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什么是硅晶圓?哪些廠商生產硅晶圓?

發表時間:2019/6/24 15:48:21

什么是硅晶圓?哪些廠商生產硅晶圓?

李倩 發表于 2018-03-26 10:57:17

近年來全球硅晶圓供給不足,導致8英寸、12英寸硅晶圓訂單能見度分別已達2019上半年和年底。目前國內多個硅晶圓項目已經開始,期望能夠打破進口依賴,并且有足夠的能力滿足市場需求。

知識點一:什么是硅晶圓?

硅晶圓就是硅元素加以純化(99.999%),接著是將這些純硅制成長硅晶棒,成為制造積體電路的石英半導體的材料,經過照相制版,研磨,拋光,切片等程序,將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒,然后切割成一片一片薄薄的晶圓。

1、純化。分成兩個階段,第一步是冶金級純化,此過程主要是加入碳,以氧化還原的方式,將氧化硅轉換成 98% 以上純度的硅。大部份的金屬提煉,像是鐵或銅等金屬,皆是采用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是,98% 對于芯片制造來說依舊不夠,仍需要進一步提升。因此,將再進一步采用西門子制程(Siemens process)作純化,如此,將獲得半導體制程所需的高純度多晶硅。

圖:硅柱制造流程

2、拉晶。首先,將前面所獲得的高純度多晶硅融化,形成液態的硅。之后,以單晶的硅種(seed)和液體表面接觸,一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。至于為何需要單晶的硅種,是因為硅原子排列就和人排隊一樣,會需要排頭讓后來的人該如何正確的排列,硅種便是重要的排頭,讓后來的原子知道該如何排隊。最后,待離開液面的硅原子凝固后,排列整齊的單晶硅柱便完成了。

圖:單晶硅柱

3、切割成片。只是,一整條的硅柱并無法做成芯片制造的基板,為了產生一片一片的硅晶圓,接著需要以鉆石刀將硅晶柱橫向切成圓片,圓片再經由拋光便可形成芯片制造所需的硅晶圓。

圖:硅晶圓就長這樣

6寸、8寸、12寸指的是什么?

指的是產生的晶柱,表面經過處理并切成薄圓片后的直徑。尺寸越大時,拉晶對速度與溫度的要求更高,因此做出高品質12寸晶圓的難度比8寸晶圓更高。

知識點二:哪些廠商生產硅晶圓?

集成電路用硅片是制造技術門檻極高的尖端高科技產品,全球只有大約10家企業能夠制造,其中前5家企業占有90%的市場份額。世界頭兩名集成電路用硅片制造商是日本信越(Shin-Etsu)和SUMCO,占全球60以上%;這兩家企業生產的大尺寸硅片(200毫米和300毫米)則占全球的70%以上,形成絕對壟斷和極高的技術壁壘。

全球硅片生產廠商包括日本信越(Shin-Etsu)、日本勝高(Sumco)、臺灣環球晶圓(Global Wafer)、德國世創(Siltronic)、韓國LG Siltron、法國Soitec、臺灣合晶(Wafer Works)、芬蘭Okmetic、臺灣嘉晶(Episil)。

2017年8月,勝高(SUMCO) 宣布投資約3.97億美元增產旗下伊萬里工廠,是近十年來首次大規模增產,預計于2019年上半年將12寸硅晶圓的月產能提高11萬片。  

環球晶圓在臺灣、中國大陸、日本與歐美等地均有布局,公司已與日本半導體設備廠Ferrotec合作建置上海8英寸硅晶圓廠,初期月產能約達10萬片。 同時,雙方也已洽商在杭州另行興建8英寸廠,初步規劃于2019年底時可開始生產。

環球晶圓是中美硅晶的子公司,2012年收購通過前身為東芝陶瓷的 CovalentMaterials(現為CoorsTek)的半導體晶圓業務,擴大了業務范圍。后通過收購全球第四大半導體硅晶圓制造與供貨商SunEdisonSemiconductor一躍成為第三大硅晶圓供貨商。 

全球第四大硅晶圓廠商Siltronic總部位于德國慕尼黑,資料顯示公司在德國擁有150/200/300mm的產線,在美國有一座200mm的晶圓廠,在新加波則擁有200和300mm的產線。  

LG Siltron是LG旗下制造半導體芯片基礎材料半導體硅晶片的專門企業。然而SK集團于2017年1月份收購了LG Siltron 51%的股份,以此打入半導體材料和零件領域。

2018年3月21日,嘉晶董事長徐建華表示,客戶端對嘉晶需求非常強,追單多到難以滿足,車用、挖礦、資料中心等訂單尤其超強勁,有的客戶甚至要求簽訂長約,以保障產能。嘉晶今年初擴增產能,新產能約第二季起陸續產出,后續擴產也會專注在利基型產品。

國內硅晶圓項目有哪些?

