什么是硅晶圓？哪些廠商生產(chǎn)硅晶圓？

近年來全球硅晶圓供給不足，導(dǎo)致8英寸、12英寸硅晶圓訂單能見度分別已達(dá)2019上半年和年底。目前國(guó)內(nèi)多個(gè)硅晶圓項(xiàng)目已經(jīng)開始，期望能夠打破進(jìn)口依賴，并且有足夠的能力滿足市場(chǎng)需求。

知識(shí)點(diǎn)一：什么是硅晶圓？

硅晶圓就是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成長(zhǎng)硅晶棒，成為制造積體電路的石英半導(dǎo)體的材料，經(jīng)過照相制版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圓。

1、純化。分成兩個(gè)階段，第一步是冶金級(jí)純化，此過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化硅轉(zhuǎn)換成 98% 以上純度的硅。大部份的金屬提煉，像是鐵或銅等金屬，皆是采用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是，98% 對(duì)于芯片制造來說依舊不夠，仍需要進(jìn)一步提升。因此，將再進(jìn)一步采用西門子制程（Siemens process）作純化，如此，將獲得半導(dǎo)體制程所需的高純度多晶硅。

圖：硅柱制造流程

2、拉晶。首先，將前面所獲得的高純度多晶硅融化，形成液態(tài)的硅。之后，以單晶的硅種（seed）和液體表面接觸，一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢的向上拉起。至于為何需要單晶的硅種，是因?yàn)楣柙优帕芯秃腿伺抨?duì)一樣，會(huì)需要排頭讓后來的人該如何正確的排列，硅種便是重要的排頭，讓后來的原子知道該如何排隊(duì)。最后，待離開液面的硅原子凝固后，排列整齊的單晶硅柱便完成了。

圖：?jiǎn)尉Ч柚?/p>

3、切割成片。只是，一整條的硅柱并無法做成芯片制造的基板，為了產(chǎn)生一片一片的硅晶圓，接著需要以鉆石刀將硅晶柱橫向切成圓片，圓片再經(jīng)由拋光便可形成芯片制造所需的硅晶圓。

圖：硅晶圓就長(zhǎng)這樣

6寸、8寸、12寸指的是什么？

指的是產(chǎn)生的晶柱，表面經(jīng)過處理并切成薄圓片后的直徑。尺寸越大時(shí)，拉晶對(duì)速度與溫度的要求更高，因此做出高品質(zhì)12寸晶圓的難度比8寸晶圓更高。

知識(shí)點(diǎn)二：哪些廠商生產(chǎn)硅晶圓？

集成電路用硅片是制造技術(shù)門檻極高的尖端高科技產(chǎn)品，全球只有大約10家企業(yè)能夠制造，其中前5家企業(yè)占有90%的市場(chǎng)份額。世界頭兩名集成電路用硅片制造商是日本信越(Shin-Etsu)和SUMCO，占全球60以上%；這兩家企業(yè)生產(chǎn)的大尺寸硅片（200毫米和300毫米）則占全球的70%以上，形成絕對(duì)壟斷和極高的技術(shù)壁壘。

全球硅片生產(chǎn)廠商包括日本信越(Shin-Etsu)、日本勝高（Sumco）、***環(huán)球晶圓(Global Wafer)、德國(guó)世創(chuàng)(Siltronic)、韓國(guó)LG Siltron、法國(guó)Soitec、***合晶(Wafer Works)、芬蘭Okmetic、***嘉晶(Episil)。

2017年8月，勝高（SUMCO）宣布投資約3.97億美元增產(chǎn)旗下伊萬里工廠，是近十年來首次大規(guī)模增產(chǎn)，預(yù)計(jì)于2019年上半年將12寸硅晶圓的月產(chǎn)能提高11萬片。

環(huán)球晶圓在***、中國(guó)大陸、日本與歐美等地均有布局，公司已與日本半導(dǎo)體設(shè)備廠Ferrotec合作建置上海8英寸硅晶圓廠，初期月產(chǎn)能約達(dá)10萬片。 同時(shí)，雙方也已洽商在杭州另行興建8英寸廠，初步規(guī)劃于2019年底時(shí)可開始生產(chǎn)。

