半导体

硅晶圆:价格上涨倒逼国产化加速

作者:陈炳欣来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2017-10-17 17:19我要评论

从今年初开始,半导体产业的关键材料之一硅晶圆的价格便不断上涨,且涨价趋势正快速从12英寸硅片向8英寸与6英寸蔓延。另有消息称,台积电、联电等代工龙头企业日前已与日本信越(ShinEtsu)、SUMCO等硅晶圆主要供应商签订1~2年短中期合约,其中12英寸硅片签约价已提高到每片120美元,相比去年年底的75美元上涨60%%。

硅晶圆一直是我国半导体产业链的一大短板,目前国内企业只能达到4~6英寸硅片的性能需要,并少量供应8英寸市场,12英寸硅晶圆基本是空白。在市场供给充足之际,这种状态对整个下游产业或许不会造成重大影响。然而一旦供需失衡,未来国内一些新建的晶圆制造企业或者中小型晶圆厂就有可能陷入产能开出却无晶圆可用的尴尬局面。因此,提高硅晶圆的国产化率正变得刻不容缓。

供需缺口仍将进一步扩大

芯片是在硅晶圆片的基础上加工制造而成。因此说,硅晶圆产业是集成电路产业的基础并不过分。然而,今年以来全球范围内硅片的供应持续吃紧,出现了久违8年的价格连续上涨情形。根据SEMI公布的硅晶圆产业分析报告,今年第二季度全球硅片出货面积2978百万平方英寸,连续5个季度出货量创下历史新高纪录。母公司为SUMCO的我国台湾地区硅晶圆厂商台胜科副总经理兼发言人赵荣祥日前表示,今年硅晶圆将呈供不应求、价格持续上涨的局面,并且预测2018年至2019年市场的供需状况将更加紧张。因为届时中国大陆新建晶圆厂产能将会开出,需求预期将进一步上升。在硅晶圆产能没有同步增加的前提下,供给将较现在更为吃紧。赵荣祥预计,2017年至2020年硅晶圆市场规模将增长4.3%%至5.4%%,其中NAND FLASH与逻辑晶圆是主要的驱动力。

归纳造成近几个月硅晶圆价格持续上涨的主要原因:首先硅晶圆产业经历了多年的低潮期,过剩产能得到消化,目前全球主要的硅晶圆生产商的产能已经全开却仍无法满足订单需求,产能持续吃紧。其次是中国大力扶持半导体产业发展,芯片国产化进程提速。在政策的引导下,12英寸晶圆厂投资激增,目前月产能46万片左右,在建产能约为63万片。未来,我国12英寸厂单月产能将达到109万片,加深了硅晶圆供需缺口。此外,智能手机等电子消费品出货量增加,导致硅晶圆下游的半导体产业进一步回暖,是本轮硅晶圆缺货潮的深层原因。

针对上述情况,中国工程院院士、中国科学院半导体研究所研究员梁骏吾在日前召开的“中国曲靖首届硅晶材料论坛”上指出,集成电路和功率半导体是先进大国竞争的战略性产业,电子级多晶硅又是发展集成电路产业的基础。我国虽然已经成为太阳能级多晶硅的生产大国,但是在电子级多晶硅上我国的实力仍然不足。因此,下一阶段我国的主要任务是高质量地完成满足IC和电力电子器件产业需要的电子级多晶硅—单晶硅,以其相关产业链的各个环节,大力推进我国内硅晶圆产业的发展刻不容缓。

12英寸硅片基本是空白

从全球来看,硅晶圆产业具有很高的垄断性,全球一半以上的产能集中在日本,而且硅片的尺寸越大、纯度越高,垄断情况就越严重。据统计,2015 年全球半导体硅片销售额前两名的信越和 Sumco 都是日本公司。其中信越在2015年的销售额超过21亿美元,Sumco销售额将近20亿美元,两家日本公司市场占有率合计超过50%%。德国的 Siltronic(全球排名第三)在2015年的销售额将近10.5亿美元,排名第四到第六的SunEdison Semiconductor、LG Siltron和Global Wafer三家的销售额在7亿~8亿美元之间,其他公司的销售额都在 3 亿美元以下。从这组数据可以看出整个行业的垄断性之高。前六大厂的销售份额达到92%%。

