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IC制造业最核心的竞争力还是IC装备制造
作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2018.09.27
信息摘要:
IC制造业最核心的竞争力还是IC装备制造

在浦东张江中芯国际的工厂里,无时无刻不在上演着代表人类最高制造水平的接力赛。直径30厘米的圆形硅晶薄片穿梭在各种极端精密的加工设备之间,由它们在硅片表面制作出只有发丝直径千分之一的沟槽或电路。热处理、光刻、刻蚀、清洗、沉积……每块晶圆要昼夜无休地被连续加工两个月,经过成百上千道工序,最终集成了海量的微小电子器件,经切割、封装,成为信息社会的基石——芯片。

半导体生产设备和材料,是半导体产品的最上游。据国际半导体产业协会公布的数据显示,2017年全球半导体设备商出货金额达到560亿美元,比起上一年大幅增长接近40%,创下历史新高。相比2016年全球半导体市场3389亿美元的销售额来说,规模其实并不大。

但在中国国家科技重大专项02专项技术总师、中科院微电子所所长叶甜春看来,与其他产业不同,半导体生产设备和材料并不是IC的配套产业,相反,而是IC产业发展的决定性因素。从上世纪80年代末期开始,半导体设备企业开始把工艺能力整合在设备中,让用户买到设备就能保证使用,并且达到工艺要求,因此有一代器件,一代设备之说。这个领域的特点是技术和资金门槛极高,要经过漫长的投入期才能看到回报,也可以起到控制他国集成电路发展速度的作用。

集成电路(以下简称IC)产业制高点的竞争,归根结底,还是装备制造业的竞争。

“IC装备制造是我国芯片产业链中最薄弱的环节,经过20余年的追赶,中国芯片制造领域与世界还有两代差距。叶甜春斩钉截铁地说,“IC制造业最核心的竞争力还是IC装备制造。中国IC产业要想掌握发展主导权,IC装备是必须要解决的问题。

这是一场生死竞速。

1瓜分殆尽的蛋糕

从随处可见的沙子变成手机、电脑里不断运算的芯片,魔术般变化的背后,是复杂且耗时的IC制造过程:上千道工艺,近两个月的打磨。

据上海集成电路行业协会原副秘书长、高级顾问王龙兴介绍,集成电路设备通常可分为前道工艺设备(晶圆制造)、后道工艺设备(封装与检测)等。因生产工艺复杂,工序繁多,所以生产过程所需要的设备种类多样。其中,在晶圆制造中,共有七大生产区域,分别是扩散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蚀(Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric DeposiTIon)、抛光(CMP)、金属化(MetalizaTIon),所对应的七大类生产设备分别为扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备、化学机械抛光机和清洗机,其中金属化是把集成电路里的各个元件用金属导体连接起来,用到的设备也是薄膜生长设备。

虽然只有7个区域,但很多工艺需要反复进行,比如几乎每个区域都会用到清洗机,因为生产工艺越来越复杂,几乎每一两步就要对硅片清洗一次。

设备的技术难度、价值和市场份额是成正比的。从销售额来看,79%的市场为前端的晶圆处理设备,封装和测试设备分别占7%9%。在晶圆制造中,由于光刻、刻蚀、沉积等流程在芯片生产过程中不断循环往复,是芯片前端加工过程的三大核心技术,其设备价值也最高,其中镀膜设备、刻蚀设备、光刻机大约分别占半导体晶圆厂设备总投资的15%15%20-25%

美国、日本、荷兰是世界半导体装备制造的三大强国,分别占据了全球市场份额的37%20.6%13.55%,留给其他国家的蛋糕不到30%2016全球前十大半导体设备生产商中,只有美日荷三个国家的企业入围。美国应用材料(Applied Materials)、美国科林(Lam Research)、荷兰阿斯麦尔(ASML)、日本东京电子、美国科磊(KLA Tencor)位列前五,占据半导体装备市场份额的66%

从各个装备领域来看,这些企业也占据着绝对的主导地位。荷兰的阿斯麦尔(ASML)占据了超过70%的高端光刻机市场,营收50.91亿美元;在离子注入机上,美国应用材料公司占据了70%市场份额,营收77.37亿美元;在涂胶显影机方面,东京电子占据90%的市场份额,营收46.81亿美元。

相比之下,国内IC装备产业规模要小得多。2016年中国半导体设备前十强单位占全球的市场份额仅约为2%,销售收入总计57.33亿元,远低于美国应用材料一家企业的销售收入,而且主营业务其实还是光伏部分。国内体量最大的中电科电子装备和中微半导体,2017年销售收入均仅为11亿元,远小于国际知名厂商。

和市场份额不相匹配的,是国内日益火热的IC市场。从2014年开始,全球IC制造产业已经开始向中国大陆转移。中国大陆作为未来全球新增产线的重点区域,将迎来千亿量级的设备采购。未来一至三年,中国大陆将至少有712英寸产线采购设备,采购金额将达到2000多亿元。预计2018年我国大陆地区设备投资额将达到86亿美元,超过中国台湾地区,成为第二大半导体装备市场。

尽管中国大陆半导体投资大增,但中国大陆设备厂商的供应能力却严重不足,特别是缺乏成套设备的供应,在这个领域,我们处于受制于人的局面。一旦国外停止向我国出口这些装备产品,中国大陆的集成电路生产线都要停工。王龙兴急切地说。面对巨大的市场需求和历史性的发展机遇,中国大陆设备厂商亟需突破。

一面是巨大的市场蓝海,一面是巨头的虎视眈眈,对国内IC装备产业而言,既是机遇也是挑战。

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