近日，全球第三的硅晶圓制造廠環(huán)球晶圓宣布，將在美國(guó)德克薩斯州新建一座12英寸硅晶圓廠。據(jù)悉，環(huán)球晶圓已經(jīng)在德克薩斯州注入了超過50億美元的投資，這座全新廠房將分階段建設(shè)，待完全竣工之后，最高產(chǎn)能可達(dá)到每月120萬片12英寸晶圓，預(yù)計(jì)2025年開始投產(chǎn)。

受益于汽車芯片、物聯(lián)網(wǎng)、5G、云服務(wù)等應(yīng)用市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)所帶來的強(qiáng)勁需求，全球晶圓制造市場(chǎng)產(chǎn)能供不應(yīng)求。面對(duì)不斷激增的需求，各大廠商各顯神通，紛紛擴(kuò)大產(chǎn)能，誓要把訂單收入囊中。

硅晶圓廠商扎堆擴(kuò)產(chǎn)

隨著臺(tái)積電、英特爾、三星、德州儀器和格羅方德等全球領(lǐng)軍半導(dǎo)體企業(yè)紛紛宣布擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，市場(chǎng)對(duì)于硅晶圓的需求也在大幅增長(zhǎng)。

根據(jù)市調(diào)組織IC Insights的數(shù)據(jù)，各大晶圓廠的平均產(chǎn)能利用率均在95%左右，頭部企業(yè)更是保持在100%的全線滿載狀態(tài)。硅晶圓大廠日本勝高表示已經(jīng)售完了未來5年的產(chǎn)能。環(huán)球晶圓董事長(zhǎng)徐秀蘭在董事會(huì)上表示，2022年產(chǎn)能持續(xù)滿載，全產(chǎn)全銷，今年至2024年產(chǎn)能也已全部賣光，8英寸、12英寸需求都很強(qiáng)勁。

為了能完成更多的訂單，擴(kuò)大市場(chǎng)份額，各大硅晶圓廠商都開始實(shí)施擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。

日本勝高宣布將斥資2287億日元（約合17億美元）建設(shè)新廠，擴(kuò)產(chǎn)12英寸硅晶圓。此外，還將斥資272億日元（約合2億美元）用于擴(kuò)充由其子公司運(yùn)營(yíng)的半導(dǎo)體硅晶圓廠產(chǎn)能；德國(guó)世創(chuàng)計(jì)劃于2022年投資11億歐元（約合75億美元），其中2/3將用來在新加坡建廠；韓國(guó)半導(dǎo)體硅晶圓大廠SK Siltron宣布投資1.05萬億韓元（約合8.4億美元）擴(kuò)建12英寸半導(dǎo)體硅晶圓廠，廠房的建設(shè)及設(shè)備的安裝預(yù)計(jì)需要近3年的時(shí)間，計(jì)劃在2022年下半年開始建設(shè)，2024年上半年投產(chǎn)。

環(huán)球晶圓今年的動(dòng)作是最頻繁的，因?yàn)榇饲笆召?gòu)德國(guó)世創(chuàng)一案未能成功，原來規(guī)劃用于收購(gòu)案的資金將用于啟動(dòng)全新的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。環(huán)球晶圓表示，將考慮進(jìn)行多項(xiàng)現(xiàn)有廠區(qū)及新廠擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，包含12英寸硅晶圓、8英寸與12英寸SOI、8英寸FZ、SiC晶圓、GaN on Si等大尺寸產(chǎn)品。擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃涵蓋亞洲、歐洲和美國(guó)地區(qū)的投資，預(yù)計(jì)2022至2024年度總資本支出將達(dá)36億美元左右，新產(chǎn)線的產(chǎn)品出貨時(shí)間從2023年下半年開始逐季增加。

2月18日，環(huán)球晶圓意大利子公司MEMC SPA董事會(huì)依據(jù)集團(tuán)母公司董事會(huì)的決議，核準(zhǔn)其意大利諾瓦拉廠(Novara)于現(xiàn)有的8英寸晶圓產(chǎn)線外增設(shè)12英寸產(chǎn)線。

