互联网+ 电子商务 智能家居 地理信息 高端装备 信息安全 3D打印 工业4.0 人工智能 光伏 新能源汽车 消费品 集成电路 移动支付 汽车 数据中心
2018中国半导体市场年会
当前位置:首页 > 产业观察 > 精品 > 产业评论 > 正文

硅基材料掀全球缺货潮,国内企业面临无“材”可用

发布时间: 2017-11-22 09:12   作者: 滕冉   来源: 满天星

  【内容提要】2017年三季度以来硅晶圆因供不应求而涨价,至今没有趋缓现象,缺货潮可能延续到明年甚至更久。国内部分晶圆代工企业面临严重的硅材料短缺无法开工的窘境。对此赛迪顾问装备产业研究中心认为,硅基材料是成套装备、机器人、无人机等高端装备产业发展的基础,在新材料产业发展的浪潮中,急需加大对国产大尺寸硅材料的研发和产业化的投入力度,提高关键核心材料的国产化率,真正实现从材料制造大国向材料制造强国的转型。
  【关键词】硅晶圆 缺货潮 国产化
  2017年三季度以来硅晶圆因供不应求而涨价,至今没有趋缓现象,缺货潮可能延续到明年甚至更久。国内部分晶圆代工企业面临严重的硅材料短缺无法开工的窘境。对此赛迪顾问装备产业研究中心认为,硅基材料是成套装备、机器人、无人机等高端装备产业发展的基础,在新材料产业发展的浪潮中,急需加大对国产大尺寸硅材料的研发和产业化的投入力度,提高关键核心材料的国产化率,真正实现从材料制造大国向材料制造强国的转型。
  硅材料(Silicon Wafer)作为当前半导体行业的基石,其重要性不言而喻,芯片性能除了与设计相关以外,更重要的是取决于制造工艺,而先进的制造工艺需要良好的硅材料相匹配,因此硅材料与制造工艺直接决定了芯片的性能。目前半导体级硅材料在国内发展一直较为缓慢,大硅片自给率基本为零,100%依靠进口。随着国内300mm芯片生产线数量的激增,2017年三季度以来硅晶圆因为供不应求而涨价,甚至出现大规模的原材料断货,包括信越、胜高等一线国际厂商受惠于此波景气超级循环,营收与获利看增。反观国内部分晶圆代工、DRAM、NAND Flash及NOR Flash企业则陷入因硅材料严重短缺而无法开工的窘境。
  一、我国新材料产业链中硅基材料环节存在明显弱势
  (一)国外龙头企业依旧垄断大尺寸硅晶圆领域
  从全球来看,硅材料具有高度垄断特性,全球一半以上的半导体级硅基材料产能集中在日本,尤其是随着硅晶圆尺寸越大、缺陷越少,垄断情况就越严重。2016年全球电子级硅晶圆的市场规模约为83亿美元,位列市场前两位的分别是日本的信越化学和SUMCO,两家企业的销售额均超过20亿美元。此外,德国的Siltronic AG和韩国的LG Siltron销售额也在10亿美元左右。前五大硅材料厂商的市场占有率高达90.96%。而在大尺寸硅材料方面,由于技术含量更高、投资额度更大,前五大硅材料厂商的市场份额甚至接近100%。
  (二)国内大尺寸硅晶圆技术缺失、产能严重不足
  目前国内晶圆供应商主要生产6英寸及以下规格的产品,8英寸产品仅有北京有色金属研究总院、浙江金瑞泓、昆山中辰等少数几家厂商生产。国内目前对于8英寸晶圆的需求约70万片/月,随着未来下游厂商的扩产,这一需求将扩大至100万片/月。而国内目前具备8英寸硅晶圆生产能力的几家厂商总计月产能约为10万片/月,远远不能满足国内的需求。在12英寸方面,目前国内的需求约为50万片/月,随着下游厂商的扩产,2018年总需求约为90万片/月。而目前国内还不具备12英寸硅晶圆的制造能力,上海新昇最快也要到2017年第四季度才能完成第一期投产,到2020年达到30万片/月产能,与大尺寸硅晶圆的巨大需求相比差距较大。
  二、政府扶持力度加大,国内企业仍处弱势地位
  (一)电子级多晶硅产能乏力
  高纯度的电子级多晶硅材料是集成电路、高效太阳能电池产品的基础原材料,目前国内对于电子级多晶硅的年需求量为4500吨。其中,高效太阳能硅片所需的高纯度多晶硅,多由韩国OCI等海外厂商进口。一旦海外厂商突然中断供给,国内下游产业会受到很大冲击。随着国内硅片市场需求的日益旺盛,政府通过设立专项产业投资基金,推动电子级多晶硅量产,降低对海外进口的需求。2017年6月,在国家02专项的支持下,国家电投首次突破了高纯电子级多晶硅的量产,预计全部达产后年产能约为2500吨。尽管我国的电子级多晶硅技术取得了突破,但单位成本较高、产品稳定性有待提升,目前的产量远不能满足国内市场的需求。
  (二)高端制造加工装备缺失
