半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)秩序/競合關(guān)系陷入大洗牌

在More than Moore的時(shí)代，晶圓代工業(yè)者除了制程微縮之外，還有許多其他道路可走。不管是還留在先進(jìn)制程競技場上的臺(tái)積電、三星或英特爾，或是已經(jīng)策略轉(zhuǎn)向的聯(lián)電、格芯，以及本來就走小而美路線的特殊制程晶圓代工業(yè)者，都必須用更全方位的眼光跟策略布局來面對未來市場需求的變化跟潛在競爭對手的動(dòng)向。

舉例來說，臺(tái)積電近日便宣布將在銅鑼興建先進(jìn)封裝廠，英特爾跟超微則聯(lián)合開發(fā)概念上類似臺(tái)積電CoWoS封裝技術(shù)的EMIB封裝，并借此聯(lián)合推出搭載了英特爾CPU、超微GPU的模組解決方案。

不過，目前EMIB封裝只用來串聯(lián)GPU跟周邊的HBM記憶體，CPU跟GPU之間的連線還是藉由模組基板上的PCIe來實(shí)現(xiàn)?；蛟S在未來，EMIB也有機(jī)會(huì)用來實(shí)現(xiàn)CPU跟GPU之間的互聯(lián)，而這也意味著臺(tái)積電除了InFO、CoWoS之外，在先進(jìn)封裝上還會(huì)有其他牌可打。該公司對先進(jìn)封裝的投入，不是只有產(chǎn)能擴(kuò)張這么簡單。

半導(dǎo)體供應(yīng)鏈上各家廠商之間的關(guān)系正在大洗牌，昨日的合作伙伴，未來可能是最大的競爭對手；本來井水不犯河水的兩家廠商，也可能瞬間成為競爭關(guān)系；勢不兩立幾十年的死對頭，也有可能坐下來談聯(lián)合技術(shù)研發(fā)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來，顯然還很有看頭。

晶圓制造主要設(shè)備市場情況

根據(jù)2017年SEMI公布的數(shù)據(jù)，在集成電路制程中，晶圓制造設(shè)備投入占比約占設(shè)備投資的80%，而封裝、測試設(shè)備投入則占比分別為9%和6%。在制造過程中，最主要、價(jià)值最昂貴的三類分別是沉積設(shè)備，包括PECVD，LPCVD等、刻蝕設(shè)備、光刻機(jī)，占半導(dǎo)體晶圓廠設(shè)備總投資的15%、15%、20-25%。

而這些設(shè)備因?yàn)楸粦?yīng)用于制造，因此其精度和穩(wěn)定性也要求最高。而憑借技術(shù)資金等優(yōu)勢占據(jù)大份額的龍頭企業(yè)在這些領(lǐng)域尤為領(lǐng)先。

2017年全球營收前十大半導(dǎo)體設(shè)備公司

數(shù)據(jù)來源：各公司公告、國泰君安證券研究

幾乎壟斷了高端光刻市場份額高達(dá)80%的ASML，在CVD設(shè)備和PVD設(shè)備領(lǐng)域都保持領(lǐng)先的美國應(yīng)用材料（AMAT）以及刻蝕機(jī)設(shè)備領(lǐng)域龍頭Lam Research穩(wěn)坐前三。下面將就沉積、刻蝕、光刻這三大領(lǐng)域及代表公司進(jìn)行詳解。

1. 沉積設(shè)備

沉積是半導(dǎo)體制程工藝中的一個(gè)非常重要的技術(shù)，分為物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）。

PVD是英文Physical Vapor Deposition的縮寫，中文意思是“物理氣相沉積”，是指在真空條件下，用物理的方法使材料沉積在被鍍工件上的薄膜制備技術(shù)。

PVD鍍膜技術(shù)主要分為三類，真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜。對應(yīng)于PVD技術(shù)的三個(gè)分類，相應(yīng)的真空鍍膜設(shè)備也就有真空蒸發(fā)鍍膜機(jī)、真空濺射鍍膜機(jī)和真空離子鍍膜機(jī)這三種。

CVD是英文Chemical Vapor Deposition的縮寫，中文意思為“化學(xué)氣相沉積”，是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，其可用于沉積大范圍的絕緣材料、大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說，化學(xué)氣相沉積法時(shí)將兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。

在集成電路制成中，經(jīng)常使用的CVD技術(shù)有：大氣壓化學(xué)氣相沉積（APCVD）、低氣壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）以及新型氣相外延生長技術(shù)金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）等。相應(yīng)的設(shè)備也就有APCVD設(shè)備，LPCVD設(shè)備，PECVD設(shè)備以及MOCVD設(shè)備。