相较而言,我国硅晶圆产业的差距仍然非常巨大。根据中国电子材料行业协会常务副秘书长袁桐的介绍,2016年国内企业在4~6英寸硅片(含抛光片、外延片)上的产量约为5200万片,基本可以满足国内4~6英寸的晶圆需求。具备8英寸硅片和外延片生产能力的有浙江金瑞泓、昆山中辰(台湾环球晶圆子公司)、北京有研总院、河北普兴、南京国盛、中国电科46所以及上海新傲,合计月产能为23.3万片/月。2016年国内8英寸硅片产量(含抛光片和外延片)总计为120万片。目前国内对8英寸硅片月需求量约80万片,2020年开始月需求约750万~800万片。供需缺口极大。

至于12英寸硅晶圆片则一直依赖进口,目前国内的总需求约为50万片/月,预计到2018年后总需求为110万~130万片/月。而目前我国还不具备12英寸硅片的生产能力。对此,袁桐进一步指出:“2016年集成电路主要材料行业中低端产品严重过剩的局面得到改善,中、高端产品开始涌现。然而,如何促进高端产品的量产,提升产品的质量稳定性和批次的一致性是行业共同面临的问题。集中行业力量攻克12英寸硅片技术难题,实现产业化迫在眉睫。”

推进产业链的整体协同发展

“我国12英寸硅晶圆一直依赖进口的主要原因在于目前国内还没有掌握大规模量产IC集成电路用的高纯大硅片技术。而制造高纯大硅片的技术障碍主要是硅的纯度和大尺寸硅片的良率问题。对于先进工艺的半导体单晶硅片,纯度需要达到11个9以上(即99.999999999%%),目前国内还无法实现 ,同时大尺寸硅片对倒角、精密磨削等加工工艺要求很高,国内还没有掌握高良率的技术能力。”袁桐告诉记者。

因此,发展硅晶产业应从上游抓起,从电子级多晶硅材料着手,实现产品的高纯度,然后依次推动硅晶材料、拉晶、切片、清洗、抛光等产业链的协同发展。资料显示,目前国内从事电子级多晶硅材料研发生产的企业有4~5家,主要有青海黄河上游电子级多晶水电开发有限公司新能源公司、云南冶金云芯硅材股份有限公司、江苏鑫华半导体材料科技有限公司、洛阳中硅高新科技有限公司等。黄河水电和云芯硅材分别有2200吨的产量和200多吨的产量。目前进入硅材料认证和试用的仅黄河水电和云芯硅材两家企业,但电子级产品品质还未完全达到国际高端产品水平,产品质量稳定性还需进一步提升,电子级多晶硅成本还有待于进一步下降。

不过,根据云南冶金云芯硅材股份有限公司董事长白荣林的介绍,目前电子级多晶硅国产化正面临难得的发展机遇。“目前,我国集成电路用硅材料需求不断扩大,国内在建或计划开工的6英寸~12英寸的晶圆生产线达44条,全部投产后国内电子级多晶硅年需求量将增至6000吨左右。这为产业的发展提供了市场基础。近十余年来,通过对国外技术的引进、消化、吸收、集成再创新,我国企业也形成了成熟的氢化、精馏、还原、尾气回收等自主知识产权的技术,培养了大批专业人才,还原炉、氢化炉、直拉炉等多晶硅生产关键设备已实现国产化。这些都为提升电子级多晶硅的质量和降低制造成本打下了坚实的基础。目前,云芯硅材产品满足3英寸至6英寸硅片的要求,性能达到国外进口原料水平,已实现连续稳定供货,8英寸至12英寸硅片正在试用中。”白荣林表示。

而随着电子级多晶硅的国产化逐步取得突破,我国在大硅片领域也在取得进步。有消息称,上海新昇半导体预计2017年年底将完成第一期产品投产,计划月产12英寸硅片15万片,到2020年第二期产品投产,计划月产30万片。

我国硅晶圆产业正在整体推进当中,要想取得突破性的进展,需要产业链的整体协同推进。


责任编辑:陈炳欣

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