硅片——半導(dǎo)體材料的“王者”

眾所周知，硅片是半導(dǎo)體生產(chǎn)中目前所用到的最多的原材料。近幾年，隨著第三代第四代半導(dǎo)體概念的提出，硅作為半導(dǎo)體材料界的“元老”被大家歸類到第一代半導(dǎo)體。雖說各代半導(dǎo)體之間并無替代關(guān)系，但是硅片還是憑借絕對優(yōu)勢，占據(jù)了半導(dǎo)體材料的王者地位，近期無“材”撼動。vB6esmc

據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)統(tǒng)計(jì)，2015年至2020年間，全球半導(dǎo)體硅片(不含SOI)銷售額從71.5億美元上升至111.7億美元，年均復(fù)合增長率達(dá)9.3%。全球硅片市場需求旺盛，國內(nèi)市場增速快于全球。中國大陸半導(dǎo)體硅片銷售額從4.3億美元上升至13.4億美元，年均復(fù)合增長率高達(dá)25.5%，遠(yuǎn)高于同期全球半導(dǎo)體硅片的年均復(fù)合增長率。vB6esmc

芯片越做越小，硅片越做越大

硅片直徑主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸（200mm）、12英寸（300mm）。硅片尺寸越大，在單片硅片上制造的芯片數(shù)量就越多，單位芯片的成本隨之降低。例如，在同樣的工藝條件下，300mm半導(dǎo)體硅片的可使用面積超過200mm硅片的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產(chǎn)的芯片數(shù)量的指標(biāo)）是200mm硅片的2.5倍左右。因此，硅片的尺寸越大，相對而言硅片邊緣的損失會越小，有利于進(jìn)一步降低芯片的成本。vB6esmc

自2000年全球第一條300mm芯片制造生產(chǎn)線建成以來，全球300mm半導(dǎo)體硅片出貨面積就不斷上升。據(jù)IC Insights預(yù)測，到2021年，全球可量產(chǎn)300mm半導(dǎo)體硅片的廠商數(shù)量將達(dá)123家，未來全球300mm半導(dǎo)體硅片產(chǎn)能占比有望繼續(xù)擴(kuò)大。vB6esmc

在未來一段時間內(nèi)，300mm半導(dǎo)體硅片仍將作為主流尺寸，同時100-150mm半導(dǎo)體硅片產(chǎn)能將逐步向200mm半導(dǎo)體硅片轉(zhuǎn)移，而200mm半導(dǎo)體硅片產(chǎn)能將逐步向300mm半導(dǎo)體硅片轉(zhuǎn)移，向大尺寸方向發(fā)展是半導(dǎo)體硅片行業(yè)最基本的發(fā)展趨勢。vB6esmc

蛋糕，不是誰都能吃得下

大尺寸硅片就像擺在硅片廠商面前的一塊蛋糕。vB6esmc

受新冠疫情常態(tài)化后的產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響，隨著5G通信、汽車電子、工業(yè)電子、人工智能、云計(jì)算、各類消費(fèi)電子產(chǎn)品等終端市場需求的快速增長，行業(yè)“缺芯”的情況進(jìn)一步加??；另一方面，在諸多因素的影響下，臺積電、英特爾、格羅方德、三星等國際大廠紛紛加大資本開支，進(jìn)行產(chǎn)能建設(shè)或技術(shù)升級。芯片短缺與晶圓廠擴(kuò)張傳導(dǎo)到產(chǎn)業(yè)鏈上游的硅片產(chǎn)業(yè)，使硅片需求量增大。vB6esmc

在應(yīng)用上，300mm大硅片主要用于CPU/GPU等邏輯芯片和存儲芯片。受5G手機(jī)換機(jī)潮和海量數(shù)據(jù)爆發(fā)等因素影響，存儲芯片成300mm硅片需求增長重要推力之一，此外，電子設(shè)備中 CPU、GPU 等高端邏輯芯片大多依賴于300mm晶圓制造，在終端市場持續(xù)向好背景下，300mm硅片需求持續(xù)增加。目前全球300mm硅片產(chǎn)能利用率保持在高位，根據(jù)SUMCO預(yù)測，2023 年產(chǎn)能利用率超過 100%，300mm硅片供不應(yīng)求的情況或?qū)⒊掷m(xù)。vB6esmc

200mm硅片主要應(yīng)用于電源管理IC、LCD/LED驅(qū)動IC、MCU、功率半導(dǎo)體MOSFET、汽車半導(dǎo)體等。由于8英寸晶圓制造具有較為成熟的特殊工藝，在新能源汽車、車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)等領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢。在產(chǎn)業(yè)鏈終端需求不斷上升的趨勢下，8英寸晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)將致使200mm硅片需求增加。vB6esmc