代表企業(yè)：AMAT

美國應(yīng)用材料股份有限公司AMAT是最大的納米制造技術(shù)企業(yè)。自1967年成立以來至今，作為全球最大的半導(dǎo)體與顯示行業(yè)制造設(shè)備供應(yīng)商，產(chǎn)品與服務(wù)已覆蓋原子層沉積、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、刻蝕、快速熱處理、離子注入、測量與檢測、清洗等生產(chǎn)步驟。特別是其沉積設(shè)備技術(shù)更是全球領(lǐng)先。在PVD設(shè)備市場，AMAT全球占比近55%，在CVD市場，AMAT全球占比近30%。

在2018年，公司推出采用全新設(shè)計(jì)的新型CENTURA 200毫米常壓厚硅外延反應(yīng)室PRONTO。該反應(yīng)室專為生產(chǎn)工業(yè)級(jí)高質(zhì)量厚硅（厚度為20～150微米）外延膜而設(shè)計(jì)，能使當(dāng)前的外延膜生產(chǎn)效率最大化。

2. 刻蝕設(shè)備

刻蝕是采用物理或者化學(xué)的方法，通過掩膜圖形使薄膜材料選擇性銷蝕的技術(shù)，是薄膜制備的“反”過程。

刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩類。濕法刻蝕是將硅片浸泡在可與被刻蝕薄膜進(jìn)行反應(yīng)的溶液中，用化學(xué)方法除去不要部分的薄膜。早期制造業(yè)以濕法為主。當(dāng)半導(dǎo)體制造業(yè)進(jìn)入微米、亞微米時(shí)代以后，要求刻蝕的線寬越來越細(xì)，傳統(tǒng)的濕法化學(xué)刻蝕因其固有的橫向鉆蝕，無法控制線寬，甚至造成斷裂，已不再適應(yīng)科研及生產(chǎn)的要求，取而代之的是以等離子體技術(shù)為基礎(chǔ)的干法刻蝕方法。這種方法是將被加工的硅片置于等離子體中，在帶有腐蝕性、具有一定能量離子的轟擊下，反應(yīng)生成氣態(tài)物質(zhì)，去除被刻薄膜，此種方法具有各向異性。

干法刻蝕種類較多，常見的有等離子體刻蝕（分為圓筒型和平行電極型）、反應(yīng)離子刻蝕、濺射刻蝕、離子束刻蝕、反應(yīng)離子束刻蝕等。相應(yīng)的設(shè)備就有等離子體刻蝕機(jī)、反應(yīng)離子刻蝕機(jī)、離子束刻蝕機(jī)等。

代表企業(yè)：Lam Research

Lam Research Corporation創(chuàng)立于1980年，總部位于美國加州弗里蒙特，是向世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供晶圓制造設(shè)備和服務(wù)的主要供應(yīng)商之一，是目前全球第三大半導(dǎo)體生產(chǎn)商。

公司的三大核心產(chǎn)品是：刻蝕（ETCH--RIE/ALE）設(shè)備、沉積（Deposition--CVD/ECD/ALD）設(shè)備，以及去光阻和清洗（Strip & Clean）設(shè)備。

Lam Research通過專利刻蝕技術(shù)-變壓器耦合等離子（TCP，transformer coupled plasma）提供高水平的刻蝕，鞏固了Lam Research在半導(dǎo)體業(yè)界的地位。目前Lam Research占有全球刻蝕設(shè)備市場一半以上的市場份額。

3. 光刻機(jī)

光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)；有用于封裝的光刻機(jī)；還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。

在加工芯片的過程中，光刻機(jī)通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經(jīng)過一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，也需要更精密的曝光控制過程。

代表企業(yè)：ASML

1984年，ASML從荷蘭著名電子制造商飛利浦獨(dú)立，此后主要專精于晶片制造微縮影設(shè)備之設(shè)計(jì)制造與整合，積體電路生產(chǎn)流程中，其關(guān)鍵的制程技術(shù)則是微縮影技術(shù)將電路圖影像投射在晶片上之曝光。

阿斯麥公司在世界14個(gè)國家和地區(qū)有50個(gè)子公司和生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)，主要產(chǎn)品是用來生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設(shè)備光刻機(jī)，在世界同類產(chǎn)品中有90%的市占率。

今年，ASML已經(jīng)開始出貨新品Twinscan NXT:2000i DUV（NXT:2000i雙工件臺(tái)深紫外光刻機(jī)），可用于7nm和5nm節(jié)點(diǎn)。

