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国产半导体设备制造业分析——我们还有哪些短板

发布时间:2018-04-24 来源:EEWORLD订阅号 类型:产业分析 人浏览
关键字:

材料 半导体 生产设备

导  读:

?半导体生产设备和材料,是半导体产品的最上游。全世界每年销售的生产设备和材料,加起来总共800多亿美元左右,如果仅仅从规模上来看,其实并不大,就算有个国家占据了全球50%的生产设备和材料的份额,一年销售额也就是400亿美元多点。



晶盛机电提供的还是半导体级单晶炉,也就是把高纯度硅做成晶棒并且掺入必要的成分。


嗯,我们记住,硅片领域日本最强,美国,台湾也有不少硅片供应商,但是至少现在,部分硅片的生产设备我们已经进入了,这是我国在光伏领域突飞猛进的传导作用。


2017年10月31日,晶盛机电公司公告与中环股份以及无锡市政府签订合作协议,计划在江苏宜兴建设集成电路用大硅片生产与制造项目,总投资30亿美元,第一期投资15亿美元。


国内现在严重缺乏大硅片项目,处于被日本台湾韩国卡脖子的状态,目前硅片日本信越,日本SUMCO,台湾环球,德国Siltronic,韩国SKSiltronic五家垄断了98%的份额,其中日本的两家占了全球60%。


该项目基本可以确定会从晶盛机电采购生产设备,这是巨大的利好,预计2018年以后晶盛机电的半导体生产设备出货将会大幅上升,当然预计主要是以单晶炉为主第三位的深圳捷佳伟创新公司还是以光伏生产设备为主要业务。第四位来了,北方华创科技集团,这家公司是我国半导体设备生产的规模最大的公司,它是在2015年由北方微电子和七星电子重组而成,是国家队的一员,也是带头大哥。


当然,北方华创2017年也赶上了单晶硅组件爆发的东风,签了不少来自光伏设备的订单,例如2017年与隆基股份签订的单晶炉设备就有8.57亿元。


隆基股份相比大家都很熟悉了,由于专注于单晶技术,是全球光伏产业经营状况最好的公司,净利润遥遥领先。


北方华创2017年上半年实现营业总收入10.45亿元,同比增长48.87%,归属于上市公司股东的净利润5,247.13万元,同比增长29.09%。嗯我们注意到了净利润真的有点少,当然这跟研发投入高有关系,北方华创的研发投入强度非常高。


公司主要产品为电子工艺装备和电子元器件。2017年上半年公司电子工艺装备主营业务收入6.9亿元,比上年同期增长44.28%。


其中半导体设备主营业务收入5.77亿元,比上年同期增长41.35%,真空设备主营业务收入8,807.01万元,比上年同期增长260.78%,新能源锂电设备主营业务收入2,631.97万元,比上年同期下降43.50%。


电子元器件主营业务收入3.47亿元,比上年同期增长59.14%。


我们注意下其中半导体设备的收入增长速度超过40%,占北方华创总收入的比例是大约60%左右,这个增长速度是惊人的,意味着两年翻一倍。实际上,北方华创目前和所有国内大厂都有合作,比如我们正在武汉和南京如火如荼建设的长江存储公司,3D NAND FLASH产线的氧化炉设备就有采用北方华创的产品,2017年11月搬入产线,注意七大生产设备区域中的扩散,其实就是用氧化炉来完成的。


另外长江存储还购买了北方华创的刻蚀机和PVD机台(物理气相沉积,属于薄膜沉积设备的一种),也就是说,国产集成电路设计制造的发展,也给北方华创带来了新的机遇。


七大类生产设备北方华创涉及到了氧化炉,刻蚀机和薄膜沉积三类。


在氧化炉领域,2017年11月30日,北方华创下属子公司北方华创微电子自主研发的12英寸立式氧化炉THEORISO 302 Move In长江存储生产线,应用于3D NAND Flash制程,扩展了国产立式氧化炉的应用领域。


THEORISO 302立式氧化炉具有先进的颗粒控制技术、高精度温度场控制技术、先进的微环境氧含量控制技术、后期维护费用低等特点,具备12英寸晶圆干氧氧化、湿氧氧化、DCE氧化等工艺能力,主要应用于逻辑电路、DRAM、NAND等产品工艺制程,成为长江存储的POR(Process of Record)机台(扩产优先采购机台)。


