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全球硅晶圆市场里的中国X因素

2019-08-16 10:11:20

材料 产业链当中,我国一直扮演着追赶者的角色,而在硅晶圆,特别是大硅片(8英寸和12英寸)方面,由于起步较晚,技术底子薄,自给率非常低,主要依赖进口,这对于本土产业的发展显然是不利的,需要奋起直追。

而纵观全球硅片市场,一直处于寡头垄断的状态,形成了日本信越化学、SUMCO(三菱住友株式会社)、中国台湾地区的环球晶圆、德国世创(Siltronic)和韩国五大供应商垄断的格局,占据着全球超过90%以上的硅片供应。其中,日本信越占27%,三菱住友占26%,环球晶圆占比约17%,德国Siltronic占比约15%,LG占9%。

在这样的背景下,建设我国本土的大硅片生产厂早已排上了议事日程,上海新昇、中环股份等大项目纷纷上马。

近期,又有一个好消息传出:杭州中芯晶圆半导体股份有限公司的首批8英寸半导体硅抛光片顺利下线。此外,中芯晶圆的12英寸硅片也将于今年12月下线。

所谓抛光片,是制造IC所用硅片的一种。在IC制造中,所使用的晶圆均为单晶硅片,按具体规格又可分为抛光片、外延片和SOI(绝缘体上硅)。经过切割单晶硅锭得到的硅片,首先经过抛光处理得到抛光片PW(再经过退火处理得到的AW退火晶片也归为抛光片的一种),抛光片再经过外延处理形成外延片EW,经过wafer bonding形成SOI。PW抛光片广泛应用于功率器件、/GPU、Flash/DRAM和模拟芯片等,EW外延片广泛用于二极管、IGBT、低功耗数字与模拟电路等。

中芯晶圆项目于2017年12月18日正式开工,是当时杭州大江东产业集聚区集中开工的15个重大项目之一,该项目总投资60亿元,于2018年10月8日正式封顶,根据规划,该项目拟建设 条8英寸、2条12英寸半导体硅片生产线。项目全部达产后,预计将达到8英寸年产540万片、12英寸年产288万片硅片的能力。

中芯晶圆大硅片项目的实施主体为杭州中芯晶圆半导体股份有限公司,由日本株式会社Ferrotec Holdings、杭州大和热磁电子有限公司、上海申和热磁电子有限公司合资建立,后两者均为Ferrotec集团成员。

图源:企查查

据悉,Ferrotec(中国)始创于1992年,系日本株式会社Ferrotec Holdings投资于中国的外商独资企业。旗下主要有杭州、上海、银川等三大研发和制造基地,其中,杭州大和热磁电子有限公司、上海申和热磁电子有限公司、宁夏银和 科技有限公司,分别为三大基地半导体产品的主要生产企业。

大硅片市场紧俏 据SEMI统计,2018年第一季度,全球硅片出货量达 0.84亿平方英寸,同比增长7.9%,环比增长 .6%。2018和2019全年继续创造着记录,出货量分别为118.14亿平方英寸和122. 5亿平方英寸。

在这样快速增长的情况下,全球的大硅片依然显得供不应求。2018年初,主要硅片厂商纷纷将价格上调了10~20%,如SUMCO,该公司将12英寸硅片价格上调了20%,相比2016年底增幅达60%,其他尺寸的硅片价格也将持续走高,这样的行情至少可以延续到2020年。

全球第三大硅片供应商环球晶圆表示:订单已排至2020年中期,主要原因是下游客户担心价格持续上涨,提前锁定所致。由于新产线从投入资金到投产需要2~ 年,且主流厂商拟增产能很少,预计供需缺口仍将持续。

全球半导体市场对硅片的需求为何如此迫切呢,其增长的主要驱动力来自何方呢? 下面简单地分析一下:首先,晶圆代工大厂台积电、三星和英特尔竞相进入高端制程工艺领域,而先进工艺在整个晶圆代工中的比例越来越高,先进工艺对高质量大硅片的需求越来越大;其次, 与汽车半导体、CMOS图像传感器、 应用等芯片开始快速增长,产生了新的增量需求,这样就对高端12英寸晶圆需求产生了推动作用;再者,三星、SK海力士、美光等大量扩产 D NAND,同样刺激了12英寸晶圆的需求增长;另外,还有一个重要的原因,就是最近几年中国大陆大量建设晶圆厂,有新建的,也有在原有基础上扩建的,使得中国成为全球最具活力的半导体市场,对硅片的需求量自然水涨船高。

