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12寸硅片月需產(chǎn)能將超過(guò)100萬(wàn)片，目前幾乎全部依靠進(jìn)口

硅片是生產(chǎn)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(shù)量就越多，從而制造成本就越低。硅片尺寸的擴(kuò)大和芯片線寬的減小是集成電路行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的兩條主線?，F(xiàn)在12 寸硅片的出貨量占比超過(guò)60％，是目前主流的硅片尺寸。

 

半導(dǎo)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(guò)程要經(jīng)過(guò)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(xué)腐蝕→拋光→清洗→檢測(cè)→包裝等工序。

 

根據(jù)硅純度的不同要求，可分為太陽(yáng)能等級(jí)99．9999％，6個(gè)“9”純度，以及半導(dǎo)體等級(jí)11個(gè)“9”。本文只涉及半導(dǎo)體用的硅片。

 

硅晶園

 

在半導(dǎo)體制造業(yè)中廣泛使用各種不同尺寸與規(guī)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(guī)格如下表所示。

 

來(lái)源：半導(dǎo)體制程技術(shù)導(dǎo)論；2001年肖宏P102

 

按IC Insight資料，2015年底全球半導(dǎo)體安裝產(chǎn)能總計(jì)月產(chǎn)1635．3萬(wàn)片（8英寸計(jì)）。按地區(qū)分布，臺(tái)灣地區(qū)依月產(chǎn)354．7萬(wàn)片，市占率達(dá)21．7％，居全球首位；韓國(guó)依月產(chǎn)335．7萬(wàn)片，市占率20．5％，居第二；日本依月產(chǎn)282．4萬(wàn)片，市占率17．3％，居第三；北美依月產(chǎn)232萬(wàn)片，市占率14．2％，居第四；中國(guó)依月產(chǎn)159．1萬(wàn)片，市占率9．7％，居第五位；歐洲依月產(chǎn)104．6萬(wàn)片，市占率6．4％，居第六位；其它地區(qū)市占率10．2％。

 

由于缺乏統(tǒng)一定義，硅片尺寸過(guò)渡的時(shí)間無(wú)法達(dá)成共識(shí)，其中有一種觀點(diǎn)認(rèn)為累積硅片的出貨量超過(guò)100萬(wàn)片時(shí)，表示該進(jìn)入硅片尺寸時(shí)代。實(shí)際上如英特爾等總是領(lǐng)先其它業(yè)者，首先進(jìn)入更大尺寸的硅片。

 

現(xiàn)據(jù)SEMI 2006年的說(shuō)法，將全球硅片尺寸的過(guò)渡時(shí)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(chǎn)線建設(shè)（見(jiàn)intel’s all fab list），它的3英寸生產(chǎn)線是建于1972年的FAB2 ；4英寸生產(chǎn)線是建于1973年的FAB4；6英寸生產(chǎn)線是建于1978年的FAB5；8英寸生產(chǎn)線是建于1992年的FAB15；第一條12英寸生產(chǎn)線建于2002年FAB12（ in Hillsboro），與IBM同步。

 

 

業(yè)界較為公認(rèn)的說(shuō)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(shí)英特爾與IBM首先建12英寸生產(chǎn)線，到2005年己占20％，到2008年占30％，而那時(shí)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(chǔ)量中，中國(guó)量最多、品質(zhì)最好，但是我國(guó)之前卻是將石英礦沙在高溫下還原成金屬硅后低價(jià)外銷，再高價(jià)進(jìn)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(chǎn)業(yè)帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前太陽(yáng)能等級(jí)的多晶硅，我國(guó)的產(chǎn)量已經(jīng)是全球第一。

多晶硅的原材料是高純度的石英，目前已知的全世界儲(chǔ)量中，中國(guó)量最多、品質(zhì)最好，但是我國(guó)之前卻是將石英礦沙在高溫下還原成金屬硅后低價(jià)外銷，再高價(jià)進(jìn)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(chǎn)業(yè)帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前太陽(yáng)能等級(jí)的多晶硅，我國(guó)的產(chǎn)量已經(jīng)是全球第一。

 

截止2014年，全球300mm硅片實(shí)際出片量已占各種硅片出片量的65％左右，平均約450萬(wàn)片／月。2015年第1至第2季度每月平均需求量約500萬(wàn)片。

 

現(xiàn)在300mm半導(dǎo)體級(jí)的硅片，國(guó)內(nèi)一個(gè)月需求量約45－50萬(wàn)片，而目前國(guó)內(nèi)的產(chǎn)量幾乎為零，這是產(chǎn)業(yè)鏈上最為緊缺的一環(huán)，預(yù)計(jì)未來(lái)的5年內(nèi)僅300mm硅片中國(guó)的需求量要超過(guò)月產(chǎn)100萬(wàn)片以上。而從硅片的市場(chǎng)供應(yīng)，全球日本生產(chǎn)的最多，日本信越和SUMCO，這兩家的產(chǎn)能和實(shí)際供應(yīng)量總和占全球2／3以上。300mm半導(dǎo)體級(jí)的大硅片，不僅是產(chǎn)業(yè)鏈缺失的重要一環(huán)，也是國(guó)家安全戰(zhàn)略發(fā)展的需要。

 

在2012至2013年科技部的02專項(xiàng)中，已有大硅片方面項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)準(zhǔn)備，但遲遲不能立項(xiàng)，原因就是雖然有國(guó)內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)曾經(jīng)做過(guò)12寸大硅片，研發(fā)成功，但由于良率不高還不能量產(chǎn)。

