IM电竞在国家政策和资金的大力支持下,中国涌现出一批高素质的国内半导体设备制造商,这些厂商具有与国际巨头竞争的潜力。国内主要半导体设备制造商包括:NAURA、AMEC、JSG、CETC和其他未上市公司。
近年来我国集成电路(IC)产业蓬勃发展,巨大的市场需求和政府投资是推动这一发展的主要动力。中国IC产业的地位和发展势头也引起了国际同行的广泛关注和重视。JoMM邀请了一批国内IC专家撰写一系列有关中国IC产业的文章,包括历史、现状、发展以及政府相关政策。这些文章中的信息全部来自近年来的公共数据。这些文章旨在增进中国国内IC产业与国际IC生态系统的相互了解。
半导体设备处于半导体产业链的上游,其市场规模随下游半导体产业的技术发展和市场需求而波动。据SEMI统计,2020年全球半导体设备市场达到创纪录的689亿美元,同比增长16%,2021年将达到719亿美元,同比增长4.4%。2022年将保持增长势头,市场资金将达到761亿美元,同比增长5.8%。如图1所示,中国半导体设备在全球市场的份额逐年上升。SEMI预计,到2020年,中国大陆半导体设备市场规模将达到181亿美元,同比增长34.6%,成为全球最大的半导体设备市场。在2020年中国对晶圆厂进行密集的资金投入后,SEMI预测,2021年中国大陆半导体设备市场将略有下降,市场规模为168亿美元,同比下降7%。
、中国大陆半导体设备市场规模2019年,国内半导体设备销售额为161.82亿元。2019年,中国大陆半导体设备市场规模为134.5亿美元,本地化率约为17%(图2),国产替代空间巨大。随着美国继续加强技术和设备封锁,国内半导体设备替代的步伐正在加快。在政策和资金的大力支持下,国产设备企业在蚀刻、薄膜沉积、测试等诸多领域不断取得突破。
、中国大陆(2019年)半导体设备国内市场占有率2019年,中国半导体设备销售收入前十位的企业完成销售收入143.43亿元,同比增长51.1%。2019年,十大半导体设备公司的销售收入占47家半导体设备制造商总收入的88.6%。2019年,浙江晶盛机电有限公司(JSG)在2019年中国半导体设备制造商销售收入中排名第一,2019年半导体设备销售收入达到28.86亿元,第二位是北方华创科技集团股份有限公司(NAURA),销售收入为28.42亿元。但是,从全球半导体设备企业的销售收入来看,我国半导体设备行业企业规模仍处于较低水平,工业设备主要依赖国外企业。
国内蚀刻设备、薄膜沉积设备和测试设备有望成为半导体设备国产化的先行者。中微半导体设备(上海)股份有限公司(AMEC)和NAURA分别在CCP和ICP蚀刻设备领域取得了突破。部分产品已应用于先进工艺生产线进行验证;NAURA在PVD领域实现了国内高端薄膜制备设备的突破,设备涵盖90-14纳米多工序,沈阳拓荆的设备成功进入长江存储科技有限责任公司(YMTC)生产线。北京华峰测控技术股份有限公司(AccoTEST)模拟测试设备的国内市场占有率已达60%,后续的SAC项目推广可能为公司带来新的增长空间。
半导体设备主要用于晶圆制造与封装测试产业链,晶圆制造是半导体制造的第一大环节。晶体生长炉是单晶硅生产的主要半导体设备。国内晶体生长炉公司主要包括JSG、南京晶能半导体科技有限公司(NAST)、大连连城数控机器股份有限公司(LINTON)等。单晶硅棒完成后,需要经过一系列加工才能获得成品硅晶圆。涉及的主要半导体设备是切片机、研磨机、湿法刻蚀机、清洗机、抛光机和测量机。国内切片机制造商主要包括中国电子科技集团有限公司(CETC),JSG,国内磨削设备制造商主要包括JSG,国内清洗机制造商主要包括盛美半导体设备(上海)股份有限公司、NAURA,国内CMP化学机械抛光设备制造商主要包括天津华海清科、JSG,国内测试机制造商主要包括中科飞测和杭州长川科技有限公司。一般来说,只有JSG等国内少数厂商推出了一些硅晶片加工设备,市场占有率相对较低。
