集微網(wǎng)報道(記者 張軼群)就在國內12英寸大硅片(300mm晶圓)項目紛涌而起之際,去年底新修訂的《瓦森納協(xié)議》中,便“緊跟形勢”地增加了對于12英寸硅晶圓制造技術的出口管制內容。
具體而言,新增內容直指當下國內正在尋求突破的針對于14nm制程的大硅片生產(chǎn)技術,在此之前,中芯國際已宣布14nm實現(xiàn)量產(chǎn)。
“瓦森納新增部分對于12英寸大硅片技術的管制針對性非常強。當他們發(fā)現(xiàn)無法限制中國的14nm芯片制造之后,便將范圍擴大到上游14nm工藝硅片的生產(chǎn)技術上來。”一位業(yè)內人士告訴集微網(wǎng)。
同光刻機類似,半導體硅片也是我國半導體產(chǎn)業(yè)鏈與國際先進水平差距最大的環(huán)節(jié)之一。目前我國12英寸大硅片百分之九十九以上來自進口,從生產(chǎn)技術、原材料到設備,幾乎均由國外企業(yè)把持。
在新瓦森納協(xié)議“鎖喉”之下,中國大硅片產(chǎn)業(yè)亟待尋求突圍之策。行業(yè)人士呼吁,芯片制造企業(yè)不能只顧眼前利益,要下決心配合硅片制造商測試國產(chǎn)化硅片質量,從長遠利益出發(fā),具有危機意識,雙方協(xié)同推進我國大硅片產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
新“瓦森納”的憂慮:中國14nm節(jié)點的突破
在去年年底新修訂的《瓦森納協(xié)議》中增加了兩條有關半導體領域的出口管制內容,主要涉及計算光刻軟件以及12英寸大硅片生產(chǎn)制造技術。
對于大硅片技術管制的具體內容表述為:對300mm直徑硅晶圓的切割、研磨、拋光達到局部平整度的技術要求,在任意26mm*8mm的面積內平整度差小于等于20nm,以及邊緣去除方面小于等于2mm。
一位國內的硅片廠商人士告訴集微網(wǎng),這是行業(yè)內關于硅片平整度技術要求的最精準描述。換成通俗一點的說法,這一技術規(guī)范通常情況下對應的是針對14nm制程工藝的大硅片生產(chǎn)制造技術。在此要求之下,所有涉及到該指標的技術、設備等都在出口管制之內。
“在40nm制程節(jié)點以下,對于晶圓片要求基本是差不多的,對應的技術節(jié)點主要是看光刻機下套準的精度是多少,精準度越高,平整度就要求越高,所以限制平整度絕對是專業(yè)手法。”該人士表示。
對于新修訂的《瓦森納協(xié)議》,上述硅片廠商人士告訴集微網(wǎng),他解讀出了兩個字:憂慮。
“以前瓦森納協(xié)議中并沒有針對硅片的內容,此次新修訂的瓦森納協(xié)議首次增加了對于硅片部分的限制內容,來自于對中國在14nm工藝節(jié)點上取得突破的焦慮。可能他們認為如果不加以限制,會出大問題。”該人士表示。
這個大問題可能來自于中國在14nm以及先進制程工藝節(jié)點上取得的重大突破。
去年10月,中芯國際宣布旗下的14nm工藝制程芯片已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn),華力微也在去年3月表示,將于今年年底實現(xiàn)14nm FinFET量產(chǎn)。根據(jù)此前的公開報道,長江存儲購買到可用于生產(chǎn)14nm工藝3D NAND閃存的光刻機。與此同時,各地紛紛上馬的12英寸大硅片項目也有望實現(xiàn)國產(chǎn)大硅片的自給,擺脫在12英寸大硅片上幾乎全部進口的現(xiàn)狀。
這意味著在14nm節(jié)點上,中國構建起從晶圓供給,到芯片制造較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈條雛形。14nm節(jié)點的大硅片主要應用于存儲、邏輯電路,如GPU、智能手機SoC、高端存儲芯片、CPU、FPGA等,應用廣泛,在消費電子、汽車、工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等領域擁有龐大的市場空間。
這些都為我國半導體產(chǎn)業(yè)加速掌握更加先進的制程技術奠定了基礎,同時也正是瓦森納所代表的西方勢力所深感不安之處。
“新瓦森納協(xié)議的針對性很強,既然無法對我們的14nm芯片制造進行限制,那就將矛頭指向14nm大硅片的生產(chǎn)工藝,從更上游進行限制。”該人士表示。
