中國硅片月需100萬片 為何幾乎依靠進(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。硅片加工過程要經(jīng)過晶體定向→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→包裝等工序。

　　根據(jù)硅純度的不同要求，可分為太陽能等級99．9999％，6個“9”純度，以及半導(dǎo)體等級11個“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。

　　來源：半導(dǎo)體制程技術(shù)導(dǎo)論；2001年肖宏P(guān)102

　　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)1635．3萬片（8英寸計(jì)）。按地區(qū)分布，***地區(qū)依月產(chǎn)354．7萬片，市占率達(dá)21．7％，居全球首位；韓國依月產(chǎn)335．7萬片，市占率20．5％，居第二；日本依月產(chǎn)282．4萬片，市占率17．3％，居第三；北美依月產(chǎn)232萬片，市占率14．2％，居第四；中國依月產(chǎn)159．1萬片，市占率9．7％，居第五位；歐洲依月產(chǎn)104．6萬片，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，硅片尺寸過渡的時間無法達(dá)成共識，其中有一種觀點(diǎn)認(rèn)為累積硅片的出貨量超過100萬片時，表示該進(jìn)入硅片尺寸時代。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年的說法，將全球硅片尺寸的過渡時間表列于如下：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量中，中國量最多、品質(zhì)最好，但是我國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450萬片／月。2015年第1至第2季度每月平均需求量約500萬片。

　　現(xiàn)在300mm半導(dǎo)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)，預(yù)計(jì)未來的5年內(nèi)僅300mm硅片中國的需求量要超過月產(chǎn)100萬片以上。而從硅片的市場供應(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)體級的大硅片，不僅是產(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)，原因就是雖然有國內(nèi)研發(fā)機(jī)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(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

　　由國家立項(xiàng)的12英寸硅片項(xiàng)目己經(jīng)啟動，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)致力于在我國研究、開發(fā)適用于40－28nm節(jié)點(diǎn)的300mm硅單晶生長、硅片加工、外延片制備、硅片分析檢測等硅片產(chǎn)業(yè)化成套量產(chǎn)工藝；建設(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(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15萬片12英寸和5萬片8英寸硅片，最終將形成300mm硅片60萬片／月的產(chǎn)能，年產(chǎn)值達(dá)到60億元。屆時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時為8661MSI（百萬平方英寸），銷售額達(dá)121億美元；到2010年時為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、臺積電和GlobalFoundries在2011年共同成立全球450mm聯(lián)盟，簡稱G450C，并于美國紐約州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)臺設(shè)備有不少方針已開始確立，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 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)三個聯(lián)盟來推動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） 和國際半導(dǎo)體設(shè)備與材料協(xié)會 （SEMI） 等也在推動全球產(chǎn)業(yè)鏈的合作研發(fā)，因?yàn)楣杵睆降脑龃髮縿诱麄€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)備不是簡單地把腔體的直徑放大，而是要從根本上對于設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，因此面臨著經(jīng)費(fèi)與人力等問題，更多的擔(dān)心是未來的市場，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年開始G450C聯(lián)盟出現(xiàn)暫緩研發(fā)450mm硅片的跡象。盡管如臺積電等曾宣布將于2018至2019年期間會采用450毫米硅片，然而依目前半導(dǎo)體業(yè)的態(tài)勢觀察，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)鏈在等待未來市場再次高潮的到來。

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

　　來源：SEMI，數(shù)據(jù)僅為半導(dǎo)體，太陽能硅片未計(jì)入