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似华为般极端处境,中芯们准备好应对了吗?半导体设备替代盼加速

发布日期:2022-04-26 点击率:145

中芯国际被美针对应该是预料之中的事情。中芯SMIC是全球第五大晶圆代工厂,居台积电、三星、格芯、联电之后,市场占率约4.5%,服务国内包括华为、兆易创新、紫光展锐在内的上千家科技企业。

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尽管中芯国际目前最先进的制程只有14nm,距离芯片制造龙头台积电相差2-3代的技术工艺,但中芯国际依然是全球领先的集成电路晶圆代工企业,也是我们技术最先进、规模最大、配套服务最完善、跨国经营的专业晶圆代工企业。在逻辑工艺领域,中芯国际是我们唯一可以实现14纳米FinFET量产的芯片代工企业,代表大陆自主研发集成电路制造技术的最先进水平。

但是,先进的晶圆制造企业,需要先进的半导体设备及材料产业链的支持,才能实现真正的独立自主,中芯国际在设备和材料上,仍然需要依赖大量的美系技术和设备,所以美方一旦把用于华为的限制措施,去针对中芯以及国内的其他晶圆制造企业,无疑将严重影响大陆半导体产业发展的进程。

我们的半导体设备替代步伐,行进到哪一步了,能否承受未来可以预料的极端处境呢?

肩负祖国的希望,中芯不会放弃追赶先进制程工艺

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世界前十大晶圆代工厂

随着芯片制程不断突破物理极限,集成度越来越高,晶圆厂资本开支,在每代工艺节点的增速平均达30% 。例如,每万片月产能,在12英寸晶圆的初代节点(90nm)时,只需要4.8亿美金资本开支,而进入14nm则需要20亿美金的资本开支,7nm则高达25亿美金。

2018年,联电、Global Foundries在抵达14nm或12nm节点后,宣布退出更高制程的探索,10nm 工艺以下的玩家,只剩下台积电、英特尔和三星。第二梯队中,唯有中芯国际没有放弃。

在更加不确定的后全球化商业环境里,在外部科技限制压力不断升级的背景下,中芯国际承载着中国半导体产业实现自主可控的历史使命。

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中芯生产线

中芯国际在国内半导体产业链扮演着非常重要的角色。中芯拥有珍贵的14纳米FinFET量产技术,而14nm已经可以涵盖60%以上的芯片需求,中芯目前在0.35微米至14纳米多种技术节点,可应用于不同工艺平台,具备逻辑电路、电源/模拟、高压驱动、嵌入式非挥发性存储、非易失性存储、混合信号/射频、图像传感器等多个工艺平台的量产能力,值得一提的特色工艺领域,中芯国际陆续推出大陆最先进的24纳米NAND、40纳米高性能图像传感器等特色工艺,与各领域的龙头公司合作,实现在特殊存储器、高性能图像传感器等细分市场的持续增长。

尤其是,中芯也为国内先进的半导体设备和材料供应链的国产化进程,提供了关键的支撑。

目前中芯国际对美系设备的依赖,是命门所在

晶圆厂需要多种半导体设备,包括最为人所知的光刻机。根据Gartner及各公司公告数据,各项半导体设备在竞争格局上,均被前1到4家公司所垄断:

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光刻机

光刻机:全球EUV极紫光刻设备100%来自ASML(荷兰),ASML在光刻机市场处于绝对垄断地位;

刻蚀设备:硅基刻蚀主要被Lam(美)和应用材料(美)垄断,介质刻蚀主要被东京电子(日)和Lam(美)垄断;

薄膜设备:CVD主要被日立、Lam(美)、东京电子、应用材料(美)垄断,PVD被Lam(美)和应用材料(美)垄断;

显影设备: 东京电子(日)处于绝对垄断地位;

离子注入机:全球约70%来自应用材料(美),18%来自Axcelis Technologies(美);

清洗设备:主要来自DNS、Lam(美)、东京电子等

CMP:70%来自应用材料(美),26%来自Ebara;

热处理:被应用材料(美)、日立国际电气、东京电子(日)垄断;

去胶设备:被PSK、Lam(美)、日立高科技、屹唐半导体(中);

工艺检测设备: KLA(美)市场份额50%,应用材料(美)占12%,日立高科技占10%;

划片/减薄机:日本DISCO绝对垄断;

测试设备:被泰瑞达(美)和爱德万(日)双寡头垄断。

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中芯国际主要进口设备采购

中芯国际在过去的两年大量采购了美方的设备,仅上半年,中芯国际先后投入6亿和5.43亿美元向美方的泛林半导体、应用材料采购半导体设备。而这些厂商,正是使福建晋华陷入绝境的美系甲方供应商。

国产半导体设备商的加速追赶,在关键时刻能给中芯国际多一些支持吗?

