图1 日本RST公司年报数据
再生晶圆到底是什么?为什么会如此火爆?目前业界都有哪些玩家?未来的发展趋势将会如何?容我们来扒一扒近大热的再生晶圆。
什么是再生晶圆?
半导体硅片是硅材料是用途最广泛的半导体材料。目前全世界90%以上的半导体器件、95%以上的集成电路是用硅材料制作的。按照作用划分,半导体硅片主要可以分为两大类:第一类是正片(Prime Wafer),主要包括抛光片(Polished Wafer)、外延片(Epitaxial Wafer)等等;另一类则是测试片,主要包括控片(Monitor Wafers)、挡片(Dummy Wafers)。
图2 半导体硅材料分类简图
控片,主要作用是监控产线上的机器设备的稳定性和可靠性,判断制程能力是否稳定、生产环境是否洁净。产品投产之前,需要用控片来试加工一下,检验一下产线的稳定性。产品生产过程中,需要在正片中混杂一些控片,工艺完成后,可以用控片来判断该批次是否正常。通过使用控片,可以对离子注入、薄膜沉积、光刻、刻蚀和研磨等制程中的例如电阻率、薄膜沉积速率、刻蚀速率、研磨速率以及均匀性等进行监测。
挡片,主要作用就是占位。特别是在炉管(PVD/CVD/氧化扩散等)里,如果某批次的硅片不足,留有空隙,可能会影响气流稳定性和均匀性,因此需要加一些挡片,来把空余的位置填充起来,对炉管内的气流进行阻挡分层并使炉管内温度均匀分布,从而使气流中的反应气体与被加工硅片均匀接触、均匀受热,发生化学物理反应,沉淀或生长均匀的高质量薄膜。
而晶圆再生业务就是为芯片制造中使用过的控片、挡片提供回收再利用的服务,其能够大大降低芯片制造厂的运行成本。
据悉,目前全球晶圆从事再生业务的企业有20多家(其中日本有9家,美国和欧洲合计6计,其余主要分布在中国大陆、中国台湾以及韩国等地)。据国外有关专家预测,目前全球再生晶圆的总产能在2400万片/年左右。之前,日本RS Technologies(市占率约30%)和台湾中砂、辛耘、升阳等企业控制着全球80%的市场份额。国内晶圆厂商除部分自产自用外,通常将晶圆外送到台湾、日本等地做晶圆再生。
图3 全球主要再生晶圆供应商布局图
再生晶圆每片单价约30美元,回收可再利用4~7次,如果把再生晶圆从台湾运到大陆使用,运费等因素会导致每片晶圆的成本多出4美元。近几年,国内一座座半导体晶圆厂犹如雨后春笋,为满足对晶圆再生非常强劲的需求,在大陆供应建厂来服务本地晶圆厂才会有竞争力。
扒一扒我国再生晶圆产业
近年来,我国大陆再生晶圆产业发展迅速。据中国电子材料行业协会半导体材料分会初步统计。目前,我国大陆关于再生晶圆的已建、在建、拟建项目总计投资额超过66亿元,规划总产能达到超过1428万片/年。
以下将简要介绍,我国主要的再生晶圆供应商:
华海清科
华海清科作为CMP设备专业制造商,在晶圆再生代工领域深耕多年。公司于2019年组建了一支由行业资深人员组成的晶圆再生研发团队,成立晶圆再生事业部,基于多年积累的CMP工艺技术优势,完成了多项再生晶圆关键技术研发,形成了全套量产工艺。并建立了先进的专业生产线和质量保障体系,通过了客户严格的审核与验证,目前已与众多客户签订长期合同,为12英寸高端芯片生产线提供大批量供货。目前,客户已预定2022年产能超50万片。随着公司晶圆再生业务的不断发展,华海清科已为晶圆再生业务配备了专业标准的晶圆再生生产车间、完备的工艺设备及全面的量测设备,根据客户需求,生产能力最大可扩充至20万片/月。
协鑫集成
协鑫集成是全球领先的一站式智慧综合能源系统集成商,以“技术研发+设计优化+系统集成+金融服务”为一体化运营,拥有光伏组件、系统集成及半导体两大业务板块。
2021年2月25日,在安徽省合肥市重大产业项目集中(云)签约仪式上,协鑫集成科技股份有限公司(简称协鑫集成)与华夏幸福签约。总投资50亿元、年产360万片的协鑫集成再生晶圆项目(其中包括5条12英寸生产线产能300万片及1条8英寸生产线产能60万片),正式落户合肥肥东产业小镇。
至纯科技
2018年10月,至纯科技在合肥新站区进行了晶圆再生基地项目的签约,拟为晶合、长鑫等集成电路企业配套提供测试片、挡控片等晶圆的研磨再生服务。
据合肥日报报道,至纯科技在合肥新站高新区投资10亿元建设的晶圆再生基地(一期)项目在2021年7月量产,未来将形成年产168万片晶圆再生和120万件半导体零部件再生产能。
高芯众科
高芯众科是一家从事晶圆再生,半导体、光电设备精密部件再生的高新技术企业,2015年落户池州,目前其投资5000万元建设的晶圆再生项目一期已投产,项目二期也已经投入运营,其客户包括无锡海力士、中芯国际、合肥晶合、合肥长鑫、上海先进、士兰微、中电海康等。
晶芯半导体
晶芯半导体(黄石)有限公司前身为禄亿半导体(黄石)有限公司,成立于2019年7月24日,是一家为晶圆厂提供晶圆再生服务的高新技术企业。公司由从事晶圆再生业务40余年的台湾辛耕企业和半导体知名人士高启全先生共同发起设立。公司项目投资总额约25亿人民币,一期注册资本额5亿元,建成后计有4条12吋晶圆再生生产线,月产40万片。
铜陵富乐德
富乐德长江半导体晶圆再生项目为安徽省重点项目,也是义安区半导体材料增值服务园的核心项目。项目的顺利量产将有利于满足国内外半导体晶圆再生市场的需求,是实现中国半导体产业自主可控的又一重大突破,促使国内晶圆厂摆脱长期主要依赖进口的窘境,使其在国内即可实现高水平的大尺寸晶圆再生,对国内半导体产业发展具有重要的意义。
再生晶圆发展趋势简析
对比全球半导体硅材料行业与再生晶圆行业的增长走势图不难看出,二者的发展趋势高度一致。因此,预计2022年、2023年全球再生晶圆行业的增长速度有可能有所放缓。
但是,我国这几年是全球半导体制造行业发展最快的国家之一。根据工信部公布的数据,2021年我国集成电路产量较上年增长33.3%。而根据SEMI统计的设备支出数据分析,我国半导体产业未来几年也将保持高速发展的态势。而我国半导体产业的健康快速发展必将带动相关产业的快速增长。
然而,值得注意的是全球再生晶圆市场相对来说是一个较小的细分市场。根据GrandView Research预测,全球硅晶圆再生市场到2024年也仅为5.77亿美元。而SEMI认为,2021年的市场在6.33亿美元左右。因此,市场易于饱和,切勿盲目跟风。