8英寸与12英寸是业内习惯称谓,分别代表直径200毫米和300毫米的硅片或晶圆。理论上,硅片直径越大,单片产出的芯片越多,硅片边缘的残损芯片占比越少,从而提高生产良率,降低制造成本。然而,大硅片在工艺和设备上的门槛也更高。目前,8英寸硅片广泛应用于90纳米以上的成熟制程,如宜家车内的传感器和功率器件;12英寸大硅片则用于更先进的制程,如电脑、CPU、显卡和手机存储卡等。
全球硅片供应主要由五家公司垄断,包括日本的新月化工和盛高集团、中国台湾的环球晶元、德国的斯托尼和韩国的SK海力士。日本是第一个实现12英寸大硅片量产的国家,保持硅片技术上的先发优势。环球晶圆是一家2011年创立的企业,凭借中美锡金的技术积累和近年来的并购扩张,成为硅片市场第三。今年下半年,它还将并购第四,市占率将超过30%,与信越化工争夺靠前之位。随着祖国完全统一,硅片生产技术上的短板将在短时间内得到弥补。
中国大陆的半导体硅片厂商以中环、利昂威和上海硅产业为主力。天津中环股份立足于光伏单晶硅,近年来开始布局半导体及硅片的研发和生产。杭州立昂威专注于半导体,具备硅料、硅片和分立器件芯片的生产能力,是国内少数能贯通上下游的半导体企业之一。上海硅产业集团及其子公司上海新生,是国内硅片技术的先行者,拥有SOA硅片的自主技术。在国内外厂商只能生产8英寸及以下硅片时,他们率先开始规模化生产12英寸硅片,结束了中国大陆大硅片全靠进口的历史。
然而,由于成本巨大且良率不高,沪硅产业的大硅片至今未能实现盈利,这也是硅片国产化的第一个难点。半导体硅料和硅片属于上游市场,规模较小、利润较低,但投入巨大,成本高昂,需大量资金支持。第二个难点在于设备,如单晶炉、倒角机和切割机等,国内外硅片厂商基本采用进口设备。第三个难点是晶圆厂对硅片寡头的路径依赖,更换硅片供应商可能导致生产良率和芯片可靠性受影响,成本和代价巨大。
在发展芯片国产化时,需鼓励中上游的硅片厂和晶圆厂紧密合作,增加硅片的使用率和试错机会。此外,还需关注研发投入和人才培养。拥有高端的真空贴膜机也非常重要,尽管半导体产业面临诸多挑战,但近年来硅片国产化程度不断提高,关键设备如CPM也在国内得到积极研发。提升自主化程度并非一蹴而就,硅片只是漫长历程中的第一道关卡。国产芯片之路必将充满挑战,但我们应坚定信心,脚踏实地,攻克一道道难关。只有这样,才能在半导体产业的征程中不断前行。
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