值得一提的是，ASML有一個(gè)非常奇特的規(guī)定，那就是只有投資ASML，才能夠獲得優(yōu)先供貨權(quán)。這樣奇特的合作模式使得ASML獲得了大量的資金，包括英特爾、三星、臺(tái)積電、海力士都在ASML中有相當(dāng)可觀的股份，可以說大半個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)都是ASML一家的合作伙伴，形成了龐大的利益共同體。

半導(dǎo)體裝備是一個(gè)高度壟斷的市場。根據(jù)各細(xì)分設(shè)備市場占有率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在光刻機(jī)、CVD、PVD及刻蝕機(jī)，前三家設(shè)備商的總市占率都達(dá) 90%以上，且行業(yè)龍頭都能占據(jù)一半的市場，所以要想在半導(dǎo)體裝備市場中能分一杯羹，公司就必須在細(xì)分領(lǐng)域能夠做到全球前三。

中國半導(dǎo)體制造設(shè)備企業(yè)

2016年中國半導(dǎo)體設(shè)備銷售收入總計(jì)57.33億元，同比增長21.5%，其中前十強(qiáng)單位完成銷售收入47.7億元，同比增長28.5%，也就是說，前十強(qiáng)的增速快于整體增速，市場集中度在不斷提高，可喜可賀。

2016全國半導(dǎo)體設(shè)備十強(qiáng) 數(shù)據(jù)來源：中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)

從圖中可以看到，國內(nèi)的設(shè)備公司在前道制造中有一席之地有：中電科、北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體、上海微電子。下面就來介紹這幾家公司：

1. 中電科電子裝備公司

中電科電子裝備集團(tuán)有限公司是在中國電子科技集團(tuán)公司2所、45所、48所基礎(chǔ)上組建成立的二級(jí)成員單位，屬中國電子科技集團(tuán)公司獨(dú)資公司，具備集成電路局部成套和系統(tǒng)集成能力以及光伏太陽能產(chǎn)業(yè)鏈整線交鑰匙能力。已形成以離子注入機(jī)、電化學(xué)沉積設(shè)備等為代表的微電子工藝設(shè)備研究開發(fā)與生產(chǎn)制造體系，可服務(wù)于材料加工、芯片制造、先進(jìn)封裝和測試檢測等多個(gè)領(lǐng)域。

中電科裝備公司主營業(yè)務(wù)是光伏。不過在中電科電子的不斷努力下，公司在離子注入機(jī)和CMP（化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)）兩個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破。

承擔(dān)02專項(xiàng)后，電科裝備在離子注入機(jī)方面的研發(fā)可謂是一年邁一個(gè)臺(tái)階。在14年通過02專項(xiàng)的驗(yàn)收后，其離子注入機(jī)即在中芯國際投入使用。

2015年，電科裝備12英寸中束流離子注入機(jī)在中芯國際先后完成了55nm、45nm和40nm小批量產(chǎn)品工藝驗(yàn)證，并開始批量生產(chǎn)，逐步提升產(chǎn)能，增加驗(yàn)證機(jī)臺(tái)的數(shù)量。同年，中束流設(shè)備實(shí)現(xiàn)了批量銷售，量產(chǎn)晶圓超過300萬片。

2016年，用于45nm~22nm低能大束流離子注入機(jī)與中束流離子注入機(jī)通過了28nm工藝制程同步驗(yàn)證，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)銷售。

2017年，電科裝備離子注入機(jī)批量制造條件廠房及工藝實(shí)驗(yàn)室已投入使用，重點(diǎn)打造離子注入機(jī)零部件檢測、模塊裝配及局部成套三大平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)10臺(tái)設(shè)備同時(shí)組裝調(diào)試，具備年產(chǎn)20臺(tái)以上的批量制造能力，具備集成電路裝備系統(tǒng)集成能力及局部成套工藝生產(chǎn)能力。

在CMP拋光機(jī)方面，中電科裝備也有了新的突破。2017年8月，電科裝備成功研發(fā)出了國內(nèi)首臺(tái)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的200mm化學(xué)機(jī)械拋光商用機(jī)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在3年的時(shí)間里突破了10余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，完成技術(shù)改進(jìn)50余項(xiàng)，經(jīng)過3個(gè)批次近10000片的馬拉松測試，性能指標(biāo)獲得中芯國際工程師的好評，并于2017年11月21日成功在中芯國際天津廠8英寸大生產(chǎn)線裝機(jī)驗(yàn)證，已經(jīng)進(jìn)入24小時(shí)生產(chǎn)階段。

