晶圓，是集成電路的襯底，芯片的原材料。

打造“中國芯”，已是舉國上下的共識，但中國大陸作為世界工廠，其實(shí)并不擅長芯片生產(chǎn)，以至于“晶圓”這個詞本身，都是“舶來品”。

“晶圓”原本是臺灣半導(dǎo)體行業(yè)對“硅片”的慣稱，形象描述晶體的“圓形”特征。盡管中國內(nèi)地市場芯片應(yīng)用需求龐大，但是，中國目前的優(yōu)勢在于芯片設(shè)計(jì)，而位于上下游的晶圓生產(chǎn)和芯片代工，水平依然遠(yuǎn)遜于海外巨頭。

美國政府制裁的大棒，逐漸揮向中國國產(chǎn)替代難度較高的行業(yè)上游，希望劃出一條“楚河漢界”，把中國封鎖在技術(shù)含量低、產(chǎn)品附加值低的產(chǎn)業(yè)。一旦晶圓斷供，國內(nèi)芯片中下游廠商將面臨“巧婦難為無米之炊”的困境。

更何況，除了技術(shù)落后這道“緊箍咒”外，晶圓廠建設(shè)動輒十億的門檻，也讓廠商不敢貿(mào)然投入。

“國家隊(duì)”是實(shí)現(xiàn)晶圓國產(chǎn)替代的核心力量。政策支持和人才引進(jìn)，能夠迅速彌補(bǔ)廠商在資金和技術(shù)上的不足：上海新昇是中國大陸目前唯一能量產(chǎn)12英寸晶圓的廠商，其創(chuàng)始人張汝京曾一手創(chuàng)辦世大半導(dǎo)體和中芯國際(00981.HK)。

上海新昇不僅承擔(dān)了“02專項(xiàng)”中的“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”專項(xiàng)，而且背后站著國有控股的滬硅產(chǎn)業(yè)(688126.SH)，資本雄厚。

另一股力量則來自光伏巨頭。半導(dǎo)體硅片和光伏硅片均由硅單晶加工而來，不過半導(dǎo)體硅片對晶體生長和后續(xù)加工的要求更高。

補(bǔ)貼退坡之下，近兩年光伏行業(yè)增速放緩。部分光伏廠商依靠硅材料領(lǐng)域的技術(shù)積累，邁入國產(chǎn)晶圓的廣闊市場，中環(huán)股份(002129.SZ)就是其中代表。

大尺寸晶圓難在何處?兩股力量何時才能突圍國產(chǎn)大尺寸晶圓的“楚河漢界”?

晶圓國產(chǎn)，時不我待

盡管半導(dǎo)體產(chǎn)能遵循著由歐美向日韓再向臺灣、大陸轉(zhuǎn)移的趨勢，不過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的順序卻是從終端應(yīng)用開始。

因此，集成電路一直力壓石油，是中國進(jìn)口最多的商品。2018年，法國媒體曾對比全球半導(dǎo)體市場規(guī)模和中國芯片進(jìn)口額，得出了全球54%的芯片都出口到中國的結(jié)論。

隨著中芯國際等代工廠的崛起，大陸市場對上游晶圓的需求水漲船高。

趁著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的東風(fēng)，中國臺灣地區(qū)和大陸已經(jīng)分列全球半導(dǎo)體材料買家的前兩位。如同華為海思之于芯片設(shè)計(jì)，中芯國際之于芯片代工，在市場需求的推動下，國內(nèi)晶圓巨頭的涌現(xiàn)似乎只是時間問題。

2018年全球半導(dǎo)體原材料各細(xì)分市場份額

晶圓尺寸和芯片制程呈相關(guān)關(guān)系，一般情況下，芯片制程越小，晶圓的尺寸就越大。這種趨勢主要是出于成本考慮——直徑為12英寸的晶圓，出產(chǎn)處理器個數(shù)是8英寸晶圓的2.385倍，晶圓越大，襯底成本就越低。

隨著芯片制程從14nm向7nm甚至5nm邁進(jìn)，12英寸晶圓的占比也逐年提高。12英寸晶圓已經(jīng)在微處理器、基帶、CPU、儲存器等高性能數(shù)字芯片制造中呈現(xiàn)出“大包大攬”的局面，技術(shù)更為成熟的8英寸晶圓則主要用于出貨量較小但穩(wěn)定性要求較高的模擬、功率類產(chǎn)品。

國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018年全球12英寸晶圓的出貨面積已經(jīng)占據(jù)全部半導(dǎo)體硅片出貨面積的63.83%，未來將進(jìn)一步提升至七成以上，8英寸晶圓的面積占比將長期維持在20%左右，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代的6英寸及以下的小尺寸晶圓，面積占比不足兩成。

目前，我國12寸晶圓幾乎全部依賴進(jìn)口，8英寸晶圓的國產(chǎn)率約為10%，即便廠商只實(shí)現(xiàn)8英寸晶圓的國產(chǎn)替代，市場空間也非?？捎^。