環(huán)球晶圓董事會(huì)將聚焦擴(kuò)產(chǎn)當(dāng)下的熱點(diǎn)12英寸拋光片的生產(chǎn)和開發(fā)。除此之外，由于美拉諾(Merano)工廠已經(jīng)著手12英寸硅晶圓的產(chǎn)能擴(kuò)充，環(huán)球晶圓將在意大利擁有完整并高度整合的12英寸生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線將于2023年年中開始生產(chǎn)。

賽迪顧問集成電路產(chǎn)業(yè)研究中心高級(jí)分析師楊俊剛向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，近幾年，元宇宙、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、新能源汽車等新興領(lǐng)域的快速發(fā)展，大幅增加了集成電路產(chǎn)品的使用量，隨著市場(chǎng)需求不斷增加，硅晶圓廠建廠和擴(kuò)產(chǎn)也將迎合市場(chǎng)需求，同時(shí)增加自身的業(yè)務(wù)能力。但一般建設(shè)廠房需要2年左右的建設(shè)期，加上前期的產(chǎn)能爬坡期，預(yù)計(jì)3~4年產(chǎn)能將得到釋放。

國(guó)內(nèi)企業(yè)欲補(bǔ)齊12英寸短板

目前全球硅晶圓市場(chǎng)占有率位居前五的企業(yè)是日本信越化學(xué)、日本勝高、德國(guó)世創(chuàng)、中國(guó)臺(tái)灣的環(huán)球晶圓、韓國(guó)SK Siltron，他們一共占據(jù)了近九成的市場(chǎng)份額。從目前幾大廠商的擴(kuò)產(chǎn)信息可以分析出，12英寸硅晶圓將成為主要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模的一半以上以及主要增量都源于邏輯電路和存儲(chǔ)器，該部分應(yīng)用領(lǐng)域已主要采用12英寸半導(dǎo)體硅晶圓進(jìn)行生產(chǎn)。

2021年全球硅晶圓廠商排行榜

數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問

12英寸硅晶圓的生產(chǎn)相較于8英寸硅晶圓具有更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。賽迪顧問集成電路中心高級(jí)咨詢顧問池憲念向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，在生長(zhǎng)技術(shù)方面，一是尺寸越大拉單晶過程中旋轉(zhuǎn)速度越慢，需要解決慢速旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)缺陷的問題。二是生長(zhǎng)過程中徑向溫差是熱應(yīng)力來源，大尺寸單晶硅棒拉制要求徑向溫差盡量小，以避免增殖位錯(cuò)，以及單晶失敗、斷線。在硅晶圓切割技術(shù)方面，硅晶圓直徑越大邊緣處就更容易出現(xiàn)翹曲，易導(dǎo)致良品率降低的問題。因此12寸硅晶圓對(duì)于直拉單晶生長(zhǎng)、磁場(chǎng)直拉單晶生長(zhǎng)、熱場(chǎng)模擬和設(shè)計(jì)、大直徑硅錠線切割、高精度滾圓、高效低應(yīng)力線切割等技術(shù)提出了更要要求。

盡管目前12英寸硅晶圓市場(chǎng)仍被幾大龍頭企業(yè)所占據(jù)，但由于這些大廠生產(chǎn)的硅晶圓無法完全滿足國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商對(duì)硅晶圓的增量需求，因此，這讓國(guó)內(nèi)硅晶圓廠商迎來了快速發(fā)展期。

近年來，我國(guó)制定了一系列產(chǎn)業(yè)政策推動(dòng)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體材料發(fā)展，在政策支持和市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體材料廠商不斷崛起。

