我国半导体材料产业发展现状

原创 2019-12-09
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目前伴随着国内代工行业的兴起,在产业链的前端材料行业,大直径硅片的国产化迫在眉睫。为了国内半导体产业做到自主可控,我们必须发展大直径硅片材料产业。

一、国内半导体制造建厂潮

2017~2018年是中国半导体制造投资的高峰期。有将近30座半导体工厂在规划和建设中,这些在建项目以12英寸产线为亮点,包括华虹(无锡)项目,中芯国际(上海)和台积电(南京)项目。

据不完全统计,目前中国已经建成、在建、计划建设的8英寸、12英寸代工厂(FAB)合计高达46座。其中12英寸厂29座,8英寸厂12座。2017~2020年,全球有62个晶圆厂或产线将投入生产,其中有26座在中国,占比高达42%。

除了这一波半导体代工厂建设高潮之外,其他一些有特色的半导体项目也在各地紧锣密鼓地布局中。

2017年12月奠基的泉州三安项目,是三安光电与福建泉州、南安合资成立的。项目投资333亿元,建设期5年,7年后达产,达产后实现销售270亿元。

建成后的泉州三安,将是一个化合物半导体的“特种航母”,平台包括GaN、GaAs、集成电路、特种封装四大业务板块。产品涵盖GaN  LED衬底、外延片、芯片;GaAs LED 外延、芯片;大功率GaN激光器;光通讯器件、模组;射频滤波器、微波集成电路;功率型半导体(GaN、Sic电力电子);特种衬底材料、特种封装产品应用等七大产品方向。

三安光电是一家上市公司,主要从事III-V族化合物材料的研发,在砷化镓、氮化镓、碳化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等新材料领域具有较强的竞争力。泉州三安作为三安光电化合物半导体的一个产业化平台,如果建成,将会打造成一个具有国际竞争力的化合物半导体企业。
 

▲ 三安光电333亿“联姻”泉州南安(来源:网络)

差不多在一个时间里,还有另外一起半导体签约项目,士兰微和厦门海沧合作在厦门建设一条总投资220亿元的12英寸芯片生产线,项目还包括一条化合物半导体器件生产线。这条12英寸线特别指明是“特色工艺”生产线,我们对士兰微很熟悉,当年这个靠七位年轻人创办的半导体公司在国内走的始终是一条“特色”的路子,从承包生产线,到集资建线,产品也是走的“特色”路子。

在这一年的12月,广州粤芯半导体项目动工建设,项目总投资约70亿元,月产3万片12英寸晶圆芯片。项目开工不到两年即实现投产目标。这是国内第一条虚拟IDM12英寸生产线,如果量产,将是广东省第一条量产的12英寸生产线。

二、硅片材料国产化能力仍显不足

专家认为,在小尺寸硅片方面,国产化的能力还可以,基本可以自给自足。但在大直径硅片领域(8~12英寸)自产率仍很低,12英寸硅片几乎没有国产产品。小尺寸硅片是指4~6英寸硅片,小晶圆(含抛光片、外延片)的年产量约为5,200万片。

8英寸硅片及外延片的国内供应商有,浙江金瑞泓、昆山中辰(台湾环球晶圆)、北京有研、河北普兴、南京国盛、中电科46所以及上海新傲等,合计月产能为23.3万片。

资料显示,目前大陆半导体产业对8英寸硅片的月需求量约为80万片,2020年预计将会达到750万~800万片。

12英寸硅片则几乎全部依赖进口,国产化刚开始布局,离量产还有一段很长的路要走。2017年12英寸硅片月需求量为50万片,2018年月需求达110万~130万片。未来几年,这个需求还会爆发式走高。

专家指出,由于国产化能力严重不足,国外大直径硅片材料供应商对大陆的客户采取了价格垄断的“保证金制度”方式,对未来3年的新产能,制定价格底线(110~120美元),并要求支付保证金。就是在这样苛刻的条件下,仍会有很多半导体制造厂愿意付更高价格签约以保证未来产能。

三、中国硅片材料产业投资情况

与晶圆代工厂不同的是,建设一条硅片生产线至少要有10万片(/月)以上产能,建设成本需要4~5亿美元,硅片样品产出后,还需晶圆代工厂、封测厂等下游产业试用和认证。建厂加认证,这个时间大约是1.5~2年,之后才能量产。

据集微网统计,目前国内至少已有9个硅片项目上马。包括上海新昇、重庆超硅、浙江金瑞泓、郑州合晶、宜兴中环领先、宁夏银和、西安高新区项目等。这些项目合计投资规模超过520亿元人民币。

