芯片制造主要有五大步骤:硅片制备、芯片制造、芯片测试与挑选、装配与封装、终测。
芯片制造主要有五大步骤_国内硅片制造商迎来春天
芯片制造的五大步骤
(1)硅片制备。
首先是将硅从矿物中提纯并纯化,经过特殊工艺产生适当直径的硅锭。然后将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片。最后按照不同的定位边和沾污水平等参数制成不同规格的硅片。 本文讨论的主要内容就是硅片制备环节。
(2)芯片制造。
裸露的硅片到达硅片制厂,经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂等步骤,硅片上就刻蚀了一整套集成电路。芯片测试/拣选。 芯片制造完后将被送到测试与拣选区,在那里对单个芯片进行探测和电学测试,然后拣选出合格的产品,并对有缺陷的产品进行标记。
(3)装配与封装。
硅片经过测试和拣选后就进入了装配和封装环节,目的是把单个的芯片包装在一个保护壳管内。 硅片的背面需要进行研磨以减少衬底的厚度,然后把一个后塑料膜贴附在硅片背面,再沿划线片用带金刚石尖的锯刃将硅片上每个芯片分开,塑料膜能保持芯片不脱落。在装配厂,好的芯片被压焊或抽空形成装配包,再将芯片密封在塑料或陶瓷壳内。
(4)终测。
为确保芯片的功能, 需要对每一个被封装的集成电路进行测试, 以满足制造商的电学和环节的特性参数要求。
硅片制作的工艺流程
硅片制备之前是制作高纯度的半导体级硅(semiconductor-grade silicon, SGS),也被称为电子级硅。 制备过程大概分为三步,第一步是通过加热含碳的硅石(SiO2) 来生成气态的氧化硅 SiO;第二步是用纯度大概 98%的氧化硅,通过压碎和化学反应生产含硅的三氯硅烷气体(SiHCl3); 第三步是用三氯硅烷经过再一次的化学过程,用氢气还原制备出纯度为 99.9999999%的半导体级硅。
芯片制造主要有五大步骤_国内硅片制造商迎来春天
半导体硅的生产过程
对半导体级硅进一步加工得到硅片的过程被称为硅片制备环节。 硅片制备包括晶体生长、整型、切片、抛光、清洗和检测等步骤,通过单晶硅生长、 机械加工、化学处理、表面抛光和质量检测等环节最终生产出符合条件的高质量硅片。
“新能源材料(硅片)全球TOP1,新能源组件全球TOP3,半导体材料(硅片)全球TOP5”。
8月17日,站在TCL新动能战略发布会演讲台上,63岁的李东生为中环股份(002129.SZ)定下全球新目标。一个月前,他掌舵的TCL 科技 (000100.SZ)以109.7亿元竞购中环集团100%股权,并将后者核心上市公司之一中环股份收入囊中。这也意味着,TCL 科技 将成为中环股份的第一大股东,后者从国企变身民企。
当天,李东生亮出TCL 科技 的三大引擎:智能终端、半导体显示及材料、新能源及半导体。而中环股份便是其发展新能源及半导体的重要主体。
一手新能源,一手半导体。李东生又将带领中环股份驶向何方?“TCL 科技 的业务与中环股份的业务高度契合、互补协同性比较大。另外,我们看好企业的管理基础、实力,特别是经营管理团队。入股中环后,我们将加大资源的投入,助力中环发展。”李东生向《中国经营报》等媒体如是表示。
对垒“光伏一哥”
中环股份要实现在新能源材料(硅片)称雄的目标,就不得不直面与“光伏一哥”隆基股份(601012.SH)的竞争。
有意思的是,2020年3月疫情期间,李东生和隆基股份创始人、总裁李振国还同时出现在由清华大学经管学院中国企业发展与并购重组中心举办的洞见讲堂活动上,探讨疫情下全球供应链新变局。彼时TCL 科技 尚未浮出中环集团混改“水面”,面对李东生,李振国还以“东生大哥”相称。如今,话音刚落,两者转身就变成了“对手”。
