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目前伴随着国内代工行业的兴起，在产业链的前端材料行业，大直径硅片的国产化迫在眉睫。为了国内半导体产业做到自主可控，我们必须发展大直径硅片材料产业。 在今年6月宜兴召开的半导体材料高峰论坛上，山东有研科技有限公司总经理张果虎先生向与会代表分享了日本在大直径硅片产业的发展情况。日本在半导体材料方面的全球份额占比很高，最近发生的日本禁止向韩国出口半导体材料事件，导致韩国半导体行业不得不转向其他渠道解决难题，这从侧面反映了日本作为半导体材料的大国，一举一动都会牵扯到全行业产业链的神经。 中国的硅材料产业：起了大早，未赶上班车 在国际贸易冲突频发的今天，半导体已经成为了“重灾区”。广为人知的有两个事件导火索，一个是中兴事件，一个是华为风波。还有一例就是日本禁止向韩国出口半导体材料举措。 2019年200mm硅片需求显著下降，而300mm硅片需求却维持坚挺，月需求量超过600万片。 我国大硅片主要依赖进口。因为我们的大硅片产业还处于一个起步阶段。1997年中国拉制成功直径300mm硅单晶棒，大硅片研发项目启动时间并未比国外晚太多。后期研发由于产业投入不足，市场环境尚未形成。 目前，国内近100万片的月需求量主要依赖进口。张果虎形象的比喻说，“中国的300mm硅材料，起了大早，未赶上班车。” 中国正在全力发展大硅片产业，如何突破并形成产业竞争力，如何掌握“杀手锏”？日本的经验值得我们参考和研究。 日本大硅片的现状 半导体硅材料起步于欧美，日本起步落后于欧美，但今天实现了反超，并取得绝对领先地位，占据全球60%以上份额。2019年全球半导体市场下降，日本信越等却维持良好营收和利润增长。 日本的半导体材料核心企业主要有两家：信越Shinetsu和胜高SUMCO。信越的主要产品是在PVC、硅片、电子功能材料三个领域，并占据全球第一的市场份额。其中硅片为信越化学的一个事业部业务。胜高SUMCO是由Mistsubishi M. Silicon、SumitomoSiTix、KomatsuElec.等多家公司合并而成。 全球300mm硅片出货量最大的是信越，其次是胜高。两家的月出货量合计超过350万片，远远超出第三家Globalwafer的月出货量90万片。日本这两家300mm硅片出货量占全球比例达到55%，占据主导地位近20年。（来源：SEMI数据）
▲ 日本信越设在中国的一间工厂（来源：网络） 信越和胜高都是全球先进制成芯片制造厂的主要供货商。表1是信越主要客户的排名，可见其大硅片客户都是全球一流半导体制造商。 ▼ Shinetsu大硅片客户排名
日本大硅片研发历程 日本的大硅片研发策略是，当一代硅片开始占主导地位时，下一代硅片研发开始起步。 日本的300mm硅片起步于1994～1996年间，当时200mm硅片已经开始占据主导地位。日本由电子机械委员会EIAJ、电子工业振兴协会JEIDA、新金属协会JSNM、日本半导体装置协会SEAJ和半导体产业研究所SIRIJ牵头成立了“大直径硅片工作小组”，这个小组刚好与全球硅片峰会组织下属的美欧专门工作组、亚洲专门工作组同步成立。全球半导体产业由200mm转入300mm硅片的动力主要来自成本的驱动。 ▼ 成本比较 （月产2万片300mmvs.200mm晶圆生产）
