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IC咖啡年會紀要分享之

張汝京博士《新昇半導體300毫米硅片項目》演講紀要

嘉賓引見

 

主講嘉賓：張汝京

      張汝京，大陸半導體行業(yè)教父級人物，曾在德州儀器工作了20年，現(xiàn)任新昇半導體公司總經(jīng)理。做為德州儀器的先鋒部隊，他成功地在美國、日本、新加坡、意大利及中國臺灣地區(qū)創(chuàng)建或管理了超過十幾個工廠的技術開發(fā)及IC運作。2000年，創(chuàng)辦中芯國際，高達6.3倍的年營收成長率，使其很快成為全球成長力道最驚人的硅片制造公司，也帶動了大陸半導體行業(yè)全體跨越式發(fā)展。

      2009年底開始，正式進入LED研發(fā)制造及LED相關運用產(chǎn)品領域，并努力于環(huán)保與健康領域。

      2014年，張博士開始進軍大硅片領域，開始了300毫米大硅片（12英寸硅片）研發(fā)及量產(chǎn)的新征程，此舉也將為大陸的半導體產(chǎn)業(yè)，彌補了一塊重要短板。他將個人近四十年的半導體行業(yè)經(jīng)驗，全部貢獻于發(fā)展大陸的半導體產(chǎn)業(yè)。

 

紀要注釋

各位來賓，大家好。

在座的諸位IC行業(yè)人士，我國半導體產(chǎn)業(yè)鏈曾經(jīng)趨于殘缺，但是，我們還缺少重要一環(huán)：硅材料。

  

（全球不同尺寸硅片市場前景預測）

首先，我們來看一下全球不同尺寸硅片市場現(xiàn)狀及發(fā)展預測，其中，300mm硅片也就是12英寸硅片，自2009年起成為全球硅圓片需求的主流（大于50%）,估計2017 年將占硅片市場需求大于75%的份額。12寸的流片工藝是半導體制造中的很重要的工藝，所以我們?nèi)缃褚部吹?，大陸新建的晶圓代工廠，大多是12寸的工廠，其次還有一些運用二手設備的8寸的工廠，但6寸以下的新晶圓代工廠幾乎沒有。

 

截止2014年，全球300mm硅片實踐出片量已占各種硅片出片量的65%左右,平均約450萬片/月。2015年第1～第2季度每月平均需求量約500萬片。目前，12英寸硅片次要用于消費90nm-28nm及以下特征尺寸（16nm和14nm）的存儲器、數(shù)字電路芯片及混合信號電路芯片。

2014年，在前十大的300mm晶圓需求廠商中，運用量最大的是三星，次要用于制造存儲器和邏輯芯片，第二大是美光，只做存儲器，第三大是Toshiba和SanDisk的公司，也基本上都是邏輯產(chǎn)品, 第四大的運用者是海力士，幾乎全是存儲器，而第五大運用者是臺灣的臺積電（TSMC），幾乎全部用作邏輯芯片，英特爾是第六大運用量。在前十大運用量中，臺積電，聯(lián)電（UMC），Powerchip等，12寸硅片代工和存儲器，華人做的很不錯。而我們國內(nèi)對12寸硅片的需求量，也開始起來了，從半導體市場的需求量來看，大概從2004年開始，中國的需求量曾經(jīng)超過美國成為全球半導體需求最大的國家，2010年左右，中國大陸半導體的需求量占全球的50%，2016年，基本占全球需求量的60%。

（全球IC市場需求區(qū)域現(xiàn)狀及趨勢預測）

正如之前幾位主講人說的一樣，大陸半導體需求量非常大，我們本人的IC（集成電路）產(chǎn)業(yè)消費量不夠，所以如今IC（集成電路）曾經(jīng)成為中國大陸進口額最多的單一項目，連續(xù)數(shù)年超過了石油的進口額。中國作為IC（集成電路）的運用大國，消費卻量能不夠，過多依賴進口，因此，目前國家成立的集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（大基金）及地方政府成立的集成電路專項基金，目的就是加速集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和提升。

 

我記得在2000年左右，國內(nèi)IC（集成電路）消費可供應大約6-8%的國內(nèi)需求，也就是超過90%依賴進口。到中芯國際建立后加上其它同行，國內(nèi)全體可以供應15%的國內(nèi)IC（集成電路）需求量。但從大概2006年至今，供應量雖然加大了不少，但需求量也同步添加，國內(nèi)IC自我供應的百分比仍然維持在15%左右。政府也較為關懷IC行業(yè)發(fā)展，希望在2025年前，國內(nèi)IC行業(yè)的自給率能夠達到至少50%。

