成60萬片/月的12英寸硅片產(chǎn)能，年產(chǎn)值達(dá)到60億元。項目第一期的正常建設(shè)周期為3年，原計劃2017年底實現(xiàn)15萬片/月的產(chǎn)能，但由于關(guān)鍵設(shè)備采購困難等問題，進(jìn)展不及預(yù)期。其12英寸大硅片的主要客戶為中芯國際、華力微電子等。
按照上海新昇的年度計劃，硅片產(chǎn)能在2018年底前達(dá)到10萬片/月，按照第一期投資計劃，2019年的產(chǎn)能可以達(dá)到15萬片/月。上海新陽在2018年7月表示，上海新昇當(dāng)時產(chǎn)能為6萬片/月。
上海新昇12英寸大硅片的測試片、擋片和陪片在2017年實現(xiàn)銷售，正片方面，2018年第一季度末已通過了華力微電子的驗證并實現(xiàn)了銷售。
中環(huán)股份
2017年10月，中環(huán)股份聯(lián)手無錫市政府、晶盛機(jī)電，共同在宜興市啟動了IC用大硅片生產(chǎn)項目，總投資約30億美元，其中，一期投資約15億美元。該項目在我國近幾年的大硅片規(guī)劃生產(chǎn)線投入中位居前列。預(yù)計到2022年，將實現(xiàn)8英寸拋光片產(chǎn)能75萬片/月，12英寸拋光片產(chǎn)能60萬片/月。
金瑞泓
浙江金瑞泓科技成立于2000年，由浙江大學(xué)半導(dǎo)體學(xué)科相關(guān)技術(shù)人員發(fā)起。該公司目前主要生產(chǎn)4、6、8英寸硅片，年產(chǎn)能約800萬片。金瑞泓于2009年開始正式銷售8英寸硅片，2010年，該公司承擔(dān)了“02專項”中的“200mm硅片研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化及300mm硅片關(guān)鍵技術(shù)研究”，并于2017年5月通過驗收，具備月產(chǎn)12萬片8英寸硅片的能力。
結(jié)語
無論是已于去年實現(xiàn)量產(chǎn)的上海新昇12英寸硅片項目，還是剛剛下線首批8英寸硅拋光片的杭州中芯晶圓，都還只是處于我國大硅片自給之路的開端，后面任重而道遠(yuǎn)，還需要不斷的努力、堅持和投入。
