国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

    来源:快科技    发布时间:2019-12-17 10:04    编辑:橙子     浏览量:

得益于近年来国家对于半导体产业的重视和大力扶持,国产芯片设计产业发展迅猛,在不少领域均实现了突破,但是在芯片上游的半导体材端,特别是在大尺寸硅片(晶圆)方面,由于需要的投入大,投入周期较长,见效慢,目前国内仍是非常薄弱。 在12月13日召开的2019

得益于近年来国家对于半导体产业的重视和大力扶持,国产芯片设计产业发展迅猛,在不少领域均实现了突破,但是在芯片上游的半导体材端,特别是在大尺寸硅片(晶圆)方面,由于需要的投入大,投入周期较长,见效慢,目前国内仍是非常薄弱。

在12月13日召开的2019中国(珠海)集成电路产业高峰论坛上,作为目前唯一一家国产300mm(12英寸)大硅片量产企业,前中芯国际CEO、上海新昇半导体科技有限公司CEO邱慈云透露,上海新昇的28nm逻辑、3D-NAND存储正片通过了长江存储的认证。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

▲上海新昇半导体科技有限公司CEO邱慈云

大硅片仍严重依赖进口

硅片是生产半导体所用的载体,是半导体最重要的原材料。目前硅基半导体材料也是产量最大、应用最广的半导体材料。

根据SEMI统计数据,从半导体器件产值来看,2017年全球95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路采用单晶硅作为衬底材料,而化合物半导体市场占比仍在5%以内。

如果仅从全球半导体材料销售占比来看,SEMI预测,2019年硅片的销售额在全球半导体制造材料行业当中的占比也是最高的,达到了37.29%。

硅片按照尺寸(以直径计算)分类,主要有50mm(2英寸)、75mm(3英寸)、100mm(4英寸)、150mm(6英寸)、200mm(8英寸)、300mm(12英寸)等规格,现已发展到18英寸(450mm)。目前,全球市场主流的产品是8英寸和12英寸的半导体硅片。

根据电子行业协会统计,2016年中国大陆企业在4-6英寸硅片(含抛光片、外延片等)的产量约为5200万片,基本可以满足国内4-6英寸的晶圆需求,但是8英寸-12英寸的大硅片,国内自供率仍然比较低。

国内具有8英寸硅片和外延片生产能力的有浙江金瑞泓、昆山中辰、北京有研新材、南京国盛、CECT46所以及上海新傲,合计月产能约为23.3万片/月,而在12英寸半导体硅片方面,目前主要依靠进口,市场主要被国外厂商所占据。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

数据也显示,2018年12英寸硅片市场份额已达63.31%,成为硅片市场最主流的产品。

全球前五大硅片供应商为日本信越化学株式会社、日本株式会社SUMCO(胜高)、台湾环球晶圆股份有限公司、德国SiltronicAG(世创)和韩国SKSiltronInc.,分别占据全球市场份额的29.8%、26.3%、17.1%、11.3%和10.6%,产值合计占据超过95.1%的市场份额。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

由此可见,12英寸大硅片市场被国外厂商长期垄断,国内严重依赖进口的现象,急需破局!

市场需求大,国产大硅片迎来新机遇

近年来,受益于计算机、移动通信、固态硬盘、工业电子市场持续增长,以及人工智能、区块链、物联网、汽车电子等新兴应用领域的快速发展,推动了对于半导体芯片需求的持续增长。

根据WSTS的数据显示,2018年全球半导体集成电路销售额已高达4703亿美元,而在1976年这个数字仅仅是29亿美元。42年的时间,翻了168倍,年复合增长率达13%。虽然2019年全球半导体市场规模出现了下滑,但是预计2020年将重回升势。巨大的半导体芯片市场需求,也直接推动了对于硅片需求的增长。