日本工作小组制定了300mm硅片技术路线图，确定1994～1999五年研发周期，2000年进入批量生产。实际上这个批量生产的时间延迟了一年，应该说这是一个了不起的成绩。 为了解决大硅片的关键技术问题，日本建立了“超级硅计划”,该计划为5年项目，通过1996年成立的超级硅研究所实施-SuperSilicon Crystal Research Institute(SSi）Corp。超级硅研究所投入资金约10亿元人民币，50%股权为政府背景的JapanKeyTechnologyCenter（JKTC）所有，其余50%股权为7家公司分享。 日本超级硅计划研发的背景是200mm硅片已为市场所接受，成为市场的主流，300mm作为下一代硅片即将导入。项目还制定了攻关目标：开发继300mm后的下一代高质量400mm硅片。日本人做事的原则是不能落后在起跑线上。 据山东有研总经理张果虎介绍，日本在此过程中解决了以下几项300mm硅片关键技术： MCZ技术。MCZ相比CUSP磁场，（水平磁场）更有利于300mm拉制单晶工艺； COP和BMD控制，严格控制晶体生长过程热历史； 硅片加工成形技术。导入Grinding磨削技术，双面抛光技术代替贴蜡抛光技术； 导入硅片单片加工方式，包括外延工序； 确定300mm硅片批量生产工艺流程。 日本的大硅片研发经验给我们许多有益的思考。今天，日本300mm硅片技术开发已经处于全球领先，尤其在批量生产工艺流程方面已经成为行业的典范。日本在晶体质量控制、硅片精密成形等关键技术发明有许多创新，为行业起到引领作用。其中，日本超级硅计划对300mm硅片产业化技术的推动，对打造日本硅材料配套产业链具有重要意义。
产业链协同发展 日本是我国半导体领域主要关键设备、关键原材料进口国，还有一个重要原因是日本注重产业链协同发展，形成了全球领先的产业配套环境：关键装备、关键原辅材料。 关键装备形成了一条齐整的装备产业链：单晶炉-滚磨机-线切割机-倒角机-研磨机-磨削机-腐蚀机-双面抛光机-CMP-边抛机-清洗机-退火炉等，装备完善齐整是日本一大特色。 关键原辅材料涵盖了：多晶硅-石英坩埚-石墨坩埚-高纯化学试剂-高精度磨削轮-抛光布-抛光液-包装盒等，材料从小到大品类齐全是另一大特色。这些产业链的完善奠定了日本半导体材料的大国地位。 日本配套环境齐全，主要关键设备都在本土配套。例如NTC、东京精密、Speedfam、Hamai、Okamato、Preteck、NDS、KOYO等设备供应厂商，以及Fujimi等材料供应商。信越扶持不二越成为专属设备供应商，信越还入股Hemlock、小松入股Asimi（现为REC）保障多晶硅供应，并且信越自产石英坩埚、硅片包装盒等材料。 从日本经验得到的启示 首先，半导体材料应国家布局，企业为主体。日本政府积极主导布局半导体产业，布局先进硅材料技术，确保了日本近20年半导体硅材料技术和产业始终居于全球前列，并掌握了在此领域的话语权。 第二，半导体材料必须在国家支持下，才能推进整体发展，而并非单单扶持个别企业。整体发展，建立健全产业链各个环节。企业必须是发展主体，制订好发展策略极为重要。信越多元化策略和SUMCO兼并发展策略给我们带来更多的发展模式思考。 第三，必须坚持技术先行、市场导向的原则。日本早早布局大硅片技术攻关，在产业发展过程中持续不断的提升技术，以技术带动质量进而带动产业发展。他们在布局产业之前，准确把握市场趋势，了解客户需求，进而确定产品设计、质量策略、价格策略，并布局产业建设。 最后是，开放、共享、行业联合的发展模式才能取得最后的成功。日本超级硅计划形成的技术开放给行业共享。硅材料的研发布局不仅考虑硅片关键技术的攻关，同时兼顾关键装备、关键原辅材料联合开发。 日本在培育信越、SUMCO两个全球领先半导体硅材料企业的同时，形成了不越二等一批领先的装备、原辅材料制造商，这是我们最值得借鉴的地方。 结 语 日本半导体材料产业在全球占据绝对主导地位，在整个产业链中具有较强的话语权，其研发布局、产业建设、企业策略、产业链协同等都有很多值得中国借鉴的经验。 中国目前正在大力发展硅材料产业，其中大硅片有相当多的布局，今天我们面临的形势也有了很大变化，全球半导体硅材料技术爬坡期不再存在，产品价格也显著下降，在这样一种形势下，更需要我们的大硅片产业加强行业协同和联合，从技术入手，带动全产业链的发展。■ |
