得益于近年來(lái)國(guó)家對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重視和大力扶持，國(guó)產(chǎn)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，在不少領(lǐng)域均實(shí)現(xiàn)了突破，但是在芯片上游的半導(dǎo)體材端，特別是在大尺寸硅片（晶圓）方面，由于需要的投入大，投入周期較長(zhǎng)，見(jiàn)效慢，目前國(guó)內(nèi)仍是非常薄弱。

在12月13日召開(kāi)的2019中國(guó)（珠海）集成電路產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，作為目前唯一一家國(guó)產(chǎn)300mm（12英寸）大硅片量產(chǎn)企業(yè)，前中芯國(guó)際CEO、上海新昇半導(dǎo)體科技有限公司CEO邱慈云透露，上海新昇的28nm邏輯、3D-NAND存儲(chǔ)正片通過(guò)了長(zhǎng)江存儲(chǔ)的認(rèn)證。

▲上海新昇半導(dǎo)體科技有限公司CEO邱慈云

大硅片仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口

硅片是生產(chǎn)半導(dǎo)體所用的載體，是半導(dǎo)體最重要的原材料。目前硅基半導(dǎo)體材料也是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料。

根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從半導(dǎo)體器件產(chǎn)值來(lái)看，2017年全球95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路采用單晶硅作為襯底材料，而化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)占比仍在5%以內(nèi)。

如果僅從全球半導(dǎo)體材料銷售占比來(lái)看，SEMI預(yù)測(cè)，2019年硅片的銷售額在全球半導(dǎo)體制造材料行業(yè)當(dāng)中的占比也是最高的，達(dá)到了37.29%。

硅片按照尺寸（以直徑計(jì)算）分類，主要有50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）、200mm（8英寸）、300mm（12英寸）等規(guī)格，現(xiàn)已發(fā)展到18英寸（450mm）。目前，全球市場(chǎng)主流的產(chǎn)品是8英寸和12英寸的半導(dǎo)體硅片。

根據(jù)電子行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2016年中國(guó)大陸企業(yè)在4-6英寸硅片（含拋光片、外延片等）的產(chǎn)量約為5200萬(wàn)片，基本可以滿足國(guó)內(nèi)4-6英寸的晶圓需求，但是8英寸-12英寸的大硅片，國(guó)內(nèi)自供率仍然比較低。

國(guó)內(nèi)具有8英寸硅片和外延片生產(chǎn)能力的有浙江金瑞泓、昆山中辰、北京有研新材、南京國(guó)盛、CECT46所以及上海新傲，合計(jì)月產(chǎn)能約為23.3萬(wàn)片/月，而在12英寸半導(dǎo)體硅片方面，目前主要依靠進(jìn)口，市場(chǎng)主要被國(guó)外廠商所占據(jù)。

數(shù)據(jù)也顯示，2018年12英寸硅片市場(chǎng)份額已達(dá)63.31%，成為硅片市場(chǎng)最主流的產(chǎn)品。

全球前五大硅片供應(yīng)商為日本信越化學(xué)株式會(huì)社、日本株式會(huì)社SUMCO（勝高）、***環(huán)球晶圓股份有限公司、德國(guó)SiltronicAG（世創(chuàng)）和韓國(guó)SKSiltronInc.，分別占據(jù)全球市場(chǎng)份額的29.8%、26.3%、17.1%、11.3%和10.6%，產(chǎn)值合計(jì)占據(jù)超過(guò)95.1%的市場(chǎng)份額。

由此可見(jiàn)，12英寸大硅片市場(chǎng)被國(guó)外廠商長(zhǎng)期壟斷，國(guó)內(nèi)嚴(yán)重依賴進(jìn)口的現(xiàn)象，急需破局！

市場(chǎng)需求大，國(guó)產(chǎn)大硅片迎來(lái)新機(jī)遇

近年來(lái)，受益于計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信、固態(tài)硬盤(pán)、工業(yè)電子市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，以及人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等新興應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，推動(dòng)了對(duì)于半導(dǎo)體芯片需求的持續(xù)增長(zhǎng)。

根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)顯示，2018年全球半導(dǎo)體集成電路銷售額已高達(dá)4703億美元，而在1976年這個(gè)數(shù)字僅僅是29億美元。42年的時(shí)間，翻了168倍，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)13%。雖然2019年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模出現(xiàn)了下滑，但是預(yù)計(jì)2020年將重回升勢(shì)。巨大的半導(dǎo)體芯片市場(chǎng)需求，也直接推動(dòng)了對(duì)于硅片需求的增長(zhǎng)。

根據(jù)SUMCO和SEMI的統(tǒng)計(jì)，2017年全球8英寸和12英寸硅片的需求分別為558萬(wàn)片/月和557萬(wàn)片/月，8英寸和12英寸硅片的出貨量分別為530萬(wàn)片/月和550萬(wàn)片/月，硅片廠商在滿產(chǎn)的狀態(tài)下仍不能滿足需求。保守預(yù)計(jì)到2020年8英寸和12英寸的終端市場(chǎng)需求量將分別超過(guò)630萬(wàn)片/月和620萬(wàn)片/月。

