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「瓦森納協定」限制升級?28nm以下制程所需12吋大硅片被禁?
2022/09/17
2022/09/17

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9月15日消息,昨日立昂微通過「上證e互動」平台表示,「用于28納米以下制程的12英寸硅片已納入瓦森納協定。」那麼,國內進口用于28納米以下制程的12英寸硅片也受影響了嗎?

根據「上證e互動」平台顯示,9月14日,有投資者向立昂微提問:「國際前五大硅片生廠商的12英寸用于28納米以下制程的硅片是不對國內出售的,請問是否屬實?」立昂微回應稱,「據了解,用于28納米以下制程的12英寸硅片已納入瓦森納協定。」

注:所謂《瓦森納協定》又稱瓦森納安排機制,目前共有包括美國、日本、韓國、英國、荷蘭、俄羅斯等42個成員國。盡管「瓦森納安排」規定成員國自行決定是否發放敏感產品和技術的出口許可證,并在自愿基礎上向「安排」其他成員國通報有關信息。但「安排」實際上完全受美國控制。而中國(大陸)就在「被禁運」之列。

在立昂微的回復發布之后,很快有媒體以《證實!對華28nm以下大硅片出口管制已納入瓦森納協定》為題報道稱,立昂微的回應側面證實了《瓦森納協定》對華半導體硅片出口限制已經從14nm擴大到了28nm(所需的硅片)。

對此,筆者查閱于2021年12月更新的最新版的《瓦森納協定》也發現,在該協定當中確實存在對于12英寸(300mm)硅片相關技術的限制。

在2021年12月發布的《瓦森納協定》當中,要求「所需技術」如果「用于切割、研磨和拋光直徑為300mm的硅片,并在硅片表面上任意26mm x 8mm的區域面積內,實現起伏小于或等于20nm的平整度,且邊緣去除小于或等于2mm,將受到限制。

但是,筆者也發現,在2019年版的《瓦森納協定》當中也同樣存在此條款,且并未有新的變化。顯然這應該是個烏龍。而立昂微在互動平台回復不夠精準,則有誤導投資者之嫌。

顯然,由于立昂微在問題回復當中回答的不夠精準,以及該媒體未進一步查證,導致了這個「烏龍」。

12英寸半導體硅片制造有多難?

硅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,才能制造成為半導體硅片。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,首先需要對硅進行提純,經過進一步提純變為純度達 99.9999999%至 99.999999999%(9-11 個 9)的超純多晶硅。然后,在拉晶階段,要將超純多晶硅在石英坩堝中熔化,并摻入硼(B)、磷(P)等元素改變其導電能力,放入籽晶確定晶向,經過單晶生長,制成具有特定電性功能的單晶硅錠。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、氧沉淀控制、電阻值定量、摻雜及徑向均勻性等眾多問題。

除了在拉晶環節的各項要求之外,在之后的切片、研磨、蝕刻、拋光、外延、鍵合、清洗等過程中,也有著極高的要求。

國產12英寸半導體硅片企業滬硅產業旗下的上海新昇CEO邱慈云就曾表示,12英寸大硅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,這相當于要求420公斤的硅單晶棒都要保持鉆石一般的完美結構,而在自然界當中,一克拉(200毫克)的鉆石都并不多見;

在表面潔凈度方面,顆粒尺寸的要求要小于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于10nm的起伏,這相當于要求上海到北京的1000公里的距離上,地面起伏小于30cm;在金屬雜質方面,要求表面金屬含量低于1×10的七次方個原子/平方厘米,相當于每1千萬個硅原子中,不能出現1個金屬原子。

如果說,上面的對于硅片的制作要求已經是在挑戰機極限,那麼如果是先進制程所需的12英寸半導體硅片,則更是需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、檢測表征技術保障等方面都提出了更高的要求。

國產12英寸半導體硅片已實現突破

根據SEMI的數據顯示,2020年全球半導體硅片市場,主要被日本信越(28.0%)、日本勝高(21.9%)、台灣環球晶圓(15.1%)、韓國SK Siltron(11.6%)、德國Siltronic(11.3%)這五大家所占據。即便是中國大陸最大的半導體硅片廠商——滬硅產業,在全球市場也只有約2.2%的市場份額,不過這也是滬硅產業首度上榜。

作為國內半導體硅片領軍企業,滬硅產業旗下的上海新昇早在2018年正片就通過了客戶認證,達產10萬片/月,同時無缺陷晶體研制成功;2019年,上海新昇28nm邏輯、3D-NAND存儲正片就已通過長江存儲認證,第100萬片產品下線;2021年上海新昇投入了二期30萬片/月的產能建設,到2021年6月份累計第300萬片300mm大硅片產品出貨;截至2022年上半年末,300mm大硅片歷史累計出貨已超過500萬片。

據了解,目前滬硅產業的產品覆蓋了外延片(邏輯器件: 14nm以上技術節點全覆蓋并批量供貨;模擬、影像傳感器件:國內代工廠目前所需技術節點全覆蓋并批量供貨)、拋光片(存儲類產品:19nm以上技術節點全覆蓋并批量供貨,涵蓋DRAM、NAND、NOR等)及SOI硅片。

從客戶來看,滬硅產業的客戶已包含台積電、聯電、格羅方德、意法半導體、Towerjazz 等國際芯片 廠商,以及中芯國際、華虹宏力、華力微電子、長江存儲、武漢新芯、長鑫存儲、華潤微等國內所有主要芯片制造企業。

據上海新昇董事長李煒去年9月透露,當時上海新昇的大硅片在中芯國際、華虹、長江存儲等客戶每家的月出貨都是在萬片以上。

除了滬硅產業之外,國內的中環股份和立昂微等,也都在大力發展12英寸半導體硅片。

數據顯示,截至2021年底,中環股份12英寸半導體硅片產能為17萬片/月,至2022年底預計產能約30-35萬片/月。

截至目前,立昂微子公司金瑞泓微電子(衢州)有限公司已建成15萬片/月的12英寸硅片產能,該部分產能為從單晶拉制環節至硅拋光片環節的完整產線,其中10萬片/月在拋光片的基礎上可加工為硅外延片。另外,立昂為還在今年3月份還收購了嘉興國晶半導體(已更名為金瑞泓微電子(嘉興)有限公司),嘉興公司規劃產能仍在按計劃推進中,預計將于2023年底形成第一期15萬片/月的產能,該部分產能為從單晶拉制環節至硅拋光片環節的完整產線。

但是,不論是技術實力上、還是在產能上,目前滬硅產業仍是國內12英寸半導體硅片的龍頭。

總結來說,目前在14nm以上邏輯器件及19nm以上存儲器件所需的300mm半導體硅片,國內已經實現了突破,并且產能也正在快速增長,解決了卡脖子問題。不過,在14nm以下的先進制程所需的半導體硅片方面,可能仍有待進一步突破。特別是在目前國內14nm以下先進制程制造受到了美國方面的限制,這也在一定程度上抑制了國產半導體硅片在14nm以下先進制程上的發展和應用。

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