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28nm以下12英寸矽片也受限?國產大矽片產能可期

電子發燒友網報道(文/黃山明)近日,立昂微在公開平臺上回復投資者提問時提到,目前用於28nm以下製程的12英寸矽片已納入瓦森納協定。因為是在回覆投資者提問,並且立昂微本身作為老牌矽片製造廠,因此看起來該訊息的可信度極高。

就在不久前,美國商務部工業和安全域性(BIS)宣佈,將超寬頻隙基板半導體材料氧化鎵(Ga2O3),設計GAAFET架構的先進晶片EDA軟體工具等列入商業管制清單,如今再將12英寸矽片列入瓦森納協定,意圖明顯是全面遏制中國半導體的發展。

瓦森納協定與大矽片

所謂《瓦森納協定》,全稱為《關於常規武器和兩用物品及技術出口控制的瓦森納安排》,是1996年成立的一個旨在控制常規武器和高新技術貿易的國際性組織。目前該組織已經擁有超過40個成員國,包括美國、英國、日本、韓國、俄羅斯等。

《瓦森納協定》雖然允許成員國在自願的基礎上對各自的技術出口實施控制,但實際上成員國在重要的技術出口決策上受到美國的影響。包括中國、伊朗、利比亞等均在這個被限制的國家名單之中。

也正是因為瓦森納協定的限制,此前中國投入巨資開展908、909工程,深入研發晶片等高科技領域,但受到協定限制,工程進展受到極大阻礙,投入大量資金的華晶、華虹等遭受重創。至今為止,我國採購的半導體、科技裝置依舊與最新產品有著2-3代的差距,包括如今的EUV光刻機也同樣受到瓦森納協定限制而遲遲無法被國內廠商採購到貨。

當然,瓦森納協定對中國的封鎖也不完全是負面效果。2008年以前,盾構機技術僅被美國、日本、德國的幾家企業所壟斷,中國購買一臺便需要花費7億元,堪稱工程界的光刻機。如果出現故障,也只能外國工程師來維修,並且現場還不得有中國人圍觀。就是因為瓦森納協定限制只能購買產品,無法獲得技術。

後來在國家有關政策的導向下,從2009年開始,以中國鐵建和中國中鐵為主要牽頭企業,開始了盾構機的攻堅之路。2010年,國內盾構機國產化率已經達到了87%,讓國際盾構機在中國市場價格被迫降低了30%,並且在中國市場的份額也大幅縮水。

儘管盾構機實現了突圍,但瓦森納協定對中國的圍堵並未結束。2019年,瓦森納協定進行了修訂,限制用於14nm及以下製程工藝的大矽片生產製造技術,並且還包括涉及的相關技術、裝置等。

28nm以下12英寸矽片也受限?國產大矽片產能可期

不過此次立昂微在回覆投資者提問時,透露用於28nm以下製程12英寸矽片已納入瓦森納協定的意思是指14nm及以下,其董秘已在朋友圈中進行了相關解釋,並表示這一情況與2019年相比未發生變化。

國產大矽片發展現狀

半導體矽片是晶片製造最重要的材料,也是半導體產業的基石。而大矽片,通常指的是12英寸的矽片。而在摩爾定律的影響下,為了降低晶片成本,矽片越大越好,矽片直徑越大,在單片矽片上可生產的晶片數量就越多,邊緣損失的部分越小,單顆晶片的成本也就越低。

據2021年資料顯示,在全球矽片市場上,日本信越化學、環球晶圓、德國世創、日本勝高、韓國SK Siltron、Soitec這6大廠商拿走了全球92%左右的份額。

相比之下,中國大陸的矽片廠商市場份額較小,且主要以200mm(8英寸)及以下尺寸的矽片為主,很少有能夠生產300mm(12英寸)矽片的本土廠商,而7nm及以下先進製程晶片主要需求便是12英寸矽片。

而在國際市場中,12英寸矽片早已成為主流。據SEMI資料顯示,2019年,全球300mm矽片出貨面積佔比已經達到67。22%。

直到2017年,張汝京博士創辦的上海新昇(現為滬矽產業子公司)首次實現12英寸矽片量產,打破了國際巨頭對大矽片的壟斷。如今,滬矽產業表示,其12英寸大矽片已可用於28nm製程的晶片製造。

資料顯示,2021年滬矽產業佔全球份額僅為2。2%,而國內所有廠商合計佔比也不超過5%。除了滬矽產業以外,還有如超矽半導體、中欣晶圓、奕斯偉、立昂微、中環股份等,都已經實現了300mm矽片的量產,而有研矽正在建設300mm矽片產線,這都是國內大矽片的中堅力量。

矽片本身技術難度極高,必須具備高標準的純淨度,矽片表面高度落差需要小於1nm,微顆粒小於1nm,雜質含量小於百億分之一,並且隨著製程的推進,對晶片缺陷密度、缺陷尺寸的容忍度也在不斷降低,未來質量要求也將更趨嚴格。在這種嚴苛的標準下,矽片越大,難度也在呈幾何倍上升。

好訊息是,目前本土矽片廠商不僅為中芯國際、華虹、華力微、長江儲存等中國大陸廠商供貨,也走向了全球,包括臺積電、格羅方德、意法半導體、聯電等都已經有用到中國大陸廠商所生產的大矽片。

目前生產情況來看,資料顯示,滬矽集團300mm矽片產能為30萬片/月,中環股份為17萬片/月,立昂微為15萬片/月,中欣晶圓為20萬片/月,奕斯偉可達到50萬片/月。此外,還有媒體訊息顯示,如超矽半導體的300mm矽片產業達到30萬片/月。

擴產情況上,有研矽顯示2020年底已經開建300mm矽片專案,已開工產能達到30萬片/月,而滬矽產業預計將新增30萬片/月的大矽片產能,預計在2024年投產。中環股份則計劃在2023年底實現60萬片/月的300mm矽片產能。奕斯偉的矽產業基地二期專案也正在建設當中。

因此,據不完全統計,當前國產300mm矽片產能合計已經超過了162萬片/月,隨著滬矽產業、中環股份、奕斯偉的廠商新產線的投產後,國產12英寸矽片產能將超過265萬片/月。

這波擴產浪潮一方面是由於國內市場需求旺盛所致,另一方面受到2020年下半年全球缺鋅影響,包括日本勝高、信越化學等矽片大廠紛紛漲價,讓國內的半導體產業鏈陷入被動。而隨著大陸矽片廠商的進入,讓國內產業鏈有了更多的主動權。

寫在最後

從目前的訊息來看,瓦森納協定從2019年修訂之後便沒有新的改動,所謂28nm製程以下的12英寸矽片,主要指14nm及以下的大矽片。並且如今國內廠商已經實現了28nm製程所使用大矽片的量產,按照慣例,中國企業能夠做出來的產品不僅不會限制,反而會進行更激烈的競爭,以更優惠的價格來限制國內相關產品的發展。

另一方面,14nm以下先進製程的半導體矽片目前仍在探索之中,尤其受到瓦森納協定的限制,包括國內14nm及以下先進製程發展緩慢。如果國內沒有相關市場,那麼上游矽片廠推進14nm及以下的矽片意願也不會強烈。這就成為一個,先有雞還是先有蛋的問題了。

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