長期以來，中國不僅在芯片設計和制造上落后于海外巨頭，底層原材料——硅片也是被“卡脖子”的關鍵環(huán)節(jié)。如果能在這一賽道實現(xiàn)國產替代，不僅有助于降低國產芯片制造成本，而且在戰(zhàn)略上有助于構建完整芯片產業(yè)鏈。
硅產業(yè)集團是國內領先的半導體硅片生產商。通過旗下子公司的技術研發(fā)和量產攻關，如今不僅在200mm硅片達到國際先進的水平，并且率先在中國大陸實現(xiàn)300mm硅片的大規(guī)模銷售。
硅片是芯片的原材料，出于經濟性考慮，單個硅片面積越大，能切割出的芯片數(shù)量也就越多。如果中國廠商想在7nm甚至5nm制程的芯片上發(fā)力追趕，更大面積的硅片則是必不可少的原材料。硅產業(yè)實現(xiàn)300mm硅片國產商業(yè)化，對我國芯片制造產業(yè)國產替代意義重大。
不過，半導體產業(yè)具有明顯的周期性，硅片產業(yè)如今進入了供過于求的調整期，客戶庫存高企，需求下滑。硅片產業(yè)2019年的銷量和銷售額雙雙下降。通過科創(chuàng)板募資，硅產業(yè)能否在逆周期繼續(xù)加大資本投入，趕上行業(yè)下一次回暖的東風？
錯位競爭立足200mm硅片
由于起步較晚，中國在半導體行業(yè)的追趕之路，幾乎囊括產業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)，且非一日之功：在芯片設計等下游環(huán)節(jié)，要面對發(fā)達國際廠商經營多年構筑的專利網；在上游材料環(huán)節(jié)，還需要填平制造工藝落后的鴻溝。
追溯到芯片制造工序的最上游，俗稱“晶圓”的半導體硅片，是制造芯片的原材料，也是中國半導體產業(yè)鏈與國際先進水平差距最大的環(huán)節(jié)之一。以硅片為基礎，才能制作各種電路元件結構，從而讓硅片最終成為有特定電性功能的集成電路產品。
從沙石原料到冶金級硅、電子級硅，原材料被不斷提純，最后形成高純度的多晶硅。高純度的多晶硅還要通過熔化等工序，生長成單晶硅。之后，單晶硅在直拉法等工藝下形成單晶硅棒，再經過切斷、滾磨、切片、倒角、拋光、激光刻等工序，形成硅片。
根據(jù)硅片的尺寸，主流產品可以分為150mm（6英寸）、200mm（8英寸）、300mm（12英寸）等。隨著芯片工藝制程的提升，出于成本的考慮，對硅片尺寸的要求也越來越高。通常情況下，90nm及以下制程的芯片主要使用300mm的硅片，而90nm以上制程主要使用200mm及以下尺寸的硅片。
經過數(shù)十年的追趕，中國廠商不僅能夠勝任150mm硅片的制造，而且硅產業(yè)等行業(yè)中的佼佼者已經在200mm尺寸達到了國際先進水準，為我國在半導體關鍵材料實現(xiàn)國產替代立下了汗馬功勞。
成立于2015年的硅產業(yè)集團，通過入股、并購等戰(zhàn)略，在200mm及以下尺寸構筑了完整的產品線，涵蓋拋光片、外延片和SOI硅片。
從工藝上看，拋光片需要滿足集成電路對硅片平整度越來越高的需求；外延片則是在拋光片的基礎上進行外延生長，滿足特定器件的生產需求；SOI（Silicon－On－Insulator）硅片是在頂層硅和背襯底，引入一層氧化絕緣埋層，從而實現(xiàn)電路中元器件的介質隔離，防止漏電。
通過技術合作、研發(fā)和投資等戰(zhàn)略，硅產業(yè)及其子公司在業(yè)務上實現(xiàn)了跨越式增長，技術上也形成了自己的優(yōu)勢，從國內一眾廠商中脫穎而出。加上子公司新傲科技的業(yè)務，硅產業(yè)在全球硅片市場銷售額占比達到2．18％，國內市場占比在2018年達到26．32％。
2018年全球半導體硅片行業(yè)銷售額占比
對外并購、合作，是硅產業(yè)集團掌握先進技術，實現(xiàn)快速增長的秘笈之一。2016年，硅產業(yè)收購Okmetic，將這家芬蘭晶圓廠商收入囊中，同時也掌握了其行業(yè)領先的拉晶技術。
拉晶是生產單晶硅的核心工序之一，拉晶的效率及中間產品技術指標的穩(wěn)定性，將直接影響硅片的產出率和質量。得益于拉晶技術的加持，Okmetic的收入增長率一直維持在15％以上，凈利潤也從2007年的0．79億元增長到2018年的1．28億元，成為硅產業(yè)業(yè)績增長的發(fā)動機。
2016年，硅產業(yè)入股Soitec，布局SOI硅片。后者不僅是全球第七大半導體硅片制造商，更是全球最大的SOI硅片制造商。同年，硅產業(yè)入股新傲科技，從而進軍國內的SOI硅片市場，如今已持有后者89．19％的股權。
在業(yè)務運作上，新傲科技則與Soitec形成了協(xié)同，獲得Smart CutTM技術的授權。Smart CutTM是全球最先進的薄膜SOI硅片生產工藝之一，其專利為Soitec所獨有，在全球范圍內僅授權給信越化學、環(huán)球晶圓和新傲科技三家廠商。
