中國粉體網(wǎng)訊 回首往昔，中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步并不晚。早在上世紀(jì)60年代，中國就開始了硅材料的研發(fā)，70年代初，更是建立了自己的集成電路生產(chǎn)線。然而，隨著國際半導(dǎo)體市場的不斷變化，中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)卻一度陷入停滯。當(dāng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展的階段，中國卻因為技術(shù)落后、資金短缺、人才匱乏等原因，逐漸落后于世界的步伐。
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縱然近些年來我們奮起直追，并取得了舉世矚目的成就，在芯片設(shè)計、制造、設(shè)備等方面都取得了不少成果，但我們也清醒的認(rèn)識到：現(xiàn)階段我國半導(dǎo)體發(fā)展水平仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。
Intel CEO帕特-蓋爾辛格在一場經(jīng)濟論壇上發(fā)言時斷言，由于美國對關(guān)鍵芯片制造部件的制裁，中國的半導(dǎo)體發(fā)展將比領(lǐng)先國家落后十年。在國內(nèi)，很多業(yè)內(nèi)也普遍認(rèn)為我國的半導(dǎo)體發(fā)展落后發(fā)達(dá)國家10年以上。
關(guān)注營收和市場占比上的落后沒有太大意義，這是技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)落后所帶來的結(jié)果。
不管從哪種視角來看半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，無外乎設(shè)計、芯片制造和封裝測試三大環(huán)節(jié)，同時還包括原材料、設(shè)備等支撐產(chǎn)業(yè)。不同環(huán)節(jié)之間相互獨立，而又密不可分。整體來說，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈仍處于“四處漏風(fēng)”的狀態(tài)。
設(shè)計環(huán)節(jié)
半導(dǎo)體設(shè)計包括前端設(shè)計和后端設(shè)計。前端設(shè)計是指對芯片的運算、處理等功能進(jìn)行邏輯設(shè)計，而后端設(shè)計則是指與其制作工藝相關(guān)的設(shè)計，可以簡單理解為半導(dǎo)體的圖紙設(shè)計等。
因集成電路設(shè)計研發(fā)投入巨大、開發(fā)周期長，必需保障設(shè)計和代工的質(zhì)量。目前，一方面國內(nèi)代工廠合作IP庫良莠不齊，與國外存在很大差距，產(chǎn)業(yè)合作意愿由此減少；另一方面，美國聯(lián)合其盟友的制裁和出口管制下，國際合作意愿也不斷降低。
EDA是芯片設(shè)計的必備工具，是芯片設(shè)計最上游、最高端的產(chǎn)業(yè)，同時也是國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)鏈最為薄弱的環(huán)節(jié)。
EDA軟件更新周期非常短，甚至有些按季度更新。如果EDA軟件長時間不更新，會與代工廠溝通存在偏差。生產(chǎn)中前端和后端差距太大，可能會推倒重來或重做局部設(shè)計，會導(dǎo)致產(chǎn)品加工到組裝完成的周期加長。再者設(shè)計軟件無法快速更新，設(shè)計出的芯片會與先進(jìn)水平有差距。
目前全球EDA市場基本處于由三大美國企業(yè)Synopsys、Cadence和Mentor Graphics寡頭壟斷的局面，共占據(jù)了全球市場份額的60%以上，并且已經(jīng)維持著三足鼎立的狀態(tài)多年。其中Synopsys一直是全球最大的EDA公司，除了擁有最全面的EDA服務(wù)和產(chǎn)品外，更致力于復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，其市占率可達(dá)到30%左右，還在持續(xù)增長。其次是Cadence，它的服務(wù)和產(chǎn)品也是覆蓋整個設(shè)計流程的，其市占率在20%左右。第三名的是Mentor Graphics，于2017年被西門子公司收購，它的業(yè)務(wù)并非像前兩家公司一樣覆蓋全流程的服務(wù)和產(chǎn)品，但在一些特殊領(lǐng)域有其自己的優(yōu)勢，市占率大概在10%左右。
而我國EDA產(chǎn)業(yè)長期處于空白狀態(tài)，近幾年開始成立EDA重大專項，在EDA的部分環(huán)節(jié)實現(xiàn)了技術(shù)突破，但短時間內(nèi)實現(xiàn)國產(chǎn)替代仍然十分困難。
2019年5月，美國規(guī)定華為不能使用美國的EDA，同年8月美國商務(wù)部正式?jīng)Q定禁止向中國出售該軟件。
晶圓代工
