《全球硅晶圆供应告急!12英寸99%依赖进口,晶圆自给任重道远!》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: tengfei
  • 发布时间:2017-11-20
  • 硅晶圆供需缺口越来越大

    据悉,硅晶圆一直是我国半导体产业链的一大短板,目前国内企业只能达到4~6英寸硅片的性能需要,并少量供应8英寸市场,12英寸硅晶圆基本是空白。

    然而一旦供需失衡,未来国内一些新建的晶圆制造企业或者中小型晶圆厂就有可能陷入产能开出却无晶圆可用的尴尬局面。

    物联网及车用电子显然带动了2015——2020年半导体市场成长,全球硅晶圆市场,8寸与12寸硅晶圆产品因需求极度热络强劲。目前,台积电、联电等代工龙头企业日前已与日本信越(ShinEtsu)、SUMCO等硅晶圆主要供应商签订1~2年短中期合约,其中12英寸硅片签约价已提高到每片120美元,相比去年年底的75美元上涨60%。

    12英寸缺货已成国内企业一大“心病”

    硅晶圆,简单的说就是指制造半导体集成电路所需的硅芯片,由于形状是圆形,所以称为晶圆。其价格在去年触到了近11年来的低点,随后缓慢企稳回暖。进入2017年,全球硅晶圆各大供应商开始进入缺货状态,包括中芯、三星等企业均开始出手大抢货源,中小企业更是不惜加价购买。

    去年国内企业在4~6英寸硅片(含抛光片、外延片)上的产量约为5200万片,基本可以满足国内4~6英寸的晶圆需求。

    具备8英寸硅片和外延片生产能力的则有浙江金瑞泓、昆山中辰(台湾环球晶圆子公司)、北京有研总院、河北普兴、南京国盛、中国电科46所以及上海新傲,合计月产能为23.3万片/月。

    至于12寸硅晶圆片,目前我国还不具备生产能力,只能依赖进口。

    发展国内硅晶圆供应刻不容缓

    目前,全球300mm硅片实际出片量已占各种硅片出片量的65%左右,但国内的产量几乎为零。显然,硅晶圆的短缺,已成为国内一个刻不容缓的难题。

    而国内厂商也在加紧增加多条先进半导体芯片厂,同时也开始了国际化进程。此前福建宏芯就曾有意收购全球第四大硅晶圆供应商德国Silitronic公司,但由于其他一些因素而没有成功。

    不过,虽然目前我国在半导体硅晶圆制造工艺上还不足以与国外厂商抗衡,但随着中国在半导体领域的投入,尤其以北方华创、中微、福建宏芯、上海新昇等为代表的厂商的崛起,我国企业必将打破国外垄断。