国内正在规划中的12英寸硅片月产能之和已经达到120万片,远期看可大大缓解硅片缺货的问题,当然不排除在未来几年仍将有新的玩家继续加入。

在这样一个供不应求并且寡头垄断的硅片市场,突出的供需矛盾将倒逼硅片材料的国产化。

四、国内硅片材料布局产能情况

据前瞻产业研究院统计,目前大陆8英寸硅片已有产线的月产能共计70万片/月,兴建中的产能为26.5万片/月。金瑞泓、昆山中辰(台湾环球晶圆子公司)、北京有研,8英寸合计月产能为9.3万片/月,这个数字对目前的中国大陆市场远远达不到需求。

12英寸方面,2017年的总需求约为42万片/月,2018年总需求为109万片/月。目前我们还不具备12英寸硅片的生产能力,业内人士估计,按照目前的情况,12英寸硅片最快也要到2019年底实现量产。据悉上海新昇已完成第一期产品投产,计划月产15万片,现已接近这个目标。到2020年完成第二期产品投产,计划月产30万片。
 

▲ 坐落于临港新片区的上海新昇半导体科技有限公司(来源:网络)

宁夏银和项目总投资30亿元,拟在打造产能180万片的8英寸硅抛光片。专家说,此项目依靠具有自主知识产权的40-28nm和16nm制程8英寸抛光片制造技术,为下一阶段12英寸抛光硅片制造技术研发奠定基础。

杭州中欣晶圆大硅片项目,目标建设月产30万片8英寸硅抛光片和月产20万片12英寸硅抛光片生产线,形成8英寸和12英寸大尺寸硅片的规模化生产能力,总投资60亿元。

该项目的最新进展是,今年9月在杭州钱塘新区竣工投产,《浙江在线》报道说,“项目历时1年8个月建设正式完工,完成了8英寸大硅片的正式量产,12英寸大硅片生产线进入调试、试生产阶段。12英寸生产线投产后,月产能能达到3万片,并将适时启动20万片产能产线的扩产。”

宜兴中环领先项目,是我国硅材料产业的龙头企业中环股份与晶盛机电合资在宜兴市建设的12英寸大硅片生产与制造项目,总投资约30亿美元。最新进展是,8英寸硅片生产车间实现试生产,12英寸硅片生产厂房建设也在加快推进中。

中环领先项目投产以后将实现年产8英寸抛光片900万片和12英寸抛光片600万片的产能。中环股份的晶体生长业务在内蒙古呼和浩特,抛光片业务在天津和江苏宜兴。该企业表示,8英寸方面,天津工厂已有30万片/月产能,宜兴工厂在7月开始投产,已经具备成熟的8英寸半导体硅片供应能力。

西安奕斯伟硅产业基地项目,2019年1月主要厂房1号生产厂房及2号拉晶厂房封顶。整个项目投资超过100亿元,现在进入投产前的准备阶段。值得关注的是投资方之一北京芯动能的背景是京东方、国家大基金和北京亦庄,强大的国企背景寄希望于未来有望打破半导体硅片产业完全依靠进口的局面。

西安奕斯伟项目新建12英寸硅片材料的生产线,月生产规模为5万片(产品抛光片与外延片产量比例 6:4),一期投资30亿元。
 
▲ 位于西安市南山脚下的奕思伟工厂(来源:网络)


五、硅片产能过剩?

硅片材料产业投资规模没有晶圆代工行业大,上马门槛较FAB低,业界有一种担心是这些项目全部投产后是否会造成硅片材料市场供应过剩,从而导致硅片价格雪崩?

对此,业内人士表示,如果上述项目都能实现量产目标,8英寸硅片确实会出现产能过剩;但由于大直径硅片的需求持续增加和工艺复杂度持续增加,可以预期能够完全按照计划量产12英寸硅片的厂家不会太多,所以在12英寸硅片领域出现产能过剩的几率不大。

据专家介绍,目前国内轻掺硅片市场占比约70%,对晶体的缺陷和金属杂质含量要求非常高,全球只有前四的厂家才有量产技术。韩国LG的良率现在也只能做到40%至50%,而要达到85%以上良率,工厂才有可能盈利。目前来看,只有上海新昇在生产12英寸大硅片的技术道路上走得比较靠前。

目前在硅片材料领域,全球的硅片材料市场还是“五大金刚”垄断市场的行情,这“五大金刚”分别是日本信越、日本胜高SUMCO、台湾环球,德国Silitronic和韩国LG。在这“五大金刚”里面,日本信越占比最高为27%,韩国LG占比9%。

结 语

与国内日益增长的晶圆制造代工市场对应的是,国内硅片材料供应还需要大量进口,这一局面恐怕还要持续几年时间,所以加紧国内大直径硅片材料产能布局是一件迫在眉睫的事情。为了国内半导体产业做到自主可控,我们必须发展大直径硅片材料产业。


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