長(zhǎng)期以來，中國(guó)不僅在芯片設(shè)計(jì)和制造上落后于海外巨頭，底層原材料——硅片也是被“卡脖子”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果能在這一賽道實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，不僅有助于降低國(guó)產(chǎn)芯片制造成本，而且在戰(zhàn)略上有助于構(gòu)建完整芯片產(chǎn)業(yè)鏈。
硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)商。通過旗下子公司的技術(shù)研發(fā)和量產(chǎn)攻關(guān)，如今不僅在200mm硅片達(dá)到國(guó)際先進(jìn)的水平，并且率先在中國(guó)大陸實(shí)現(xiàn)300mm硅片的大規(guī)模銷售。
硅片是芯片的原材料，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，單個(gè)硅片面積越大，能切割出的芯片數(shù)量也就越多。如果中國(guó)廠商想在7nm甚至5nm制程的芯片上發(fā)力追趕，更大面積的硅片則是必不可少的原材料。硅產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)300mm硅片國(guó)產(chǎn)商業(yè)化，對(duì)我國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)替代意義重大。
不過，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有明顯的周期性，硅片產(chǎn)業(yè)如今進(jìn)入了供過于求的調(diào)整期，客戶庫存高企，需求下滑。硅片產(chǎn)業(yè)2019年的銷量和銷售額雙雙下降。通過科創(chuàng)板募資，硅產(chǎn)業(yè)能否在逆周期繼續(xù)加大資本投入，趕上行業(yè)下一次回暖的東風(fēng)？
錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)立足200mm硅片
由于起步較晚，中國(guó)在半導(dǎo)體行業(yè)的追趕之路，幾乎囊括產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)，且非一日之功：在芯片設(shè)計(jì)等下游環(huán)節(jié)，要面對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)際廠商經(jīng)營(yíng)多年構(gòu)筑的專利網(wǎng)；在上游材料環(huán)節(jié)，還需要填平制造工藝落后的鴻溝。
追溯到芯片制造工序的最上游，俗稱“晶圓”的半導(dǎo)體硅片，是制造芯片的原材料，也是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈與國(guó)際先進(jìn)水平差距最大的環(huán)節(jié)之一。以硅片為基礎(chǔ)，才能制作各種電路元件結(jié)構(gòu)，從而讓硅片最終成為有特定電性功能的集成電路產(chǎn)品。
從沙石原料到冶金級(jí)硅、電子級(jí)硅，原材料被不斷提純，最后形成高純度的多晶硅。高純度的多晶硅還要通過熔化等工序，生長(zhǎng)成單晶硅。之后，單晶硅在直拉法等工藝下形成單晶硅棒，再經(jīng)過切斷、滾磨、切片、倒角、拋光、激光刻等工序，形成硅片。
根據(jù)硅片的尺寸，主流產(chǎn)品可以分為150mm（6英寸）、200mm（8英寸）、300mm（12英寸）等。隨著芯片工藝制程的提升，出于成本的考慮，對(duì)硅片尺寸的要求也越來越高。通常情況下，90nm及以下制程的芯片主要使用300mm的硅片，而90nm以上制程主要使用200mm及以下尺寸的硅片。
經(jīng)過數(shù)十年的追趕，中國(guó)廠商不僅能夠勝任150mm硅片的制造，而且硅產(chǎn)業(yè)等行業(yè)中的佼佼者已經(jīng)在200mm尺寸達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)，為我國(guó)在半導(dǎo)體關(guān)鍵材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代立下了汗馬功勞。
成立于2015年的硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，通過入股、并購(gòu)等戰(zhàn)略，在200mm及以下尺寸構(gòu)筑了完整的產(chǎn)品線，涵蓋拋光片、外延片和SOI硅片。
從工藝上看，拋光片需要滿足集成電路對(duì)硅片平整度越來越高的需求；外延片則是在拋光片的基礎(chǔ)上進(jìn)行外延生長(zhǎng)，滿足特定器件的生產(chǎn)需求；SOI（Silicon－On－Insulator）硅片是在頂層硅和背襯底，引入一層氧化絕緣埋層，從而實(shí)現(xiàn)電路中元器件的介質(zhì)隔離，防止漏電。
