新昇半导体总经理邱慈云以《国产大硅片面临的机遇和挑战》为题,解读了相关产业发展和趋势。
2019年12月13日,2019中国(珠海)集成电路产业高峰论坛(下简称“高峰论坛”)在珠海国际会展中心隆重召开。众多产业专家和从业人员齐聚珠海,解读当下集成电路发展局势,探索珠海产业未来。其中新昇半导体总经理邱慈云以《国产大硅片面临的机遇和挑战》为题,解读了相关产业发展和趋势。
新昇半导体总经理邱慈云
想必半导体圈内人士对邱慈云都非常熟悉,其在半导体产业中摸爬滚打超30年,曾在台积电任高层。2011年至2017年期间,邱慈云一直担任中芯国际CEO职位,中芯国际现任董事长周子学曾对邱慈云给出了很高的评价。“在过去的六年里,邱博士取得了骄人的成绩,使公司扭亏为盈,恢复了客户、股东和员工对公司的信心,并带领中芯国际成为全球发展最快的集成电路制造企业。” 不过,2017年5月,邱慈云因个人原因辞职。如今,他是新昇半导体公司的指挥者。
回顾几十年来的产业发展,邱慈云表示,回到中国发展已接近20年,看到了全产业链的努力,他从2017年退休后,时过两年,又回到了半导体产业链上游——硅片。
“曾经,中芯国际的硅片来源百分之百都是进口,当时我就梦想国内有自己的硅片产业。如今也‘感谢’特朗普给中国半导体制造了很多困难,从中产生了很多如硅片方面的产业机会。”对于硅片产业的梦想和机遇,邱慈云用自己对产业的认知,以及几组数据概括。
首先是全球半导体集成电路整体的机遇,在过去43年一直波动性增长,从1976年的29亿美元一直增值到2018年的4703亿美元,年复合增长率达到了13%,今年有所回调。最近十年的主要驱动力是个人消费电子产品。邱慈云表示,未来,5G、AI、自动驾驶等应用的短期驱动力也是非常强劲的。
从集成电路器件分类来看,存储器占比高达34%,其次是逻辑器件的23%,微控制器达到14%。对此,邱慈云称,新昇半导体的产品涉及前三大分类,一些特殊的硅片,不在其考虑范围内。
从地区产业发展史来看,半导体发展经历了从美国到欧洲,再到日本韩国中国的扩展。邱认为,在接下来的十年,中国也会在全球半导体竞争中占有一席之地。如下图所示,亚太区的发展已经超越了美欧日。
如今中国大陆12寸晶圆产线已投产逾20条,宣布在建8条,建成后全国产能将超过234万片/月。我国12寸晶圆产线总投资额超过15000亿元,在建和规划中的12寸晶圆厂投资近7500亿元。对此,邱慈云表示,半导体产业尤其是制造业,重要的是制程的先进性,我们有大量的投资,但都太分散,规模小,技术还不怎么先进,这需要我们仔细思考,因为其中有太多重复投资,产生许多浪费。
谈及先进制造,就不得不提新材料,据邱介绍,在硅片的制造技术里,几乎50%的元素都会进入到我们半导体产业。而制造业中的材料,有三分之一的成本是来自大硅片,是半导体制造业中占比最高的原材料,90%以上的芯片和传感器都是基于半导体单晶硅片制成。
从集成电路全产业链来看,最初是半导体级多晶硅,经过拉晶等工艺,制造半导体级单晶硅棒硅片,随后转移到如中芯国际、华虹这样的制造商,此后在经过设计、封装测试、组装,最后到终端客户的手里。
关于其中的硅片部分,邱慈云表示,自己最早参与的是1977年的2寸硅片,而现在主流尺寸已经达到12寸,产业界曾经试着去拉18寸硅片,虽然硅片已经做出来,但整个产业装备投入的重复投资太大,现在半导体产业已经决定不再走入新的更大尺寸的硅片。接下来10年,还是会停留在12寸硅片层面。
下图是按面积算的硅片出货量,在2009年时,12寸硅片占据产业主流。
12寸硅片的供应商来看,市占率最高的是日本信越,大约占比30%。其次是日本胜高,占比约为26.3%。环球晶圆占到17.1%。
邱慈云表示,中国有大量的12寸制造投资,但硅片仍是一块处女地。从国家战略角度来看,必须要有12寸硅片制造。下图是中国Fab厂的12寸硅片需求及预测。邱认为,接下来几年,长江存储、长鑫也会需要大量的12寸硅片。
大硅片的生产工艺经历了从拉晶到“切割、打磨、抛光”,其中“切、磨、抛”属于主要的硅片制造步骤,如果涉及逻辑应用,还需加上外延。一些高压高功率的特殊应用,则还需要SOI。邱介绍道,硅片生产的每一个程序都有自己严谨的需求,光是拉晶这块,除了掺杂、氧的控制,还有均匀性也有严格把控。晶体完美生产,如果长出来的晶棒是420公斤,必须保证每一部分的完美,清洁度方面,19nm的颗粒必须少之又少。
邱慈云打一比方,12寸硅片的平整度必须控制在1nm,也就是从上海到北京,起伏不能超过30CM。这背后涉及很多的精密控制和检测保障。“新昇是唯一一家国产12寸大硅片的已量产企业。”
据介绍,新昇是NSIC子公司,承担国家02专项建设40-28nm大硅片量产基地;也承担国家02专项中20-14nm大硅片研制和生产任务。具体介绍如下两张图。
邱慈云透露,新昇很快就会通过上市,未来能够保障更大量资金的投入。