奋起直追 场需求量巨大,但我国的大硅片自给能力明显不足

在2017年之前,我国大陆仅在4~6英寸硅片领域实现了大规模产量,基本满足了国产需求,2017年国产8英寸晶圆只能满足约10%的本土需求量,而12英寸晶圆则完全依赖进口。

具体来看,12英寸晶圆方面,中国大陆总需求量约为80~100万片/月,但是国内12英寸硅片供给量为0,全部依赖进口。

下面来看技术层面,硅片面积越大,同一晶圆上生产的IC就越多,这样既可降低成本,又能提高成品率。然而,相应的 材料技术 生产技术 要求更高。由于在技术、设备、原材料等方面受到了各种限制,导致我国在大尺寸晶圆生产方面要面对很高的技术壁垒,短期内很难实现大量生产。我们要想赶超国际先进企业,需要跨过不少坎儿。

正是在这样的背景下,我国近几年在大硅片国产化进程方面不断加速,据华创证券统计,目前约有11个国产大硅片项目在建,如下图所示。据统计,这些项目合计规划产能达到8英寸硅片245万片/月,12英寸硅片 00万片/月,在不久的将来若能完全落实,则可以满足国内硅片的自给需求。

图:中国新建硅片项目产能预期(资料来源:华创证券)

具体来看,有上海新昇(68亿元)、浙江金瑞泓(50亿元)、成都超硅(50亿元)、郑州合晶一期(5 亿元)、宁夏银和(16亿元)、无锡中环晶盛项目( 0亿美金)等。

除了此次杭州中芯晶圆首批8英寸半导体硅抛光片顺利下线外,上海新昇等几家主要的硅片厂商也在积蓄力量,有的已经开始量产,有的即将量产,可以在一定程度上缓解本土供应能力的不足。

上海新昇

在我国本土的晶圆,特别是12英寸大硅片生产企业当中,上海新昇是初创公司,同时也是行业明星。目前,在国内12英寸大硅片生产厂商中,仅上海新昇一家实现了量产。

2014年,上海新阳与兴森科技、新傲科技等合资创立了上海新昇半导体,是国家02专项 00mm大硅片项目的承担主体,第一大股东国家大基金旗下的上海硅产业投资有限公司持股62.82%,上海新阳为第二大股东,持股27.56%。

上海新昇项目总投资68亿元,一期总投资2 亿元。新昇半导体一期投入后,预计最终将形成60万片/月的12英寸硅片产能,年产值达到60亿元。项目第一期的正常建设周期为 年,原计划2017年底实现15万片/月的产能,但由于关键设备采购困难等问题,进展不及预期。 其12英寸大硅片的主要客户为中芯国际、华力微电子等。

按照上海新昇的年度计划,硅片产能在2018年底前达到10万片/月,按照第一期投资计划,2019年的产能可以达到15万片/月。上海新阳在2018年7月表示,上海新昇当时产能为6万片/月。

上海新昇12英寸大硅片的测试片、挡片和陪片在2017年实现销售,正片方面,2018年第一季度末已通过了华力微电子的验证并实现了销售。

中环股份

2017年10月,中环股份联手无锡市政府、晶盛机电,共同在宜兴市启动了IC用大硅片生产项目,总投资约 0亿美元,其中,一期投资约15亿美元。该项目在我国近几年的大硅片规划生产线投入中位居前列。预计到2022年,将实现8英寸抛光片产能75万片/月,12英寸抛光片产能60万片/月。

浙江金瑞泓科技成立于2000年,由浙江大学半导体学科相关技术人员发起。该公司目前主要生产4、6、8英寸硅片,年产能约800万片。金瑞泓于2009年开始正式销售8英寸硅片,2010年,该公司承担了“02专项”中的“200mm硅片研发与产业化及 00mm硅片关键技术研究”,并于2017年5月通过验收,具备月产12万片8英寸硅片的能力。

无论是已于去年实现量产的上海新昇12英寸硅片项目,还是刚刚下线首批8英寸硅抛光片的杭州中芯晶圆,都还只是处于我国大硅片自给之路的开端,后面任重而道远,还需要不断的努力、坚持和投入。

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