夯實(shí)中國“芯”基建，上海超硅等半導(dǎo)體硅片企業(yè)收獲全球大廠青睞

硅片是中國“芯”的基建，也是中國新基建的基石之一。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，硅片作為芯片制造的重要核心主材，在芯片制造中起到關(guān)鍵性的作用。硅片的質(zhì)量、尺寸、成本等直接影響著芯片的性能和競爭力。

處在中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型周期與全球技術(shù)創(chuàng)新周期雙重疊加的歷史交匯點(diǎn)上，中國半導(dǎo)體硅片市場成為全球增速最快的市場。根據(jù)SEMI（國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)）統(tǒng)計(jì)，2021年中國半導(dǎo)體硅片銷售額達(dá)到16.56億美元，2016-2021年CAGR達(dá)到27.08%，遠(yuǎn)超同期全球半導(dǎo)體硅片增速。

在此背景下，工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部等部門近年來陸續(xù)出臺(tái)發(fā)布了半導(dǎo)體硅片研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化等系列政策，將半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)納入集成電路整體產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局中，極大地鼓舞了相關(guān)企業(yè)加快發(fā)展。而以滬硅產(chǎn)業(yè)（688126.SH）、上海超硅、奕斯偉等為代表的半導(dǎo)體硅片企業(yè)，在12英寸硅片關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)中取得了長足進(jìn)步，加速了國產(chǎn)化滲透率提升。

夯實(shí)中國“芯”基建，國產(chǎn)硅片破局海外壟斷

眾所周知，芯片是信息時(shí)代、人工智能時(shí)代的“鋼筋水泥”，而半導(dǎo)體硅片則是芯片制造的基石，也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。

半導(dǎo)體硅片是指由硅單晶錠切割而成的薄片，又稱硅晶圓片，是芯片制造的核心主材之一。得益于其熔點(diǎn)高，禁帶寬度大的優(yōu)異物理性能和豐富的存儲(chǔ)量，硅基半導(dǎo)體材料是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模在2021年達(dá)到643億美元，同比增長15.9%。其中，硅片約占整體半導(dǎo)體材料市場比重的33%，是半導(dǎo)體材料的核心。

回顧硅片的發(fā)展歷史，從1965年首次生產(chǎn)2英寸硅片到2000年12英寸硅片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，半導(dǎo)體硅片在“摩爾定律”的驅(qū)動(dòng)下向大尺寸方向不斷發(fā)展。根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2020年12英寸硅片占比約67.2%，8英寸硅片占比25.5%，6英寸及以下占比7.3%。硅片尺寸越大，單位面積產(chǎn)出的芯片數(shù)量也會(huì)隨之增加，因此12英寸硅片的性價(jià)比更優(yōu)。但與此同時(shí)，生產(chǎn)更大直徑硅片所需要的生產(chǎn)工藝改進(jìn)成本、設(shè)備性能提升，也給廠商帶來更大的挑戰(zhàn)。

從硅片質(zhì)量要求來看，光伏行業(yè)對硅片純度的需求為99.9999%。而用于集成電路制作和半導(dǎo)體器件加工的電子級(jí)硅片對純度則有著更高的要求，純度需達(dá)到99.999999999%，對雜質(zhì)的容許率相當(dāng)于一顆方糖投入西湖。同時(shí)，半導(dǎo)體硅片還對硅片的平整度、光滑度有更高要求。12英寸硅片的平整度必須控制在1nm，相當(dāng)于上海到北京，路面起伏不能超過30厘米。

從硅片的制作流程來看，硅片尤其是大尺寸硅片的制作需要精密的機(jī)器設(shè)備、成熟的工藝流程，以及優(yōu)秀的技術(shù)人才等全方面配合。目前，硅棒的制作普遍采用直拉法生長工藝，即將多晶硅熔化在長晶爐坩堝中，再從熔融硅中拉晶制成硅棒。想要制作12英寸的硅棒，需要一口直徑達(dá)到32英寸的坩堝，并且要求坩堝高度純凈。打造這樣一口純凈的坩堝就具有極高的門檻。同時(shí)，制作的硅棒越粗，對鍋里熔融硅的需求也更多，這對拉晶過程中的溫度、提拉速度、旋轉(zhuǎn)速度和提拉時(shí)間都提出了更高的要求。此外，制作過程中還需要處理隨之而來的熔融硅對流、溫度梯度等物理問題。

正因如此，半導(dǎo)體硅片的提純和加工技術(shù)門檻極高帶來研發(fā)周期長、資金投入大等特點(diǎn)，使得全球的半導(dǎo)體硅片市場形成高度壟斷。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2020年全球前五大硅片制造商為日本信越、SUMCO、環(huán)球晶圓、SK Siltron和世創(chuàng)，他們共同占據(jù)著全球半導(dǎo)體硅片市場87%的份額。

與國際主要半導(dǎo)體硅片供應(yīng)商相比，中國大陸半導(dǎo)體硅片企業(yè)起步較晚，在關(guān)鍵設(shè)備和硅單晶拉制、拋光、外延等核心技術(shù)上較為薄弱，能夠生產(chǎn)12英寸及以上硅片的企業(yè)數(shù)量不多，且良率有很大提升空間。