  在国家科技重大专项的支持下,在硅材料制备方面涌现出一批优秀企业,例如晶盛机电、京运通、理工科技等。国内企业生产的单晶炉基本可以满足大尺寸硅材料的制备要求,但在连续加料生长工艺、磁场制备工艺、全自动过程控制等方面与国外先进厂商,如美国Kayex、德国CGS、日本Ferrotec等存在较大差距。
  相比硅材料的生长设备,硅材料的加工装备对外依存度较高。随着集成电路工艺、技术的不断发展,对硅晶圆的几何尺寸的加工精度,尤其是12英寸硅片提出了更加苛刻的要求,主要涉及硅片的机械几何尺寸和硅片表面参数。国内方面,仅北方华创和华海清科在国家科技重大专项的扶持下,制造出清洗机和机械化学抛光设备的样机,但在产品的一致性和可靠性上还存在不足,未能进入国际硅材料制造厂商的设备采购清单。国际厂商在硅材料加工领域仍然占据主导位置,硅棒的截断、磨削、倒角工艺所需设备被日本东京精机、日本UEDA、瑞士MEYER等厂商垄断;研磨和抛光工艺所需设备被日本的Speed Fam、光洋机械、日平富山、冈本机械、DISCO,德国Peter Wolters,韩国AM Technology等公司垄断;硅片腐蚀工艺所需设备被德国RENA、美国SEMITOOL等公司垄断;表面处理工艺所需设备被德国Steag和荷兰ASM公司所垄断;硅片清洗工艺所需设备被美国SSEC、日本芝浦、美国VERTEQ、美国AKRION等公司所垄断。
  (三)下游市场急需协同突破
  晶圆代工厂是电子级半导体硅材料的主要客户,硅片的各项物理和化学性能指标需要经过下游器件制造厂商的验证和反馈,以便对硅基材料进行研发和完善。目前大尺寸硅片的下游应用领域主要被国际厂商所把持,国内厂商的实验材料和中试材料很难进入下游厂商的采购体系,因此形成了非良性的研发和生产循环,极大的阻碍了国内材料企业的研发进度并大大增加了制备成本。格罗方德、三星等国际晶圆代工巨头纷纷在华设立独资公司,抢占中芯国际等国内下游企业的市场份额,进而通过采购垄断的方式限制国内硅材料企业的发展。
  三、硅基材料产业发展需要政府和企业合力助推
  (一)引进国际先进技术
  引进消化吸收再创新是促进硅基材料产业发展的重要途径。一方面,通过海外兼并、收购、控股、参股等多种方式,引进国际上硅基材料产业细分领域的“隐形冠军”企业。隐形冠军通常专注于较窄的市场领域,在其价值链上的各个环节深度发展。它可能名不见经传,但却在某一个窄小的行业里面做到顶峰,这样的中小企业可以通过较低的资金成本进行技术引进。另一方面,依托国家产业引导基金、行业龙头企业等实力雄厚的机构积极参与到国际硅基材料的资本市场,兼并收购行业龙头企业,拿下其研发、渠道、产品、品牌,更重要的是它拥有大量高端市场的用户,这对于极力拓展硅基材料的中国企业而言,尤为重要,能全面加速中国硅基材料的国际化进程。
  (二)加强人才队伍建设
  近年来,在短期逐利思想的驱使下,国内大部分硅材料企业放弃了引进人才进行高端产品的研发以及下一代技术的储备,仅仅停留在低技术含量、低附加值的传统产品的生产加工环节。使得硅材料领域人才梯度建设较为欠缺,在硅材料产业规模不断扩大的背景下,人才流失、人才断层等问题十分普遍,高校人才与企业需求相脱节,理论知识与产业实践相脱节。为此,国家应该鼓励国内企业与高校及科研院所进行深入合作,打造理论与实际相结合的良性互动,加强对于专业人才的引进与培育,防止人才大面积流失。
  (三)强化自主创新意识
  硅基材料企业和行业联盟及协会应积极对接高校及科研院所,构建产学研用的科技创新体系。以产学研联合创新平台为核心,推动技术研发;以院士专家顾问组作为技术支持,解决研发难题;以产业技术创新战略联盟为沟通桥梁,深入技术交流;积极寻找合适的产学研结合模式,建立专门的成果转化中心,从而推动产学研合作顺利进行。完善产学研创新平台,应将多个分立的平台整合统一,分工合作,形成联动整体,开展多种模式的产学结合,借鉴优秀的产学结合经验,形成支持产业的大型公共服务平台,有效沟通研发和生产,有效推进成果转化。争取做到“生产一代、试制一代、预研一代、探索一代”的良性循环。
  对此赛迪顾问装备产业研究中心建议:首先,政府应建立产业发展基金,在科技研发领域扶持国内龙头硅基材料企业,从而推动国内硅材料企业的跨越式发展,扩大品牌知名度。借鉴高铁和白色家电产业的发展,加快产业结构调整实现资源整合,以并购、合资作为防御跨国材料企业冲击的第一道措施,以保证企业市场份额稳定;其次,企业应该瞄准未来,重点关注大尺寸硅片这一领域,响应国家“十三五”规划,积极拓展市场,组织专题研究,开展深入调研,提出扶植硅材料产业的系统思路、策略与办法,逐步做大做强,提升企业竞争力,掌握行业话语权。

收藏