目前國內已經開始硅片項目,包括上海新昇、重慶超硅、寧夏銀和、浙江金瑞泓、鄭州合晶、西安高新區項目等。合計投資規模超520億元人民幣,正在規劃中的12寸硅片月產能已經達到120萬片。

新昇半導體是全球領先的12寸大硅片制造商之一,專注于300mm硅片的制造。2017年新昇開始試生產,向各類客戶提供測試片。在過去的6個月內每月產出數萬片,目前正在進行第一階段每月10萬硅片產能的建設,預計今年內完成,并在今年下半年開始下一階段每月20萬硅片產能的建設,預計將在2019年完成。

2018年3月18日,總投資16億元的寧夏銀和半導體科技有限公司大尺寸半導體硅片項目在銀川經濟技術開發區開工。項目建成后,可年產420萬片8英寸半導體級單晶硅片和年產240萬片12英寸半導體級單晶硅片。

天津中環半導體最新公告表明,公司在直拉單晶方面實現了 8 英寸直拉單晶量產,并在2018 年一季度,實現 12 英寸直拉單晶樣品試制。在半導體區熔單晶及拋光片方面,8 英寸半導體拋光片項目產能已陸續釋放,2018 年 3 月,8 英寸拋光片產能已達到10 萬片/月,預計項目 2018 年 10 月建成。

后產能將達到 30 萬片/月,實現國內最大市場占有率,同時建立12 英寸拋光片試驗線,預計 2018 年底實現產能 2 萬片/月。公司在江蘇地區大直徑拋光片產業化方面預計 2018 年四季度設備進場調試。項目投資完成后,預計 2022年將實現 8 英寸拋光片產能 75 萬片/月,12 英寸拋光片產能 60 萬片/月的生產規模。

重慶超硅半導體于2014年5月開工,2016年4月投入試生產。2016年5月第一根IC級8英寸單晶硅棒成功拉出;2016年9月第一根IC級12英寸單晶硅棒成功拉出;2016年10月第一批IC級單晶硅順利下線,預示“極大規模集成電路用300毫米(含200毫米)單晶硅晶體生長與拋光硅片及延伸產品(一期)”項目正式建成,并舉行產品下線儀式;2017年1月20日第一批200毫米硅片產品出廠發貨。達產后將實現8英寸硅片年產600萬片、12英寸硅片年產60萬片的產能。

2017年1月金瑞泓科技(衢州)有限公司舉行開工儀式,項目規劃總投資50億元,建成月產40萬片8英寸硅片和月產10萬片12英寸硅片的項目規模。項目計劃分三期逐步實施。一期總投資約7億元,建設周期為2017年至2019年,用地100畝,計劃2017年建成月產10萬片8英寸硅外延片項目;二三期項目總投資43億元,用地120畝,將形成月產30萬片8英寸硅片項目生產線和月產10萬片12英寸硅片項目生產線。

2017年7月27日,鄭州合晶硅材料有限公司年產240萬片200mm硅單晶拋光片生產項目建設動員大會舉行。項目計劃總投資53億元,占地153畝,主要建設200毫米、300毫米硅材料襯底片和外延片生產基地。項目共分兩期實施,一期產能為200毫米硅材料襯底片20萬片/月,二期產能為300毫米硅材料襯底片25萬片/月和外延片9萬片。

2017年12月9日,奕斯偉硅產業基地項目簽約儀式在西安舉行。西安高新區與北京芯動能公司、北京奕斯偉公司三方共同簽署了硅產業基地項目投資合作意向書。根據意向書,該項目總投資超過100億元,由北京芯動能公司旗下北京奕斯偉公司作為主體統一規劃、分期推進。

知識點三:供需關系解讀

據Gartner的預測,到2020年全球硅片市場規模將達到110億美元左右。目前全球硅晶圓供給方面,12英寸硅晶圓月產能約550~560萬片。目前國還不具備12英寸硅片的生產能力,一直依賴進口,當前國內的總需求約為45萬片/月,預估到2020年我國12寸硅片月需求量為80-100萬片。

據了解國內規劃中的12寸硅片月產能已經達到120萬片,如果順利進行那么產能就能滿足自我需求。另外業內人士表示,如果國內8英寸項目都能實現量產目標,將可能會出現產能過剩

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