根据SUMCO和SEMI的统计,2017年全球8英寸和12英寸硅片的需求分别为558万片/月和557万片/月,8英寸和12英寸硅片的出货量分别为530万片/月和550万片/月,硅片厂商在满产的状态下仍不能满足需求。保守预计到2020年8英寸和12英寸的终端市场需求量将分别超过630万片/月和620万片/月。

需要指出的是,由于硅片生产线的建设周期较长,一般为2-3年,这也意味着在未来的一段时间内大硅片产能不具备快速提升的基础,在需求快速增长的同时,大尺寸硅片市场将出现供不应求的局面。

SUMCO预测,未来3-5年内全球12英寸硅片的供给和需求依旧存在缺口,并且缺口会随着半导体周期的景气程度回暖而越来越大,到2022年将会有100万片/月的缺口。

另外,根据中科院数据显示,目前中国大陆已投产的12英寸晶圆产线已超20条,宣布在建的有8条,建成后产能将超234万片/月。数据显示,目前中国大陆12英寸晶圆产线总投资额已超过15000亿元,而在建和规划中的12英寸晶圆厂投资也接近了7500亿元。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

而对于国内如此之多的已建成、在建及规划中12英寸晶圆产线,必然会直接推动国内市场对于12英寸硅片需求的快速增长。

虽然,目前12英寸硅片主要被国外厂商所垄断,但在国产替代的大趋势之下,这对于国产12英寸硅片来说将是一个巨大的机遇。

大硅片到底难在哪?

硅片的生产工艺主要包括拉晶、切片、研磨、蚀刻、抛光、外延、键合、清洗等工艺步骤,才能制造成为半导体硅片。其中,每一个步骤都有非常高的要求。

比如在拉晶这一步之前,首先需要对硅进行提纯,经过进一步提纯变为纯度达99.9999999%至99.999999999%(9-11个9)的超纯多晶硅。

然后,在拉晶阶段,要将超纯多晶硅在石英坩埚中熔化,并掺入硼(P)、磷(B)等元素改变其导电能力,放入籽晶确定晶向,经过单晶生长,制成具有特定电性功能的单晶硅锭。

在这过程中,需要解决氧含量及径向均匀性、杂质的控制、OISF控制、去COP、定晶向、A-缺陷控制、氧沉淀控制、电阻值定量、掺杂及径向均匀性等众多问题。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

同样,在之后的切片、研磨、蚀刻、抛光、外延、键合、清洗等过程中,也有非常多的需要解决的问题。

邱慈云表示,硅片核心技术史是一个挑战极限的过程!比如在晶体需要完美的生长,无原生缺陷,这相当于要求420公斤的硅单晶棒都要保持钻石一般的完美结构,而在自然界当中,一克拉(200毫克)的钻石都并不多见;

在表面洁净度方面,颗粒尺寸的要求要小于19nm,这只有PM2.5尺寸的1%大小;

在平整度方面,要求在几厘米的尺度上小于10nm的起伏,这相当于要求上海到北京的1000公里的距离上,地面起伏小于30cm;

在金属杂质方面,要求表面金属含量低于1x10的七次方个原子/平方厘米,相当于每1千万个硅原子中,不能出现1个金属原子。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

如果说,上面的对于硅片的制作要求已经是在挑战机极限,那么大硅片的核心技术则是要全方位的追求卓越,在拉晶技术、表明边缘缺陷、平整度、金属杂质、检测表征技术保障等方面都提出了更高的要求。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

正是因为大硅片难度非常的高,这也给国产大硅片产业的发展带来了挑战。所幸的是,目前上海新昇的12英寸大硅片项目在2017年四季度已经实现了量产,目前硅晶圆出货已经累计超过100万片。

上海新昇12英寸大硅片的突破

上海新昇成立于2014年6月,是国内首个12英寸大硅片项目的承担主体,也是目前唯一获得国家重大项目支持的硅片公司,承担了国家02专项核心工程之一的“40-28纳米集成电路制造用300毫米硅片”项目。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

