長(zhǎng)期以來(lái),,中國(guó)不僅在芯片設(shè)計(jì)和制造上落后于海外巨頭,,底層原材料——硅片也是被“卡脖子”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果能在這一賽道實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代,,不僅有助于降低國(guó)產(chǎn)芯片制造成本,,而且在戰(zhàn)略上有助于構(gòu)建完整芯片產(chǎn)業(yè)鏈,。
硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)商,。通過(guò)旗下子公司的技術(shù)研發(fā)和量產(chǎn)攻關(guān),如今不僅在200mm硅片達(dá)到國(guó)際先進(jìn)的水平,,并且率先在中國(guó)大陸實(shí)現(xiàn)300mm硅片的大規(guī)模銷售,。
硅片是芯片的原材料,出于經(jīng)濟(jì)性考慮,,單個(gè)硅片面積越大,,能切割出的芯片數(shù)量也就越多。如果中國(guó)廠商想在7nm甚至5nm制程的芯片上發(fā)力追趕,,更大面積的硅片則是必不可少的原材料,。硅產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)300mm硅片國(guó)產(chǎn)商業(yè)化,對(duì)我國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)替代意義重大,。
不過(guò),,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有明顯的周期性,硅片產(chǎn)業(yè)如今進(jìn)入了供過(guò)于求的調(diào)整期,,客戶庫(kù)存高企,,需求下滑,。硅片產(chǎn)業(yè)2019年的銷量和銷售額雙雙下降,。通過(guò)科創(chuàng)板募資,硅產(chǎn)業(yè)能否在逆周期繼續(xù)加大資本投入,,趕上行業(yè)下一次回暖的東風(fēng),?
錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)立足200mm硅片
由于起步較晚,中國(guó)在半導(dǎo)體行業(yè)的追趕之路,,幾乎囊括產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié),,且非一日之功:在芯片設(shè)計(jì)等下游環(huán)節(jié),要面對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)際廠商經(jīng)營(yíng)多年構(gòu)筑的專利網(wǎng),;在上游材料環(huán)節(jié),,還需要填平制造工藝落后的鴻溝。
追溯到芯片制造工序的最上游,,俗稱“晶圓”的半導(dǎo)體硅片,,是制造芯片的原材料,也是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈與國(guó)際先進(jìn)水平差距最大的環(huán)節(jié)之一,。以硅片為基礎(chǔ),,才能制作各種電路元件結(jié)構(gòu),從而讓硅片最終成為有特定電性功能的集成電路產(chǎn)品,。
從沙石原料到冶金級(jí)硅,、電子級(jí)硅,原材料被不斷提純,,最后形成高純度的多晶硅,。高純度的多晶硅還要通過(guò)熔化等工序,,生長(zhǎng)成單晶硅。之后,,單晶硅在直拉法等工藝下形成單晶硅棒,,再經(jīng)過(guò)切斷、滾磨,、切片,、倒角、拋光,、激光刻等工序,,形成硅片。
根據(jù)硅片的尺寸,,主流產(chǎn)品可以分為150mm(6英寸),、200mm(8英寸)、300mm(12英寸)等,。隨著芯片工藝制程的提升,,出于成本的考慮,對(duì)硅片尺寸的要求也越來(lái)越高,。通常情況下,,90nm及以下制程的芯片主要使用300mm的硅片,而90nm以上制程主要使用200mm及以下尺寸的硅片,。
經(jīng)過(guò)數(shù)十年的追趕,,中國(guó)廠商不僅能夠勝任150mm硅片的制造,而且硅產(chǎn)業(yè)等行業(yè)中的佼佼者已經(jīng)在200mm尺寸達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn),,為我國(guó)在半導(dǎo)體關(guān)鍵材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代立下了汗馬功勞,。
成立于2015年的硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán),通過(guò)入股,、并購(gòu)等戰(zhàn)略,,在200mm及以下尺寸構(gòu)筑了完整的產(chǎn)品線,涵蓋拋光片,、外延片和SOI硅片,。
從工藝上看,拋光片需要滿足集成電路對(duì)硅片平整度越來(lái)越高的需求,;外延片則是在拋光片的基礎(chǔ)上進(jìn)行外延生長(zhǎng),,滿足特定器件的生產(chǎn)需求;SOI(Silicon-On-Insulator)硅片是在頂層硅和背襯底,,引入一層氧化絕緣埋層,,從而實(shí)現(xiàn)電路中元器件的介質(zhì)隔離,防止漏電,。