该款氧化炉在进入长江存储产线之前,已经批量应用于中芯国际、上海华力芯片生产线



当然我们又一次看到了,北方华创的氧化炉客户,中芯国际,上海华力微,长江存储,都是国产厂家。


在刻蚀机领域,按照材料来分,主要有三种:金属刻蚀机,硅刻蚀机,介质刻蚀机。


在硅刻蚀机领域,在2003年启动研制时,中国和国外差距在20年以上,仅仅能够制造90nm制程,在国家02专项的支持下,北方华创在硅刻蚀机领域不断实现突破,先进制程工艺一路上扬,28nm,22nm都实现了突破,2016年研发出了14nm工艺的硅刻蚀机。


目前中芯国际在研发的14nm工艺,就在验证使用北方华创的硅刻蚀机,这是有里程碑意义的。


因为中芯国际作为中国最好的集成电路制造商,正在努力实现28nm的全面量产,而其在研的最先进工艺就是14nm,这意味着在硅刻蚀机领域,国产设备和国产集成电路制造已经实现了制程同步,也就是说,至少在这个领域,以往本来就不先进的国产集成电路制造工艺,还不得不放慢脚步等待国产设备技术进步的尴尬局面已经消失。


实际上,2017年北方华创已经在研发更先进的7nm硅刻蚀机,也就是说,至少在刻蚀机里面的“硅刻蚀机”这个领域,我们离世界顶尖水平的差距其实并没有差太远,当然我们也要看到,仅仅是造出来进行产线验证,跟实现市场占有率领先还是两回事,更何况目前也只是14nm而已,和最好的水平还是有差距。


刻蚀机里面还包括金属刻蚀机,2017年11月,北方华创研发的中国首台适用于8英寸晶圆的金属刻蚀机,也成功搬入中芯国际的产线,这个也是有重大突破意义的,当然主流的12英寸晶圆的金属刻蚀机,我们还得努力实现突破,晶圆尺寸越大,成本降低越大。


除了氧化炉和刻蚀机领域以外,北方华创在PVD设备(物理气相沉积,薄膜沉积设备的一种)和单片退火设备领域也实现了批量出货,目前主要在28nm级别。单片退火设备主要是和离子注入机配合使用,实现对离子注入后硅片被损伤的原子结构的修复,本文前面已经提到,离子注入机中国电科做的比较好。


在薄膜沉积设备领域,北方华创进展较快,多种14nm的生产设备也在产线验证中,包括ALD,AL PVD,LPCVD,HM PVD等,基本都是不同的沉积设备,目的是制作氧化薄膜,便于绝缘,和控制不同的杂质扩散速度,或者金属化,PVD是物理气相沉积,CVD是化学气相沉积,ALD是原子层沉积,他们的工作原理不同,但是目的是一样的。


所以我们看出来了,七大类生产设备中,北方华创主要是氧化炉,镀膜设备(各种沉积设备)和刻蚀设备(硅刻蚀机和金属刻蚀机)三大类。当然我们注意,刻蚀机里面的介质刻蚀机北方华创并没有涉及。除了这三大类设备外,北方华创还有第四种关键设备:清洗机。


2017年8月7日,北方华创1500万美元,也就是才1亿人民币多点实现了对美国Akrion公司的收购,Akrion公司是位于美国宾夕法尼亚州的一家专注于硅片清洗设备业务的公司,主要用于集成电路制造领域,硅晶圆制造领域、微机电系统和先进封装领域,该公司拥有多年的清洗技术积累和广泛的市场与客户基础,累计在线机台千余台。


北方华创自研的12英寸单片清洗机产品主要应用于集成电路芯片制程,成功收购Akrion公司,北方华创微电子的清洗机产品线将得以补充,形成涵盖应用于集成电路、先进封装、功率器件、微机电系统和半导体照明等半导体领域的8-12英寸批式和单片清洗机产品线。实际上,根据北方华创2017年披露的2016年年报,其自研的12英寸清洗机到2016年底的累计流片量已突破60万片,收购Akrion之后,北方华创的实力进一步加强。


在七大类关键设备中,北方华创涉及到了4种,这是中国实力最强的。


第五位就是著名的中微半导体了,按照中国半导体行业协会的统计,他们2016年的销售额4.846亿人民币。不过按照中微自己的统计,他们估计2017年销售额能够达到11.8亿元人民币,增长80%,这两个数字不太对的上。不过无论如何,我们知道中微2017年的销售额大概是11亿人民币左右这个水平。


2017年1月6日,以美国政府首席科学顾问John P. Holdren和布洛德研究所(Broad Institut)总裁Eric S. Lander为首的美国总统科学技术咨询委员会(President’s Council of Advisors on Scienceand Technology,简称PCAST)发表了名为《Ensuring Long-Term U.S. Leadership in Semiconductor》/《确保美国在半导体领域的长期领导地位》的报告。


该报告里面提到中国的集成电路制造设备生产商,说中国没有tier 1的设备制造商,但有一家tier 2的,就是中微半导体。


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