 （28nm將是2017-2018的主力產(chǎn)品）

而集成電路制造目前基本上是12寸，而且工藝都是40nm以下，2025年左右應該可以做到10nm甚至以下（尺寸）更先進工藝量產(chǎn)。其中，28nm在2017-2018年將會是主力，20nm的比重添加，而16nm和14nm難度很大，量產(chǎn)的數(shù)量還不太多，但估計2019年16nm和14nm應該會大規(guī)模量產(chǎn)，28nm的產(chǎn)品工藝會轉(zhuǎn)到16nm或14nm的工藝產(chǎn)品線，28nm工藝產(chǎn)量會慢慢下降。但是由于28nm是壽命較長的技術，2019年之后28nm工藝需求仍然會很高，國家也因此希望加快研發(fā)并量產(chǎn)28nm的硅片（300mm大硅片），這是一個很好的機會。

但成績在哪里呢？大家看集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，最下游的是design公司，這在我們國內(nèi)如今發(fā)展地相當不錯，有幾家公司都可以design到16nm、14nm；但消費方面，下游材料IC等級的多晶硅目前還沒有，但馬上就會有了，曾經(jīng)有幾家企業(yè)在立項推進。多晶硅的原材料，高純度的石英，目前已知的全世界的儲量，中國最多，質(zhì)量最好，但我們之前卻是將石英還原成金屬硅后低價內(nèi)銷，再高價進口多晶硅，并且石英還原成金屬硅的階段是高度凈化的。好在之前太陽能產(chǎn)業(yè)帶動了國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前太陽能等級的多晶硅，我國的產(chǎn)量曾經(jīng)是全球第一了。

太陽能等級的多晶硅純度為99.9999%，總共6個“9”，如今做的好一點的在7-8個“9”而半導體等級要11個“9”，目前國內(nèi)實驗室可以做大批的半導體級的，但要做幾噸單晶，目前還做不到。所以國家對此也很注重，02專項里就有立項處理半導體等級的多晶硅量產(chǎn)成績，估計大概在2-3年內(nèi)可以做到11個“9”的多晶硅的量產(chǎn)，大致可以滿足國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的需求。

但是IC產(chǎn)業(yè)鏈中，多晶硅的下游環(huán)節(jié)：做成IC等級的晶棒和硅片，還是目前我們國家IC產(chǎn)業(yè)鏈缺失的重要一環(huán)。

目前，在產(chǎn)業(yè)鏈后端，國內(nèi)IC Wafer Fabrication曾經(jīng)起來，封裝測試海峽兩岸已是全球第一，這方面大陸的進展比臺灣還要快些；另外，產(chǎn)品組裝已是世界第一，例如iPhone；End-user consumers亦是全球第一。國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)鏈后端很強，前端反而弱些。

如今300mm半導體級的硅片，國內(nèi)一個月需求量約45-50萬片，而目前國內(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)。而這一環(huán)，全球日本消費的最多，日本信越和SUMCO，這兩家的產(chǎn)能和實踐供應量總和占全球2/3以上。300mm半導體級的大硅片，不只是產(chǎn)業(yè)鏈缺失的重要一環(huán)，也是國家安全戰(zhàn)略發(fā)展的需求。

 

國家在2012--2013年，科學部的02專項中，已有大硅片方面項目的經(jīng)費預備，但遲遲不能發(fā)出項目，緣由就是雖然有國內(nèi)研發(fā)機構(gòu)曾經(jīng)做過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，科學部02專項的領導也與我們溝經(jīng)過，要求是不只研發(fā)成功，更要量產(chǎn)成功。量產(chǎn)的概念不是幾千片，是每個月10萬片以上交付客戶，連續(xù)6個月交付客戶10萬片以上，才算完成項目。