需要指出的是，由于硅片生產(chǎn)線的建設(shè)周期較長(zhǎng)，一般為2-3年，這也意味著在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)大硅片產(chǎn)能不具備快速提升的基礎(chǔ)，在需求快速增長(zhǎng)的同時(shí)，大尺寸硅片市場(chǎng)將出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。

SUMCO預(yù)測(cè)，未來(lái)3-5年內(nèi)全球12英寸硅片的供給和需求依舊存在缺口，并且缺口會(huì)隨著半導(dǎo)體周期的景氣程度回暖而越來(lái)越大，到2022年將會(huì)有100萬(wàn)片/月的缺口。

另外，根據(jù)中科院數(shù)據(jù)顯示，目前中國(guó)大陸已投產(chǎn)的12英寸晶圓產(chǎn)線已超20條，宣布在建的有8條，建成后產(chǎn)能將超234萬(wàn)片/月。數(shù)據(jù)顯示，目前中國(guó)大陸12英寸晶圓產(chǎn)線總投資額已超過(guò)15000億元，而在建和規(guī)劃中的12英寸晶圓廠投資也接近了7500億元。

而對(duì)于國(guó)內(nèi)如此之多的已建成、在建及規(guī)劃中12英寸晶圓產(chǎn)線，必然會(huì)直接推動(dòng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于12英寸硅片需求的快速增長(zhǎng)。

雖然，目前12英寸硅片主要被國(guó)外廠商所壟斷，但在國(guó)產(chǎn)替代的大趨勢(shì)之下，這對(duì)于國(guó)產(chǎn)12英寸硅片來(lái)說(shuō)將是一個(gè)巨大的機(jī)遇。

大硅片到底難在哪？

硅片的生產(chǎn)工藝主要包括拉晶、切片、研磨、蝕刻、拋光、外延、鍵合、清洗等工藝步驟，才能制造成為半導(dǎo)體硅片。其中，每一個(gè)步驟都有非常高的要求。

比如在拉晶這一步之前，首先需要對(duì)硅進(jìn)行提純，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步提純變?yōu)榧兌冗_(dá)99.9999999%至99.999999999%（9-11個(gè)9）的超純多晶硅。

然后，在拉晶階段，要將超純多晶硅在石英坩堝中熔化，并摻入硼（P）、磷（B）等元素改變其導(dǎo)電能力，放入籽晶確定晶向，經(jīng)過(guò)單晶生長(zhǎng)，制成具有特定電性功能的單晶硅錠。

在這過(guò)程中，需要解決氧含量及徑向均勻性、雜質(zhì)的控制、OISF控制、去COP、定晶向、A-缺陷控制、氧沉淀控制、電阻值定量、摻雜及徑向均勻性等眾多問(wèn)題。

同樣，在之后的切片、研磨、蝕刻、拋光、外延、鍵合、清洗等過(guò)程中，也有非常多的需要解決的問(wèn)題。

邱慈云表示，硅片核心技術(shù)史是一個(gè)挑戰(zhàn)極限的過(guò)程！比如在晶體需要完美的生長(zhǎng)，無(wú)原生缺陷，這相當(dāng)于要求420公斤的硅單晶棒都要保持鉆石一般的完美結(jié)構(gòu)，而在自然界當(dāng)中，一克拉（200毫克）的鉆石都并不多見(jiàn)；

在表面潔凈度方面，顆粒尺寸的要求要小于19nm，這只有PM2.5尺寸的1%大??；

在平整度方面，要求在幾厘米的尺度上小于10nm的起伏，這相當(dāng)于要求上海到北京的1000公里的距離上，地面起伏小于30cm；

在金屬雜質(zhì)方面，要求表面金屬含量低于1x10的七次方個(gè)原子/平方厘米，相當(dāng)于每1千萬(wàn)個(gè)硅原子中，不能出現(xiàn)1個(gè)金屬原子。

如果說(shuō)，上面的對(duì)于硅片的制作要求已經(jīng)是在挑戰(zhàn)機(jī)極限，那么大硅片的核心技術(shù)則是要全方位的追求卓越，在拉晶技術(shù)、表明邊緣缺陷、平整度、金屬雜質(zhì)、檢測(cè)表征技術(shù)保障等方面都提出了更高的要求。

正是因?yàn)榇蠊杵y度非常的高，這也給國(guó)產(chǎn)大硅片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了挑戰(zhàn)。所幸的是，目前上海新昇的12英寸大硅片項(xiàng)目在2017年四季度已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，目前硅晶圓出貨已經(jīng)累計(jì)超過(guò)100萬(wàn)片。

上海新昇12英寸大硅片的突破

上海新昇成立于2014年6月，是國(guó)內(nèi)首個(gè)12英寸大硅片項(xiàng)目的承擔(dān)主體，也是目前唯一獲得國(guó)家重大項(xiàng)目支持的硅片公司，承擔(dān)了國(guó)家02專項(xiàng)核心工程之一的“40-28納米集成電路制造用300毫米硅片”項(xiàng)目。

