硅片是中國“芯”的基建，也是中國新基建的基石之一。
在半導體產業鏈中，硅片作為芯片制造的重要核心主材，在芯片制造中起到關鍵性的作用。硅片的質量、尺寸、成本等直接影響著芯片的性能和競爭力。
處在中國經濟轉型周期與全球技術創新周期雙重疊加的歷史交匯點上，中國半導體硅片市場成為全球增速最快的市場。根據SEMI（國際半導體產業協會）統計，2021年中國半導體硅片銷售額達到16.56億美元，2016-2021年CAGR達到27.08%，遠超同期全球半導體硅片增速。
在此背景下，工業和信息化部、科學技術部等部門近年來陸續出臺發布了半導體硅片研發與產業化等系列政策，將半導體硅片產業納入集成電路整體產業規劃布局中，極大地鼓舞了相關企業加快發展。
夯實中國“芯”基建，國產硅片破局海外壟斷
眾所周知，芯片是信息時代、人工智能時代的“鋼筋水泥”，而半導體硅片則是芯片制造的基石，也是半導體產業鏈的上游環節。
半導體硅片是指由硅單晶錠切割而成的薄片，又稱硅晶圓片，是芯片制造的核心主材之一。得益于其熔點高，禁帶寬度大的優異物理性能和豐富的存儲量，硅基半導體材料是目前產量最大、應用最廣的半導體材料。根據SEMI數據，全球半導體材料市場規模在2021年達到643億美元，同比增長15.9%。其中，硅片約占整體半導體材料市場比重的33%，是半導體材料的核心。
回顧硅片的發展歷史，從1965年首次生產2英寸硅片到2000年12英寸硅片實現量產，半導體硅片在“摩爾定律”的驅動下向大尺寸方向不斷發展。根據SEMI統計，2020年12英寸硅片占比約67.2%，8英寸硅片占比25.5%，6英寸及以下占比7.3%。硅片尺寸越大，單位面積產出的芯片數量也會隨之增加，因此12英寸硅片的性價比更優。但與此同時，生產更大直徑硅片所需要的生產工藝改進成本、設備性能提升，也給廠商帶來更大的挑戰。
從硅片質量要求來看，光伏行業對硅片純度的需求為99.9999%。而用于集成電路制作和半導體器件加工的電子級硅片對純度則有著更高的要求，純度需達到99.999999999%，對雜質的容許率相當于一顆方糖投入西湖。同時，半導體硅片還對硅片的平整度、光滑度有更高要求。12英寸硅片的平整度必須控制在1nm，相當于上海到北京，路面起伏不能超過30厘米。
從硅片的制作流程來看，硅片尤其是大尺寸硅片的制作需要精密的機器設備、成熟的工藝流程，以及優秀的技術人才等全方面配合。目前，硅棒的制作普遍采用直拉法生長工藝，即將多晶硅熔化在長晶爐坩堝中，再從熔融硅中拉晶制成硅棒。想要制作12英寸的硅棒，需要一口直徑達到32英寸的坩堝，并且要求坩堝高度純凈。打造這樣一口純凈的坩堝就具有極高的門檻。同時，制作的硅棒越粗，對鍋里熔融硅的需求也更多，這對拉晶過程中的溫度、提拉速度、旋轉速度和提拉時間都提出了更高的要求。此外，制作過程中還需要處理隨之而來的熔融硅對流、溫度梯度等物理問題。
正因如此，半導體硅片的提純和加工技術門檻極高帶來研發周期長、資金投入大等特點，使得全球的半導體硅片市場形成高度壟斷。據SEMI統計，2020年全球前五大硅片制造商為日本信越、SUMCO、環球晶圓、SK Siltron和世創，他們共同占據著全球半導體硅片市場87%的份額。
與國際主要半導體硅片供應商相比，中國大陸半導體硅片企業起步較晚，在關鍵設備和硅單晶拉制、拋光、外延等核心技術上較為薄弱，能夠生產12英寸及以上硅片的企業數量不多，且良率有很大提升空間。
不過，近年來在國家政策支持和市場需求驅動下，國內涌現出多家半導體硅片廠商，包括滬硅產業、上海超硅等半導體硅片龍頭企業，其憑借自身在技術工藝、產品結構等優勢，打破了中國在12英寸硅片技術上從“0到1”的突破，并與全球知名芯片廠商建立了穩定的合作關系，正在打破半導體硅片領域的海外壟斷。
屢受國際頭部廠商認可，國產硅片廠商并驅爭先
在硅片產業鏈中，上游為原材料硅礦，中游為硅片制造商，下游是芯片制造商。硅片要經過下游芯片制造商的認證，才能發生訂單交易。下游的芯片制造企業對硅片供應商的產品質量有著嚴苛的要求，對供應商的選擇高度嚴謹。因此，硅片生產企業與芯片制造企業建立正式合作關系前，除了需要通過業內質量管理體系認證外，還需經歷長時間的客戶“考察認證”。
據業內人士介紹，長晶爐是制造硅片的核心設備，可以說是硅片中的“光刻機”。國際主流硅片廠商的長晶爐大多為公司獨立設計制造或者通過控股子公司設計制造，其他硅片廠商無法購買。其他主要的硅片廠商都有自己的獨立單晶爐供貨商，并且簽訂嚴格的保密協定，導致外界硅片廠商無法購買，或者只能購買到普通單晶爐。所以，設備壁壘也是國內廠商目前難以進入全球硅片主流供應商的重要原因之一。
隨著AI新浪潮、5G手機等消費電子以及數字化的擴展應用，全球半導體行業有望保持高景氣度，而越來越多國產硅片廠商獲得認可，也是中國集成電路產業夯實“芯”基建的重要一步。
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