事实上,中环股份与隆基股份之间的交锋由来已久。
中环股份与隆基股份并称为单晶硅片龙头。不同的是,隆基股份专注于光伏领域,已经建构了从硅片、电池组件到光伏电站的垂直一体化产业链。而中环股份在光伏领域的垂直一体化尚不明显,当下其硅片业务突出,并不断加码组件环节。
在光伏硅片方面,中环股份与隆基股份基本占据了全球硅片产能的半壁江山。2019年底,隆基股份单晶硅片产能达到42GW,出货65.48亿片;中环股份单晶硅片合计产能33GW,销售量51.44亿片。近几年,两家企业竞相扩产:隆基股份规划硅片产能2020年底达75 GW,中环股份到2023年整体规划硅片产能达85GW。
2019年以来,中环股份觊觎全球组件地位的野心渐显,其参与竞拍东方环晟(后更名环晟光伏)并最终持股77%。据《能源》杂志报道,作为中环股份控股子公司环晟光伏目前拥有2GW叠瓦组件,到明年下半年产能将达到15GW,并有可能在2023年扩张至20GW。
不过,光伏咨询机构PVinfoLink于8月17日发布的2020年上半年全球光伏组件出货排名表明,目前中环股份与其他同行企业相比仍存在差距。从排名上看,位居榜首的仍是晶科能源,隆基股份次之,随后是天合光能、晶澳 科技 等企业,其中晶科能源和隆基股份出货量均超7GW。
显然,在光伏领域,目前隆基股份似乎略胜一筹,这在经营业绩上也进一步得到佐证。截至2019年底,隆基股份营收328.97亿元,净利润55.57亿元;同期,中环股份营收168.87亿元,净利润9亿元,其中,新能源板块营收154.39亿元,占营收比重91.43%。而市值方面,中环股份超700亿元,而隆基股份已破2000亿元大关。
不过,在不少人看来,中环股份和隆基股份的不同或差距似乎更多是体制原因。“从我个人38年的国企半导体行业的经历来看,深刻体会到体制机制是发动机。”中环股份总经理沈浩平认为,TCL将赋能未来的中环半导体,助力中环半导体,就是赋体制机制的能。
李东生也表示,“在原有的地方国有体制下,中环股份能够和各种所有制竞争保持一种竞争力,这非常难得。”
尽管与“光伏一哥”存在差距,但在光伏技术等方面,沈浩平却充满自信。2018年沈浩平曾在接受媒体采访时回忆,“在光伏领域,2002年以来没有什么重大技术,主要围绕单晶的。所有的重大创新全是我们(中环)创造的,没有一个不是。”
这种紧张态势在2020年下半年光伏涨价潮中也有表现。7月以来,光伏上游价凶猛,隆基股份被指“吃相难看”。而形成较大反差的是,中环股份却公开报价比隆基股份低0.22元/片。这被业界解读为两家企业“暗战”。
半导体“全球追赶”
相比光伏新能源板块,中环股份的半导体业务刚迎来黄金发展期。目前中环股份半导体业务占比低,其2019年半导体硅片(营收10.97亿元)占比仅6.5%。
半导体硅片属于半导体产业链的上游环节,是最为关键的半导体材料。不过,从全球竞争布局上看,前五家供应商日本信越半导体、日本胜高 科技 、中国台湾环球晶圆、德国Siltronic和韩国SK Siltron,已占据全球半导体硅片市场90%以上份额。中国大陆硅片制造企业中环股份与沪硅产业U(688126CN)较为靠前,但市场占比仅徘徊在2%上下。
摩尔定律驱动下,目前全球主流半导体硅片尺寸已迭代为8英寸和12英寸。而在中国大陆,仅有少数几家企业具备8英寸半导体硅片的生产能力,12英寸半导体硅片主要依靠进口。
2017年以来,全球半导体迎来5G/AI/IoT所驱动的新一轮增长周期和第三次产业转移浪潮,中国半导体硅片市场需求进一步增长。这一年,我国大陆硅片制造商开始打破垄断,并逐渐建立起可商业化的产品。
彼时,中环股份重点推进半导体硅片产品结构的战略升级。2017年12月,中环股份与无锡市政府下属投资平台、硅片制造设备商晶盛机电共同组建中环领先半导体材料有限公司(以下简称“中环领先半导体”),并在无锡建立8英寸、12英寸大硅片项目,共建半导体大硅片产业链。