（上海新昇半導體科學有限公司）

   早期做Fab廠時也遇到過硅晶圓供應商經(jīng)常斷貨或者加價的情況，也很少有海外廠商情愿提供技術協(xié)助，所以，硅晶圓我們是不斷有想法要自主消費的。

在這種情況下，2014年，我們開始組建團隊嘗試去做，應戰(zhàn)很大，由于目前國內(nèi)沒有真正一家企業(yè)做過量產(chǎn)工藝，就像2000年時分，我們回國做0.25微米的技術，都是從海外招聘人才，這次也是，從海外找了大量有實踐量產(chǎn)經(jīng)驗的好手，來帶動這個項目。在此情況下，上海新昇半導體科學有限公司于2014年6月在臨港成立。

（廠區(qū)全體效果圖）

國內(nèi)硅晶圓片的需求到2020年很可能會達到80萬片每月甚至是100萬片每月，所以我們規(guī)劃2021/2022年產(chǎn)能是60萬片每月。廠區(qū)總體規(guī)劃是占地150畝，總投資約68億元，一期總投資約為23億元。

其中，拉晶廠房高23米，僅為一層，拉晶單個高度15米，450公斤重。還包括切磨拋廠房，動力站，消費廠房，中試辦公樓等，截至2016年1月底，曾經(jīng)基本到封頂階段。規(guī)劃中60萬片的產(chǎn)能還有提升空間。

目前國內(nèi)半導體行業(yè)，除了硅圓片依賴進口（65%以上產(chǎn)能在日本）以外，很多其他原材料、化學品、設備，絕大部分都需求依賴從歐洲、美國和日本進口。舉個例子，硅晶圓切好之后的打磨工序，運用的鉆石砂輪，許多是日本制造，而鉆石是中國國產(chǎn)，但是目前還不能做成砂輪，比如半導體級運用的石英坩堝情況也類似，我們也希望有志青年能夠填補這些空白領域，盡力國產(chǎn)化，只需產(chǎn)質(zhì)量量可靠，我們會優(yōu)先運用。

 

工藝與檢測分析設備方面，廠房設備包含：拉晶爐（其中拉晶爐用超導磁場國內(nèi)目前沒有自主消費，并且在早期的采購方面，某些高精度檢測設備因受制于出口答應等要素，東亞某些國家拒絕供貨或者以出口答應設限，最終在歐洲采購得到）。這個項目還需求許多其它的精密設備，例如等徑滾圓機（也是國內(nèi)還沒有自主消費的）、鋸段機、晶體質(zhì)量表征分析設備、線切割機、線切割后清洗機、雙面研磨機、邊緣研磨機、雙面精磨機、應力消弭蝕刻機、雙面拋光機、邊緣拋光機、最終拋光機、最終拋光預清洗機、量測設備、多層內(nèi)涵反應爐、高效內(nèi)涵反應爐、微粒檢測機（最小檢測微粒大?。?span>26納米）、平坦度檢測儀、晶體薄膜雜質(zhì)沾污與電阻率檢測分析設備等等以上這些設備，一些是國內(nèi)能夠量產(chǎn)的，但是大多是采購自歐美日本，所以，很希望能夠這些設備和原材料將來能夠在國內(nèi)量產(chǎn)。

 

新昇半導體第一期目標努力于在我國研討、開發(fā)適用于40-28nm節(jié)點的300mm硅單晶生長、硅片加工、內(nèi)涵片制備、硅片分析檢測等硅片產(chǎn)業(yè)化成套量產(chǎn)工藝；建設300毫米半導體硅片的消費基地，培訓國內(nèi)研發(fā)、工程與消費等人才，完成300毫米半導體硅片的國產(chǎn)化，充分滿足我國極大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)對硅襯底基礎材料的迫切要求。

我們的進度估計在今年（16年）6月開始出樣片，希望16年年底開始量產(chǎn)，雖然認證很長，但好在有很多客戶情愿配合我們。到明年年底（17年年底），目標是每月能量產(chǎn)10萬片（內(nèi)部目標更高些），2021-2022年，能達到月產(chǎn)能60萬片的目標。

整個項目投資額較大，但對于國家和產(chǎn)業(yè)的貢獻也更大，許多崗位我們都在招募人才，我們希望更多有志青年能夠加入其中，參與到這項事業(yè)中，一同達成這個使命，謝謝各位！ 

結(jié)后語

感激張博士第二次蒞臨IC咖啡。本次張博士關于300毫米大硅片項目的演講還附帶了該項目的人事招募計劃，IC咖啡與新昇HR部門確認后，也將經(jīng)過IC咖啡渠道為該項目人事招聘計劃助力。