目前，我國(guó)發(fā)展12英寸硅晶圓存在四個(gè)關(guān)鍵問題：技術(shù)、認(rèn)證、資金和人才。

中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副秘書長(zhǎng)魯瑾介紹說，原來我國(guó)半導(dǎo)體硅材料以6英寸以下為主，近3年，國(guó)內(nèi)大量新建、在建8英寸、12英寸大尺寸硅晶圓項(xiàng)目。12英寸硅晶圓既是行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，也是國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的短板。經(jīng)過多年的技術(shù)積累，國(guó)內(nèi)企業(yè)在8英寸硅晶圓方面已掌握了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。但國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品主要集中在重?fù)綊伖馄巴庋悠I(lǐng)域，輕摻拋光片方面仍有待進(jìn)一步提升。

2021年國(guó)內(nèi)硅晶圓廠商排行榜

數(shù)據(jù)來源：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)整理

目前國(guó)內(nèi)12英寸大硅晶圓突破明顯，中國(guó)大陸硅晶圓龍頭企業(yè)滬硅產(chǎn)業(yè)50億元定增正式落地，加碼擴(kuò)產(chǎn)12英寸硅晶圓，預(yù)計(jì)產(chǎn)線完成后，12英寸半導(dǎo)體硅晶圓月產(chǎn)能將增至30萬片；上海新昇完成了30萬片的月產(chǎn)能建設(shè)，2022年年初，還宣布擬投入34.6億元建設(shè)“集成電路硅材料工程研發(fā)配套”項(xiàng)目，建設(shè)一座硅材料工程技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)基地公司；西安奕斯偉完成了月產(chǎn)5萬片項(xiàng)目建設(shè)，同時(shí)在客戶認(rèn)證、良率提升、技術(shù)儲(chǔ)備等方面均取得了關(guān)鍵進(jìn)展；立昂微擬發(fā)行可轉(zhuǎn)債募集資金不超過33.90億元，募投項(xiàng)目為年產(chǎn)180萬片12英寸半導(dǎo)體硅外延片生產(chǎn)，以提升12英寸產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)。

中環(huán)股份方面向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，2021年，中環(huán)股份8~12英寸拋光片、外延片出貨量加速攀升，產(chǎn)銷規(guī)模同比提升90%以上。截至2021年12月31日，公司8英寸月產(chǎn)能達(dá)70萬片，12寸月產(chǎn)能達(dá)17萬片。在消費(fèi)類電子及數(shù)據(jù)中心服務(wù)器等需求的不斷拉動(dòng)下，12英寸產(chǎn)品國(guó)內(nèi)客戶訂單爆增，中環(huán)股份通過加速新產(chǎn)線調(diào)試釋放有效產(chǎn)能，提升交付率。

芯謀研究高級(jí)分析師張彬磊向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示,我國(guó)擁有最龐大半導(dǎo)體市場(chǎng)、低成本的人力以及豐富的人才儲(chǔ)備優(yōu)勢(shì)，技術(shù)在近幾年也有了明顯提升，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)也經(jīng)過多年發(fā)展比較成熟。

半導(dǎo)體硅晶圓企業(yè)必須形成規(guī)模化、商業(yè)化的生產(chǎn)，才具有競(jìng)爭(zhēng)力。他表示，目前中環(huán)股份、滬硅產(chǎn)業(yè)等國(guó)內(nèi)企業(yè)已在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)12英寸硅晶圓生產(chǎn)，客戶已涵蓋國(guó)內(nèi)外一線主流晶圓廠，不僅包括中芯國(guó)際、華虹宏力、華力微電子、華潤(rùn)微電子、長(zhǎng)江存儲(chǔ)等國(guó)內(nèi)頂尖的晶圓制造廠商，也包括格羅方德、恩智浦、意法半導(dǎo)體等國(guó)外知名的晶圓制造商，形成了自己的規(guī)模，未來可期。

盡管如此，我國(guó)硅晶圓產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能完全釋放尚需時(shí)日，并且每個(gè)硅晶圓工廠投產(chǎn)后產(chǎn)品得到芯片企業(yè)認(rèn)證的周期很長(zhǎng)，從測(cè)試片、控?fù)跗秸壤嵘瑵M足各客戶不同工藝、不同器件產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)需求，并逐步提升良率水平，都需要一個(gè)發(fā)展過程。