▲大基金總裁丁文武參觀上海新昇12英寸硅片（圖片來(lái)源：上海新昇）

2015年，上海新昇一期廠房開(kāi)工建設(shè)；2016年第一根晶棒下線；2017年第一片產(chǎn)品銷售、第一片正片送樣；2018年正片通過(guò)認(rèn)證，達(dá)產(chǎn)10萬(wàn)片/月，同時(shí)無(wú)缺陷晶體研制成功；2019年，上海新昇28nm邏輯、3D-NAND存儲(chǔ)正片通過(guò)長(zhǎng)江存儲(chǔ)認(rèn)證，第100萬(wàn)片產(chǎn)品下線。

可以說(shuō)，上海新昇的12英寸大硅片項(xiàng)目進(jìn)展非常的迅速。

在現(xiàn)有產(chǎn)能和未來(lái)產(chǎn)能規(guī)劃方面，據(jù)邱慈云介紹，目前上海新昇產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了15萬(wàn)片/月（40nm及以上工藝節(jié)點(diǎn)10萬(wàn)片/月，28nm及以上工藝節(jié)點(diǎn)5萬(wàn)片/月）。

現(xiàn)在，二期項(xiàng)目設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始搬入，二期規(guī)劃的產(chǎn)能為30萬(wàn)片/月（主要覆蓋14nm及以上工藝節(jié)點(diǎn)）。現(xiàn)有的廠區(qū)可容納60萬(wàn)片/月的產(chǎn)能。

此外，上海新昇還擁有可容納100萬(wàn)片/月產(chǎn)能的擴(kuò)建用地。因此，基本不用擔(dān)心后續(xù)對(duì)于市場(chǎng)需求的承接能力。

在實(shí)際出貨方面，目前上海新昇的硅晶圓出貨已經(jīng)累計(jì)超過(guò)100萬(wàn)片，當(dāng)然其中有不少是測(cè)試樣片。

據(jù)邱慈云介紹，近兩年器件用正片累計(jì)出貨量也已超過(guò)了75000件，國(guó)內(nèi)外累計(jì)客戶已達(dá)30多家。

邱慈云強(qiáng)調(diào)，大硅片產(chǎn)業(yè)是全方位的系統(tǒng)工程，不僅需要大量的資金保障，強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，還需要豐富的下游客戶服務(wù)經(jīng)驗(yàn)。而這些方面，也正是新昇科技的優(yōu)勢(shì)所在。

“作為國(guó)內(nèi)唯一12英寸硅片正片量產(chǎn)的供應(yīng)商，新昇科技已經(jīng)在中國(guó)實(shí)現(xiàn)了從‘0’到‘1’的關(guān)鍵突破。”邱慈云非常自豪的說(shuō)到。

背靠上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)

需要指出的是，上海新昇隸屬于中國(guó)大陸規(guī)模最大的半導(dǎo)體硅片企業(yè)——上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，而上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的大股東則是國(guó)家大基金，因此背靠上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的新昇科技自然也成為了國(guó)產(chǎn)大硅片“國(guó)家隊(duì)”的一員。

此外，上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司旗下還擁有新傲科技、Okmetic這兩家控股子公司，同時(shí)也是法國(guó)半導(dǎo)體材料公司Soitec的大股東之一。

其中，Okmetic成立于1985年，位于芬蘭，是一家老牌的硅片生產(chǎn)商，Okmetic主要產(chǎn)品為拋光片和SOI硅片，用于MEMS、傳感器、模擬電路及分離式半導(dǎo)體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)。

新傲科技則成立于2001年，建成了我國(guó)第一條SOI生產(chǎn)線，目前是中國(guó)領(lǐng)先的SOI材料生產(chǎn)基地，也是世界上少數(shù)的SOI材料規(guī)?；?yīng)商之一。目前，新傲公司的產(chǎn)品90%以上銷售到美、日、歐、俄、韓、***和新加坡等地。

法國(guó)的Soitec公司是全球SOI硅片和其他工程基片的領(lǐng)先供應(yīng)商，目前Soitec生產(chǎn)的SOI硅片占全球的80%以上的市場(chǎng)，而采用Soitec公司的SmartCut技術(shù)生產(chǎn)的SOI硅片則超過(guò)了全球SOI硅片生產(chǎn)總量的95%。此前，Soitec也與新敖科技達(dá)成了SmartCut技術(shù)上的合作。值得一提的是，Soitec公司在GaN和SiC技術(shù)上也有著深厚的布局。

不難想象的是，未來(lái)上海新昇或?qū)⑴c上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司旗下的新傲科技、Okmetic、Soitec等在技術(shù)和商業(yè)上有更多的合作，同時(shí)也將帶來(lái)更強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)的協(xié)同優(yōu)勢(shì)。

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