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    • 编译者:tengfei
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    • 市场研究机构IC Insights近日公布了最新的2016~2020年全球晶圆产能报告,显示全球营运中的12寸(300mm)晶圆厂数量持续成长,预期在2016年可达到100座。 IC Insights报告中其他关于12寸晶圆厂重点还包括: 有几座预定2013年开幕的晶圆厂延迟到了2014年;而随着台湾业者茂德(ProMOS)的两座大型12寸厂在2013年关闭,导致营运中的12寸晶圆厂数量在2013首度减少。 截至2015年底,全球有95座量产级的IC厂采用12寸晶圆(有大量研发晶片厂以及少数生产非IC产品,例如CMOS影像感测器的量产晶圆厂,但不包括在统计中)。 目前全球有8座12寸晶圆厂预计2017年开幕,有可能使该年度成为自2014年有9座晶圆厂开始营运以来,第二个有最多数量晶圆厂开始营运的年份。 到2020年底,预期全球将有再22座的12寸晶圆厂营运,让全球应用于IC生产的12寸晶圆厂总数达到117座。而如果18寸(450mm)晶圆迈入量 产,12寸晶圆厂的高峰数量可达达到125座左右;而营运中8寸(200mm)量产晶圆厂的最高数量则是210座(在2015年12月为148座)。 12寸晶圆厂数量持续成长 今日的12寸晶圆厂可以很巨大,但它们以一种模组化的格式装备;每个“模组”通常具备每月25K~45K晶圆片的产能,并与最接近的晶圆厂模组紧密连结;台积电(TSMC)已经将这种模组化方案最佳化,其Fab 12、14与15等据点都是分阶段扩张。 而18寸晶圆技术持续迈向量产,尽管其步伐不愠不火;而因为微影技术是转移至18寸晶圆最大的挑战之一,设备业者ASML在2014年3月宣布将暂时延迟18寸晶圆设备的开发,有产业界人士认为这是个18寸晶圆可能永远部会发生的征兆。 此外ASML还指出,其延迟18寸晶圆设备开发的决定是基于客户的要求。IC Insights并不认为这意味着18寸晶圆将胎死腹中,不过该尺寸晶圆的试产可能要到2019年以后才会发生,而量产则还要再2~3年。 全球不同尺寸硅片市场现状及发展预测 (全球不同尺寸硅片市场前景预测) 300mm硅片也就是12英寸硅片,自2009年起成为全球硅圆片需求的主流(大于50%),预计2017 年将占硅片市场需求大于75%的份额。12寸的流片工艺是半导体制造中的很重要的工艺,所以我们现在也看到,大陆新建的晶圆代工厂,大多是12寸的工厂,其次还有一些使用二手设备的8寸的工厂,但6寸以下的新晶圆代工厂几乎没有。 截止2014年,全球300mm硅片实际出片量已占各种硅片出片量的65%左右,平均约450万片/月。2015年第1~第2季度每月平均需求量约500万片。目前,12英寸硅片主要用于生产90nm-28nm及以下特征尺寸(16nm和14nm)的存储器、数字电路芯片及混合信号电路芯片。 2014年,在前十大的300mm晶圆需求厂商中,使用量最大的是三星,主要用于制作存储器和逻辑芯片,第二大是美光,只做存储器,第三大是Toshiba和SanDisk的公司,也基本上都是逻辑产品, 第四大的使用者是海力士,几乎全是存储器,而第五大使用者是台湾的台积电(TSMC),几乎全部用作逻辑芯片,英特尔是第六大使用量。在前十大使用量中,台积电,联电(UMC),Powerchip等,12寸硅片代工和存储器,华人做的很不错。而我们国内对12寸硅片的需求量,也开始起来了,从半导体市场的需求量来看,大概从2004年开始,中国的需求量已经超过美国成为全球半导体需求最大的国家,2010年左右,中国大陆半导体的需求量占全球的50%,2016年,基本占全球需求量的60%。 大陆半导体需求量非常大,我们自己的IC(集成电路)产业生产量不够,所以现在IC(集成电路)已经成为中国大陆进口额最多的单一项目,连续数年超过了石油的进口额。中国作为IC(集成电路)的使用大国,生产却量能不够,过多依赖进口,因此,目前国家成立的集成电路产业投资基金(大基金)及地方政府成立的集成电路专项基金,目的就是加速集成电路产业的发展和提升。 在2000年左右,国内IC(集成电路)生产可供应大约6-8%的国内需求,也就是超过90%依赖进口。到中芯国际建立后加上其它同行,国内整体可以供应15%的国内IC(集成电路)需求量。