從4億元訂單談半導體單晶爐國產化

日前，晶盛機電公告稱，公司收到中環領先半導體材料有限公司集成電路用8-12英寸半導體矽片項目四工段設備採購第一包、第二包項目的中標通知書。

這次中標產品為半導體單晶爐、半導體單晶硅切斷機、滾磨機，中標金額合計40285.10萬元，其中單晶爐36045.10萬元、切斷機與滾磨機4240萬元。

晶盛機電錶示，這次中標金額約佔公司2017年度經審計營業收入的20.67%，對公司未來業績將產生積極影響，同時證明了公司半導體用晶體生長設備及加工設備的技術先進性，有助於進一步做大公司半導體設備的產業化規模。

事實上，晶盛機電此前曾斥資5億元參與投資中環領先矽片項目，作為項目投資方之一，晶盛機電這次中標實屬意料之中，但從另一個角度看，這也反映出國內半導體設備國產化取得實質性進展。

單晶爐國產化現狀

晶盛機電接獲的這份訂單中，不難看出單晶爐才是主角，那麼我國半導體單晶爐國產化現狀到底如何？

在半導體矽片生產流程中，拉晶步驟是保證矽片質量的關鍵，在該環節需要用到單晶爐設備。

單晶爐由爐體、熱場、磁場、控制裝置等部件組成，硅料經過提煉提純成為高純度的多晶硅後，需在單晶爐中得到單晶硅棒，其中控制爐內溫度的熱場和控制晶體生長形狀的磁場是決定單晶爐生產能力的關鍵。

據了解，將多晶硅拉製成單晶硅主要有直拉法和區熔法兩種工藝，其中區熔法主要用於生產功率器件矽片，但目前大部分半導體矽片使用直拉法生產。

半導體單晶爐以美國、德國、日本等國家為主，國際單晶爐廠商代表有美國的QUANTUM DESIGN、Kayex、德國的PVA TePla AG、Gero及日本的Ferrotec等，國內廠商代表有晶盛機電、南京晶能、京運通、華盛天龍、上海漢虹、理工晶科、中國電科二所、北方華創等。

國內半導體單晶爐設備起步於2008年推出的02專項「國產300mm硅材料成套加工設備示範線工程」，該項目面向90-65nm極大規模集成電路用硅單晶及拋光片製備技術需求，研究開發包括單晶爐在內的多種關鍵設備。

該項目推出後，晶盛機電、金瑞泓、有研總院、西安理工大學等單位承擔並先後完成驗收，形成了我國矽片製造設備的技術基礎。

目前國內大部分廠商所生產的為太陽能單晶爐，在半導體單晶爐方面，部分廠商在6-8英寸已實現國產替代，但12英寸與國際水平仍存在差距，據悉目前國內可生產12英寸半導體單晶爐的廠商僅有晶盛機電和南京晶能。

南京晶能率先實現了12英寸直拉單晶爐的國產化。2016年9月，南京晶能研製的國內首台12英寸350KG半導體單晶硅爐交付上海新昇使用，2017年1月，其12英寸半導體單晶爐在上海新昇首爐即成功拉出完整半導體單晶棒。

南京晶能表示，其12英寸直拉單晶爐在上海新昇連續數月穩定運行，其技術先進性、使用節能性等指標甚至超越了國外設備，性價比更高，與上海新昇後續訂單還在洽談中。

（南京晶能12英寸半導體單晶爐，圖片來源：南京晶能官網）

晶盛機電是國內半導體單晶爐的重要廠商，承擔的02專項「300mm硅單晶直拉生長設備的開發」、「8英寸區熔硅單晶爐國產設備研製」兩大項目，均已通過專家組驗收，其6-8英寸半導體單晶爐已向國內多家企業供應，12英寸半導體單晶爐已實現小批量生產，據稱也被上海新昇購入。

情況看似樂觀，但有業內消息稱，南京晶能和晶盛機電兩家廠商的12英寸半導體單晶爐在上海新昇生產線上的效果不算太理想。

今年年初，上海新陽董秘曾向媒體透露，拉晶爐（單晶爐）設備訂購難是上海新昇的實際達產情況不及預期的主要因素之一。今年5月，上海新陽在投資者關係活動中表示，上海新昇的拉晶爐主要採購自韓國、日本、德國，並未提及國產。

總體而言，我國半導體單晶爐國產化已取得一定成績，在12英寸單晶爐也取得了突破，但實力與先進國際水平仍有較大差距，有待進一步提升國產化。

4億元訂單的啟發

半導體設備從研發、樣機開始，必須經過大量矽片通過等工藝試驗，多次重複、獲取數據、發現問題，並不斷改型優化後方能成型，出廠前還要經過馬拉松試驗，測算平均無故障時間等參數。

一位業內人士曾向筆者表示，即使國產設備性能上可達國際水平，但下游製造商還是不會輕易使用，因為廠商還要看設備的運行成本，包括產能、良率、穩定性等一系列因素，這些都需要經過產線驗證。

產品驗證環節，決定了設備最終的市場競爭力，國產設備在該環節卻卡了脖子，國內半導體單晶爐國產化進程中，驗證環節仍是大難題。

尤其是目前國內矽片項目多為新建項目，矽片廠商在前期量產階段寧願多花成本購買進口設備以保證把風險降到最低，國產設備難以切入產線驗證。

上述人士指出，6-8英寸半導體單晶爐目前已可實現國產替代，12英寸單晶爐若能驗證成功，將有望加速國產化進程。但如果南京晶能和晶盛機電在上海新昇驗證不順利，恐將影響兩家設備切入國內其他大矽片項目。

不過，晶盛機電和中環股份的合作以及意料之中的單晶爐訂單，或許可給業界在解決設備驗證的問題上帶來一些啟示。

該人士表示，他本不看好晶盛機電選擇於中環股份合作之事，因為中環股份在電子級矽片方面並未有太多的經驗，兩者均摸著石頭過河。但從另一個角度看，這樣的合作至少解決了晶盛機電的設備驗證問題，這對於國內設備廠商而言，不失為一個好點子。

至於經驗問題，該人士若晶盛機電和中環股份若真心實意想做好矽片，建議在人才方面狠下功夫，組建一支經驗豐富的團隊。

除了這種「捷徑」外，上述人士認為，國內半導體設備在切入驗證方面均存在困難，除非客戶在政府的支持下、不計損失地讓國產設備上產線驗證，即使如此，製造商的積極性也較低，而密集上線的矽片項目帶來的市場機遇也還有待評估。

他建議，若12英寸單晶爐設備驗證切入實在困難，國內設備廠商不如先把8英寸市場先啃透，積累更多的驗證及量產經驗，這對於今後切入12英寸市場也有所幫助。

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