晶圓代工是指并不從事半導(dǎo)體設(shè)計，僅進(jìn)行半導(dǎo)體晶圓的制造和生產(chǎn)，屬于技術(shù)及資本密集型產(chǎn)業(yè)。最初半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直由日本的IDM企業(yè)領(lǐng)先，直到臺積電成立，意味著純晶圓代工模式的出現(xiàn)。這種純代工的經(jīng)營模式相比于IDM模式來說，由于細(xì)化分工使得生產(chǎn)更加高效，并且減少了企業(yè)所需投入的資產(chǎn)，這些特點都使臺積電得以迅速發(fā)展。
全球晶圓代工廠商中，龍頭企業(yè)臺積電處于絕對領(lǐng)先地位，其全球市占率達(dá)一半以上。全球市占率TOP10的企業(yè)中包括，4個中國臺灣的企業(yè)，2個中國大陸企業(yè)和2個韓國企業(yè)，還有2個分別是美國和以色列的企業(yè)。目前全球領(lǐng)先行列的臺積電和三星已經(jīng)開始在5nm/3nm的先進(jìn)制程上下功夫，我國大陸企業(yè)在先進(jìn)制程上還處于落后位置，僅實現(xiàn)了14nm半導(dǎo)體的量產(chǎn)。
在成熟制程上，全球前10企業(yè)的產(chǎn)能則較為均衡，我國中芯國際的產(chǎn)能占全球晶圓代工產(chǎn)能的10%左右，排名第三，而排名第一的臺積電在成熟制程中產(chǎn)能也僅占28%左右。但就我國目前的技術(shù)水平來說，完全排除美國的技術(shù)后，制程僅在32nm左右。
半導(dǎo)體設(shè)備
半導(dǎo)體設(shè)備是指應(yīng)用于晶圓代工和封裝測試環(huán)節(jié)的制造設(shè)備，其中包括熱處理、光刻機、刻蝕、摻雜、沉積、拋光等環(huán)節(jié)。目前我國在半導(dǎo)體設(shè)備的部分環(huán)節(jié)中有所突破，但核心技術(shù)仍有較大差距，甚至相差2-3代。
熱處理環(huán)節(jié)中的擴散爐、退火爐等設(shè)備國產(chǎn)企業(yè)在國際中具有一定的競爭力，國外廠商主要以美國的AMAT和日本的TEL、Kokusai為代表，國內(nèi)代表廠商為北方華創(chuàng)，其水平達(dá)到28/14nm的設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，可以實現(xiàn)與國內(nèi)晶圓代工產(chǎn)業(yè)的配套，并開始投入研發(fā)更先進(jìn)的7nm/5nm的設(shè)備。
光刻環(huán)節(jié)中的光刻機是我國目前與國外差距最大的設(shè)備之一，該設(shè)備最先進(jìn)的國外廠商為荷蘭企業(yè)ASML，基本處于壟斷地位，該企業(yè)的市占率高達(dá)80%以上。我國的代表廠商是上海微電子，目前技術(shù)僅能達(dá)到90nm的規(guī)�；a(chǎn)，與ASML的光刻機相差了3代之多，還有很大的進(jìn)步空間。
涂膠顯影設(shè)備上，目前我國領(lǐng)先的廠商為芯源微，其設(shè)備可滿足28nm半導(dǎo)體的生產(chǎn)，基本與國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)需求配套。但與全球領(lǐng)現(xiàn)的日本企業(yè)TEL還有一定的差距。
刻蝕環(huán)節(jié)中所需要的金屬刻蝕機，國外依然是以美國廠商AMAT和Lam為主，國內(nèi)則以北方華創(chuàng)為主要代表廠商，技術(shù)水平可以達(dá)到14nm，但是可以覆蓋的產(chǎn)品線和國外相比較為單一，并且暫時無法配套先進(jìn)制程。而介質(zhì)刻蝕機是我國目前比較先進(jìn)的領(lǐng)域，以中微公司為首，2020年開始投產(chǎn)5nm的先進(jìn)制程，并開始向3nm投入研發(fā)，這一領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。
摻雜環(huán)節(jié)中所需要的離子注入機，國外的龍頭廠商以美國AMAT和Axcelis為首，國內(nèi)則以凱世通和中科信為代表，目前國內(nèi)技術(shù)水平已實現(xiàn)28nm的量產(chǎn)，凱世通則已經(jīng)擁有14nm工藝，并且在2020年宣布已經(jīng)突破3nm工藝。離子注入機市場目前處于寡頭壟斷的局面，進(jìn)入壁壘僅次于光刻機，主要是被美國廠商和日本廠商所壟斷，這兩個國家的廠商市占率就可達(dá)到70%左右。
離子注入設(shè)備
薄膜沉積設(shè)備依然由Lam、AMAT兩家美企和TEL、日立兩家日企領(lǐng)跑，國內(nèi)則是由北方華創(chuàng)和沈陽拓荊為代表，28nm工藝可以實現(xiàn)量產(chǎn)，14nm工藝也已經(jīng)進(jìn)入驗證階段，并且已經(jīng)與國內(nèi)部分主流廠商進(jìn)行合作，對國內(nèi)市場份額達(dá)到一定的覆蓋。
ALD &CVD & PVD薄膜沉積設(shè)備
CMP設(shè)備是用于對晶圓進(jìn)行拋光的設(shè)備，該市場的龍頭廠商依然是美日企業(yè)，華海清科是我國該領(lǐng)域目前唯一一家可以提高12英寸的高端設(shè)備的廠家，也可以說華海清科的技術(shù)突破填補了我國之前在CMP設(shè)備領(lǐng)域的空白，但目前國產(chǎn)化率仍然較低。
CMP設(shè)備&設(shè)備結(jié)構(gòu)
