新美光發(fā)布450mm半導(dǎo)體級單晶硅棒，國產(chǎn)替代穩(wěn)步前進(jìn)

  一、新美光發(fā)布了 450mm半導(dǎo)體級單晶硅棒

  在 Semicon China2020 上，新美光(蘇州)半導(dǎo)體科技有限公司發(fā)布了 450mm(18 寸)11 個 9 純度的半導(dǎo)體級單晶硅棒。

  新美光 CEO 夏秋良介紹，450mm 半導(dǎo)體單晶硅棒采用國際最先進(jìn) MCZ 技術(shù)，代表國際先進(jìn)水平，改變國內(nèi)無自主 450mm 半導(dǎo)體級單晶硅棒的局面。將在 28nm 以下晶圓廠實現(xiàn)國產(chǎn)替代。在半導(dǎo)體晶圓廠自主化方面，發(fā)揮重要作用。

  新美光(蘇州)半導(dǎo)體科技有限公司成立于 2013 年 1 月，依托中科院蘇州納米所和中科院產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與育成中心，由原美資半導(dǎo)體公司研發(fā)技術(shù)高管夏秋良先生創(chuàng)立，致力于先進(jìn)半導(dǎo)體硅材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，提供半導(dǎo)體硅片一攬子解決方案，歷時 3 年研發(fā)出業(yè)界最先進(jìn)的 450mm(18 英寸)無缺陷單晶硅生長技術(shù)，計劃未來 3-5 年內(nèi)投資 2 億元以上，將打造國內(nèi)最先進(jìn)的半導(dǎo)體硅材料研發(fā)及生產(chǎn)基地。

  二、硅片尺寸演變歷程

  在摩爾定律的驅(qū)動下，硅片尺寸呈現(xiàn)從6寸—8寸—12寸的路徑變化。據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，4英寸硅片產(chǎn)生于1986年，6英寸于1992年，8英寸于1997，12英寸于2005年。業(yè)界較為公認(rèn)的說法，1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，2002年，英特爾與IBM首先建成12英寸生產(chǎn)線，到2005年12英寸硅片的市場份額已占20%，2008年其占比上升至30%，而8英寸硅片占比已下降至54%，6英寸硅片占比下降至11%。

  根據(jù)SEMI的預(yù)測，12英寸硅片的市占率將逐步提升，而八英寸和六英寸硅片的市占率逐漸萎縮。到2020年，12英寸硅片的占比上升到約80%，8英寸硅片的占比降至8%左右，6英寸及以下硅片降至2%左右。

  根據(jù)全球300mm(12英寸)和450mm(18英寸)晶圓Fab的產(chǎn)品和數(shù)量預(yù)測，在未來15到25年里，300mm晶圓Fab在半導(dǎo)體制造業(yè)內(nèi)保持主流地位，因此300mm硅片在未來至少25年的時間里，也將繼續(xù)保持發(fā)展的態(tài)勢。根據(jù)預(yù)測，12英寸硅片在2022年左右達(dá)到市場份額的峰值。在摩爾定律的驅(qū)動下，隨著18寸硅片的生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟，市場化進(jìn)程加速，12英寸將朝著18英寸過渡。

  三、12寸晶圓仍是市場主流

  據(jù)市調(diào)機構(gòu)IC Insights最新公布《2017~2021年全球晶圓產(chǎn)能報告》指出，2008年前，IC制造以8寸晶圓為大宗;不過，2008年后，12寸晶圓便逐漸取而代之成為市場主流。

  最新公布的晶圓產(chǎn)能報告顯示，12寸晶圓產(chǎn)能排行中，三星以22%奪全球第一，其次為美光的14%，SK海力士與臺積電同為13%位居第三。第五至第十則分別為東芝/威騰(11%)、英特爾(7%)、GlobalFoundries(6%)、聯(lián)電(3%)、力晶科技(2%)及中芯國際(2%)。其中三星、美光、SK海力士、東芝/威騰以供應(yīng)DRAM與NAND flash存儲器為主。臺積電、GlobalFoundries、聯(lián)電、力晶科技、中芯國際為純晶圓代工業(yè)者。英特爾為整合元件制造(IDM)業(yè)者，就營收而言，該公司亦為全球最大的半導(dǎo)體業(yè)者。IC Insights表示，上述前十大業(yè)者都已運用最大尺寸晶圓技術(shù)來制造各類IC產(chǎn)品，因此在每晶粒的制造成本上，都具有最佳的攤銷能力。此外，這些業(yè)者也都對新的或改善現(xiàn)有的12寸晶圓制程上，具有繼續(xù)進(jìn)行投資的能力。

  三、18nm晶圓發(fā)展緩慢緣由

  18英寸(450mm)的硅片對于全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍然還是一個懸而未決的課題，其中的關(guān)鍵因素是半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，包括應(yīng)用材料等企業(yè)缺乏研發(fā)和生產(chǎn)的積極性，主要原因在于生產(chǎn)450mm硅片不是簡單地把腔體的直徑放大，而是需要重新設(shè)計和制造相應(yīng)的設(shè)備，面對巨大的資本開支和高端技術(shù)人才的引進(jìn)等難題，企業(yè)需要慎重考慮未來的市場是否有足夠的投資回報率，以尋找成熟的時機進(jìn)入市場。SEMI曾預(yù)測每個450mm晶圓廠將耗資100億美元，但單位面積芯片成本只下降8%。

  成本下降是決定450mm硅片成功的關(guān)鍵，然而這是指芯片的制造成本，不僅與設(shè)備有關(guān)，還與配套的產(chǎn)業(yè)鏈有關(guān)。相信只有使芯片制造商與設(shè)備制造商同時實現(xiàn)雙贏，才能持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展。因此未來向450mm硅片過渡，估計要比向300mm硅片過渡更為復(fù)雜與困難，可能周期會更長一些。

  總體上450mm硅片是大勢所趨，業(yè)界己有共識。然而何時真正的開始過渡，以及全球有多少廠家愿意出資70億美元～100億美元投資建廠尚有待觀察，這也是目前似乎存有不同觀點的癥結(jié)所在，因為可能只有銷售額達(dá)到或接近200億美元的企業(yè)才能夠支持得起如此巨額的持續(xù)投資。

  總結(jié)

  新美光發(fā)布的 450mm(18 寸)11 個 9 純度的半導(dǎo)體級單晶硅棒在國際上都具有領(lǐng)先意義，代表自主研發(fā)晶圓向前跨進(jìn)一大步，18英寸晶圓是大勢所趨，但仍舊面臨著成本和技術(shù)方面的壓力。