得益於近年來國家對於半導體產業的重視和大力扶持，國產芯片設計產業發展迅猛，在不少領域均實現了突破，但是在芯片上游的半導體材端，特別是在大尺寸矽片(晶圓)方面，由於需要的投入大，投入周期較長，見效慢，目前國內仍是非常薄弱。

在12月13日召開的2019中國（珠海）集成電路產業高峰論壇上，作為目前唯一一家國產300mm（12英寸）大矽片量產企業，前中芯國際CEO、上海新昇半導體科技有限公司CEO邱慈雲透露，上海新昇的28nm邏輯、3D-NAND存儲正片通過了長江存儲的認證。

▲上海新昇半導體科技有限公司CEO邱慈雲

大矽片仍嚴重依賴進口

矽片是生產半導體所用的載體，是半導體最重要的原材料。目前矽基半導體材料也是產量最大、應用最廣的半導體材料。

根據SEMI統計數據，從半導體器件產值來看，2017年全球95%以上的半導體器件和99%以上的集成電路採用單晶矽作為襯底材料，而化合物半導體市場佔比仍在5%以內。

如果僅從全球半導體材料銷售佔比來看，SEMI預測，2019年矽片的銷售額在全球半導體製造材料行業當中的佔比也是最高的，達到了37.29%。

矽片按照尺寸（以直徑計算）分類，主要有50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）、200mm（8英寸）、300mm（12英寸）等規格，現已發展到18英寸（450mm）。目前，全球市場主流的產品是8英寸和12英寸的半導體矽片。

根據電子行業協會統計，2016年中國大陸企業在4-6英寸矽片（含拋光片、外延片等）的產量約為5200萬片，基本可以滿足國內4-6英寸的晶圓需求，但是8英寸-12英寸的大矽片，國內自供率仍然比較低。

國內具有8英寸矽片和外延片生產能力的有浙江金瑞泓、崑山中辰、北京有研新材、南京國盛、CECT46所以及上海新傲，合計月產能約為23.3萬片/月，而在12英寸半導體矽片方面，目前主要依靠進口，市場主要被國外廠商所佔據。

數據也顯示，2018年12英寸矽片市場份額已達63.31%，成為矽片市場最主流的產品。

全球前五大矽片供應商為日本信越化學株式會社、日本株式會社SUMCO（勝高）、台灣環球晶圓股份有限公司、德國SiltronicAG（世創）和韓國SKSiltronInc.，分別佔據全球市場份額的29.8% 、26.3%、17.1%、11.3%和10.6%，產值合計佔據超過95.1%的市場份額。

由此可見，12英寸大矽片市場被國外廠商長期壟斷，國內嚴重依賴進口的現象，急需破局！

市場需求大，國產大矽片迎來新機遇

近年來，受益於計算機、移動通信、固態硬盤、工業電子市場持續增長，以及人工智能、區塊鏈、物聯網、汽車電子等新興應用領域的快速發展，推動了對於半導體芯片需求的持續增長。

根據WSTS的數據顯示，2018年全球半導體集成電路銷售額已高達4703億美元，而在1976年這個數字僅僅是29億美元。42年的時間，翻了168倍，年復合增長率達13%。雖然2019年全球半導體市場規模出現了下滑，但是預計2020年將重回升勢。巨大的半導體芯片市場需求，也直接推動了對於矽片需求的增長。

根據SUMCO和SEMI的統計，2017年全球8英寸和12英寸矽片的需求分別為558萬片/月和557萬片/月，8英寸和12英寸矽片的出貨量分別為530萬片/月和550萬片/月，矽片廠商在滿產的狀態下仍不能滿足需求。保守預計到2020年8英寸和12英寸的終端市場需求量將分別超過630萬片/月和620萬片/月。

需要指出的是，由於矽片生產線的建設週期較長，一般為2-3年，這也意味著在未來的一段時間內大矽片產能不具備快速提升的基礎，在需求快速增長的同時，大尺寸矽片市場將出現供不應求的局面。

SUMCO預測，未來3-5年內全球12英寸矽片的供給和需求依舊存在缺口，並且缺口會隨著半導體週期的景氣程度回暖而越來越大，到2022年將會有100萬片/月的缺口。

另外，根據中科院數據顯示，目前中國大陸已投產的12英寸晶圓產線已超20條，宣佈在建的有8條，建成後產能將超234萬片/月。數據顯示，目前中國大陸12英寸晶圓產線總投資額已超過15000億元，而在建和規劃中的12英寸晶圓廠投資也接近了7500億元。

而對於國內如此之多的已建成、在建及規劃中12英寸晶圓產線，必然會直接推動國內市場對於12英寸矽片需求的快速增長。

雖然，目前12英寸矽片主要被國外廠商所壟斷，但在國產替代的大趨勢之下，這對於國產12英寸矽片來說將是一個巨大的機遇。

大矽片到底難在哪？

矽片的生產工藝主要包括拉晶、切片、研磨、蝕刻、拋光、外延、鍵合、清洗等工藝步驟，才能製造成為半導體矽片。其中，每一個步驟都有非常高的要求。

比如在拉晶這一步之前，首先需要對矽進行提純，經過進一步提純變為純度達99.9999999%至99.999999999%（9-11個9）的超純多晶矽。

然後，在拉晶階段，要將超純多晶矽在石英坩堝中熔化，並摻入硼（P）、磷（B）等元素改變其導電能力，放入籽晶確定晶向，經過單晶生長，製成具有特定電性功能的單晶矽錠。

在這過程中，需要解決氧含量及徑向均勻性、雜質的控制、OISF控制、去COP、定晶向、A-缺陷控制、氧沉澱控制、電阻值定量、摻雜及徑向均勻性等眾多問題。

同樣，在之後的切片、研磨、蝕刻、拋光、外延、鍵合、清洗等過程中，也有非常多的需要解決的問題。

邱慈雲表示，矽片核心技術史是一個挑戰極限的過程！比如在晶體需要完美的生長，無原生缺陷，這相當於要求420公斤的矽單晶棒都要保持鑽石一般的完美結構，而在自然界當中，一克拉（200毫克）的鑽石都並不多見；

