群雄逐“陆”,国内半导体大硅片未来前景可期

时间2020-05-29 10:15:52来源:作者:admin 点击:
    硅片是硅基集成电路的关键材料,全球95%以上的半导体器件和90%以上的集成电路制作在硅片上。半导体硅片下游应用芯片制造,作为当前应用最广泛的衬底材料,硅片在晶圆制造材料中的成本占比超过1/3,纯度要求极高、加工难度大、质量稳定性要求严苛,并随晶圆制造工艺迭代升级产品技术不断提升。长期以来全球半导体硅片市场被日本信越化学、胜高(SUMCO)、台湾环球晶圆、德国世创、韩国SK Siltron五大公司所垄断。近几年,随着中国半导体终端市场的飞速发展,半导体制造不断向中国大陆转移,大量芯片制造产线在国内大规模建设投产,国际贸易新形势下,半导体硅片国产化刻不容缓。
国内芯片制造持续放量,带动硅片需求快增

芯片制造产能情况是判断半导体硅片需求量最直接的指标。近年来,随着中芯国际、华力微电子、长江存储、华虹宏力等中国大陆芯片制造企业的持续扩产,中国大陆芯片制造产能增速远高于全球芯片产能增速。

据中国电子材料行业协会统计,截至2019年年底,国内已量产、投产、在建、拟建的12英寸半导体晶圆制造线累计超过40条,已量产产线平均月产能119万片/月。已量产、投产、在建、拟建的8英寸半导体晶圆制造线累计近30条,已量产产线平均月产能90万片/月。预计到2022年,国内12英寸半导体晶圆平均月产能将达到233万片/月,对12英寸硅片需求将达到165万片/月;8英寸半导体晶圆平均月产能将达到126万片/月,对8英寸硅片需求将达到116万片/月。

政策加码企业发力,12英寸大硅片获实质性突破

近年来,大硅片的发展得到了国家各层面的重视,在产业政策及项目资金等方面给予有力的支持。政策支持,企业发力,国内12英寸大硅片正片终获实质性突破。已实现12英寸大硅片量产的上海硅产业集团,上海新昇2014年开始承担“40-28nm集成电路用300mm硅片技术研发”项目建立一条产能15万片/月300mm硅片生产线。项目于2017年第四季度开始投产并形成销售,截至2019年12月31日,销售出货共计150万片。2019年上海新昇12英寸硅片实现销售超68万片,其中正片实现销售超过9万片,终获实质突破。公司二期“20-14nm 集成电路用300mm 硅片成套技术研发与产业化”项目稳步进行中。

其他项目进展情况如下:浙江金瑞泓在衢州12英寸硅片产业化项目已完成第一阶段的投资,于2019年11月投产形成年产36万12英寸硅片生产能力,开始产出产品;中环领先在宜兴12英寸半导体硅片项目2019年年底完成设备安装调试及样品产出,预计到2021年年底达到2万片/月产能;西安奕斯伟目前项目正在进行一期第一阶段建设,预计2020年7月开始投产,12英寸抛光片测试片已经产出并交付客户认证;上海申和热磁在杭州中欣晶圆12英寸抛光片项目,2019年2月开始建设计划投资32亿元,年产能240万片,至2019年底基建基本完成第一条年产60万片的产线建设。

集成电路用大硅片国产化率仍较低

尽管上海新昇在2019年实现了12英寸大硅片正片的销售及客户拓展,但销售量仍不及国内需求的1%,国产替代刚刚开始。

8英寸硅片方面,国内已有多家厂商实现了批量供应,据中国电子材料行业协会统计,截至2019年年底,国内已实现量产的8英寸抛光片产能130万片/月。浙江金瑞泓8英寸抛光及外延片,有研半导体、天津中环8英寸抛光片,上海晶盟、南京国盛8英寸外延片都已形成批量。2019年,郑州合晶、申和热磁等企业产品几乎全部出口,加之其他企业小部分出口,合计出口量达75万片。除去出口,约170万片实现了国内晶圆厂的批量销售,8英寸半导体硅抛光片整体国产化率尚不足20%,未来几年成长空间大。