環(huán)球晶圓是中美硅晶的子公司，2012年收購?fù)ㄟ^前身為東芝陶瓷的 CovalentMaterials（現(xiàn)為CoorsTek）的半導(dǎo)體晶圓業(yè)務(wù)，擴(kuò)大了業(yè)務(wù)范圍。后通過收購全球第四大半導(dǎo)體硅晶圓制造與供貨商SunEdisonSemiconductor一躍成為第三大硅晶圓供貨商。

全球第四大硅晶圓廠商Siltronic總部位于德國(guó)慕尼黑，資料顯示公司在德國(guó)擁有150/200/300mm的產(chǎn)線，在美國(guó)有一座200mm的晶圓廠，在新加波則擁有200和300mm的產(chǎn)線。

LG Siltron是LG旗下制造半導(dǎo)體芯片基礎(chǔ)材料半導(dǎo)體硅晶片的專門企業(yè)。然而SK集團(tuán)于2017年1月份收購了LG Siltron 51%的股份，以此打入半導(dǎo)體材料和零件領(lǐng)域。

2018年3月21日，嘉晶董事長(zhǎng)徐建華表示，客戶端對(duì)嘉晶需求非常強(qiáng)，追單多到難以滿足，車用、挖礦、資料中心等訂單尤其超強(qiáng)勁，有的客戶甚至要求簽訂長(zhǎng)約，以保障產(chǎn)能。嘉晶今年初擴(kuò)增產(chǎn)能，新產(chǎn)能約第二季起陸續(xù)產(chǎn)出，后續(xù)擴(kuò)產(chǎn)也會(huì)專注在利基型產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)硅晶圓項(xiàng)目有哪些？

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始硅片項(xiàng)目，包括上海新昇、重慶超硅、寧夏銀和、浙江金瑞泓、鄭州合晶、西安高新區(qū)項(xiàng)目等。合計(jì)投資規(guī)模超520億元人民幣，正在規(guī)劃中的12寸硅片月產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到120萬片。

新昇半導(dǎo)體是全球領(lǐng)先的12寸大硅片制造商之一，專注于300mm硅片的制造。2017年新昇開始試生產(chǎn)，向各類客戶提供測(cè)試片。在過去的6個(gè)月內(nèi)每月產(chǎn)出數(shù)萬片，目前正在進(jìn)行第一階段每月10萬硅片產(chǎn)能的建設(shè)，預(yù)計(jì)今年內(nèi)完成，并在今年下半年開始下一階段每月20萬硅片產(chǎn)能的建設(shè)，預(yù)計(jì)將在2019年完成。

2018年3月18日，總投資16億元的寧夏銀和半導(dǎo)體科技有限公司大尺寸半導(dǎo)體硅片項(xiàng)目在銀川經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)開工。項(xiàng)目建成后，可年產(chǎn)420萬片8英寸半導(dǎo)體級(jí)單晶硅片和年產(chǎn)240萬片12英寸半導(dǎo)體級(jí)單晶硅片。

天津中環(huán)半導(dǎo)體最新公告表明，公司在直拉單晶方面實(shí)現(xiàn)了 8 英寸直拉單晶量產(chǎn)，并在2018 年一季度，實(shí)現(xiàn) 12 英寸直拉單晶樣品試制。在半導(dǎo)體區(qū)熔單晶及拋光片方面，8 英寸半導(dǎo)體拋光片項(xiàng)目產(chǎn)能已陸續(xù)釋放，2018 年 3 月，8 英寸拋光片產(chǎn)能已達(dá)到10 萬片/月，預(yù)計(jì)項(xiàng)目 2018 年 10 月建成。