除了國產(chǎn)替代的商機(jī)之外，中美貿(mào)易摩擦更是加劇了晶圓國產(chǎn)的迫切性。

1996年，美國為首的33個國家簽訂《瓦森納協(xié)定》，對軍民兩用商品和技術(shù)進(jìn)行出口管制。發(fā)展中國家不管是進(jìn)口原料還是設(shè)備，都繞不開這個高新技術(shù)的“壟斷聯(lián)盟”。中國廠商進(jìn)口設(shè)備時，往往只能獲得落后兩代的產(chǎn)品。

近些年，中國的快速崛起引起了美國等西方國家的警覺，為了維持產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢地位，西方國家對中國的封堵逐漸聚焦在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中上游。美國更是利用《瓦森納協(xié)定》集團(tuán)性出口控制機(jī)制，阻撓中國半導(dǎo)體廠商獲得先進(jìn)設(shè)備。中芯國際從荷蘭ASML訂購的EUV光刻機(jī)已經(jīng)拖延近兩年，至今無法交付。

國產(chǎn)晶圓不只是廣闊的市場藍(lán)海，更是中美科技戰(zhàn)爭中的戰(zhàn)略高地。

屢敗屢戰(zhàn)，誰將爭先?

資本和技術(shù)是橫亙在晶圓廠面前的兩座大山。

晶圓是個重資本行業(yè)，每一次晶圓迭代，對于晶圓廠來說都如同“涅槃”，即便是全球行業(yè)龍頭也不例外。正是因?yàn)?2寸晶圓產(chǎn)線投入甚巨，廠商們紛紛放緩了18寸晶圓市場化的進(jìn)程，造成12寸晶圓“超期服役”的現(xiàn)狀。

技術(shù)難度更是不言而喻。僅從單晶硅純度來看，晶圓所需的半導(dǎo)體級單晶硅需要達(dá)到11個9(99.999999999%)，而光伏硅片的純度一般在4-6個9。除了純度外，晶體表面的潔凈度和平整度要求也更高。滬硅產(chǎn)業(yè)總裁總經(jīng)理邱慈云曾在演講中形容，晶體平整度相當(dāng)于3000公里內(nèi)起伏小于30厘米。

臺積電創(chuàng)始人、“芯片大王”張忠謀曾在采訪中表示，巨額的投資可以擴(kuò)大規(guī)模，卻未必能獲得真正的技術(shù)。在他看來，美國、日本、韓國和臺灣在半導(dǎo)體行業(yè)積累的大量經(jīng)驗(yàn)可以帶來創(chuàng)新和降低成本的機(jī)會，因此能繼續(xù)領(lǐng)先競爭對手。

臺積電也因?yàn)檫@樣的“學(xué)習(xí)曲線”，實(shí)現(xiàn)了全世界最低的成本和最領(lǐng)先的技術(shù)。未來的五5年或10年，中國會大力投資半導(dǎo)體，但是想看到成果，仍需時日。

即便面對資金和技術(shù)的雙重阻力，國內(nèi)晶圓廠商追趕的步伐卻未曾放慢。根據(jù)SEMI的統(tǒng)計(jì)，2017年到2020年全球?qū)⒂?2座新的晶圓廠投入營運(yùn)，其中中國大陸有26家，占比超過四成。

2017-2020年全球晶圓廠規(guī)劃分布

國產(chǎn)大硅片繞不過“中國半導(dǎo)體教父”張汝京。

這個芯片界的傳奇人物曾在德州儀器工作20年，成功創(chuàng)建和管理了10家IC工廠;1997年回到臺灣創(chuàng)建世大半導(dǎo)體，其產(chǎn)能在三年就超過臺積電的三分之一;世大半導(dǎo)體被臺積電并購后，張汝京又來到上海，成為中芯國際的締造者。2014年，他又創(chuàng)辦上海新昇半導(dǎo)體，開始了國產(chǎn)大尺寸晶圓的征途。

“引進(jìn)人才+國資背景”似乎是一條國內(nèi)半導(dǎo)體廠商發(fā)起沖鋒的“捷徑”。憑借著張汝京業(yè)界地位和號召力，中芯國際和上海新昇的團(tuán)隊(duì)招募都不成問題，這在一定程度上緩解了大陸技術(shù)和人才上的“燃眉之急”。國有資本的加持，則為核心團(tuán)隊(duì)解決了“彈藥之困”。

國資控股的滬硅產(chǎn)業(yè)通過增資、股權(quán)收購等方式，將Okmetic、新傲科技和上海新昇收入囊中，前兩家公司主要研發(fā)和生產(chǎn)8英寸拋光片、外延片和SOI硅片，是滬硅產(chǎn)業(yè)的“利潤奶牛”，為上海新昇的12英寸晶圓項(xiàng)目“輸血”。