需求刺激,半导体硅片建线热情高涨

需求刺激下,国内半导体硅片各地建线热情高涨。据统计,目前国内12英寸大硅片生产线(含拟在建)达到18条(见表1-1)。

 

1-1 国内12英寸大硅片生产线项目(含拟在建)(截至20203月)

序号

企业

地点

规划产能(万片/月)

1

上海新昇

上海

60

2

衢州金瑞泓

衢州

15

3

金瑞泓微电子

衢州

30

4

中环领先

宜兴

60

5

天津中环

天津

2

6

重庆超硅

重庆

5

7

上海超硅

上海

30

8

杭州中欣

杭州

20

9

安徽易芯

合肥

20

10

上海晶盟

上海

12

11

郑州合晶

郑州

27

12

西安奕斯伟

西安

50

13

宁夏银河

银川

20

14

经略长丰

自贡

40

15

有研德州

德州

30

16

徐州鑫晶

徐州

30

17

中晶嘉兴

嘉兴

100

18

睿芯晶

常州

10

合计

561

(来源:CEMIA

 

目前国内12英寸半导体硅片整体规划产能累计达561万片/月,如果项目进展顺利,将于2023年全部投产,单纯从规划产能来看,12英寸大硅片供给产能将比需求的3倍还多。

8英寸硅片生产线达18条(含拟在建),不同于12英寸大硅片,国内8英寸硅片产品同国外差距较小,部分产品达到国际一流水平。随着多条产线的陆续投产,8英寸半导体硅片产能将显著提升,价格优势将使国内晶圆制造厂采购国产产品的意愿不断增强,预计未来几年8英寸半导体硅片国产化率将会明显提高。

国内硅片发展需要“量增”与“质变”逐步形成下游芯片支撑

各地新的硅片投资项目密集上马,给大硅片国产化带来了希望,也给市场带来了信心,但项目投产后产品能否得到半导体制造企业的质量认可,通过主流晶圆厂验证导入,获得长期客户是关键。

近两年各地方纷纷上马大硅片生产线,分散的产能可能会有中低端产品雷同的竞争风险,需要硅片企业逐步向先进产品的技术发展。各地在硅片产业的发展过程中需要国家加强政策引导,保证“量增”与“质变”二者相互协同,产业步入良性快速发展。

目前国内大硅片发展仍处于起步阶段,在企业规模和产品品种能力与国外五大龙头企业还有差距,急需加快研发投入、人才等方面积累建设。同时,硅片制造过程从原料超高纯多晶硅、单晶生长用高品质石英坩埚、石墨热场等部件,高品质大单晶炉、硅片加工用线切割机等专用设备、分析检测仪器等仍大量进口,需要相关配套与设备企业协同发展。在工信部集成电路材料生产应用示范平台等引导支持下,集成电路材料与芯片制造企业间逐步建立密切合作机制,在先进工艺开发上协同发展,推进材料国产化进程。

对未来国产硅片产业发展的信心

2020年全球遭遇新冠肺炎疫情的黑天鹅危机,半导体作为全球化布局的产业,年初业内看好的2020年半导体产业发展趋势及市场必将受到重大扰动。在全球经济下滑的大背景下,中国半导体行业也必然受到影响,全球疫情的不确定性也将给全球半导体硅片市场带来诸多不确定性。

随着国外疫情的蔓延,对全球半导体行业的格局造成一定影响,特别是日本及欧美疫情的加剧,未来可能对全球半导体硅片供给产生影响。目前国内疫情已经缓解,中国半导体芯片工厂产能负荷高及新项目的投产,给国内厂商带来了供应链重塑的机会,材料国产替代有望进一步加速,对我们国内半导体硅片企业则是遇到进入客户的极佳机会,将有利推动集成电路大硅片国产化进口替代的进程。并未来以5G、汽车电子、物联网、AI、数据中心、工业机器人、智能穿戴等为驱动因素的新一轮硅含量提升周期到来,将带来半导体行业发展的新机遇。因此我们对国产大硅片的发展与未来还是充满信心的。