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。
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。
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)。
表1-1 国内12英寸大硅片生产线项目(含拟在建)(截至2020年3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。