鎖喉!中國大硅片產(chǎn)業(yè)鏈條受制日美
半導體硅片是芯片制造最重要的材料,是半導體產(chǎn)業(yè)的基石。半導體硅片也是我國半導體產(chǎn)業(yè)鏈與國際先進水平差距最大的環(huán)節(jié)之一。目前,我國12英寸大硅片幾乎全部來自進口。
全球半導體硅片行業(yè)市場集中度很高,主要被日本、德國、韓國、中國臺灣等國家和地區(qū)的知名企業(yè)把持。數(shù)據(jù)顯示,2018年全球前五大半導體硅片企業(yè)日本ShinEtsu(信越化學)、日本SUMCO(勝高)、德國Siltronic(世創(chuàng))、中國臺灣環(huán)球晶圓、韓國SK Siltron合計所占市場份額達到92%,而在12英寸大硅片領域,這五大廠商占比更是達到95%。
有業(yè)內人士指出,新版瓦森納協(xié)議對于14nm工藝12英寸大硅片技術的限制可能會扼住我國大硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展“喉嚨”。因為目前我們國內大硅片企業(yè)正處于進入和亟待該領域技術突破的階段。
以目前剛剛登陸科創(chuàng)板的國內硅晶圓生產(chǎn)龍頭上海硅產(chǎn)業(yè)集團為例,旗下的上海新昇是國內首個具備12英寸大硅片量產(chǎn)能力的廠商。根據(jù)上海硅產(chǎn)業(yè)集團的招股書披露,2019年該公司開始逐步進入20-14nm集成電路用12英寸大硅片的技術開發(fā),目前尚處于初期階段。
因此,新版瓦森納協(xié)議在這個時間點增加對于大硅片限制的內容,無疑給國內大硅片技術的發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)。更為關鍵的是,在硅片產(chǎn)業(yè)所需要的關鍵材料和設備領域,我國同樣自主化程度不高。
比如長期以來,用于硅片生產(chǎn)制造的關鍵原材料電子級多晶硅仍主要集中于美國Hemlock、德國Wacker和日本Tokuyama、住友、三菱等少數(shù)幾家多晶硅企業(yè)。設備方面,根據(jù)SEMI數(shù)據(jù),2018年全球硅片設備市場規(guī)模為26.93億美元(185億元),其中單晶爐、CMP拋光機、量測設備為三大關鍵設備,分別占比25%、15%、20%。其中拉晶和量測設備主要提供商為美國企業(yè),CMP拋光機則主要由日本企業(yè)提供。另據(jù)國際招標網(wǎng)統(tǒng)計,我國大硅片加工設備如研磨設備95%以上來自日本,減薄設備100%從日本進口。
“日美的大廠把大硅片的產(chǎn)業(yè)鏈控制得很好,多數(shù)都通過股權的方式持有該產(chǎn)業(yè)的材料和設備公司股份,使得在高端產(chǎn)品上實現(xiàn)獨供和控制,國內的硅片廠商無法引進最先進的設備。買回來設備后,只有靠一批次一批次的生產(chǎn),積累know-how,然后調試設備,把設備調試到能達到的最佳狀態(tài)。”一位熟悉情況的業(yè)內人士告訴集微網(wǎng)。
沖動!地方大硅片項目紛紛上馬存隱憂
新瓦森納協(xié)議增加對大硅片技術限制的另一個背景,來自于我國多地密集布局的12英寸大硅片項目。
自 2016 年起,全國各地12英寸大硅片項目建設紛紛上馬。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前投產(chǎn)、在建以及規(guī)劃中的12英寸硅晶圓項目共計20余個,其中包括上海新昇、中環(huán)天津、中環(huán)無錫、超硅上海、超硅重慶、超硅成都、有研德州、寧夏銀和、合晶鄭州、安徽易芯、奕斯偉西安、四川經(jīng)略、金瑞泓(衢州)、啟世半導體、中欣晶圓,中晶嘉興等項目。高利潤率、國產(chǎn)替代方向以及發(fā)展半導體產(chǎn)業(yè)的熱情使得地方政府不惜投入重金。華西證券的研報顯示,截至2019年第三季度,國內大硅片項目總投資額達到1349億元,目標產(chǎn)能合計642萬片/月,這個數(shù)字已經(jīng)是2018年全球12英寸硅片月需求量。
“上游電子級多晶硅的價格6萬元一噸,做成晶圓片可以賣到60萬一噸,升值10倍,12英寸大硅片的利潤率在40%左右,具有較高的利潤空間。而相較于8英寸產(chǎn)線,12英寸大硅片產(chǎn)線更為先進,再加上國產(chǎn)替代,打破國際壟斷等概念,因此更能吸引到地方政府的投資。”一位行業(yè)人士告訴集微網(wǎng)。