在表面潔淨度方面，顆粒尺寸的要求要小於19nm，這只有PM2.5尺寸的1%大小；

在平整度方面，要求在幾厘米的尺度上小於10nm的起伏，這相當於要求上海到北京的1000公里的距離上，地面起伏小於30cm；

在金屬雜質方面，要求表面金屬含量低於1×10的七次方個原子/平方厘米，相當於每1千萬個矽原子中，不能出現1個金屬原子。

如果說，上面的對於矽片的製作要求已經是在​​挑戰機極限，那麼大矽片的核心技術則是要全方位的追求卓越，在拉晶技術、表明邊緣缺陷、平整度、金屬雜質、檢測表徵技術保障等方面都提出了更高的要求。

正是因為大矽片難度非常的高，這也給國產大矽片產業的發展帶來了挑戰。所幸的是，目前上海新昇的12英寸大矽片項目在2017年四季度已經實現了量產，目前矽晶圓出貨已經累計超過100萬片。

上海新昇12英寸大矽片的突破

上海新昇成立於2014年6月，是國內首個12英寸大矽片項目的承擔主體，也是目前唯一獲得國家重大項目支持的矽片公司，承擔了國家02專項核心工程之一的“40- 28納米集成電路製造用300毫米矽片”項目。

▲大基金總裁丁文武參觀上海新昇12英寸矽片（圖片來源：上海新昇）

2015年，上海新昇一期廠房開工建設；2016年第一根晶棒下線；2017年第一片產品銷售、第一片正片送樣；2018年正片通過認證，達產10萬片/月，同時無缺陷晶體研製成功；2019年，上海新昇28nm邏輯、3D-NAND存儲正片通過長江存儲認證，第100萬片產品下線。

可以說，上海新昇的12英寸大矽片項目進展非常的迅速。

在現有產能和未來產能規劃方面，據邱慈雲介紹，目前上海新昇產能已經達到了15萬片/月（40nm及以上工藝節點10萬片/月，28nm及以上工藝節點5萬片/月） 。

現在，二期項目設備已經開始搬入，二期規劃的產能為30萬片/月（主要覆蓋14nm及以上工藝節點）。現有的廠區可容納60萬片/月的產能。

此外，上海新昇還擁有可容納100萬片/月產能的擴建用地。因此，基本不用擔心後續對於市場需求的承接能力。

在實際出貨方面，目前上海新昇的矽晶圓出貨已經累計超過100萬片，當然其中有不少是測試樣片。

據邱慈雲介紹，近兩年器件用正片累計出貨量也已超過了75000件，國內外累計客戶已達30多家。

邱慈雲強調，大矽片產業是全方位的系統工程，不僅需要大量的資金保障，強有力的技術支撐，豐富的研發經驗，還需要豐富的下游客戶服務經驗。而這些方面，也正是新昇科技的優勢所在。

“作為國內唯一12英寸矽片正片量產的供應商，新昇科技已經在中國實現了從’0’到’1’的關鍵突破。”邱慈云非常自豪的說到。

背靠上海矽產業集團

需要指出的是，上海新昇隸屬於中國大陸規模最大的半導體矽片企業——上海矽產業集團，而上海矽產業集團的大股東則是國家大基金，因此背靠上海矽產業集團的新昇科技自然也成為了國產大矽片“國家隊”的一員。

此外，上海矽產業集團公司旗下還擁有新傲科技、Okmetic這兩家控股子公司，同時也是法國半導體材料公司Soitec的大股東之一。

其中，Okmetic成立於1985年，位於芬蘭，是一家老牌的矽片生產商，Okmetic主要產品為拋光片和SOI矽片，用於MEMS、傳感器、模擬電路及分離式半導體產品開發及生產。

新傲科技則成立於2001年，建成了我國第一條SOI生產線，目前是中國領先的SOI材料生產基地，也是世界上少數的SOI材料規模化供應商之一。目前，新傲公司的產品90%以上銷售到美、日、歐、俄、韓、台灣和新加坡等地。

法國的Soitec公司是全球SOI矽片和其他工程基片的領先供應商，目前Soitec生產的SOI矽片佔全球的80%以上的市場，而採用Soitec公司的SmartCut技術生產的SOI矽片則超過了全球SOI矽片生產總量的95%。此前，Soitec也與新敖科技達成了SmartCut技術上的合作。值得一提的是，Soitec公司在GaN和SiC技術上也有著深厚的佈局。

不難想像的是，未來上海新昇或將與上海矽產業集團公司旗下的新傲科技、Okmetic、Soitec等在技術和商業上有更多的合作，同時也將帶來更強的產業的協同優勢。