在下游需求旺盛的情況下，硅片企業(yè)享受著“量價齊升”的紅利。而為何蛋糕就擺在了面前，卻不是所有人都能分一塊呢？vB6esmc

硅片生產(chǎn)線的建設(shè)周期較長，一般為2-3年，這也意味著廠商開始投資建設(shè)新的生產(chǎn)線后，在未來的一段時間內(nèi)硅片產(chǎn)能不能夠快速提升。vB6esmc

硅片行業(yè)屬于技術(shù)密集型行業(yè)，隨著硅片尺寸的加大，其工藝難度和技術(shù)障礙也隨之提升，起步較晚的一些廠商缺乏技術(shù)積累，會導(dǎo)致在核心制造技術(shù)和核心設(shè)備的缺乏。這就給眾多硅片廠商設(shè)置了隱形的門檻。vB6esmc

再者，為了保證芯片的質(zhì)量，硅片廠商需要經(jīng)過晶圓制造商嚴(yán)格而且長時間的質(zhì)量認(rèn)證周期，一旦通過驗(yàn)證，雙方就會形成長期、穩(wěn)定的合作關(guān)系。對于新進(jìn)入者而言，無疑又是一道難過的關(guān)卡。vB6esmc

國產(chǎn)硅片也有“大”格局

我國硅片產(chǎn)業(yè)起步較晚，技術(shù)積累不及國外，但是這也恰恰說明了國內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)還存在著巨大的市場。而真正的明智是抓住機(jī)遇，認(rèn)清趨勢，在正確的路上堅(jiān)定不移的向前走。大尺寸硅片儼然成為了行業(yè)追逐的趨勢。近年來國內(nèi)廠商加快半導(dǎo)體硅片的研發(fā)投入和建設(shè)，已有多家廠商實(shí)現(xiàn)了從 200mm到 300mm半導(dǎo)體硅片的突破。vB6esmc

1.滬硅產(chǎn)業(yè)vB6esmc

滬硅產(chǎn)業(yè)是較早致力于發(fā)展硅片產(chǎn)業(yè)的本土廠商之一，也是300mm半導(dǎo)體硅片國產(chǎn)化先鋒。2020年，公司營業(yè)收入達(dá)到18.11億元較上年同期增加了約21.36%，部分原因也是300mm半導(dǎo)體硅片銷量增加的帶動。滬硅拿出的成績單光鮮亮麗，這也是理所應(yīng)該的。公司于2020年4月20日在科創(chuàng)板成功上市，首次發(fā)行股份募集的資金主要用于300mm硅片的技術(shù)提升和產(chǎn)能擴(kuò)張，助力公司規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。vB6esmc

截至2021年上半年，公司的在研項(xiàng)目《20-14nm集成電路用300mm硅片成套技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》已累計(jì)投入約1.32億元，目前已順利完成國家“02 專項(xiàng)”驗(yàn)收；《300mm無缺陷硅片研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》項(xiàng)目已累計(jì)投入約1.2億元，處于產(chǎn)品認(rèn)證過程中。vB6esmc

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2020年研發(fā)投入情況表，資料來源：滬硅產(chǎn)業(yè)財報vB6esmc

2020年，滬硅的研發(fā)投入較去年增加了55.62%，達(dá)到約1.31億。滬硅很好地詮釋了對“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的貫徹。vB6esmc

除了技術(shù)上的不懈追求外，滬硅也在產(chǎn)能擴(kuò)張方面下足了功夫。根據(jù)滬硅產(chǎn)業(yè)財報顯示，2019年，滬硅子公司上海新昇的300mm半導(dǎo)體硅片產(chǎn)能達(dá)到15萬片/月；2020年300mm半導(dǎo)體硅片產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到20萬片/月；根據(jù)滬硅產(chǎn)業(yè)2021年半年度財報顯示，上海新昇300mm 半導(dǎo)體硅片產(chǎn)能已達(dá)到25萬片/月。今年1月，上海新昇新增30萬片集成電路用300mm高端硅片研發(fā)與先進(jìn)制造項(xiàng)目正式開工。據(jù)悉，上海新昇現(xiàn)在已經(jīng)安裝了每月30萬片的計(jì)劃產(chǎn)能，2021年底將實(shí)現(xiàn)30萬片/月的產(chǎn)能目標(biāo)。vB6esmc