通過(guò)技術(shù)合作,、研發(fā)和投資等戰(zhàn)略,,硅產(chǎn)業(yè)及其子公司在業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)了跨越式增長(zhǎng),技術(shù)上也形成了自己的優(yōu)勢(shì),,從國(guó)內(nèi)一眾廠商中脫穎而出,。加上子公司新傲科技的業(yè)務(wù),硅產(chǎn)業(yè)在全球硅片市場(chǎng)銷售額占比達(dá)到2.18%,,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占比在2018年達(dá)到26.32%,。
2018年全球半導(dǎo)體硅片行業(yè)銷售額占比
對(duì)外并購(gòu)、合作,,是硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)掌握先進(jìn)技術(shù),,實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)的秘笈之一。2016年,,硅產(chǎn)業(yè)收購(gòu)Okmetic,,將這家芬蘭晶圓廠商收入囊中,同時(shí)也掌握了其行業(yè)領(lǐng)先的拉晶技術(shù),。
拉晶是生產(chǎn)單晶硅的核心工序之一,,拉晶的效率及中間產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性,將直接影響硅片的產(chǎn)出率和質(zhì)量,。得益于拉晶技術(shù)的加持,,Okmetic的收入增長(zhǎng)率一直維持在15%以上,凈利潤(rùn)也從2007年的0.79億元增長(zhǎng)到2018年的1.28億元,,成為硅產(chǎn)業(yè)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī),。
2016年,,硅產(chǎn)業(yè)入股Soitec,,布局SOI硅片。后者不僅是全球第七大半導(dǎo)體硅片制造商,,更是全球最大的SOI硅片制造商,。同年,硅產(chǎn)業(yè)入股新傲科技,,從而進(jìn)軍國(guó)內(nèi)的SOI硅片市場(chǎng),,如今已持有后者89.19%的股權(quán)。
在業(yè)務(wù)運(yùn)作上,,新傲科技則與Soitec形成了協(xié)同,,獲得Smart CutTM技術(shù)的授權(quán)。Smart CutTM是全球最先進(jìn)的薄膜SOI硅片生產(chǎn)工藝之一,,其專利為Soitec所獨(dú)有,,在全球范圍內(nèi)僅授權(quán)給信越化學(xué)、環(huán)球晶圓和新傲科技三家廠商,。
通過(guò)與Soitec合作,,新傲科技不僅成為中國(guó)大陸唯一具有Smart CutTM技術(shù)的企業(yè),,擁有生產(chǎn)世界領(lǐng)先SOI硅片的能力,而且與Soitec的業(yè)務(wù)合作也逐漸緊密,。根據(jù)新傲科技和Soitec在2014年簽訂的《許可及技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議》,,新傲科技采用Smart CutTM技術(shù)生產(chǎn)的SOI芯片除了賣給Soitec外,還可以賣給其他國(guó)內(nèi)客戶,。
而在2018年的新約定中,,新傲科技采用Smart CutTM技術(shù)生產(chǎn)的SOI芯片要先賣給Soitec,再由Soitec向第三方銷售,。同時(shí),,新傲科技也向Soitec采購(gòu)生產(chǎn)SOI硅片用的襯底片。
在商業(yè)模式上,,硅產(chǎn)業(yè)充分利用高端細(xì)分市場(chǎng)小批量,、多批次、產(chǎn)品種類多的采購(gòu)特點(diǎn),,與行業(yè)龍頭形成錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng),,從而在200mm及以下的半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)站穩(wěn)了腳跟。
國(guó)產(chǎn)突破,,進(jìn)軍300mm大硅片
一般情況下,,單晶硅棒的直徑由籽晶粒拉出速度和旋轉(zhuǎn)速度決定。結(jié)晶中旋轉(zhuǎn)速度越慢,,直徑就越大,,但同時(shí)會(huì)因?yàn)樾D(zhuǎn)速度不穩(wěn)定而帶來(lái)晶格結(jié)構(gòu)上的缺陷。從技術(shù)角度來(lái)看,,硅片的面積越大,,技術(shù)難度也越高。
而從市場(chǎng)角度來(lái)看,,提升半導(dǎo)體硅片的直徑,,則是芯片制造商追逐摩爾定律的需要——根據(jù)摩爾定律,集成電路上所集成的晶體管數(shù)量,,每隔18個(gè)月就要提升一倍,,即集成電路增強(qiáng)一倍,成本下降一半,。對(duì)于半導(dǎo)體硅片來(lái)說(shuō),,其直徑越大,單片硅片的可生產(chǎn)芯片數(shù)量也就越多,。
以300mm硅片與200mm硅片為例,。盡管前者的直徑僅為后者的1.5倍,但實(shí)際面積則是后者的2.25倍,。因?yàn)樾酒酁榫匦?,更大尺寸的硅片浪費(fèi)的邊緣也會(huì)越小,。所以在同樣的工藝條件下,300mm硅片的可使用面積超過(guò)200mm兩倍以上,,可使用率是后者的2.5倍左右,。根據(jù)SEMI的統(tǒng)計(jì),2018年全球300mm半導(dǎo)體硅片出貨面積占全部半導(dǎo)體硅片出貨面積的63.83%,。