但問題也隨之而來。此前集微網(wǎng)曾報道,廣西啟世12英寸大硅片項目簽約1年半遲遲未開工,成都超硅遭清算等,國產(chǎn)大硅片在火熱上馬之后,遭遇落地難的現(xiàn)實。
“目前我國12英寸大硅片的產(chǎn)能規(guī)劃非常大,要么是掛在嘴邊,要么是貼在墻上,有多少能成功才是關鍵。如果真做,有沒有隊伍也是關鍵問題。我認為真正能有一半項目實現(xiàn)最終落地已經(jīng)很不錯了,特別是規(guī)劃小于30萬片月產(chǎn)能的項目,量產(chǎn)后比較難以保證盈虧平衡,達不到經(jīng)濟規(guī)模。”一位熟悉硅片產(chǎn)業(yè)情況的業(yè)內人士坦言。
據(jù)集微網(wǎng)了解,多地密集上馬12英寸大硅片項目以及過程中產(chǎn)生的問題已經(jīng)引起發(fā)改委的注意,行業(yè)也在不斷呼吁對12英寸大硅片的投資應回歸理性。
“但大硅片畢竟不屬于戰(zhàn)略物資,還是要以市場為主,在地方政府和資金參與半導體產(chǎn)業(yè)投資熱情高漲的情況下,發(fā)改委可能也頂不住來自地方政府的壓力。”上述人士表示。
保守?芯片制造商不能只顧眼前利益
芯片制造企業(yè)對半導體硅片的品質有著極高的要求,對供應商的選擇非常慎重。多年來,硅片制造商和芯片制造商已經(jīng)形成了深度的“綁定”關系。新的硅片廠商要進入到芯片制造商供應鏈體系中,需要通過嚴格的認證流程。
通常情況下,產(chǎn)品認證周期一般為9-18個月,而終端用于汽車電子、醫(yī)療健康以及航空航天等領域的半導體硅片產(chǎn)品認證周期通常為3-5年。
因此,即便是國內大硅片龍頭硅產(chǎn)業(yè)集團和中環(huán)股份,也只是處于部分12英寸產(chǎn)品通過認證,初步量產(chǎn)或即將量產(chǎn)的階段,離真正進入到芯片制造大廠的供應鏈體系還有一定距離。根據(jù)上海新昇方面公布的數(shù)據(jù),雖然目前硅晶圓出貨累計已經(jīng)超過100萬片,但很大一部分是測試樣片,正片出貨量不足十分之一。
“這個認證過程,芯片制造商會安排在生產(chǎn)中的空檔環(huán)節(jié)進行,因為芯片制造商的生產(chǎn)排期非常緊密,再加上一些芯片制造大廠對于一些新建項目的硅片產(chǎn)品本身存有疑慮,并不愿意配合驗證。”上述業(yè)內人士表示。
多年來,國內的芯片制造廠商同日本等晶圓供應商已經(jīng)形成穩(wěn)定的供應關系,讓其改變或部分改變,接受國內廠商的產(chǎn)品會有所挑戰(zhàn)。
“即便從大方向上推進國產(chǎn)替代沒有問題,也能夠配合進行測試和認證,但能否最終批量采用,各家芯片制造廠商不得不考慮國產(chǎn)硅片的穩(wěn)定性、質量,甚至自己的KPI。”該人士表示。
此外,在上述硅片廠商人士看來,大陸芯片制造商的能力和對上游材料的認知程度,較主流大廠還存在一定差距,這些廠商在接受國產(chǎn)硅片上的相對“保守”也給國內硅片廠商的發(fā)展增加了難度。
“比如硅片一共有20個參數(shù)指標,我們能夠滿足關鍵指標在內的十幾個,有的一線芯片制造大廠認為能用但需要我們降價,而國內的廠商則認為指標不滿足要求不敢用。”該人士表示。
業(yè)內人士指出,國產(chǎn)大硅片的發(fā)展需要硅片制造商和芯片制造廠商兩方面的共同推動。一方面,國內硅片廠商需要不斷提升自己的技術實力和產(chǎn)品品質,確保硅片的質量以及穩(wěn)定性;另一方面,芯片制造商也應該開放更多機會。
“現(xiàn)在國內部分芯片制造廠愿意幫助硅片制造商試驗,已經(jīng)前進了一大步。芯片制造企業(yè)不能只顧眼前利益,要下決心配合硅片制造商測試國產(chǎn)化硅片質量。硅片是產(chǎn)業(yè)命脈,對手已先入為主,從長遠利益出發(fā),無論是硅片制造商還是芯片制造商都要有危機意識,雙方協(xié)同才能共同推進我國大硅片產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。”上述人士強調。
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