硅片,半导体元件的一种。

硅片,半导体元件的一种。,第1张

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。

硅片是生产芯片、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料,目前90%以上的半导体产品均使用硅基材料制造,硅片占半导体材料市场规模比重约为37%,位居半导体三大核心材料之首,因此,半导体硅片被誉为半导体行业的“粮食”,虽然全球市场总规模不大,但至关重要。

近20年以来,半导体硅片长期被日本信越、日本胜高(SUMCO)、环球晶圆、德国Siltronic、韩国SK Siltron等少数寡头企业垄断。2019年,行业前五大企业合计销售额占全球半导体硅片行业销售额比重高达92%,我国90%以上的硅片需求依赖进口,基本不在国内生产,目前,硅片垄断局面还在加剧。

11月30日,德国硅片制造商Siltronic AG表示,正与环球晶圆开展深入谈判,后者拟以37.5亿欧元(约合45亿美元)将其收购,双方预期在12月第二周,取得Siltronic监事会及环球晶圆董事会核准后,进行BCA签署。

环球晶董事长徐秀兰指出,双方都认为结合后的事业体会有很好的成效,将更能互补地有效投资,进而扩充产能。

并购前,德国Siltronic为全球第四大硅晶圆厂,市占率约为7%,环球晶则为全球第三大厂,市占率达18%,收购完成后,环球晶在全球硅晶圆市场占有率有望一举跃升至25%,逼近日本胜高的28%,同时意味着全球晶圆市场将呈现日本信越、胜高、环球晶圆、SK Siltron四强争霸的格局,进一步垄断市场。

根据IC Insights的报告,今年仅ADI收购Maxim、英伟达收购ARM、SK海力士收购英特尔存储业务、AMD收购赛灵思四起收购案的交易额就高达1050亿美元,外加Marvell100亿美元收购Inphi、环球晶45亿美元收购德国Siltronic,2020年半导体并购金额已经创下 历史 新高。

去年,韩国SK Siltron为防止日本出口限制,收购杜邦碳化硅晶圆事业部,在区域全球化抬头的当下,各巨头抱团取暖,通过并购来加强各自的优势,以应对快速变化和复杂的局面。

以半导体设备巨头应用材料为例,在2018年之前的几十年内,应用材料长期稳坐全球半导体设备第一供应商的位置,凭借的就是全面且强大的产品线,特别是在具有高技术含量的半导体制造前道设备,该公司具有相当深厚的技术功底。

但从 历史 来看,应用材料正是通过一系列的并购,来加强自己实力的,虽然从1967年-1996年的30年间,应用材料只有一次核心业务相关的并购,但在1997年-2007年十年间,先后发起了14起并购案,不断完善自己的产品构成。

截至目前,应用材料的产品线涵盖了半导体制造的数十种设备,包括原子沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入机、刻蚀机、化学抛光及晶圆检测设备等,预计2020年,应用材料半导体设备的市场份额将从去年的15.9%提高至18.8%。

查阅了近几年的国内半导体海外并购案例,主要有五起:

2013年紫光集团17.8亿美元收购展讯,2014年9.07亿美元收购锐迪科,后合并成为紫光展锐;2015年合肥瑞成18亿美元收购高性能射频功率放大器厂商AMPLEON;2016年中信资本、北京清芯华创投资与金石投资19亿美元收购CMOS传感器厂商豪威 科技 ;

2016年长电 科技 以7.8亿美元收购新加坡封测厂金科星朋;2017年建广资产27.5亿美元收购恩智浦标准件业务,今年6月安世半导体正式注入闻泰 科技 。

其他的海外收购基本都在5亿美元以下,特别是国产替代加速的最近三年,鲜有海外并购的大案例,想着国内半导体厂不差钱,但为何还是买不来?

实际上,国内企业海外并购,特别是半导体海外并购还真不是钱多就能解决的问题,早在1996年,西方42国就签署了集团性限制出口控制机制——《瓦森纳协定》,简单来说,就是成员国内技术转让或出口无需上报,但向非成员国转让需要上报,以此达到技术转让监管和控制的目的。

并且这份协定很与时俱进,以大硅片为例,2019年底修订的《瓦森纳协定》,就新增了一条关于12英寸大硅片技术的出口管制内容,直指中国集成电路14纳米制程工艺,以及上游适用于14纳米工艺的大硅片。

封锁的还不止拉高纯度单晶硅锭的设备和材料,更是从切割抛光好的硅片具体参数上进行了限制,专门针对适用于14纳米制程工艺的各种硅片。所以说,小到具体产品参数都能安排的明明白白,更别说直接并购先进企业,基本没有可能。

如果说美国单方面打压华为是凭借自身实力,那么通过《瓦森纳协定》限制技术出口,就相当于是在全球拉圈子,限制圈内技术出口,圈外想用,就只能用廉价劳动换取圈内输出的高附加值成品,《瓦森纳协定》相当于“金钟罩”。所以并购不来的公司,只有自己造。

实际上,光伏用硅片已经被国内的厂家玩出白菜价,半导体用的硅片之所以被国外垄断,难度在于单晶硅的纯度和内部缺陷的控制,我们做的不好。

在纯度上,光伏用的硅片6个9就够了,但半导体硅片需要11个9,也就是99.999999999%,问题就在这个纯度上面,拉出来的单晶硅锭纯度不够,内部缺陷、应力、翘曲度也跟国外有差距,做出来的芯片良品率就比较低。

所以为了良品率,晶圆厂都愿意愿意花高价买更高质量的硅片,而不愿意花低价买低质量的硅圆片,因为会导致最终芯片的良率,我国生产的硅圆片打不开国际市场就是凭证。

对于单晶硅的提纯和晶体缺陷控制,需要基于长期实践经验的积累和现场错误的总结,这是各个厂商的高度保密的技术,因为这方面的因素,国外硅片厂都没有在国内设厂。

目前,沪硅产业打破了我国12英寸(300mm)半导体硅片国产化率几乎为0的局面,推进了我国半导体关键材料生产技术自主可控的进程;中环股份现也已具备3-12英寸全尺寸半导体硅片产品的量产能力。

总的来说,当下全球市场主流的产品是12英寸,使用比例超过70%,主要应用在智能手机、计算机、人工智能、固态硬盘等高端芯片上。目前4-6英寸的硅片已可以满足国内需求,8英寸也日渐成熟,进入大规模国产替代阶段,但12英寸才刚刚进入初级阶段,还面临EPI、位错等诸多难题待解决,替代之路仍任重道远。


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