2.中環(huán)股份vB6esmc

中環(huán)股份已經(jīng)形成了較為完善的 4-12 英寸半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)線，并持續(xù)拓展新產(chǎn)品，覆蓋更多應(yīng)用領(lǐng)域。中環(huán)股份位于無錫的8-12 英寸大硅片項(xiàng)目快速投產(chǎn)增量，進(jìn)一步強(qiáng)化了公司以內(nèi)蒙、天津、江蘇為制造基地的全國化產(chǎn)業(yè)布局。截至2021年上半年，200-300mm大硅片項(xiàng)目一期進(jìn)入驗(yàn)收結(jié)尾階段，項(xiàng)目二期提前啟動，目前200mm硅片月產(chǎn)能為60萬片，300mm硅片月產(chǎn)能為7萬片；預(yù)計(jì)2021年年末實(shí)現(xiàn)200mm硅片月產(chǎn)能70萬片，300mm硅片月產(chǎn)能17 萬片的目標(biāo)。vB6esmc

技術(shù)研發(fā)和客戶認(rèn)證方面，中環(huán)股份2021年上半年研發(fā)費(fèi)用率為 9.7%，較去年同期提高4.9個百分點(diǎn)。新產(chǎn)品研發(fā)認(rèn)證順利，陸續(xù)進(jìn)入量產(chǎn)階段。300mm產(chǎn)品處于增量和突破期，應(yīng)用于特色工藝的產(chǎn)品已通過17 多家國內(nèi)一線客戶認(rèn)證并穩(wěn)定量產(chǎn)。vB6esmc

中環(huán)股份 2017 年啟動200mm-300mm大直徑硅片項(xiàng)目建設(shè)，規(guī)劃200mm、300mm硅片產(chǎn)能105萬片/月和62萬片/月。2020年天津工廠已實(shí)現(xiàn)200mm硅片產(chǎn)能30萬片/月，宜興工廠也預(yù)計(jì)達(dá)到30萬片/月，300mm硅片產(chǎn)能分別為2萬片/月和5-10萬片/月。vB6esmc

3.杭州立昂微電子vB6esmc

杭州立昂微電子于2015年6月15日成功全資收購國內(nèi)半導(dǎo)體硅片制造巨頭浙江金瑞泓科技股份公司，一舉成為國內(nèi)少見的具有硅單晶、硅研磨片、硅拋光片、硅外延片及芯片制造能力的完整產(chǎn)業(yè)平臺。截至2021年上半年，立昂的大尺寸硅片規(guī)模上量明顯，200mm硅片產(chǎn)線的產(chǎn)能充分釋放；300mm硅片在關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量以及客戶供應(yīng)上取得重大突破，已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)銷售，目前主要銷售的產(chǎn)品包括拋光片測試片及外延片正片，同時正在持續(xù)開展客戶送樣驗(yàn)證工作。立昂的《年產(chǎn)180萬片集成電路用12英寸硅片項(xiàng)目》預(yù)算總投資約34.6億元，截至2020年底已完成項(xiàng)目投資約5.66億元，項(xiàng)目進(jìn)度 16.36%。預(yù)計(jì)將在 2021 年底達(dá)到年產(chǎn)180 萬片規(guī)模的產(chǎn)能。vB6esmc

4.超硅股份vB6esmc

超硅股份子公司上海超硅已于2020年9月28日正式投產(chǎn)，300mm拋光片月產(chǎn)能約5萬片，月產(chǎn)能投產(chǎn)約2萬片。上海超硅在輔導(dǎo)信息中稱，公司目前擁有先進(jìn)的300mm硅片全自動智能化生產(chǎn)線。公司300mm產(chǎn)線全部投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)將占世界大尺寸硅片總用量的5%-10%，可基本解決IC產(chǎn)品在大硅片材料的自給自足。vB6esmc

5.神工半導(dǎo)體vB6esmc

截至2021年上半年，公司《半導(dǎo)體級 8 英寸輕摻低缺陷拋光片》募投項(xiàng)目已完成月產(chǎn)能 5萬片的設(shè)備安裝調(diào)試工作；目前按計(jì)劃以每月8萬片的規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)，以持續(xù)優(yōu)化工藝；產(chǎn)品已進(jìn)入客戶認(rèn)證流程，進(jìn)展順利。vB6esmc

6.中欣晶圓vB6esmc

今年9月，中欣晶圓順利完成B輪融資，融資金額33億元人民幣。將用于12英寸硅片第二個10萬片產(chǎn)線建設(shè)，到2022年底12英寸硅片將達(dá)到20萬片/月的產(chǎn)能。產(chǎn)品主要用于邏輯芯片、閃存芯片、動態(tài)隨機(jī)存儲芯片、圖像傳感器、顯示驅(qū)動芯片等。vB6esmc

結(jié)語

源源不斷的資本的注入、廠商的積極研發(fā)，讓國產(chǎn)大硅片的發(fā)展之路走得更鏗鏘有力，相信未來，國產(chǎn)硅片的大格局也能告訴世界：這塊蛋糕我看到了，也吃到了。vB6esmc