不過，近年來在國家政策支持和市場需求驅(qū)動(dòng)下，國內(nèi)涌現(xiàn)出多家半導(dǎo)體硅片廠商，包括滬硅產(chǎn)業(yè)、上海超硅等半導(dǎo)體硅片龍頭企業(yè)，其憑借自身在技術(shù)工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，打破了中國在12英寸硅片技術(shù)上從“0到1”的突破，并與全球知名芯片廠商建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系，正在打破半導(dǎo)體硅片領(lǐng)域的海外壟斷。

屢受國際頭部廠商認(rèn)可，國產(chǎn)硅片廠商并驅(qū)爭先

在硅片產(chǎn)業(yè)鏈中，上游為原材料硅礦，中游為硅片制造商，下游是芯片制造商。硅片要經(jīng)過下游芯片制造商的認(rèn)證，才能發(fā)生訂單交易。下游的芯片制造企業(yè)對硅片供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量有著嚴(yán)苛的要求，對供應(yīng)商的選擇高度嚴(yán)謹(jǐn)。因此，硅片生產(chǎn)企業(yè)與芯片制造企業(yè)建立正式合作關(guān)系前，除了需要通過業(yè)內(nèi)質(zhì)量管理體系認(rèn)證外，還需經(jīng)歷長時(shí)間的客戶“考察認(rèn)證”。

以上海超硅為例，據(jù)了解，其目前客戶包括臺(tái)積電、聯(lián)電、格羅方德、中芯國際、華虹集團(tuán)等國際知名晶圓代工企業(yè)，韓國海力士、日本鎧俠、美國鎂光等國際存儲(chǔ)芯片龍頭企業(yè)，荷蘭恩智浦、德國英飛凌、美國德州儀器、日本索尼等國際半導(dǎo)體IDM龍頭企業(yè)。在全球排名前20的集成電路制造商中，已有18家成為上海超硅的正式客戶。

資料顯示，2008年，上海超硅在上海松江創(chuàng)立。在15年的發(fā)展歷程中，上海超硅先后完成了晶體設(shè)備設(shè)計(jì)和制造、晶體生長工藝、硅片生產(chǎn)工藝等核心技術(shù)的自主研發(fā)；建設(shè)并運(yùn)營當(dāng)時(shí)全球最先進(jìn)的8英寸輕摻拋光片廠，同時(shí)建成并運(yùn)營12英寸中試線完成了12英寸硅片的技術(shù)積累與市場驗(yàn)證。在技術(shù)、人才、市場的扎實(shí)積累下，上海超硅的上海工廠12英寸硅片項(xiàng)目最終于2020年9月順利建成通線，并獲得了國內(nèi)外知名客戶青睞。據(jù)報(bào)道，上海超硅12英寸產(chǎn)線全部投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)將占世界大尺寸硅片總用量的5%-10%。

值得一提的是，在技術(shù)積累中，上海超硅實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵制造裝備的自主可控。上海超硅所生產(chǎn)的8英寸、12英寸產(chǎn)品均使用自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造的長晶爐，也是全球第三家實(shí)現(xiàn)自主掌握該項(xiàng)技術(shù)的12英寸硅片企業(yè)。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，長晶爐是制造硅片的核心設(shè)備，可以說是硅片中的“光刻機(jī)”。國際主流硅片廠商的長晶爐大多為公司獨(dú)立設(shè)計(jì)制造或者通過控股子公司設(shè)計(jì)制造，其他硅片廠商無法購買。其他主要的硅片廠商都有自己的獨(dú)立單晶爐供貨商，并且簽訂嚴(yán)格的保密協(xié)定，導(dǎo)致外界硅片廠商無法購買，或者只能購買到普通單晶爐。所以，設(shè)備壁壘也是國內(nèi)廠商目前難以進(jìn)入全球硅片主流供應(yīng)商的重要原因之一。

除上海超硅之外，滬硅產(chǎn)業(yè)、奕斯偉等國內(nèi)硅片企業(yè)也正在迎頭趕上，推動(dòng)國產(chǎn)硅片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。資料顯示，滬硅產(chǎn)業(yè)的12英寸硅片已實(shí)現(xiàn)14nm及以上工藝節(jié)點(diǎn)的技術(shù)全覆蓋和國內(nèi)市場12英寸客戶全覆蓋，半導(dǎo)體硅片產(chǎn)品已進(jìn)入國內(nèi)外各大晶圓廠供應(yīng)鏈，其客戶包含中芯國際、華虹宏力、華力微電子、長江存儲(chǔ)等國內(nèi)客戶、以及臺(tái)積電、聯(lián)電、格羅方德、意法半導(dǎo)體等國際芯片制造廠商。

隨著AI新浪潮、5G手機(jī)等消費(fèi)電子以及數(shù)字化的擴(kuò)展應(yīng)用，全球半導(dǎo)體行業(yè)有望保持高景氣度，而越來越多國產(chǎn)硅片廠商獲得認(rèn)可，也是中國集成電路產(chǎn)業(yè)夯實(shí)“芯”基建的重要一步。

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