半導(dǎo)體材料分為晶圓制造材料和封裝材料。半導(dǎo)體硅片（Semiconductor Silicon Wafer）則是晶圓制造的基礎(chǔ)。根據(jù)尺寸（直徑）不同，半導(dǎo)體硅片可分為2吋（50mm）、3吋（75mm）、4吋（100mm）、5 吋（125mm）、6吋（150mm）、8吋（200mm）、12吋（300mm）。當(dāng)前，在摩爾定律影響下，半導(dǎo)體硅片正在不斷向大尺寸的方向發(fā)展，目前8吋和12吋是主流產(chǎn)品，合計出貨面積占比超過90％。
在大尺寸硅片領(lǐng)域，成立于2014年的上海新昇，最近達(dá)成了12吋硅片累計600萬片的出貨，產(chǎn)品分為12寸的拋光片和外延片。近日，新昇半導(dǎo)體科技有限公司采購總監(jiān)劉大海結(jié)合新昇300mm硅片制造，具體介紹了300mm硅片制造材料和設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)展。
據(jù)劉大海總監(jiān)介紹，大陸企業(yè)12吋硅片的需求和供應(yīng)情況，從2022年至2025年，市場預(yù)期是增長的。從目前來看，2022年大陸企業(yè)需求為95萬片，國內(nèi)產(chǎn)能為100萬片。而及至2024年，國內(nèi)需求為205萬片，國內(nèi)產(chǎn)能將達(dá)300萬片。
劉大海說，過去五年間，300毫米硅片材料國產(chǎn)化取得巨大的進(jìn)展。從2017年量產(chǎn)開始，三分之一的材料實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，總的占比只有百分之十幾，到2021年，有三分之二金額的主要材料已經(jīng)完成國產(chǎn)化，進(jìn)入了量產(chǎn)階段，另有四分之一金額的材料都在國內(nèi)找到了合作方。應(yīng)該說，部分的產(chǎn)品開發(fā)還是需要資源和精力的投入。
具體說來，在晶體生長領(lǐng)域，最主要的材料就是多晶硅，國內(nèi)的代表廠商，如江蘇鑫華就通過了認(rèn)證，滿足了國產(chǎn)化需求。石英坩堝，主要供應(yīng)商寧夏源聚芯、浙江美晶，這兩家的認(rèn)證處于基本可用于可用這個水平之間。摻雜，目前，還沒有可靠的國產(chǎn)供應(yīng)商。
在拉晶階段，迫切需要的是穩(wěn)定的液氦。劉大海總監(jiān)說，最期望尋找國內(nèi)穩(wěn)定的氣源。熱場石墨件，關(guān)注純度、機(jī)械性能、電學(xué)性能，國內(nèi)有廠商可以做，但要求側(cè)重點(diǎn)有差別。各種涂層件，也是在拉晶及其它高溫工藝使用的零件，要求純度和保溫性能。熱層保溫氈，屬于拉晶熱場零件，也是需要高保溫以及純度。在切磨兩個領(lǐng)域，國產(chǎn)化材料做得比較好。主要包括碳化硅粉、冷卻液、切割線機(jī)石、晶圓周轉(zhuǎn)盒、一般化學(xué)品，都是在可用的標(biāo)準(zhǔn)上，與國外產(chǎn)品差別不大。
在拋光、外延、清洗包裝這個階段，劉大海總監(jiān)說，當(dāng)前國產(chǎn)化的材料需求較多，Carrier晶盛機(jī)電正在開發(fā)中，拋光液、拋光墊是由安集、新安納、昂士特等開發(fā)和評估中。過濾器，杭州科百特的產(chǎn)品比較滿意，批量通過認(rèn)證，很接近國際領(lǐng)先水平。在氣體部分，氯化氫氣體上，部分通過驗證的廠商，在我們的應(yīng)用中，已經(jīng)達(dá)到世界最好的水平，這也是這幾年國產(chǎn)化項目帶來的驚喜。
但是，在拋光、在外延、清洗包裝上，還有很多的材料沒有得到突破，還沒有國產(chǎn)供應(yīng)商。拋光部分有粗拋液等十多項，外延和清洗部分包括純水拋光樹脂等七項。主要要求，還是要加工晶片的平坦度、顆粒純度上面。
至于設(shè)備部分，劉大海總結(jié)說，在新昇剛量產(chǎn)的2017年，有限的國產(chǎn)設(shè)備可用，在金額占比上忽略不計。過去五年里，有了很大的進(jìn)展，有三分之一的設(shè)備種類和金額通過了認(rèn)證，可以正常使用。有四分之一的種類和40％的金額，供應(yīng)商有產(chǎn)品，正在驗證中，其余的部分，多數(shù)也找到開發(fā)的供應(yīng)商。極少數(shù)設(shè)備在尋找供應(yīng)商中。設(shè)備方面的進(jìn)展，與材料相比，更有進(jìn)步。
分工藝段來看，拉晶、晶棒加工基本都有設(shè)備通過國產(chǎn)化認(rèn)證，設(shè)備可用到好之間，滿足需求。其它的線割片機(jī)、邊緣研磨機(jī)等，也有國產(chǎn)供應(yīng)商在做樣機(jī)。外延和清洗以及包裝方面，外延反應(yīng)爐、槽式清洗機(jī)、晶盒清洗機(jī)，仍然是處于待評估、待驗證、待開發(fā)的狀態(tài)。但單片清洗機(jī)、快速退火爐上面，有國內(nèi)廠商通過了驗證，滿足了需求，而且與國外的差別并不大。在量測設(shè)備上，雖然過去幾年涌現(xiàn)了許多供應(yīng)商，但因為開發(fā)周期長，交付周期較長，同時認(rèn)證時間也較長，因此，還沒有太多設(shè)備通過驗證。通過驗證的一些設(shè)備，我們認(rèn)為是可以達(dá)到國外同等水平，甚至超過國外水平。待評估的一些中，有些設(shè)備很快可以突破。但量測設(shè)備上，因為品類小，開發(fā)者少。
在總述大硅片生產(chǎn)對國產(chǎn)設(shè)備和材料的需求后，劉大海總監(jiān)總結(jié)說，基礎(chǔ)材料和零件仍是國產(chǎn)化的薄弱環(huán)節(jié)。一是一些零件和材料通過我們的驗證，但成本上高居不下，沒有辦法與國外的廠商比拼。二是在行業(yè)需求旺盛的時候，供應(yīng)也沒辦法得到保證，這樣的國產(chǎn)化，對于客戶來說，有時候會成為負(fù)擔(dān)。三是硅片設(shè)備的國產(chǎn)化，有著過時不候的“特征”。國外廠商設(shè)備交期過長，導(dǎo)致采購決策被迫提早做出，如錯過時機(jī)，市場規(guī)模會大大縮小，國產(chǎn)設(shè)備開發(fā)需要分秒必爭。四是在設(shè)備和材料領(lǐng)域，市場總體需求小的材料和設(shè)備，也無利可圖。這更是國產(chǎn)化的難點(diǎn)。比如拋光液、拋光墊使用較少，開發(fā)上優(yōu)先級較低。
雖然難點(diǎn)多多，但是在本土廠商的努力下，半導(dǎo)體設(shè)備和材料領(lǐng)域的一些廠商還是具備國際競爭力的，故而，劉大海總監(jiān)在最后表示，我們希望這些廠商在國際上獲得成功，并且，繼續(xù)推出更高性能的產(chǎn)品，斬獲更大的市場。
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