通過技術(shù)合作、研發(fā)和投資等戰(zhàn)略，硅產(chǎn)業(yè)及其子公司在業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)了跨越式增長(zhǎng)，技術(shù)上也形成了自己的優(yōu)勢(shì)，從國(guó)內(nèi)一眾廠商中脫穎而出。加上子公司新傲科技的業(yè)務(wù)，硅產(chǎn)業(yè)在全球硅片市場(chǎng)銷售額占比達(dá)到2．18％，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占比在2018年達(dá)到26．32％。
2018年全球半導(dǎo)體硅片行業(yè)銷售額占比
對(duì)外并購(gòu)、合作，是硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)掌握先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)的秘笈之一。2016年，硅產(chǎn)業(yè)收購(gòu)Okmetic，將這家芬蘭晶圓廠商收入囊中，同時(shí)也掌握了其行業(yè)領(lǐng)先的拉晶技術(shù)。
拉晶是生產(chǎn)單晶硅的核心工序之一，拉晶的效率及中間產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性，將直接影響硅片的產(chǎn)出率和質(zhì)量。得益于拉晶技術(shù)的加持，Okmetic的收入增長(zhǎng)率一直維持在15％以上，凈利潤(rùn)也從2007年的0．79億元增長(zhǎng)到2018年的1．28億元，成為硅產(chǎn)業(yè)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
2016年，硅產(chǎn)業(yè)入股Soitec，布局SOI硅片。后者不僅是全球第七大半導(dǎo)體硅片制造商，更是全球最大的SOI硅片制造商。同年，硅產(chǎn)業(yè)入股新傲科技，從而進(jìn)軍國(guó)內(nèi)的SOI硅片市場(chǎng)，如今已持有后者89．19％的股權(quán)。
在業(yè)務(wù)運(yùn)作上，新傲科技則與Soitec形成了協(xié)同，獲得Smart CutTM技術(shù)的授權(quán)。Smart CutTM是全球最先進(jìn)的薄膜SOI硅片生產(chǎn)工藝之一，其專利為Soitec所獨(dú)有，在全球范圍內(nèi)僅授權(quán)給信越化學(xué)、環(huán)球晶圓和新傲科技三家廠商。
通過與Soitec合作，新傲科技不僅成為中國(guó)大陸唯一具有Smart CutTM技術(shù)的企業(yè)，擁有生產(chǎn)世界領(lǐng)先SOI硅片的能力，而且與Soitec的業(yè)務(wù)合作也逐漸緊密。根據(jù)新傲科技和Soitec在2014年簽訂的《許可及技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議》，新傲科技采用Smart CutTM技術(shù)生產(chǎn)的SOI芯片除了賣給Soitec外，還可以賣給其他國(guó)內(nèi)客戶。
而在2018年的新約定中，新傲科技采用Smart CutTM技術(shù)生產(chǎn)的SOI芯片要先賣給Soitec，再由Soitec向第三方銷售。同時(shí)，新傲科技也向Soitec采購(gòu)生產(chǎn)SOI硅片用的襯底片。
在商業(yè)模式上，硅產(chǎn)業(yè)充分利用高端細(xì)分市場(chǎng)小批量、多批次、產(chǎn)品種類多的采購(gòu)特點(diǎn)，與行業(yè)龍頭形成錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)，從而在200mm及以下的半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)站穩(wěn)了腳跟。
國(guó)產(chǎn)突破，進(jìn)軍300mm大硅片
一般情況下，單晶硅棒的直徑由籽晶粒拉出速度和旋轉(zhuǎn)速度決定。結(jié)晶中旋轉(zhuǎn)速度越慢，直徑就越大，但同時(shí)會(huì)因?yàn)樾D(zhuǎn)速度不穩(wěn)定而帶來晶格結(jié)構(gòu)上的缺陷。從技術(shù)角度來看，硅片的面積越大，技術(shù)難度也越高。
而從市場(chǎng)角度來看，提升半導(dǎo)體硅片的直徑，則是芯片制造商追逐摩爾定律的需要——根據(jù)摩爾定律，集成電路上所集成的晶體管數(shù)量，每隔18個(gè)月就要提升一倍，即集成電路增強(qiáng)一倍，成本下降一半。對(duì)于半導(dǎo)體硅片來說，其直徑越大，單片硅片的可生產(chǎn)芯片數(shù)量也就越多。
以300mm硅片與200mm硅片為例。盡管前者的直徑僅為后者的1．5倍，但實(shí)際面積則是后者的2．25倍。因?yàn)樾酒酁榫匦?，更大尺寸的硅片浪費(fèi)的邊緣也會(huì)越小。所以在同樣的工藝條件下，300mm硅片的可使用面積超過200mm兩倍以上，可使用率是后者的2．5倍左右。根據(jù)SEMI的統(tǒng)計(jì)，2018年全球300mm半導(dǎo)體硅片出貨面積占全部半導(dǎo)體硅片出貨面積的63．83％。