▲大基金总裁丁文武参观上海新昇12英寸硅片(图片来源:上海新昇)

2015年,上海新昇一期厂房开工建设;2016年第一根晶棒下线;2017年第一片产品销售、第一片正片送样;2018年正片通过认证,达产10万片/月,同时无缺陷晶体研制成功;2019年,上海新昇28nm逻辑、3D-NAND存储正片通过长江存储认证,第100万片产品下线。

可以说,上海新昇的12英寸大硅片项目进展非常的迅速。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

在现有产能和未来产能规划方面,据邱慈云介绍,目前上海新昇产能已经达到了15万片/月(40nm及以上工艺节点10万片/月,28nm及以上工艺节点5万片/月)。

现在,二期项目设备已经开始搬入,二期规划的产能为30万片/月(主要覆盖14nm及以上工艺节点)。现有的厂区可容纳60万片/月的产能。

此外,上海新昇还拥有可容纳100万片/月产能的扩建用地。因此,基本不用担心后续对于市场需求的承接能力。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

在实际出货方面,目前上海新昇的硅晶圆出货已经累计超过100万片,当然其中有不少是测试样片。

据邱慈云介绍,近两年器件用正片累计出货量也已超过了75000件,国内外累计客户已达30多家。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片
国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

邱慈云强调,大硅片产业是全方位的系统工程,不仅需要大量的资金保障,强有力的技术支撑,丰富的研发经验,还需要丰富的下游客户服务经验。而这些方面,也正是新昇科技的优势所在。

“作为国内唯一12英寸硅片正片量产的供应商,新昇科技已经在中国实现了从‘0’到‘1’的关键突破。”邱慈云非常自豪的说到。

背靠上海硅产业集团

需要指出的是,上海新昇隶属于中国大陆规模最大的半导体硅片企业——上海硅产业集团,而上海硅产业集团的大股东则是国家大基金,因此背靠上海硅产业集团的新昇科技自然也成为了国产大硅片“国家队”的一员。

国产大晶圆0到1的突破!上海新昇300mm晶圆出货超100万片

此外,上海硅产业集团公司旗下还拥有新傲科技、Okmetic这两家控股子公司,同时也是法国半导体材料公司Soitec的大股东之一。

其中,Okmetic成立于1985年,位于芬兰,是一家老牌的硅片生产商,Okmetic主要产品为抛光片和SOI硅片,用于MEMS、传感器、模拟电路及分离式半导体产品开发及生产。

新傲科技则成立于2001年,建成了我国第一条SOI生产线,目前是中国领先的SOI材料生产基地,也是世界上少数的SOI材料规模化供应商之一。目前,新傲公司的产品90%以上销售到美、日、欧、俄、韩、台湾和新加坡等地。

法国的Soitec公司是全球SOI硅片和其他工程基片的领先供应商,目前Soitec生产的SOI硅片占全球的80%以上的市场,而采用Soitec公司的SmartCut技术生产的SOI硅片则超过了全球SOI硅片生产总量的95%。此前,Soitec也与新敖科技达成了SmartCut技术上的合作。值得一提的是,Soitec公司在GaN和SiC技术上也有着深厚的布局。

不难想象的是,未来上海新昇或将与上海硅产业集团公司旗下的新傲科技、Okmetic、Soitec等在技术和商业上有更多的合作,同时也将带来更强的产业的协同优势。


原文地址:http://news.mydrivers.com/1/662/662564.htm
江苏苏讯网客服:025-66066100
【责任编辑:陆超】

江苏苏讯网版权及免责声明:凡本网注明“来源:XXX(非江苏苏讯网)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,本网按规定给予一定的稿费或要求直接删除,请致电025-66066100 66066101,联系邮箱:724922822@qq.com。

【免责声明】本文为企业宣传商业资讯,仅供用户参考,如用户将之作为消费行为参考,江苏苏讯网敬告用户需审慎决定。

分享到: