国产半导体设备能做到多少制程了?

今天详细说一说国产半导体设备行业。

半导体设备属于半导体行业的中游,主要设备见图中这一列:

半导体设备主要就是用于晶圆制造。

晶圆制造工艺复杂,分别为氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化,清洗和检测是贯穿半导体制造的重要环节,简化来看,按照工艺次序可分为:

氧化:在硅片表面形成二氧化硅层,由于二氧化硅硬度高且致密,可以保护晶圆表面不被划伤并且阻挡污染物。

涂胶:通过涂胶机在晶圆表面均匀涂覆光刻胶。

光刻:通过光刻曝光将设计好的电路图从掩膜版转移到晶圆表面。

显影:在显影机中利用显影剂去除被曝光的光刻胶,在光刻胶膜上显示出电路图形。

刻蚀:在刻蚀机中通过离子撞击去除多余的氧化层或其他薄膜层,将电路图形从光刻胶膜永久转移到晶圆表面。

离子注入:将掺杂剂材料射入晶圆表面(也可通过热扩散工艺实现)。该步骤的主要目的是形成 PN 结,PN 结是晶体管工作的基本结构。(即利用 PN 结的导通和截止分别代表 1 和 0)

去胶:光刻胶仅作为转移电路图形的中介,最终并不在电路中发挥实际作用,因此需要通过去胶 机去除。

薄膜沉积:前述操按照预定的电路图在相应位置形成了核心器件 PN 结,但这些结构是分立的,需要添加导电层实现互连(相当于电路中的导线),薄膜沉积操作可将金属层等结构添加在晶圆表面。薄膜沉积也可以在晶圆表面添加绝缘介质或其他半导体,沉积好的薄膜将作为电路的功能材料层(类比 3D 打印)。

CMP(化学机械抛光):该过程可去除之前晶圆表面形成的多余材料,并实现晶圆表面平坦化。直观理解即集成电路的制造过程好比建多层的楼房,每搭建一层楼层都需要让楼层足够平坦齐整,才能在其上方继续搭建另一层楼,否则楼面就会高低不平,影响整体性能和可靠性。

晶圆检测:主要以光学和电子束等非接触式手段,针对光刻、刻蚀、薄膜沉积、清洗、CMP 等晶圆制造环节的质量控制的检测。

再看看国产半导体制造设备目前的制程情况:

(1)刻蚀设备:中微公司北方华创

刻蚀设备市场集中度较高,中微公司北方华创部分技术已达到国际一流水平。刻蚀设备占据半导体设备超20%的市场,2021年全球刻蚀设备市场规模为194亿美元,预计2022年将达到216亿美元。刻蚀设备市场集中度高,被三家龙头企业垄断,其中泛林半导体技术实力最强,占据47%的市场份额,东京电子和应用材料分别占据27%和17%。从国内市场来看,刻蚀机是我国最具优势的半导体设备领域,北方华创与中微公司分别在硅刻蚀领域和介质刻蚀领域,处于国内领先地位,中微公司的介质刻蚀已经进入台积电5nm产线,北方华创在ICP刻蚀领域优势显著,已进入中芯国际14nm产线验证阶段。

(2)薄膜沉积设备:拓荆科技,北方华创中微公司

1)拓荆科技引领PECVD国产化:拓荆科技具备CVD、ALD供应能力,CVD产品包括PECVD和SACVD,其中主力产品为PECVD,尽管北方华创也有PECVD产品,但目前主要应用于光伏/LED领域。拓荆科技SACVD也是国内唯一一家产业化生产该设备的厂商,而北方华创CVD产品除PECVD外主要为LPCVD、APCVD。ALD产品方面,拓荆科技与北方华创产品应用工艺有所差异(拓荆科技ALD应用于SADP工艺、STI表面薄膜;北方华创ALD应用于HKMG工艺)。由此可见,拓荆科技与北方华创尚不存在直接竞争。

2)北方华创PVD优势显著:北方华创薄膜沉积产品线较为全面,具备PVD、CVD、ALD产品供应能力,在PVD设备领域竞争优势显著,国内产线导入的国产PVD设备基本均出自北方华创。拓荆科技、中微公司尚不具备PVD产品供应能力。

3)中微公司主要为MOCVD设备,为北方华创、拓荆科技未产业化涉足的领域,产品应用于化合物半导体,其主要客户为乾照光电三安光电等LED生产厂商。

(3)光刻机:上海微电子(未上市,张江高科持股10.78%)

ASML垄断全球光刻机市场,国内厂商实现零的突破。光刻机市场集中度高,ASML、Nikon、Canon市场占有率超过90%,其中ASML由于其技术领先,垄断了EUV光刻机,独占75%的市场份额,Nikon与Canon分别占据13%和6%的市场份额。ASML的光刻机技术在全球处于绝对领先地位,EUV领域ASML市占率为100%,ArFi、ArF领域市占率分别高达96%、88%。

长期以来,我国的光刻技术落后于先进国家,近年来,在国家政策的扶持下,我国光刻机技术也开始了飞速的发展,上海微电子目前已可量产90nm分辨率的ArF光刻机,28nm分辨率的光刻机也有望取得突破。

(4)检测设备:中科飞测,精测电子

国内目前主要有三家公司做检测设备,中科飞测,精测电子和上海睿励(中微公司是大股东)。2020年的国内市场占有率大概是1.74%,0.42%,0.15%。我们可以看到在这个领域的国产替代是非常慢的,这也说明了这个领域的门槛是很高的。可喜的是,我们可以看到三家公司2021年设备营收是在高速增长的,公开资料显示,中科飞测营收从20年2.38亿增长到21年3.61亿,精测电子从0.57亿增长到1.11亿,上海睿励从0.2亿增长到0.4亿,估计21年检测设备的国产化率是3%左右。我们要建去A线,国产线,那必须替代美国的科磊和应用材料,然后替代日本厂家,所以未来的发展空间是极其广阔的。

(5)清洗设备:盛美上海芯源微至纯科技北方华创

Screen为全球清洗设备市场龙头,国内盛美上海芯源微等厂商加速突破。半导体清洗设备约为半导体设备总规模的5%,2021年起半导体清洗设备市场增长迅速,市场规模达到42亿美元,预计2022年将达到47亿美元。全球半导体清洗设备市场高度集中,Screen、TEL、LAM与SEMES四家公司合计市场占有率达到90%以上,其中Screen市场份额最高,超过50%。我国半导体清洗领域的重要参与者包括盛美上海、至纯科技北方华创、芯源微等,其中,盛美单片清洗设备最高可单台配置18腔体,达到国际先进水平;芯源微单片物理清洗设备国内领先,持续开拓单片化学清洗设备市场。

(6)涂胶显影设备:芯源微

东京电子占据近90%的市场份额,芯源微引领涂胶显影设备国产替代。涂胶显影设备约为半导体设备总规模4%,2021年全球涂胶显影设备行业市场规模为34亿美元。东京电子在涂胶显影设备市场一家独大,2019年市场份额87%。

(7)CMP设备:华海清科

华海清科技术实力强,差异化技术布局打破海外垄断。国内市场中,华海清科CMP设备可广泛应用于12英寸和8英寸的集成电路大生产线,是目前国内唯一一家能够提供12英寸CMP商业机型的高端半导体设备制造商,并采用与国际大厂差异化的技术路线。

(8)热处理设备:北方华创

热处理主要包括氧化、扩散和退火工艺。应用材料为全球热处理设备市场龙头,屹唐半导体、北方华创引领国产替代。半导体热处理设备约为半导体设备总规模2%,2021年全球热处理设备市场规模20亿美元。全球热处理设备整体市场呈现出寡头垄断的格局,应用材料、东京电子和日立国际电气2019年的市占率分别为46%、21%和15%。屹唐半导体2019年全球市占率达5%;另外,北方华创立式炉、卧式炉达到国内半导体设备的领先水平。

(9)离子注入机:凯世通(万业企业

2021年5月,凯世通自主研发的首台低能大束流离子注入机率先在国内12英寸主流集成电路芯片制造厂完成设备验证和验收工作。2021年第四季度,凯世通的低能大束流重金属离子注入机、低能大束流超低温离子注入机成功通过验证和验收,高能离子注入机顺利在另一家12英寸集成电路芯片制造厂完成交付。2022年一季度,凯世通获得重要客户的批量订单,包含12英寸低能大束流离子注入机和低能大束流超低温离子注入机,并与另一家集成电路制造厂签订了一台低能大束流离子注入机订单,截止22Q1在手订单金额超人民币6.8亿元。中科信也已成功实现离子注入机全谱系产品国产化,包括中束流、大束流、高能、特种应用及第三代半导体等离子注入机,工艺段覆盖至28nm。

(10)封测设备:精测电子华峰测控长川科技

封测环节主要可以分为:晶圆测试(CP),针对加工完的晶圆,进行电性测试,识别出能够正常工作的芯片,主要设备为测试机和探针台。部分客户为集成电路制造商还有部分第三方的晶圆测试商;成品测试(FT),最后晶圆切割变成芯片后,针对芯片的性能进行最终测试,主要设备为测试机和分选机,其中测试机占比约63%。(测试机负责检测性能,后两者主要检测连接性;探针台与测试机配合于晶圆制造工序,分选机与测试机配合在封装测试工序。)后道测试设备供应商目前有美国的泰瑞达、爱德万;国内的精测电子华峰测控长川科技等。

$通富微电(SZ002156)$ $芯原股份-U(SH688521)$ $华峰测控(SH688200)$ 

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全部评论

2022正收益08-12 11:51

哪家公司?

自然1931608-09 08:39

谢谢分享! 最确定的硬科技是汽车芯片半导体(IGBT、SiC MOS),市场庞大,前景广阔,个股将超想象。一般消费电子(含半导体芯片)只有反弹,手机、电脑、家电,市场饱和,不会有大潜力。

路很长不急不慢08-08 23:03

半导体设备产业链

静待-春暖花开08-08 23:02

写这些文章的人有没有实地调研过啊?
“上海微电子目前已可量产90nm分辨率的ArF光刻机”, 这句话让人想到了去年南大的ArF光刻胶微信朋友圈事件。  实验室出来的东西和满足大规模产业化中间是巨大的鸿沟。 要自信但不能盲目乐观。

困了就睡1808-08 22:50

记不住,转发有时间再看看