事实上,受益于芯片国产化浪潮,国内大硅片市场需求规模将进一步增长。2019~2020年,中环股份也进入快速扩张期。
2019年1月,中环股份拟非公开发行股票不超5.57亿股,募资总额不超过50亿元,用于8~12英寸半导体硅片生产线项目、补充流动资金。截至2020年8月12日,中环股份已完成发行认购。
不仅如此,中环股份还有意在大硅片供应链上进行布局。2020年7月,中环股份出资2亿元参股中芯聚源发起的专项股权基金聚源芯星基金,而后者作为战略投资者认购了中芯国际在科创板首次公开发行的战略配售。
资料显示,目前中环股份半导体8英寸硅片已经量产,并通过大量客户验证,12英寸已经积极送样,正稳步导入量产。按照规划,中环股份的目标为8英寸105万片/月、12英寸62万片/月。
沈浩平公开表示,中环股份希望实现8英寸硅片全球前三,12英寸全球前五的目标。
中环股份的产业战略规划是做全球综合门类最全的半导体材料供应商。沈浩平比喻,“我们要既能给麦当劳提供薯片也能为中国菜提供各式各样的配料。”在他看来,这可能是中环股份走向未来更好的一个捷径,或者风险更小的路径。
这一目标在李东生看来也是现实的。他认为,现阶段要“上坡加油,追赶超越,扩展产业规模竞争力。”同时,TCL 科技 将加大资源投入,助力中环股份发展,总投资超过60亿元,包括建立高端半导体产业园。
将某一特定晶向的Si seed(种子,通常为一小的晶棒)棒插入熔融状态Si下,并慢慢向上拉起晶棒,一根和seed相同晶向的晶柱就被生产出来,晶柱的直径可以通过控制向上拉的速度等工艺变量来控制.将晶柱切割成很多的一小片,wafer就被制造出来了.晶柱两头无法切割成可用的wafer的部分可被称为头尾料.初步切割出来的wafer,表面通常比较粗糙,无法用作晶圆生产,因而通常都在后续工艺中进行抛光,抛光片的名词就由此而来.针对不同晶圆制造要求,通常需要向粗制晶圆内掺杂一些杂质,如P,B等,以改变其阻值,因而就有了低阻,高阻,重掺等名词.镀膜片可以理解为外延片Epi,是针对特定要求的半导体device而制定的wafer,通常是在高端IC和特殊IC上使用,如绝缘体上Si(SOI)等. 在晶圆IC的生产过程中,需要一些wafer来测试生产设备的工艺状态,如particle水平,蚀刻率,缺陷率等,这些wafer通常叫做控片,控片也用来随正常生产批一起工艺以测试某一工艺的质量状况,如CVD膜厚等.生产设备在维护或维修后,立即工艺生产批的wafer,容易造成报废,因而通常要用一些非常低成本的wafer来运行工艺以确定维护或修理工作的质量,这类wafer通常叫做dummy wafer,当然有的时候dummy wafer也会用在正常生产过程中,如某些机台必须要求一定数量的wafer才能工艺,不足的就用dummy wafer补足,而有的机台必须在工艺一定数量的wafer后进行某一形式的dummy run,否则工艺质量无法保证等等诸如此类的很多wafer都可以叫做dummy. 挡片基本上可以视为dummy wafer的一种. dummy wafer,控片,挡片等通常都是可以回收利用的.硅片,是制作集成电路的重要材料,通过对硅片进行光刻、离子注入等手段,可以制成各种半导体器件。用硅片制成的芯片有着惊人的运算能力。科学技术的发展不断推动着半导体的发展。自动化和计算机等技术发展,使硅片(集成电路)这种高技术产品的造价已降到十分低廉的程度。这使得硅片已广泛应用于航空航天、工业、农业和国防,甚至悄悄进入每一个家庭。
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