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瓦森纳协议首增大硅片管制:14nm“精准打击”中国半导体!

字号+作者: 来源: 2020-04-02 07:04 我要评论() 收藏成功收藏本文

集微网报道(记者 张轶群)就在国内12英寸大硅片(300mm晶圆)项目纷涌而起之际,去年底新修订的《瓦森纳协议》中,便“紧跟形势”地增加了对于12英寸'...

瓦森纳协议首增大硅片管制:14nm“精准打击”中国半导体!

 

集微网报道(记者 张轶群)就在国内12英寸大硅片(300mm晶圆)项目纷涌而起之际,去年底新修订的《瓦森纳协议》中,便“紧跟形势”地增加了对于12英寸硅晶圆制造技术的出口管制内容。

具体而言,新增内容直指当下国内正在寻求突破的针对于14nm制程的大硅片生产技术,在此之前,中芯国际已宣布14nm实现量产。

“瓦森纳新增部分对于12英寸大硅片技术的管制针对性非常强。当他们发现无法限制中国的14nm芯片制造之后,便将范围扩大到上游14nm工艺硅片的生产技术上来。”一位业内人士告诉集微网。

同光刻机类似,半导体硅片也是我国半导体产业链与国际先进水平差距最大的环节之一。目前我国12英寸大硅片百分之九十九以上来自进口,从生产技术、原材料到设备,几乎均由国外企业把持。

在新瓦森纳协议“锁喉”之下,中国大硅片产业亟待寻求突围之策。行业人士呼吁,芯片制造企业不能只顾眼前利益,要下决心配合硅片制造商测试国产化硅片质量,从长远利益出发,具有危机意识,双方协同推进我国大硅片产业的快速发展。

新“瓦森纳”的忧虑:中国14nm节点的突破

在去年年底新修订的《瓦森纳协议》中增加了两条有关半导体领域的出口管制内容,主要涉及计算光刻软件以及12英寸大硅片生产制造技术。

瓦森纳协议首增大硅片管制:14nm“精准打击”中国半导体!

 

对于大硅片技术管制的具体内容表述为:对300mm直径硅晶圆的切割、研磨、抛光达到局部平整度的技术要求,在任意26mm*8mm的面积内平整度差小于等于20nm,以及边缘去除方面小于等于2mm。

一位国内的硅片厂商人士告诉集微网,这是行业内关于硅片平整度技术要求的最精准描述。换成通俗一点的说法,这一技术规范通常情况下对应的是针对14nm制程工艺的大硅片生产制造技术。在此要求之下,所有涉及到该指标的技术、设备等都在出口管制之内。

“在40nm制程节点以下,对于晶圆片要求基本是差不多的,对应的技术节点主要是看光刻机下套准的精度是多少,精准度越高,平整度就要求越高,所以限制平整度绝对是专业手法。”该人士表示。

对于新修订的《瓦森纳协议》,上述硅片厂商人士告诉集微网,他解读出了两个字:忧虑。

“以前瓦森纳协议中并没有针对硅片的内容,此次新修订的瓦森纳协议首次增加了对于硅片部分的限制内容,来自于对中国在14nm工艺节点上取得突破的焦虑。可能他们认为如果不加以限制,会出大问题。”该人士表示。

这个大问题可能来自于中国在14nm以及先进制程工艺节点上取得的重大突破。

去年10月,中芯国际宣布旗下的14nm工艺制程芯片已经实现量产,华力微也在去年3月表示,将于今年年底实现14nm FinFET量产。根据此前的公开报道,长江存储购买到可用于生产14nm工艺3D NAND闪存的光刻机。与此同时,各地纷纷上马的12英寸大硅片项目也有望实现国产大硅片的自给,摆脱在12英寸大硅片上几乎全部进口的现状。

这意味着在14nm节点上,中国构建起从晶圆供给,到芯片制造较为完整的产业链条雏形。14nm节点的大硅片主要应用于存储、逻辑电路,如GPU、智能手机SoC、高端存储芯片、CPU、FPGA等,应用广泛,在消费电子、汽车、工业、物联网、5G等领域拥有庞大的市场空间。

这些都为我国半导体产业加速掌握更加先进的制程技术奠定了基础,同时也正是瓦森纳所代表的西方势力所深感不安之处。

“新瓦森纳协议的针对性很强,既然无法对我们的14nm芯片制造进行限制,那就将矛头指向14nm大硅片的生产工艺,从更上游进行限制。”该人士表示。

瓦森纳协议首增大硅片管制:14nm“精准打击”中国半导体!

