中国半导体现状及展望 (中)

半导体生产设备

美国针对华为和中芯国际的出口管制措施突显了大陆半导体行业对外国的依赖。2020年中期，大陆工业和信息化部前部长表示，中国工业中90%的半导体生产设备需求是进口的。根据2021年初的一项国外估计，大陆半导体生产设备部门满足的需求不到中国工业需求的8%，而且“几乎没有能力建设(例如)光刻机、晶圆检验、先进离子注入、原子层蚀刻和测试先进逻辑芯片。”

2019年，大陆半导体生产设备供应商的全球市场份额估计在除包装和测试设备外的所有主要类别中都不到2%。除华创(Naura)(下图 NAURA)和中微半导体(AMEC)外，2020年大陆半导体生产设备供应商的收入不到1.5亿美元；相比之下，一家美国公司(应用材料公司)在2020财年报告了172亿美元的收入。2021年初对10家领先的大陆半导体生产设备供应商进行的一项调查显示，只有一家(中微半导体)在生产14纳米以下工艺的产品，尽管许多公司提供28nm工艺的产品。但大陆公司生产的大多数设备不是晶圆厂设备，而是半导体装配、测试和包装(ATP) 设备，以及太阳能电池板和平板显示器的制造设备。

2021年5月，大陆媒体声称，对于22–45nm工艺，大陆已经具备了在半导体生产设备中替代国外资源的技术能力，但光刻机除外。大陆对外国光刻机的依赖不仅仅限于ASML的尖端光刻机。上海微电子(SMEE)(下图 天天要闻)目前仅能量产90纳米光刻机。据说上海微电子最早在今(2021)年第4季度将推出28纳米光刻机。

2020年，一家大陆研究院发表了一份国际同行评议的研究报告，指出大陆与5nm光刻生产技术“相去甚远”。2021年5月，大陆媒体报道浸没式光刻设备(90纳米以下所必需的)的研究进展处于“稳定进展状态”， (14纳米以下的商业规模生产至关重要的)EUVL开发在某些方面也取得了进展，但都距离制造还有较长的路要走。考虑到必须开发和集成的复杂系统的数量，这还需要很多年的时间，除非外国行业领袖提供技术援助。由此，大陆在十年内几乎不可能在晶圆制造所需的几十种设备中“去美国化”。

光刻胶

半导体生产过程所需的材料，大多数由日本、美国和欧洲公司供应。2021年初，一位专家评估，大陆在关键材料方面，如IC级多晶硅、EUV材料和光刻胶，仍然落后。但大陆企业也在这一领域朝着部分进口替代能力迈进。例如，2020年，大陆南大光电材料股份公司(Nata Optoelectronic Materials)(下图 YiCai Global)生产了一种氟化氩(ArF)光刻胶材料，该材料通过了用于50nm工艺的测试。但该产品不太可能用于50nm以下的节点。2021年1月，另一家公司(苏州晶莹化工)称将在三年内生产出用于45–28nm节点使用的大规模光刻胶。由于进入尖端晶圆制造的高性能材料市场壁垒巨大，大陆供应商不太可能在未来10年内成功进入这一细分市场并挑战国际现有供应商。

晶圆

过去三年，全球硅片市场稳定在110亿美元左右。随着台湾环球晶圆(GlobalWafers)成功收购德国世创(Siltronic)公司，日、韩、台四家公司将控制90%以上的全球市场：日本信越(Shin Etsu)、日本胜高(Sumco)、台湾环球晶圆(GlobalWafers)和韩国SK Siltron(下图 雪球)。硅片是从多晶硅制成的单晶锭中切割出来的。这种高纯度(99.99999999%)多晶硅的供应商市场也同样集中。德国瓦克(德国)、美国铁杉(美国)和日本德山(日本)控制了世界80%以上的市场。

按照国际标准，大陆的晶圆生产能力仍然相对较低。许多大陆公司开发了300毫米和200毫米晶圆的技术，但其质量和产量仍明显落后于全球领先者。在未来5至10年内，大陆企业可能仍将局限于低端产品和国内客户。然而，大陆在碳化硅/氮化镓(SiC/GaN)方面的前景看起来更好。华为在5G市场领先地位上利用基于氮化镓的功率放大器作为无线电天线，这是大陆公司在这一领域可能实现超越的一个早期迹象。

ATP

组装、测试和封装(ATP)是半导体制造过程中继晶圆制造之后的最后一步。全球10家最大的外包半导体组装和测试(OSAT)提供商中有9家位于中国大陆、台湾和新加坡。仅大陆和台湾就占全球OSAT容量的60%以上。北美仅占全球OSAT容量的3%。

2019年，全球封装市场价值430亿美元。按收入计算，最大的OSAT公司是台湾的日月光(ASE)集团，2019年的收入为85亿美元，2019年的市场份额为26%。排在第二位的是收入43.1亿美元的美国安靠科技(Amkor Technologies)。大陆在全球ATP行业的份额为20%，销售额排名前六的公司中有三家是大陆公司，包括全球第三大OSAT公司江苏长电科技(JCET) (下图 全球TMT)。 目前，全球20%以上的组装和测试设施位于中国。大陆封装的一个短板在于其关键封装材料大部分来自进口，其近日(2021年9月)在浙江平阳投产的首条单晶纳米铜智能加工生产线，有助于实现大陆在半导体关键材料方面代替进口的目标。

作为下游生产环节，大陆的ATP将受益于中国芯片设计和制造业的增长。大陆企业目前在这一领域(中、低端)具有竞争力，而ATP在价值链中的角色意味着，除非受到外国出口管制的干扰，否则外国企业几乎没有动力避开大陆供应商。但高端高级包装仍由非大陆企业，如台积电主导。对封装的安全担忧将可能减少中国大陆ATP公司通过与全球领先的设计和制造公司合作来推动自身技术发展的机会。

未完待续

参考资料

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丰牛财经. (2021). 中国造不出EUV光刻机？3大关键技术都已突破，距离成功仅剩一步. 网易. 链接 https://www.163.com/dy/article/GEG92EOF05527K01.html

半导体工艺与设备.(2021). 中国光刻机传来捷报，中科院果然言出必行！链接 https://www.eet-china.com/mp/a72867.html

FLIPBOARD. (2021). China claims chipmaking breakthrough with mass production of key material just 1/10 width of a human hair. 链接  https://flipboard.com/topic/eastchina/china-claims-chipmaking-breakthrough-with-mass-production-of-key-material-just-1/a-89TT-Z0GSyyuAyBYFscDiw%3Aa%3A56635534-e4fa7935e2%2Fglobaltimes.cn

Lee, J. and Kleinhans, J. (2021). Mapping China’s Place in the Global Semiconductor Industry. MERICS. 链接 https://merics.org/sites/default/files/2021-06/China%E2%80%99s%20Semiconductor%20Ecosystem_0.pdf

Overly, S. (2021). U.S.-EU officials pledge more coordination on tech and trade at Pittsburgh meeting. POLITICO. 链接 https://www.politico.com/news/2021/09/29/us-eu-trade-tech-council-pittsburgh-514760

[国华P]

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