、晶圆制造工艺。热处理过程中使用的半导体设备是氧化扩散设备,本质上是高温炉。国内氧化扩散设备制造商主要包括NAURA和北京屹唐半导体科技有限公司。从YMTC的招标情况来看,氧化扩散设备仍以国外厂商的设备为主,NAURA等国内厂商的市场份额逐年上升。截至2020年10月,就设备数量而言,NAURA的热处理设备在YMTC中的比例已超过30%,屹唐半导体的比例为图4中的1%。
、YMTC热处理设备中标率光刻过程中最重要的半导体设备是步进式光刻机。目前,国内主要具有步进式光刻机生产能力的公司是上海微电子装备(集团)股份有限公司(SMEE)。在集成电路领域,SMEE的产品主要包括步进式光刻机、晶圆对准/键合设备和晶圆缺陷自动检测设备。公司的步进式光刻机产品为SSX600和SSB500两个系列,其中SSX600系列主要用于IC前道制造90nm、110nm、280nm关键层和非关键层的光刻工艺需求,SSB500系列光刻机主要用于集成电路先进封装领域,如表3。
除了SMEE生产的步进式光刻整机外,还有北京华卓精科科技股份有限公司(U-PRECISION)和长春国科精密光学技术有限公司(CNEPO)在中国从事步进式光刻机零部件的研发和生产。2016年,CNEPO开发了中国第一套用于先进IC制造NA0.75投影式光刻系统的物镜。除了步进式光刻机,光刻过程中使用的半导体设备还包括跟踪设备。国内跟踪设备公司是沈阳芯源微电子设备股份有限公司(KINGSEMI)和盛美半导体,如图5所示。
、传送设备国内市场国内蚀刻设备公司主要包括AMEC、NAURA、屹唐半导体和CETC,如图6所示IM电竞。其中,AMEC、NAURA和屹唐半导体主要从事干法蚀刻设备的生产。除了干蚀刻设备外,CETC 还生产湿法蚀刻设备。除上述公司外,北京创世威纳科技有限公司、KINGSEMI和华林科纳也生产蚀刻设备。
、国内蚀刻设备制造商。在国内蚀刻设备制造商中,AMEC在CCP蚀刻方面具有明显的优势。在逻辑集成电路制造方面,AMEC的CCP蚀刻设备已进入国际知名晶圆厂的先进工艺生产线D NAND芯片制造方面,AMEC的CCP蚀刻设备技术可应用于64层批量生产。同时IM电竞IM电竞,AMEC 正在根据表 4 中内存制造商的需求开发 96 层和更先进的蚀刻设备和工艺。
、各种制程中AMEC的蚀刻设备应用NAURA主要包括ICP蚀刻设备。NAURA 的 ICP 蚀刻设备主要用于硅蚀刻和金属材料蚀刻。28nm及以上蚀刻设备已实现产业化。在先进制造工艺方面,NAURA的硅蚀刻设备已突破14纳米技术,进入上海集成电路研发中心(ICRD),如表5所示。
、NAURA的蚀刻产品。国内离子注入机的主要制造商是凯世通半导体股份公司(Kingstone)和CETC。2020年12月,凯世通宣布拟向芯成科技控股有限公司出售3台2英寸集成电路用离子注入机,迈出了国产化的重要一步。
国内集成电路领域的CVD设备制造商主要包括NAURA和沈阳拓荆,NAURA主要生产APCVD设备和LPCVD设备,而沈阳拓荆主要生产PECVD。根据中国国际招标网的数据,沈阳拓荆在YMTC拥有3台PECVD设备。
目前,ALD设备尚未在集成电路行业大规模使用。位于NAURA的ALD设备可满足28-14nm FinFET和3D NAND原子层沉积过程的需求,目前处于验证阶段。沈阳拓荆在PECVD基础上自主研发了原子层沉积设备,通过生产验证,可用于VLSI、OLED和先进封装等领域。
在PVD设备中,国内PVD制造商是NAURA,在溅射源设计技术、等离子体产生与控制技术、粒子控制技术、腔内设计与仿真技术、软件控制技术等方面都取得了一些突破。在国内集成电路领域,他们取得了国内先进薄膜制备设备的突破,设备涉及90-14纳米的多重制造工艺。据公司官网消息,该公司的PVD设备已被国内先进的集成电路芯片制造商指定为28纳米工艺基线机,并成功进入国际供应链体系,如表6所示。
、中国光伏技术的进步CMP设备的主要国内研发和生产公司包括天津华海清科,这是目前国内唯一批量生产的12英寸系列CMP设备。所销售的半导体设备打破了国际制造商的垄断。