清洗設(shè)備在國際市場中主要由美日還有中國臺灣廠商領(lǐng)跑，國內(nèi)則是由盛美半導(dǎo)體領(lǐng)跑，已進(jìn)入14nm工藝的驗證階段，北方華創(chuàng)也已實現(xiàn)28nm的量產(chǎn)。
去膠設(shè)備國際市場中由美日韓三國廠商為代表，我國屹唐半導(dǎo)體已進(jìn)入5nm先進(jìn)制程的生產(chǎn)線，基本已經(jīng)具備了進(jìn)口替代的能力。
整體來說，我國的半導(dǎo)體設(shè)備仍是一大短板（光刻機尤甚），也是發(fā)達(dá)國家對我國實施限制、斷供的重災(zāi)區(qū)。
2022年，美國商務(wù)部要求所有美國芯片生產(chǎn)設(shè)備制造商，不得向中國出口14納米及以下芯片的生產(chǎn)設(shè)備，顯示其對華出口管制范圍擴大到半導(dǎo)體制造設(shè)備。為了強化對中國芯片行業(yè)的打壓，美國將對芯片制造設(shè)備出口的限制范圍，從此前的“10納米以內(nèi)”擴大到“14納米以內(nèi)”(這正好與美國得知2019年中芯國際公司等已擁有14納米技術(shù)和生產(chǎn)能力“對接”)，力圖將中國制造先進(jìn)芯片的能力“鎖定”在14納米而不得再有提升。其后，相關(guān)限制從生產(chǎn)設(shè)備擴展到裝機和維護領(lǐng)域，例如禁止供應(yīng)商為已出口到中國的設(shè)備提供后續(xù)服務(wù)等，使得中國企業(yè)今后要提升芯片產(chǎn)能和創(chuàng)新突破都將更加困難。
同時，美國還竭力阻止荷蘭阿斯麥(ASML)公司向中國出售光刻機，致使阿斯麥遲遲沒有給中芯國際公司供貨先進(jìn)光刻機，導(dǎo)致中芯國際等公司只能在14納米節(jié)點上停滯不前。
材料
材料方面，一些細(xì)分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了本土化替代。例如我國晶圓制造所用的硅材料、晶圓蓋片等原材料已全部實現(xiàn)自給，一些后端封測材料的本土化率也較高，這為我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了一定支撐。但目前我國在一些高端關(guān)鍵材料上的自給率仍較低。
光刻膠是芯片制造的核心關(guān)鍵材料，其質(zhì)量和性能是影響芯片性能、成品率及可靠性的關(guān)鍵因素。但全球光刻膠行業(yè)長期被日本和美國的公司壟斷，全球前5大廠商就占到了市場份額的87%。目前適用于6英寸硅片的g線和i線光刻膠國內(nèi)自給率約20%，適用于8英寸硅片的KrF光刻膠國內(nèi)自給率不足5%，適用于12英寸硅片的ArF光刻膠幾乎完全進(jìn)口。
光刻掩膜版是一塊優(yōu)質(zhì)玻璃板，上面用感光材料“畫出”電路圖形，是光刻步驟中最重要的“道具”之一，也是半導(dǎo)體制造流程中造價最高的部分之一。目前，國內(nèi)光刻掩膜版主要依靠進(jìn)口，國產(chǎn)化率不足5%。國內(nèi)生產(chǎn)和研發(fā)光刻掩膜版的企業(yè)有：清溢光電、路維光電。
光刻氣體是指光刻機用來產(chǎn)生激光的氣體，主要由氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氟氣等氣體的混合氣體，是芯片制造過程中，占比最大的材料。目前，國內(nèi)光刻氣體的國產(chǎn)化率不足5%。
此外，半導(dǎo)體級別的高純氫氟酸、高端拋光材料等等也嚴(yán)重依賴進(jìn)口。
小結(jié)
當(dāng)前，地緣政治下產(chǎn)業(yè)鏈分工被破壞，一個個危害我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)安全的漏風(fēng)口真實的呈現(xiàn)在我們面前。今非昔比，我們也早已經(jīng)從“造不如買”的觀念中解放出來。要構(gòu)建一個中國的強壯的全球供應(yīng)鏈系統(tǒng)，沒有什么捷徑可走，只有腳踏實地，一步一個腳印重視底層技術(shù)，培育關(guān)鍵人才，整合發(fā)展優(yōu)勢，將一個個的漏風(fēng)口逐一彌補，才能真正突圍而出。
參考來源：
[1]龔梅芝等.新形勢下我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展思考
[2]常舒婷.我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)安全影響因素分析
[3]馮昭奎.中美芯片之爭:現(xiàn)實、邏輯與思考
[4]郭明慧.我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的制約因素及對策研究
[5]曾繁華等.自主可控視角下中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險及對策研究
[6]淺談我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展及發(fā)展瓶頸.北大縱橫
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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