根据中国招标网的统计,7、8月份,国产设备中标集中在长江存储、华力集成和积塔半导体三家产线,从数据可以看出,国产设备替代进程良好。 一方面中标设备的数量较多,例如中微此前已经在长江存储中标介质刻蚀设备38 台,而此次 8 月中标台数就已经达到了 11 台之多,另一方面品类持续扩张,例如中微的硅刻蚀获得了华力集成的追加订单,替代程度有望持续超出预期。

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半导体设备

半导体芯片制造设备中,刻蚀、光刻和薄膜沉积三大核心工艺所用到的刻蚀设备、光刻机和薄膜沉积设备的价值量占比最大,其中刻蚀设备在晶圆制造设备中的价值量占比超过 20%,一点都不亚于光刻机。

由于 193nm 的 DUV 光刻机波长限制,22nm 及以下工艺,无法通过单次曝光完成光刻,需采用多重曝光工艺,增加了较多刻蚀步骤,增大了对刻蚀设备的需求。工艺越先进,刻蚀步骤数越多,对刻蚀设备的需求也就越多,刻蚀设备在产线中的价值占比也越大。

目前看,中微公司的产品在业内较为领先,工艺节点已经达到 5nm,并且已经得到台积电的验证,公司整体介质刻蚀及出货量已经超过 50 台,并且得到客户较好的评价。北方华创在硅刻蚀机中处在国产替代加速阶段,目前能够生产 28nm 的硅刻蚀机,14nm 目前也在研发和小范围试产过程中,预计未来也将有突破。北方华创已经出货的刻蚀机数量已经达到 20 台以上。

根据中国国际招标网数据统计,各类制程设备国产化率:

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去胶设备:国产化率最高的是去胶设备,主要是屹唐半导体实现了去胶设备国产化;

清洗设备:国产化率约为 24%左右,本土品牌主要是盛美半导体、北方华创;

刻蚀设备:国产化率约为 23%左右,本土品牌包括中微半导体、北方华创、屹唐半导体;

热处理设备:国产化率约为 32%左右,本土品牌包括北方华创、屹唐半导体;

PVD设备:国产化率约为 30%左右,本土品牌包括北方华创;

CMP设备:国产化率约为 22%左右,本土品牌包括华海清科;

CVD设备:有零的突破,但总体国产化率不高于 5%,本体品牌是沈阳拓荆;

测试设备:国产化率 3%左右,本土品牌包括上海睿励、中科飞测、上海精测半导体;

离子注入机:仍处于国产化突破前夕,本土品牌包括中科信、凯世通等;

涂胶显影设备:仍处于国产化突破前夕,本土品牌包括沈阳芯源;

光刻设备:仍处于国产化突破前夕,本土品牌是上海微电子。

此上看出:一线龙头中微的刻蚀设备、盛美的清洗设备等有望首先突破!

危机中的机遇是什么

毫无疑问,中芯国际是我们的半导体产业链中不可替代的支柱,而且中芯的确在现阶段非常美系设备和技术,美方如果对中芯也实施类似华为的极端遏制策略,相信对我们的伤害是巨大的。谁让它们具备先发的优势呢?但相信这也是它们博弈的最后底牌。

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我们仍需要从中看到机遇:

这有可能触动我们一直引而不发的相关措施;

中芯可以毫无顾忌的与华为捆绑在一起,强强联手,利用一切可以利用的资源,释放我们所有的潜力;

美半导体大厂如应用材料、泛林研究、科磊的业务都会受到影响,尽管重新验证设备会带来巨量的资金,但它们的设备并非完全不能替代。

写在最后

半导体设备与材料的国产化进程需要很多年的努力才能见效,建立国产设备为主导的芯片生产线在目前形势下,已经有了最好的契机,尽管这个契机是被逼出来的。

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半导体产业链已经成了新时代,国民经济的大动脉。2019年中国进口芯片3040亿美元,是进口商品的第一大品类,也就是说,国家出口赚的外汇,主要用来购买芯片了。

按照产业链划分,芯片产业有设备、材料、集成电路设计、晶圆代工和封装测试五大领域。我们不能只有华为中芯,需要国家的力量协同攻关,不仅仅只为打造自主可控的半导体产业链、供应链,还要推动集成电路产业走向高端化。

黑云压城,中芯国际是否做好了处身似华为一样的极端境地的应对准备?我们不会浪费任何一场危机!


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