在早前談到中國的半導(dǎo)體投資建設(shè)，一直都是圍繞在芯片設(shè)計、制造和封裝等領(lǐng)域，但對于半導(dǎo)體芯片的源頭——硅晶圓，卻談的少之又少。我認(rèn)為主要有兩方面的原因：一是國內(nèi)在這方面的發(fā)展不盡如人意;另一方面是因?yàn)槟壳暗男枨蠛蛢r格還是在可接受范圍。

　　但早兩天有報道宣稱，明年上半年的硅晶圓可能會面臨大面積漲價的可能，更嚴(yán)重的是隨之而來可能會出現(xiàn)的缺貨困境。這對于國內(nèi)那些投入了大量資金建設(shè)12寸廠的晶圓廠來說，這真的一個出師不利的信息。

　　在這個關(guān)頭，臺灣媒體傳出了國內(nèi)半導(dǎo)體基金將要收購總部位于德國慕尼黑的硅晶圓廠Siltronic，綜合中國目前的半導(dǎo)體建設(shè)熱潮，德國愛思強(qiáng)剛剛拒絕了中國資本的收購還有硅晶圓面臨缺貨的危機(jī)，這個消息的頒布無疑給今年的半導(dǎo)體市場又投下了一顆深水炸彈。

　　為什么中國需要硅晶圓廠

　　半導(dǎo)體行業(yè)的人都知道，一個芯片被設(shè)計出來之后，需要把設(shè)計文件交付到TSMC這樣的代工廠進(jìn)行芯片生產(chǎn)，而TSMC則會根據(jù)客戶的設(shè)計文件，在硅片上“刻”上電路。這個需要的硅片就是由硅晶圓廠生產(chǎn)的。

　　而過去的幾十年里，產(chǎn)業(yè)界為了降低芯片的制造成本，一直推進(jìn)硅晶片的往前推進(jìn)，從最初的1英寸到12英寸。

　　硅晶圓尺寸的進(jìn)化史(4英寸到12英寸)

　　但晶圓生產(chǎn)是一個不算非常復(fù)雜，但是對精度要求很高的過程。主要涉及到純化和拉晶。

　　純化分為兩個階段，第一步是冶金級純化，此一過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化硅轉(zhuǎn)換成98%以上純度的硅。大部份的金屬提煉，像是鐵或銅等金屬，皆是采用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是，98%對于晶片制造來說依舊不夠，仍需要進(jìn)一步提升。因此，將再進(jìn)一步采用西門子制程(Siemensprocess)作純化，如此，將獲得半導(dǎo)體制程所需的高純度多晶硅。

　　接著，就是拉晶的步驟。首先，將前面所獲得的高純度多晶硅融化，形成液態(tài)的硅。之后，以單晶的硅種(seed)和液體表面接觸，一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢的向上拉起。至于為何需要單晶的硅種，是因?yàn)楣柙优帕芯秃腿伺抨犚粯?，會需要排頭讓后來的人該如何正確的排列，硅種便是重要的排頭，讓后來的原子知道該如何排隊。最后，待離開液面的硅原子凝固后，排列整齊的單晶硅柱便完成了。

　　單晶硅晶柱

　　然后把單晶硅柱切割成一片片厚度約為150μm(0.015cm)左右的硅晶片。

　　很多人會問，這個難道體現(xiàn)在哪里，我們不妨看一下。上圖硅晶柱的制作過程就像是做棉花糖，一邊旋轉(zhuǎn)一邊成型的。在拉晶的過程中，旋轉(zhuǎn)拉起的速度和溫度的控制都會影響到晶柱的品質(zhì)。如此高的技術(shù)難度，對于基礎(chǔ)比較薄弱的中國半導(dǎo)體來說，是一個大挑戰(zhàn)。

　　除了技術(shù)外，專利保護(hù)也是限制中國硅晶片產(chǎn)業(yè)的一個發(fā)展。

　　半導(dǎo)體硅的制造工藝，從上世紀(jì)五十年代出現(xiàn)以來，一直都是日韓德美等國家在上面發(fā)展，他們在硅晶片制造上面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和專利，這也不是中國能輕易突破的。

　　但這又是一個很重要的市場，讓中國不得不投入。

　　首先我們需要強(qiáng)調(diào)一下，硅晶片的市場其實(shí)不是很大，從相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2014年硅晶片的市場規(guī)模只有80億美元，2015年也只有83億美元。相比于早幾年的上百億市場，是有所下滑的。但就算是上百億，對于三千多億規(guī)模的半導(dǎo)體市場，其所占的份額也只不過區(qū)區(qū)幾個百分點(diǎn)。

　　電子產(chǎn)業(yè)鏈中，硅晶圓的位置

　　但從上文所看，這個產(chǎn)品是硅芯片的基礎(chǔ)，沒有它，你設(shè)計得多好，代工廠制程多先進(jìn)，也都是巧婦難為無米之炊。