因此，隨著市場(chǎng)需求重心的轉(zhuǎn)移，中國(guó)廠商追趕的步伐也延伸至此，硅產(chǎn)業(yè)及其子公司上海新昇也不例外。上海新昇最早于2016年10月拉出第一根300mm單晶硅碇，并在次年打通了300mm半導(dǎo)體硅片全工藝流程，最終在2018年在中國(guó)大陸率先實(shí)現(xiàn)規(guī)?；N售。
按照常規(guī)流程，半導(dǎo)體硅片在批量供貨前需要芯片制造企業(yè)的認(rèn)證，周期一般在9－18個(gè)月。上海新昇盡管進(jìn)入賽道的時(shí)間不長(zhǎng)，如今已經(jīng)獲得了包括格羅方德、中芯國(guó)際在內(nèi)的49家客戶的認(rèn)證。
除了推進(jìn)客戶認(rèn)證，拓寬銷路外，硅產(chǎn)業(yè)背后的“國(guó)家隊(duì)”，也值得留意。硅產(chǎn)業(yè)及其子公司主要合作方為微系統(tǒng)所，后者是硅產(chǎn)業(yè)股東集團(tuán)的控股股東，同時(shí)也是新傲科技的發(fā)起人和第二大股東。
除了新傲科技與微系統(tǒng)所在SOI芯片上的研發(fā)合作外，上海新昇也與微系統(tǒng)共同承擔(dān)了“20－14nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)300mm硅片研發(fā)”和“300mm單晶棒生長(zhǎng)技術(shù)研發(fā)”兩大課題，進(jìn)一步提高自身在300mm硅片研發(fā)和制造的技術(shù)實(shí)力。
行業(yè)下行周期逆勢(shì)擴(kuò)張
半導(dǎo)體行業(yè)具有明顯的周期性，經(jīng)濟(jì)形勢(shì)轉(zhuǎn)好時(shí)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈則積極擴(kuò)充產(chǎn)能，然后為了攤薄擴(kuò)充產(chǎn)能的成本，提高產(chǎn)量，導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格下跌。之后，供過于求的市場(chǎng)環(huán)境讓廠商們無利可圖，整個(gè)行業(yè)等待需求增長(zhǎng)去消化產(chǎn)能，然后進(jìn)入下一個(gè)上升期。這也是為什么全球半導(dǎo)體硅片的出貨面積常年增長(zhǎng)，銷售額反而存在波動(dòng)周期的原因。
全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)規(guī)模
而在2019年，行業(yè)進(jìn)入下行周期，出貨量和銷售額雙雙下滑。根據(jù)SEMI公布的數(shù)據(jù)，2019年全球硅片出貨量同比下滑7％，銷售額則從113．8億美元降低到111．5億美元。
市場(chǎng)的轉(zhuǎn)冷，對(duì)巨頭們也產(chǎn)生了影響。除了信越化學(xué)和環(huán)球晶圓保持增長(zhǎng)外，SUMCO、Siltronic和合晶科技的業(yè)績(jī)均有明顯下滑。全球硅片市場(chǎng)排名第二的SUMCO和第三的Siltronic均在經(jīng)營(yíng)報(bào)告中指出：因?yàn)榭蛻魩齑娓咂?，而消化庫存需要一定的時(shí)間，所以預(yù)計(jì)行業(yè)會(huì)在2020年下半年回暖。
硅產(chǎn)業(yè)也受到波及，尤其是300mm硅片的下游需求萎縮，拖累了業(yè)績(jī)。2019年1－9月，硅產(chǎn)業(yè)的凈利潤(rùn)由正轉(zhuǎn)負(fù)，業(yè)績(jī)承壓，其中300mm硅片的產(chǎn)能利用率下滑至44．36％。
目前，前五大硅片廠商的市場(chǎng)占比已經(jīng)達(dá)到92．57％，硅產(chǎn)業(yè)在300mm硅片產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)上仍存劣勢(shì)。已經(jīng)在200mm硅片站穩(wěn)腳跟的硅產(chǎn)業(yè)，還需要更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，才能把握住5G等新需求帶來的增長(zhǎng)機(jī)遇。
在行業(yè)下行的周期中，除了等待整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)蘇外，別無他法。不過，科創(chuàng)板的募資，無疑給硅產(chǎn)業(yè)的追趕之路注入了一劑強(qiáng)心針。在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手瑟縮不前的局面下，正是硅產(chǎn)業(yè)通過研發(fā)苦練內(nèi)功，提升產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的良機(jī)。能否趕上下一輪行業(yè)復(fù)蘇的周期，就看今朝。
作者：夏一哲