摘要：7月2日，浙江立昂微子公司金瑞泓成功拉制出擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的量產(chǎn)型集成電路用12英寸硅單晶棒，這標志著國內(nèi)的大硅片產(chǎn)業(yè)化布局取得了重要成果，在最關(guān)鍵的拉晶環(huán)節(jié)取得了重大技術(shù)突破，并擁有了12英寸硅片的量產(chǎn)能力。

硅片又稱作硅圓晶片，結(jié)晶硅具有分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、自由電子少、導電性低等特點，因此被用作芯片制造的基底。可是國產(chǎn)硅片制造技術(shù)較之國外仍有很大差距，尤其在大尺寸硅片領(lǐng)域差距明顯。

半導體硅片向著大尺寸方向發(fā)展

從硅片發(fā)展歷程來看，硅片尺寸經(jīng)歷了2英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸和12英寸。硅片的尺寸越大，在單片硅片上制造芯片的數(shù)量就越多，單片芯片的分攤成本隨之降低，并且硅片邊緣的損失會減小，因此發(fā)展大尺寸芯片有利于降低成本，但同時對設(shè)備和工藝的要求則越高。目前國際上已經(jīng)實現(xiàn)18英寸硅片的技術(shù)突破，我國則在12英寸技術(shù)上實現(xiàn)了突破。預(yù)計到2020年，12英寸硅片將成為主流。

硅片主要應(yīng)用在半導體和光伏兩大領(lǐng)域，但主要差異體現(xiàn)在硅片類型、純度以及平整光滑度等熱性上。半導體硅片相比于光伏硅片要求更高的純度以及更嚴格的表面平整度、光滑度、潔凈程度，因此制備門檻遠高于光伏級硅片。

表1 光伏與半導體用硅片的差異

(資料來源：公開資料整理)

硅片的生產(chǎn)步驟繁多、過程復(fù)雜，從硅礦石到硅片成形大致包括了制備多晶硅、鑄錠、拉晶、切片、磨片、倒角、刻蝕、拋光、清洗、晶圓檢測等多道工序，其中制備多晶硅、鑄錠、拉晶、切割是硅片生產(chǎn)的四個核心工藝技術(shù)，這四項技術(shù)主要通過影響硅片的純度、雜質(zhì)含量、密實度、晶粒尺寸及尺寸分布、結(jié)晶取向與結(jié)構(gòu)均勻性、硅片的薄厚程度等，進而影響硅片的質(zhì)量。

表2 半導體硅片制備的核心技術(shù)工藝

(資料來源：公開資料整理)

國外壟斷大硅片市場，國內(nèi)實現(xiàn)技術(shù)突破

全球硅片市場具有高度壟斷性，一半以上的半導體硅材料產(chǎn)能集中在日本，且隨著硅片尺寸變大，壟斷情況越來越嚴重。2016年的SUMCO官網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，日本信越半導體、日本三菱住友(sumco)、臺灣環(huán)球晶圓、德國Siltronic AG、韓國LG Siltron分別占全球市場份額的 27%、26%、17%、13%、9%，前五大半導體硅片廠商合計份額高達 92%。

我國半導體材料整體國產(chǎn)替代率較低，用于晶圓制造的材料國產(chǎn)化率還不足10%。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院援引的中國電子材料行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2018年大陸對12英寸硅片的需求高達50萬片/月，但2018年國內(nèi)還沒有12英寸硅片的量產(chǎn)產(chǎn)能。雖然近些年我國半導體國產(chǎn)化率有所提升，但大多集中在封裝材料、濕化學品等技術(shù)壁壘較低的領(lǐng)域，在技術(shù)要求更高的硅片制造、掩膜板、光刻膠等材料方面，還有巨大的國產(chǎn)替代空間。

表3 半導體制造材料國產(chǎn)技術(shù)水平分布

(資料來源：公開資料整理)

國內(nèi)企業(yè)中有中環(huán)股份、上海硅產(chǎn)業(yè)集團、浙江金瑞泓、南京國盛電子、洛陽單晶硅集團等公司在從事硅片生產(chǎn)。其中中環(huán)股份是全球領(lǐng)先的光伏單晶硅片生產(chǎn)企業(yè)，并開始進軍半導體用大硅片產(chǎn)業(yè);上海硅產(chǎn)業(yè)集團子公司上海新昇、浙江金瑞泓具備生產(chǎn)12英寸硅片的能力，但形成持續(xù)的量產(chǎn)能力還需時日;8英寸硅片國內(nèi)技術(shù)已經(jīng)相當成熟，如合晶鄭州、金瑞泓、重慶超硅、中環(huán)內(nèi)蒙天津等都已經(jīng)具備量產(chǎn)能力。

結(jié)語

隨著晶圓廠的不斷擴建，未來硅片的供需關(guān)系會進一步緊張，國內(nèi)晶圓廠商有時必須提價才能拿到國外的硅片訂單。因此，必須保證硅片材料的自主可供，以避免因過于依賴進口而帶來的半導體產(chǎn)業(yè)面臨材料短缺和產(chǎn)業(yè)鏈斷裂的風險。