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(shí)產(chǎn)權(quán)的量產(chǎn)型集成電路用12英寸硅單晶棒，這標(biāo)志著國(guó)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(dǎo)電性低等特點(diǎn)，因此被用作芯片制造的基底。可是國(guó)產(chǎn)硅片制造技術(shù)較之國(guó)外仍有很大差距，尤其在大尺寸硅片領(lǐng)域差距明顯。

半導(dǎo)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?jǐn)偝杀倦S之降低，并且硅片邊緣的損失會(huì)減小，因此發(fā)展大尺寸芯片有利于降低成本，但同時(shí)對(duì)設(shè)備和工藝的要求則越高。目前國(guó)際上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)18英寸硅片的技術(shù)突破，我國(guó)則在12英寸技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破。預(yù)計(jì)到2020年，12英寸硅片將成為主流。

硅片主要應(yīng)用在半導(dǎo)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(dǎo)體硅片相比于光伏硅片要求更高的純度以及更嚴(yán)格的表面平整度、光滑度、潔凈程度，因此制備門檻遠(yuǎn)高于光伏級(jí)硅片。

表1 光伏與半導(dǎo)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(cè)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(gè)核心工藝技術(shù)，這四項(xiàng)技術(shù)主要通過影響硅片的純度、雜質(zhì)含量、密實(shí)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(jìn)而影響硅片的質(zhì)量。

表2 半導(dǎo)體硅片制備的核心技術(shù)工藝

(資料來源：公開資料整理)

國(guó)外壟斷大硅片市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破

全球硅片市場(chǎng)具有高度壟斷性，一半以上的半導(dǎo)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(yán)重。2016年的SUMCO官網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，日本信越半導(dǎo)體、日本三菱住友(sumco)、臺(tái)灣環(huán)球晶圓、德國(guó)Siltronic AG、韓國(guó)LG Siltron分別占全球市場(chǎng)份額的 27%、26%、17%、13%、9%，前五大半導(dǎo)體硅片廠商合計(jì)份額高達(dá) 92%。

我國(guó)半導(dǎo)體材料整體國(guó)產(chǎn)替代率較低，用于晶圓制造的材料國(guó)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(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2018年大陸對(duì)12英寸硅片的需求高達(dá)50萬(wàn)片/月，但2018年國(guó)內(nèi)還沒有12英寸硅片的量產(chǎn)產(chǎn)能。雖然近些年我國(guó)半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化率有所提升，但大多集中在封裝材料、濕化學(xué)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(guó)產(chǎn)替代空間。

表3 半導(dǎo)體制造材料國(guó)產(chǎn)技術(shù)水平分布

(資料來源：公開資料整理)

國(guó)內(nèi)企業(yè)中有中環(huán)股份、上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)、浙江金瑞泓、南京國(guó)盛電子、洛陽(yáng)單晶硅集團(tuán)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(jìn)軍半導(dǎo)體用大硅片產(chǎn)業(yè);上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)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(shí)日;8英寸硅片國(guó)內(nèi)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)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(yǔ)

隨著晶圓廠的不斷擴(kuò)建，未來硅片的供需關(guān)系會(huì)進(jìn)一步緊張，國(guó)內(nèi)晶圓廠商有時(shí)必須提價(jià)才能拿到國(guó)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(jìn)口而帶來的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨材料短缺和產(chǎn)業(yè)鏈斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。