后產(chǎn)能將達(dá)到 30 萬片/月，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)最大市場(chǎng)占有率，同時(shí)建立12 英寸拋光片試驗(yàn)線，預(yù)計(jì) 2018 年底實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能 2 萬片/月。公司在江蘇地區(qū)大直徑拋光片產(chǎn)業(yè)化方面預(yù)計(jì) 2018 年四季度設(shè)備進(jìn)場(chǎng)調(diào)試。項(xiàng)目投資完成后，預(yù)計(jì) 2022年將實(shí)現(xiàn) 8 英寸拋光片產(chǎn)能 75 萬片/月，12英寸拋光片產(chǎn)能 60 萬片/月的生產(chǎn)規(guī)模。

重慶超硅半導(dǎo)體于2014年5月開工，2016年4月投入試生產(chǎn)。2016年5月第一根IC級(jí)8英寸單晶硅棒成功拉出；2016年9月第一根IC級(jí)12英寸單晶硅棒成功拉出；2016年10月第一批IC級(jí)單晶硅順利下線，預(yù)示“極大規(guī)模集成電路用300毫米（含200毫米）單晶硅晶體生長(zhǎng)與拋光硅片及延伸產(chǎn)品（一期）”項(xiàng)目正式建成，并舉行產(chǎn)品下線儀式；2017年1月20日第一批200毫米硅片產(chǎn)品出廠發(fā)貨。達(dá)產(chǎn)后將實(shí)現(xiàn)8英寸硅片年產(chǎn)600萬片、12英寸硅片年產(chǎn)60萬片的產(chǎn)能。

2017年1月金瑞泓科技(衢州)有限公司舉行開工儀式，項(xiàng)目規(guī)劃總投資50億元，建成月產(chǎn)40萬片8英寸硅片和月產(chǎn)10萬片12英寸硅片的項(xiàng)目規(guī)模。項(xiàng)目計(jì)劃分三期逐步實(shí)施。一期總投資約7億元，建設(shè)周期為2017年至2019年，用地100畝，計(jì)劃2017年建成月產(chǎn)10萬片8英寸硅外延片項(xiàng)目；二三期項(xiàng)目總投資43億元，用地120畝，將形成月產(chǎn)30萬片8英寸硅片項(xiàng)目生產(chǎn)線和月產(chǎn)10萬片12英寸硅片項(xiàng)目生產(chǎn)線。

2017年7月27日，鄭州合晶硅材料有限公司年產(chǎn)240萬片200mm硅單晶拋光片生產(chǎn)項(xiàng)目建設(shè)動(dòng)員大會(huì)舉行。項(xiàng)目計(jì)劃總投資53億元，占地153畝，主要建設(shè)200毫米、300毫米硅材料襯底片和外延片生產(chǎn)基地。項(xiàng)目共分兩期實(shí)施，一期產(chǎn)能為200毫米硅材料襯底片20萬片/月，二期產(chǎn)能為300毫米硅材料襯底片25萬片/月和外延片9萬片。

2017年12月9日，奕斯偉硅產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目簽約儀式在西安舉行。西安高新區(qū)與北京芯動(dòng)能公司、北京奕斯偉公司三方共同簽署了硅產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目投資合作意向書。根據(jù)意向書，該項(xiàng)目總投資超過100億元，由北京芯動(dòng)能公司旗下北京奕斯偉公司作為主體統(tǒng)一規(guī)劃、分期推進(jìn)。

知識(shí)點(diǎn)三：供需關(guān)系解讀

據(jù)Gartner的預(yù)測(cè)，到2020年全球硅片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到110億美元左右。目前全球硅晶圓供給方面，12英寸硅晶圓月產(chǎn)能約550~560萬片。目前國(guó)還不具備12英寸硅片的生產(chǎn)能力，一直依賴進(jìn)口，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的總需求約為45萬片/月，預(yù)估到2020年我國(guó)12寸硅片月需求量為80-100萬片。

據(jù)了解國(guó)內(nèi)規(guī)劃中的12寸硅片月產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到120萬片，如果順利進(jìn)行那么產(chǎn)能就能滿足自我需求。另外業(yè)內(nèi)人士表示，如果國(guó)內(nèi)8英寸項(xiàng)目都能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)目標(biāo)，將可能會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