 

2014年，科技部02專項(xiàng)的領(lǐng)導(dǎo)下定決心要攻克12英寸硅片難關(guān)。要求是不僅研發(fā)成功，更要量產(chǎn)成功。量產(chǎn)的概念不是幾千片，是每個(gè)月10萬(wàn)片以上交付客戶，連續(xù)6個(gè)月交付客戶10萬(wàn)片以上，才算完成項(xiàng)目。

 

全球硅晶園片2016年供應(yīng)商排名如下：日本信越半導(dǎo)體第一位，占比27％；日本勝高科技（SUMCO）占比26％，居第二；環(huán)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(guó)家立項(xiàng)的12英寸硅片項(xiàng)目己經(jīng)啟動(dòng)，叫上海新昇半導(dǎo)體科技有限公司，成立于2014年6月，坐落于臨港重裝備區(qū)內(nèi)，占地150畝，總投資68億元，一期總投資23億元。新昇半導(dǎo)體第一期目標(biāo)致力于在我國(guó)研究、開(kāi)發(fā)適用于40－28nm節(jié)點(diǎn)的300mm硅單晶生長(zhǎng)、硅片加工、外延片制備、硅片分析檢測(cè)等硅片產(chǎn)業(yè)化成套量產(chǎn)工藝；建設(shè)300毫米半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)基地，實(shí)現(xiàn)300毫米半導(dǎo)體硅片的國(guó)產(chǎn)化，充分滿足我國(guó)極大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)對(duì)硅襯底基礎(chǔ)材料的迫切要求。新昇半導(dǎo)體一期投入后，預(yù)計(jì)月產(chǎn)能為15萬(wàn)片12英寸和5萬(wàn)片8英寸硅片，最終將形成300mm硅片60萬(wàn)片／月的產(chǎn)能，年產(chǎn)值達(dá)到60億元。屆時(shí)新昇將與世界一流技術(shù)接軌，達(dá)到世界先進(jìn)水平。

 

全球硅片出貨量與銷售額：2007時(shí)為8661MSI（百萬(wàn)平方英寸），銷售額達(dá)121億美元；到2010年時(shí)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(zhǎng)緩慢，而且銷售額逐年下降（價(jià)格下跌）。

450毫米硅片

 

為了加速發(fā)展450mm（18英寸）晶園，全球五大半導(dǎo)體業(yè)者IBM、英特爾、三星電子、臺(tái)積電和GlobalFoundries在2011年共同成立全球450mm聯(lián)盟，簡(jiǎn)稱G450C，并于美國(guó)紐約州Albany設(shè)立450mm晶園技術(shù)研發(fā)中心。

 

450mm聯(lián)盟成立后，18寸晶園世代的技術(shù)和機(jī)臺(tái)設(shè)備有不少方針已開(kāi)始確立，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)邁入18寸晶園世代的重要里程碑，目的是推動(dòng) 450mm 硅片技術(shù)的發(fā)展。

 

實(shí)際上在2012年，除G450C 聯(lián)盟之外，還誕生了EEMI450 聯(lián)盟 （ 歐洲 ） 和 Metro450 聯(lián)盟 （ 以 色列 ） ，共計(jì)三個(gè)聯(lián)盟來(lái)推動(dòng)450毫米硅片的進(jìn)展，目標(biāo)是可互用研究結(jié)果，減少重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。

 

除此之外，半導(dǎo)體制造技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟 （SEMATECH） 和國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備與材料協(xié)會(huì) （SEMI） 等也在推動(dòng)全球產(chǎn)業(yè)鏈的合作研發(fā)，因?yàn)楣杵睆降脑龃髮縿?dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生很大的改變。

 

然而，450毫米硅片的進(jìn)程自開(kāi)始就有不同的看法，其中最為關(guān)鍵是半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，如應(yīng)用材料公司等缺乏積極性，理由是450毫米設(shè)備不是簡(jiǎn)單地把腔體的直徑放大，而是要從根本上對(duì)于設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，因此面臨著經(jīng)費(fèi)與人力等問(wèn)題，更多的擔(dān)心是未來(lái)的市場(chǎng)，能否有足夠的投資回報(bào)率。所以關(guān)于450毫米硅片的聲浪是此起彼伏，盡管英特爾、三星及臺(tái)積電等大廠信心滿滿，實(shí)際上是雷聲大雨點(diǎn)小。

 

自2014年開(kāi)始G450C聯(lián)盟出現(xiàn)暫緩研發(fā)450mm硅片的跡象。盡管如臺(tái)積電等曾宣布將于2018至2019年期間會(huì)采用450毫米硅片，然而依目前半導(dǎo)體業(yè)的態(tài)勢(shì)觀察，現(xiàn)在還很難取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

 

采用450毫米硅片，如同前幾次硅片增大直徑一樣，關(guān)鍵在于從經(jīng)濟(jì)上看投入產(chǎn)出比高，產(chǎn)業(yè)鏈上廠商確實(shí)有利可圖，包括芯片制造商及設(shè)備供應(yīng)商在內(nèi)都能受益；另一個(gè)是需要有擴(kuò)大產(chǎn)能的迫切性，所以產(chǎn)業(yè)鏈在等待未來(lái)市場(chǎng)再次**的到來(lái)。

 

不管如何，450毫米硅片對(duì)于全球半導(dǎo)體業(yè)仍是一個(gè)懸而未決的課題。

來(lái)源：SEMI，數(shù)據(jù)僅為半導(dǎo)體

 

（來(lái)源：EEFOCUS）