再生晶圆这个话题,其实当时沪硅产业上市的时候,就想聊一聊。

 

当时沪硅产业 IPO 的时候,招股书里曾披露过几个关于 12 英寸大硅片的信息,其中一个就是关于硅片价格的:

 

 

众所周知,就跟买烧饼一样,硅片当然也是越大越贵。然而沪硅产业的 300mm(12 英寸)硅片居然卖的比 200mm(8 英寸)都便宜,这不是一个正常现象。

 

业内人士当时就一针见血指出,沪硅产业出货的 12 英寸大硅片当中,因为产品性能等各方面原因,有一大部分还是 Dummy Wafer,晶圆厂也不敢贸然拿他们的大硅片去当正片用。

 

测试片,价格当然不可能和正片同日而语,一片 12 英寸正片的价格在 500 元左右,而一片 12 英寸测试片,价格只有正片的三分之一,在 150 元左右。

 

这也是为什么沪硅产业的 12 英寸硅片价格如此低的原因,因为里面有相当一部分的测试片啊,拉低了整体的平均单价。

 

单纯从价格角度匡算,沪硅产业的正片比例大概只有 40%左右。

 

正好昨天,跟朋友聊起关于协鑫集成募投再生晶圆的问题,索性把这个话题重新拾起来。

 

因为再生晶圆和测试片,有着密切的联系。

 

协鑫集成早在 2018 年就曾公告,拟通过非公开发行募集资金 50 亿元,主要用于大尺寸再生晶圆半导体项目。

 

不过由于种种不可知的原因,直到现在,增发尚未完成。而项目地址也由原来的徐州迁往合肥,并于 2 月 25 日与合肥正式签约,投资 28.7 亿元,建设年产 8 英寸 60 万片、12 英寸 300 万片的可再生晶圆项目。

 

根据协鑫集成的新闻稿,大尺寸可再生晶圆加工为我国半导体产业链上紧缺的一环,当前国内尚没有能提供稳定产能及高品质的再生晶圆厂。产能主要集中在日本和台湾地区,仅 RS、中砂、辛耘、升阳半 4 家就控制了全球 80%以上的再生晶圆市场份额。

 

那么,问题来了,什么是再生晶圆?什么是测试片?

 

再生晶圆,顾名思义,就是用过的晶圆回收利用。但这里的用过,并不是指经过正常的流片工艺。而是在芯片制造过程中,用于特殊目的的晶圆(测试片)。

 

测试片,包括控片(Monitor Wafer)和挡片(Dummy Wafer)。前面提到过的 Dummy Wafer,就是测试片的一种。

 

在芯片制造过程中,控片和挡片也是必不可少的。

 

控片,监控的控,主要作用是监控产线上的机器设备的稳定性和可靠性。产品投产之前、生产过程中,都需要用到控片。产品投产之前,需要用控片来试加工一下,检验一下产线的稳定性,即所谓的离线测试(off-line);产品生产过程中,需要在正片中混杂一些控片,工艺完成后,可以用控片来判断该批次是否正常,即所谓的在线测试(on-line)。

 

而挡片的原理就更简单一些了,就是占位子用的。特别是在炉子(PVD/CVD/ 氧化扩散等)里,如果该批次的片子不满,留有空隙,可能会影响气流稳定性和均匀性,因此需要加一些挡片,来把空余的位置填充起来。

 

比如下面这张图,SiC 晶圆在 CVD 设备中,就同时用到了控片和挡片。

 

 

为什么要用控片和挡片?难道用正片大硅片不行么?

 

原因只有一个,价格便宜啊,正片多少钱,半次品的测试片才几个钱?反正也不需要考虑晶圆的质量,特别是那些填充位置用的,用正片简直就是暴殄天物。

 

当然了,如果测试片能回收重新利用,当然就更好了,于是就出现了再生晶圆的概念。

 

再生晶圆是和测试片紧密联系在一起的,再生晶圆的目的是为了回收测试片,经过二次加工(化学浸泡,物理研磨等去掉氧化膜和残留),将用过的测试片复原,已达到重复利用的目的。

 

采用再生晶圆的一个原因,是测试片在整个流程中用量不少,而且制程工艺越先进,越需要密切关注产线性能,对测试片的需求量也越大。据统计,28nm 制程工艺中,每生产 10 片正片,就需要加 15-20 片测试片。

 

另一个原因,测试片的价格也不便宜啊,一片一两百,而且用量这么大,能省则省,对于 FAB 常来说,省下来的都是利润。

 

当然了,测试片也不全部都是来自再生晶圆,毕竟重复回收几次,晶圆也会被弄糙,性能连控挡片的要求都不能满足。

 

而新的测试片,主要来自于硅片的次品,比如硅锭两头切割出来的品质较差的硅片,或者像沪硅产业的产品一样,筛选出正片后剩下的有瑕疵的硅片,做正片不行,当控挡片用用还是可以的。

 

从再生晶圆的市场规模和格局方面,之所以国内企业纷纷布局,包括已经入局的高芯众科、至纯科技,马上入局的协鑫集成,都说明市场机会还是存在的。

 

根据根据 SEMI 发布的《2018 年再生硅晶圆预测分析报告》,2018 年再生硅晶圆市场规模达到 6.03 亿美元的规模,其中 12 英寸再生晶圆市场份额占比 75.8%。

 

当然这和全球百亿美金的硅片市场规模相比不值一提,但也是一个小而美的市场。

 

根据 RS Technologies 报告,预计 2021 年再生晶圆市场规模达 200 万片 / 月以上。目前全球再生晶圆产能主要被日本和中国台湾企业控制,2019 年全球 12 英寸再生晶圆市场中,仅 RS(日本)、升阳半导体(台湾)、中砂(台湾)、辛耘(台湾)4 家就控制了全球 80%以上的市场。(数据来源,协鑫集成募集资金使用可行性分析报告)