国内清洗设备领域主要包括盛美半导体、NAURA、KINGSEMI、至纯科技。其中,盛美半导体的主要产品是集成电路领域的单片清洗设备;NAURA收购美国半导体设备制造商Akrion后,主要产品为单片和槽式清洗设备;KINGSEMI产品主要应用于集成电路单片颗粒污染物;至纯科技致力于8-12英寸先进单晶硅湿法清洗设备及槽式湿法清洗设备相关技术。此外,根据中国国际招标网的统计,在芯片和集成电路制造商YMTC、华虹半导体(无锡)有限公司和HLMC二期工程购买的200多台清洗设备中,供应商按投标数量排列,依次为DNS、盛美半导体、LAM、TEL和NAURA,其占比分别为48%、20.5%、20%、6% 和1%。盛美半导体在国内清洗设备供应商中排名第一。可见盛美半导体是国内半导体清洗设备行业的龙头企业,未来市场发展空间相对较大。有望打破外国公司的垄断,扩大其市场份额,如图7和表7所示。
、中国清洗设备产品与技术分析半导体测试贯穿整个半导体产业链。IC 设计、晶圆制造和最终芯片封装都需要相应的测试以确保产品质量和产量,如图8所示。
主要用于测试过程的半导体设备是测试机、分选机和探针台。国内检测设备制造商主要包括AccoTEST和杭州长川科技。他们专注于模拟测试设备和数字/模拟混合测试设备。其中,AccoTEST占国内模拟测试设备市场的近60%。在中国测试设备市场,存储测试设备和SOC测试设备占主要市场份额,市场份额分别为43.8%和23.5%,如图9所示。
、国内市场的模拟测试设备半导体探针台设备行业高度集中。中国最大的两个探针台制造商是矽电半导体设备(深圳)有限公司(Sidea)和杭州长川科技,CETC也拥有探针台的生产能力。分选机可按结构分为三类。国内分选机制造商主要包括杭州长川科技。封装设备主要包括切割和减薄设备、键合设备、分选和测试设备等。国内具有封装设备制造能力的企业主要包括CETC和ACCURACY。
国家政策大力支持半导体设备产业的发展,加快了国产替代进程。“02专项”以来,中国出台了一系列支持半导体产业发展的政策。中国先后颁布了《国家集成电路产业发展促进方案》、《关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》IM电竞,为半导体产业提供支持。针对半导体国产化的迫切需求,国务院于2020年8月发布了《关于促进新时期集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,从财税、融资、人才、市场等多方面支持国内半导体相关问题,如表8和表9所示。
、中国新增加的财税政策促进了IC产业的发展国家基金深入参与半导体设备行业。2014年,中国设立了国家集成电路产业投资基金。2018年,国家集成电路产业投资基金第一阶段完成。总投资额1387亿元。共有23家公共投资公司和29家未公开的投资公司。有效投资项目约70个,投资范围覆盖集成电路产业的上下游环节。在大基金一期投资项目中,集成电路制造占67%,集成电路设计占17%,封装测试占10%,设备材料占6%。
大基金第二阶段将继续支持国内半导体设备的发展。2019年,国家集成电路产业基金第二阶段成立。主要有三大投资布局和规划方向;一是支持龙头企业做大做强;二是形成产业集群,集团发展,海外发展;三是继续推进国产设备和材料的下游应用。
在半导体设备方面,基金第一阶段主要完成产业布局,二期基金将对在蚀刻设备、薄膜设备、测试设备、清洗设备等领域部署的企业保持高强度、持续的支持IM电竞,推动龙头企业做大,形成一系列成套设备产品。加快步进式光刻机、化学机械抛光设备等关键设备和关键零部件的投资布局,确保产业链安全。充分发挥基金在整个产业链中的优势,继续推进设备、集成电路制造、封装测试等公司的协调,加强基金投资企业上下游整合,加快设备从验证到“批量采购”的进程。设备和材料公司争取更多的市场机会。督促生产企业提高国产设备核查采购比例,为国内设备和材料提供工艺验证条件,扩大采购规模。
在国家政策和资金的大力支持下,中国涌现出一批高素质的国内半导体设备制造商,这些厂商具有与国际巨头竞争的潜力。国内主要半导体设备制造商包括:NAURA、AMEC、JSG、CETC和其他未上市公司,如表10。
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