因此,,隨著市場(chǎng)需求重心的轉(zhuǎn)移,中國(guó)廠商追趕的步伐也延伸至此,,硅產(chǎn)業(yè)及其子公司上海新昇也不例外,。上海新昇最早于2016年10月拉出第一根300mm單晶硅碇,并在次年打通了300mm半導(dǎo)體硅片全工藝流程,,最終在2018年在中國(guó)大陸率先實(shí)現(xiàn)規(guī)?;N售。
按照常規(guī)流程,,半導(dǎo)體硅片在批量供貨前需要芯片制造企業(yè)的認(rèn)證,,周期一般在9-18個(gè)月。上海新昇盡管進(jìn)入賽道的時(shí)間不長(zhǎng),,如今已經(jīng)獲得了包括格羅方德,、中芯國(guó)際在內(nèi)的49家客戶的認(rèn)證。
除了推進(jìn)客戶認(rèn)證,,拓寬銷路外,,硅產(chǎn)業(yè)背后的“國(guó)家隊(duì)”,也值得留意,。硅產(chǎn)業(yè)及其子公司主要合作方為微系統(tǒng)所,,后者是硅產(chǎn)業(yè)股東集團(tuán)的控股股東,同時(shí)也是新傲科技的發(fā)起人和第二大股東,。
除了新傲科技與微系統(tǒng)所在SOI芯片上的研發(fā)合作外,,上海新昇也與微系統(tǒng)共同承擔(dān)了“20-14nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)300mm硅片研發(fā)”和“300mm單晶棒生長(zhǎng)技術(shù)研發(fā)”兩大課題,,進(jìn)一步提高自身在300mm硅片研發(fā)和制造的技術(shù)實(shí)力,。
行業(yè)下行周期逆勢(shì)擴(kuò)張
半導(dǎo)體行業(yè)具有明顯的周期性,經(jīng)濟(jì)形勢(shì)轉(zhuǎn)好時(shí),,整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈則積極擴(kuò)充產(chǎn)能,,然后為了攤薄擴(kuò)充產(chǎn)能的成本,提高產(chǎn)量,,導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格下跌,。之后,供過(guò)于求的市場(chǎng)環(huán)境讓廠商們無(wú)利可圖,,整個(gè)行業(yè)等待需求增長(zhǎng)去消化產(chǎn)能,,然后進(jìn)入下一個(gè)上升期,。這也是為什么全球半導(dǎo)體硅片的出貨面積常年增長(zhǎng),銷售額反而存在波動(dòng)周期的原因,。
全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)規(guī)模
而在2019年,,行業(yè)進(jìn)入下行周期,出貨量和銷售額雙雙下滑,。根據(jù)SEMI公布的數(shù)據(jù),,2019年全球硅片出貨量同比下滑7%,銷售額則從113.8億美元降低到111.5億美元,。
市場(chǎng)的轉(zhuǎn)冷,,對(duì)巨頭們也產(chǎn)生了影響。除了信越化學(xué)和環(huán)球晶圓保持增長(zhǎng)外,,SUMCO,、Siltronic和合晶科技的業(yè)績(jī)均有明顯下滑。全球硅片市場(chǎng)排名第二的SUMCO和第三的Siltronic均在經(jīng)營(yíng)報(bào)告中指出:因?yàn)榭蛻魩?kù)存高企,,而消化庫(kù)存需要一定的時(shí)間,,所以預(yù)計(jì)行業(yè)會(huì)在2020年下半年回暖。
硅產(chǎn)業(yè)也受到波及,,尤其是300mm硅片的下游需求萎縮,,拖累了業(yè)績(jī)。2019年1-9月,,硅產(chǎn)業(yè)的凈利潤(rùn)由正轉(zhuǎn)負(fù),,業(yè)績(jī)承壓,其中300mm硅片的產(chǎn)能利用率下滑至44.36%,。
目前,,前五大硅片廠商的市場(chǎng)占比已經(jīng)達(dá)到92.57%,硅產(chǎn)業(yè)在300mm硅片產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)上仍存劣勢(shì),。已經(jīng)在200mm硅片站穩(wěn)腳跟的硅產(chǎn)業(yè),,還需要更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品,才能把握住5G等新需求帶來(lái)的增長(zhǎng)機(jī)遇,。
在行業(yè)下行的周期中,,除了等待整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)蘇外,別無(wú)他法,。不過(guò),,科創(chuàng)板的募資,無(wú)疑給硅產(chǎn)業(yè)的追趕之路注入了一劑強(qiáng)心針,。在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手瑟縮不前的局面下,,正是硅產(chǎn)業(yè)通過(guò)研發(fā)苦練內(nèi)功,提升產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的良機(jī)。能否趕上下一輪行業(yè)復(fù)蘇的周期,,就看今朝,。
作者:夏一哲