通過與Soitec合作，新傲科技不僅成為中國大陸唯一具有Smart CutTM技術的企業(yè)，擁有生產世界領先SOI硅片的能力，而且與Soitec的業(yè)務合作也逐漸緊密。根據(jù)新傲科技和Soitec在2014年簽訂的《許可及技術轉讓協(xié)議》，新傲科技采用Smart CutTM技術生產的SOI芯片除了賣給Soitec外，還可以賣給其他國內客戶。
而在2018年的新約定中，新傲科技采用Smart CutTM技術生產的SOI芯片要先賣給Soitec，再由Soitec向第三方銷售。同時，新傲科技也向Soitec采購生產SOI硅片用的襯底片。
在商業(yè)模式上，硅產業(yè)充分利用高端細分市場小批量、多批次、產品種類多的采購特點，與行業(yè)龍頭形成錯位競爭，從而在200mm及以下的半導體硅片市場站穩(wěn)了腳跟。
國產突破，進軍300mm大硅片
一般情況下，單晶硅棒的直徑由籽晶粒拉出速度和旋轉速度決定。結晶中旋轉速度越慢，直徑就越大，但同時會因為旋轉速度不穩(wěn)定而帶來晶格結構上的缺陷。從技術角度來看，硅片的面積越大，技術難度也越高。
而從市場角度來看，提升半導體硅片的直徑，則是芯片制造商追逐摩爾定律的需要——根據(jù)摩爾定律，集成電路上所集成的晶體管數(shù)量，每隔18個月就要提升一倍，即集成電路增強一倍，成本下降一半。對于半導體硅片來說，其直徑越大，單片硅片的可生產芯片數(shù)量也就越多。
以300mm硅片與200mm硅片為例。盡管前者的直徑僅為后者的1．5倍，但實際面積則是后者的2．25倍。因為芯片多為矩形，更大尺寸的硅片浪費的邊緣也會越小。所以在同樣的工藝條件下，300mm硅片的可使用面積超過200mm兩倍以上，可使用率是后者的2．5倍左右。根據(jù)SEMI的統(tǒng)計，2018年全球300mm半導體硅片出貨面積占全部半導體硅片出貨面積的63．83％。
因此，隨著市場需求重心的轉移，中國廠商追趕的步伐也延伸至此，硅產業(yè)及其子公司上海新昇也不例外。上海新昇最早于2016年10月拉出第一根300mm單晶硅碇，并在次年打通了300mm半導體硅片全工藝流程，最終在2018年在中國大陸率先實現(xiàn)規(guī)?；N售。
按照常規(guī)流程，半導體硅片在批量供貨前需要芯片制造企業(yè)的認證，周期一般在9－18個月。上海新昇盡管進入賽道的時間不長，如今已經獲得了包括格羅方德、中芯國際在內的49家客戶的認證。
除了推進客戶認證，拓寬銷路外，硅產業(yè)背后的“國家隊”，也值得留意。硅產業(yè)及其子公司主要合作方為微系統(tǒng)所，后者是硅產業(yè)股東集團的控股股東，同時也是新傲科技的發(fā)起人和第二大股東。
除了新傲科技與微系統(tǒng)所在SOI芯片上的研發(fā)合作外，上海新昇也與微系統(tǒng)共同承擔了“20－14nm技術節(jié)點300mm硅片研發(fā)”和“300mm單晶棒生長技術研發(fā)”兩大課題，進一步提高自身在300mm硅片研發(fā)和制造的技術實力。
行業(yè)下行周期逆勢擴張
半導體行業(yè)具有明顯的周期性，經濟形勢轉好時，整個產業(yè)鏈則積極擴充產能，然后為了攤薄擴充產能的成本，提高產量，導致產品價格下跌。之后，供過于求的市場環(huán)境讓廠商們無利可圖，整個行業(yè)等待需求增長去消化產能，然后進入下一個上升期。這也是為什么全球半導體硅片的出貨面積常年增長，銷售額反而存在波動周期的原因。
全球半導體硅片市場規(guī)模
而在2019年，行業(yè)進入下行周期，出貨量和銷售額雙雙下滑。根據(jù)SEMI公布的數(shù)據(jù)，2019年全球硅片出貨量同比下滑7％，銷售額則從113．8億美元降低到111．5億美元。
市場的轉冷，對巨頭們也產生了影響。除了信越化學和環(huán)球晶圓保持增長外，SUMCO、Siltronic和合晶科技的業(yè)績均有明顯下滑。全球硅片市場排名第二的SUMCO和第三的Siltronic均在經營報告中指出：因為客戶庫存高企，而消化庫存需要一定的時間，所以預計行業(yè)會在2020年下半年回暖。
硅產業(yè)也受到波及，尤其是300mm硅片的下游需求萎縮，拖累了業(yè)績。2019年1－9月，硅產業(yè)的凈利潤由正轉負，業(yè)績承壓，其中300mm硅片的產能利用率下滑至44．36％。
目前，前五大硅片廠商的市場占比已經達到92．57％，硅產業(yè)在300mm硅片產品的技術指標上仍存劣勢。已經在200mm硅片站穩(wěn)腳跟的硅產業(yè)，還需要更具競爭力的產品，才能把握住5G等新需求帶來的增長機遇。
在行業(yè)下行的周期中，除了等待整個產業(yè)鏈的復蘇外，別無他法。不過，科創(chuàng)板的募資，無疑給硅產業(yè)的追趕之路注入了一劑強心針。在競爭對手瑟縮不前的局面下，正是硅產業(yè)通過研發(fā)苦練內功，提升產品技術指標的良機。能否趕上下一輪行業(yè)復蘇的周期，就看今朝。
作者：夏一哲