 

锁喉!中国大硅片产业链条受制日美

半导体硅片是芯片制造最重要的材料,是半导体产业的基石。半导体硅片也是我国半导体产业链与国际先进水平差距最大的环节之一。目前,我国12英寸大硅片几乎全部来自进口。

全球半导体硅片行业市场集中度很高,主要被日本、德国、韩国、中国台湾等国家和地区的知名企业把持。数据显示,2018年全球前五大半导体硅片企业日本ShinEtsu(信越化学)、日本SUMCO(胜高)、德国Siltronic(世创)、中国台湾环球晶圆、韩国SK Siltron合计所占市场份额达到92%,而在12英寸大硅片领域,这五大厂商占比更是达到95%。

有业内人士指出,新版瓦森纳协议对于14nm工艺12英寸大硅片技术的限制可能会扼住我国大硅片产业发展“喉咙”。因为目前我们国内大硅片企业正处于进入和亟待该领域技术突破的阶段。

以目前刚刚登陆科创板的国内硅晶圆生产龙头上海硅产业集团为例,旗下的上海新昇是国内首个具备12英寸大硅片量产能力的厂商。根据上海硅产业集团的招股书披露,2019年该公司开始逐步进入20-14nm集成电路用12英寸大硅片的技术开发,目前尚处于初期阶段。

因此,新版瓦森纳协议在这个时间点增加对于大硅片限制的内容,无疑给国内大硅片技术的发展带来了挑战。更为关键的是,在硅片产业所需要的关键材料和设备领域,我国同样自主化程度不高。

比如长期以来,用于硅片生产制造的关键原材料电子级多晶硅仍主要集中于美国Hemlock、德国Wacker和日本Tokuyama、住友、三菱等少数几家多晶硅企业。设备方面,根据SEMI数据,2018年全球硅片设备市场规模为26.93亿美元(185亿元),其中单晶炉、CMP抛光机、量测设备为三大关键设备,分别占比25%、15%、20%。其中拉晶和量测设备主要提供商为美国企业,CMP抛光机则主要由日本企业提供。另据国际招标网统计,我国大硅片加工设备如研磨设备95%以上来自日本,减薄设备100%从日本进口。

“日美的大厂把大硅片的产业链控制得很好,多数都通过股权的方式持有该产业的材料和设备公司股份,使得在高端产品上实现独供和控制,国内的硅片厂商无法引进最先进的设备。买回来设备后,只有靠一批次一批次的生产,积累know-how,然后调试设备,把设备调试到能达到的最佳状态。”一位熟悉情况的业内人士告诉集微网。

冲动!地方大硅片项目纷纷上马存隐忧

新瓦森纳协议增加对大硅片技术限制的另一个背景,来自于我国多地密集布局的12英寸大硅片项目。

自 2016 年起,全国各地12英寸大硅片项目建设纷纷上马。据不完全统计,目前投产、在建以及规划中的12英寸硅晶圆项目共计20余个,其中包括上海新昇、中环天津、中环无锡、超硅上海、超硅重庆、超硅成都、有研德州、宁夏银和、合晶郑州、安徽易芯、奕斯伟西安、四川经略、金瑞泓(衢州)、启世半导体、中欣晶圆,中晶嘉兴等项目。高利润率、国产替代方向以及发展半导体产业的热情使得地方政府不惜投入重金。华西证券的研报显示,截至2019年第三季度,国内大硅片项目总投资额达到1349亿元,目标产能合计642万片/月,这个数字已经是2018年全球12英寸硅片月需求量。