如今，滬硅產(chǎn)業(yè)也成為唯一一個實(shí)現(xiàn)12英寸晶圓量產(chǎn)的國內(nèi)廠商。

除了滬硅產(chǎn)業(yè)外，財(cái)大氣粗的光伏廠商把國產(chǎn)晶圓當(dāng)成了拓展業(yè)務(wù)的新賽道。

主營光伏電池組件的中環(huán)股份晶圓項(xiàng)目進(jìn)展較快。光伏和半導(dǎo)體晶圓屬于同源技術(shù)，因此中環(huán)股份在生晶、切片、尺寸等各個環(huán)節(jié)積累了大量經(jīng)驗(yàn)。中環(huán)股份的8英寸拋光片產(chǎn)能在項(xiàng)目建成后達(dá)到30萬片/月，12英寸拋光片試驗(yàn)線建成后將實(shí)現(xiàn)2萬片/月的產(chǎn)能。

協(xié)鑫集成(002506.SZ)也是積極進(jìn)入晶圓賽道的光伏巨頭。其主導(dǎo)的百億級大硅片項(xiàng)目位于江蘇徐州，已經(jīng)在2019年底試產(chǎn)成功并開始向客戶發(fā)送試驗(yàn)樣片。

日漸火熱的“晶圓熱”，已經(jīng)頗有前些年“光伏熱”的勢頭。

良率仍是“緊箍咒”

“晶圓熱”能否復(fù)刻“光伏熱”的輝煌，尚待證明。正如張忠謀所言，晶圓行業(yè)和其他半導(dǎo)體行業(yè)一樣，需要技術(shù)積累的支撐，難以短期求成。張汝京離開上海新昇，據(jù)說就和大尺寸晶圓量產(chǎn)未達(dá)到預(yù)期導(dǎo)致。

全球晶圓行業(yè)的前五大廠商市場份額占比逐年提高，在2018年達(dá)到91%，依次為日本的信越化學(xué)和SUMCO、德國的Siltronic、臺灣的環(huán)球晶圓和韓國的SK Siltron。

前三強(qiáng)是均是半導(dǎo)體材料行業(yè)的老牌勁旅，信越化學(xué)更是有超過50年硅材料的研發(fā)和銷售經(jīng)驗(yàn);環(huán)球晶圓和SK Siltron雖然成立時間較短，但是發(fā)展過程中也并購了不少傳統(tǒng)豪強(qiáng)，并非完全靠自己摸索。

2018年全球晶圓行業(yè)競爭格局

中國大尺寸晶圓廠的建設(shè)雖然如火如荼，但是很快就遇到了良率不高的難題。

滬硅產(chǎn)業(yè)量產(chǎn)的12英寸晶圓已經(jīng)超過100萬片，但是據(jù)邱慈云透露，其中直接用于芯片制造的正片僅為7.5萬片。正是因?yàn)榱悸什桓撸?019年滬硅產(chǎn)業(yè)的12英寸晶圓項(xiàng)目虧損過億，導(dǎo)致整體營業(yè)利潤同比下滑近300%。

協(xié)鑫的大硅片項(xiàng)目可能也遇到了相似的問題。協(xié)鑫原計(jì)劃2019年5月搬入拉晶爐，8月工藝調(diào)試完成，9月測試產(chǎn)品送樣。但是根據(jù)公開報道，其測試產(chǎn)品最終送樣的時間在12月底。

還有未能投產(chǎn)的“折戟者”。由云南城投主導(dǎo)的成都超硅半導(dǎo)體項(xiàng)目最初計(jì)劃建設(shè)兩條12英寸晶圓生產(chǎn)線，最終在2025年形成產(chǎn)值達(dá)到500億元的集成電流及半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。在宣布動工還不足兩年時，成都超硅項(xiàng)目就更新了清算小組成員信息，恐已流產(chǎn)。

順利拉出硅單晶并量產(chǎn)晶圓，只是萬里長征第一步，長期經(jīng)營更是難題一樁。雖然下游客戶一旦認(rèn)證就不會輕易更換供應(yīng)商，但是晶圓的驗(yàn)證周期比較長，一般情況下，拋光片和外延片的驗(yàn)證周期為9-18個月，SOI硅片長達(dá)1-2年。

除了要熬過漫長的驗(yàn)證周期，晶圓廠還需要面對行業(yè)周期，有時連行業(yè)龍頭在下行周期都會面臨生存困境。2012年，日本第三大晶圓廠商Covalent Materials(前身為東芝陶瓷)在下行周期難以為繼，只得尋求出售。環(huán)球晶圓順利接盤，在完成“蛇吞象”后迅速壯大。

在政策的扶持下，國有資本和光伏企業(yè)成為大尺寸晶圓國產(chǎn)化的主要推手。盡管新晶圓廠的建設(shè)如火如荼，但是廠商們依然面臨著原料、設(shè)備和技術(shù)的層層難題，國產(chǎn)大尺寸晶圓仍然需要突破產(chǎn)能和良率的難關(guān)。

根據(jù)預(yù)測，國內(nèi)新建晶圓廠的量產(chǎn)潮將集中在2021年和2022年。彼時的中國大尺寸晶圓，勢將在全球晶圓市場中占據(jù)一席之地，化解芯片基礎(chǔ)材料受制于人的危局。