但从大概2006年至今,供应量虽然加大了不少,但需求量也同步增加,国内IC自我供应的百分比依然维持在15%左右。政府也较为关心IC行业发展,希望在2025年前,国内IC行业的自给率能够达到至少50%。 而集成电路制造目前基本上是12寸,而且工艺都是40nm以下,2025年左右应该可以做到10nm甚至以下(尺寸)更先进工艺量产。其中,28nm在2017-2018年将会是主力,20nm的比重增加,而16nm和14nm难度很大,量产的数量还不太多,但预计2019年16nm和14nm应该会大规模量产,28nm的产品工艺会转到16nm或14nm的工艺产品线,28nm工艺产量会慢慢下降。但是由于28nm是寿命较长的技术,2019年之后28nm工艺需求依然会很高,国家也因此希望加快研发并量产28nm的硅片(300mm大硅片),这是一个很好的机会。 目前的问题在于,最上游的是设计公司,这在我们国内现在发展地相当不错,有几家公司都可以设计到16nm、14nm;但生产方面,上游材料IC等级的多晶硅目前还没有,但马上就会有了,已经有几家企业在立项推进。多晶硅的原材料,高纯度的石英,目前已知的全世界的储量,中国最多,品质最好,但我们之前却是将石英还原成金属硅后低价外销,再高价进口多晶硅,并且石英还原成金属硅的阶段是高度污染的。好在之前太阳能产业带动了国内多晶硅产业的发展,目前太阳能等级的多晶硅,我国的产量已经是全球第一了。 太阳能等级的多晶硅纯度为99.9999%,总共6个“9”,现在做的好一点的在7-8个“9”而半导体等级要11个“9”,目前国内实验室可以做少量的半导体级的,但要做几吨单晶,目前还做不到。所以国家对此也很重视,02专项里就有立项解决半导体等级的多晶硅量产问题,预计大概在2-3年内可以做到11个“9”的多晶硅的量产,大致可以满足国内产业链的需求。 但是IC产业链中,多晶硅的下游环节:做成IC等级的晶棒和硅片,还是目前我们国家IC产业链缺失的重要一环。 目前,在产业链后端,国内IC Wafer Fabrication已经起来,封装测试海峡两岸已是全球第一,这方面大陆的进展比台湾还要快些;另外,产品组装已是世界第一,例如iPhone;End-user consumers亦是全球第一。国内IC产业链后端很强,前端反而弱些。 现在300mm半导体级的硅片,国内一个月需求量约45-50万片,而目前国内的产量几乎为零,这是产业链上最为紧缺的一环。而这一环,全球日本生产的最多,日本信越和SUMCO,这两家的产能和实际供应量总和占全球2/3以上。300mm半导体级的大硅片,不仅是产业链缺失的重要一环,也是国家安全战略发展的需要。 国家在2012--2013年,科技部的02专项中,已有大硅片方面项目的经费准备,但迟迟不能发出项目,原因就是虽然有国内研发机构曾经做过12寸大硅片,研发成功,但由于良率不高还不能量产。2014年,科技部02专项的领导也与我们沟通过,要求是不仅研发成功,更要量产成功。量产的概念不是几千片,是每个月10万片以上交付客户,连续6个月交付客户10万片以上,才算完成项目。
  • 《Umicore开发出适用VCSEL应用的6英寸锗晶圆》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2020-11-07
    • 全球领先锗产品和材料解决方案供应商Umicore光电材料(EOM)表示已经领先的商业和学术合作伙伴合作,共同开发出用于垂直腔表面发射激光器的6英寸锗晶片。光电物质(EOM)是锗物质在全球的最重要的生产者。重要的产品包括太阳光电和LED,光电原料和柔性光电测试组以及用于夜晚视觉应用的光学部件。 VCSEL是电信和3D传感器系统中的关键组件。VCSEL市场应用主要是高功率跟高速两大类,包括光通信、3D传感、面部识别系统、车载激光雷达、自动驾驶汽车的舱内感应、高速数据中心基础架构、移动手机上的光检测和测距(LiDAR)飞行时间传感器等,应用范围相当广泛。为了增加这些传感器的工作距离,VCSEL阵列的尺寸不断增长,但是同时成本也在上涨,这是从砷化镓(GaAs)过渡到锗晶片的推动力之一。 市场和业务开发总监Bendix De Meulemeester说:“对于要求非常严格的应用,例如VCSEL,与GaAs晶片相比,无缺陷的6英寸锗晶圆具有明显的性能和工艺成本优势,优美科在开发无缺陷的低电阻率6英寸锗晶圆上已经投入了多年的研究,目前这些晶片正在进行鉴定。随着VCSEL供应链的加速发展,在未来几年内产量有望增加。”