“上游电子级多晶硅的价格6万元一吨,做成晶圆片可以卖到60万一吨,升值10倍,12英寸大硅片的利润率在40%左右,具有较高的利润空间。而相较于8英寸产线,12英寸大硅片产线更为先进,再加上国产替代,打破国际垄断等概念,因此更能吸引到地方政府的投资。”一位行业人士告诉集微网。

但问题也随之而来。此前集微网曾报道,广西启世12英寸大硅片项目签约1年半迟迟未开工,成都超硅遭清算等,国产大硅片在火热上马之后,遭遇落地难的现实。

“目前我国12英寸大硅片的产能规划非常大,要么是挂在嘴边,要么是贴在墙上,有多少能成功才是关键。如果真做,有没有队伍也是关键问题。我认为真正能有一半项目实现最终落地已经很不错了,特别是规划小于30万片月产能的项目,量产后比较难以保证盈亏平衡,达不到经济规模。”一位熟悉硅片产业情况的业内人士坦言。

据集微网了解,多地密集上马12英寸大硅片项目以及过程中产生的问题已经引起发改委的注意,行业也在不断呼吁对12英寸大硅片的投资应回归理性。

“但大硅片毕竟不属于战略物资,还是要以市场为主,在地方政府和资金参与半导体产业投资热情高涨的情况下,发改委可能也顶不住来自地方政府的压力。”上述人士表示。

保守?芯片制造商不能只顾眼前利益

芯片制造企业对半导体硅片的品质有着极高的要求,对供应商的选择非常慎重。多年来,硅片制造商和芯片制造商已经形成了深度的“绑定”关系。新的硅片厂商要进入到芯片制造商供应链体系中,需要通过严格的认证流程。

通常情况下,产品认证周期一般为9-18个月,而终端用于汽车电子、医疗健康以及航空航天等领域的半导体硅片产品认证周期通常为3-5年。

因此,即便是国内大硅片龙头硅产业集团和中环股份,也只是处于部分12英寸产品通过认证,初步量产或即将量产的阶段,离真正进入到芯片制造大厂的供应链体系还有一定距离。根据上海新昇方面公布的数据,虽然目前硅晶圆出货累计已经超过100万片,但很大一部分是测试样片,正片出货量不足十分之一。

“这个认证过程,芯片制造商会安排在生产中的空档环节进行,因为芯片制造商的生产排期非常紧密,再加上一些芯片制造大厂对于一些新建项目的硅片产品本身存有疑虑,并不愿意配合验证。”上述业内人士表示。

多年来,国内的芯片制造厂商同日本等晶圆供应商已经形成稳定的供应关系,让其改变或部分改变,接受国内厂商的产品会有所挑战。

“即便从大方向上推进国产替代没有问题,也能够配合进行测试和认证,但能否最终批量采用,各家芯片制造厂商不得不考虑国产硅片的稳定性、质量,甚至自己的KPI。”该人士表示。

此外,在上述硅片厂商人士看来,大陆芯片制造商的能力和对上游材料的认知程度,较主流大厂还存在一定差距,这些厂商在接受国产硅片上的相对“保守”也给国内硅片厂商的发展增加了难度。

“比如硅片一共有20个参数指标,我们能够满足关键指标在内的十几个,有的一线芯片制造大厂认为能用但需要我们降价,而国内的厂商则认为指标不满足要求不敢用。”该人士表示。

业内人士指出,国产大硅片的发展需要硅片制造商和芯片制造厂商两方面的共同推动。一方面,国内硅片厂商需要不断提升自己的技术实力和产品品质,确保硅片的质量以及稳定性;另一方面,芯片制造商也应该开放更多机会。

“现在国内部分芯片制造厂愿意帮助硅片制造商试验,已经前进了一大步。芯片制造企业不能只顾眼前利益,要下决心配合硅片制造商测试国产化硅片质量。硅片是产业命脉,对手已先入为主,从长远利益出发,无论是硅片制造商还是芯片制造商都要有危机意识,双方协同才能共同推进我国大硅片产业的快速发展。”上述人士强调。

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