在沉積設(shè)備方面，也有PECVD的產(chǎn)品。

就在今年8月，電科裝備正式發(fā)布了“SEMICORE爍科”系列品牌，將把離子注入機(jī)和CMP設(shè)備注入爍科裝備，推動(dòng)其進(jìn)入生產(chǎn)線批量應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代、自主可控，具備國際競爭能力。

2. 北方華創(chuàng)

北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司是北方華創(chuàng)科技集團(tuán)股份有限公司的全資子公司，主營業(yè)務(wù)由原七星電子的半導(dǎo)體裝備相關(guān)業(yè)務(wù)與原北方微電子的全部業(yè)務(wù)整合而成。產(chǎn)品涵蓋：等離子刻蝕、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、氧化/擴(kuò)散、清洗、退火等半導(dǎo)體工藝裝備；平板顯示制造裝備和氣體質(zhì)量流量控制器等核心零部件。涉及集成電路、先進(jìn)封裝、LED、MEMS、電力電子、平板顯示、光伏電池等半導(dǎo)體相關(guān)領(lǐng)域。

北方華創(chuàng)目前和所有國內(nèi)大廠都有合作，比如正在武漢和南京如火如荼建設(shè)的長江存儲(chǔ)公司，3D NAND FLASH產(chǎn)線的氧化爐設(shè)備就有采用北方華創(chuàng)的產(chǎn)品，2017年11月搬入產(chǎn)線。

在氧化爐領(lǐng)域，2017年11月30日，北方華創(chuàng)下屬子公司北方華創(chuàng)微電子自主研發(fā)的12英寸立式氧化爐THEORISO 302 Move In長江存儲(chǔ)生產(chǎn)線，應(yīng)用于3D NAND Flash制程，擴(kuò)展了國產(chǎn)立式氧化爐的應(yīng)用領(lǐng)域。

在硅刻蝕機(jī)領(lǐng)域，在2003年啟動(dòng)研制時(shí)，中國和國外差距在20年以上，僅僅能夠制造90nm制程，在國家02專項(xiàng)的支持下，北方華創(chuàng)在硅刻蝕機(jī)領(lǐng)域不斷實(shí)現(xiàn)突破，先進(jìn)制程工藝一路上揚(yáng)，28nm，22nm都實(shí)現(xiàn)了突破，2016年研發(fā)出了14nm工藝的硅刻蝕機(jī)，更先進(jìn)的7nm硅刻蝕機(jī)也正研發(fā)中。

除了氧化爐和刻蝕機(jī)領(lǐng)域以外，北方華創(chuàng)在PVD設(shè)備（物理氣相沉積，薄膜沉積設(shè)備的一種）和單片退火設(shè)備領(lǐng)域也實(shí)現(xiàn)了批量出貨，目前主要在28nm級(jí)別。

在薄膜沉積設(shè)備領(lǐng)域，北方華創(chuàng)進(jìn)展較快，多種14nm的生產(chǎn)設(shè)備也在產(chǎn)線驗(yàn)證中，包括ALD，AL PVD，LPCVD，HM PVD等，基本都是不同的沉積設(shè)備，目的是制作氧化薄膜，便于絕緣，和控制不同的雜質(zhì)擴(kuò)散速度，或者金屬化，PVD是物理氣相沉積，CVD是化學(xué)氣相沉積，ALD是原子層沉積，他們的工作原理不同，但是目的是一樣的。

除了這三大類設(shè)備外，北方華創(chuàng)還有第四種關(guān)鍵設(shè)備：清洗機(jī)。

2017年8月7日，北方華創(chuàng)1500萬美元，也就是才1億人民幣多點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對美國Akrion公司的收購。Akrion公司是位于美國賓夕法尼亞州的一家專注于硅片清洗設(shè)備業(yè)務(wù)的公司，主要用于集成電路制造領(lǐng)域，硅晶圓制造領(lǐng)域、微機(jī)電系統(tǒng)和先進(jìn)封裝領(lǐng)域，該公司擁有多年的清洗技術(shù)積累和廣泛的市場與客戶基礎(chǔ)，累計(jì)在線機(jī)臺(tái)千余臺(tái)。

北方華創(chuàng)自研的12英寸單片清洗機(jī)產(chǎn)品主要應(yīng)用于集成電路芯片制程，成功收購Akrion公司，北方華創(chuàng)微電子的清洗機(jī)產(chǎn)品線將得以補(bǔ)充，形成涵蓋應(yīng)用于集成電路、先進(jìn)封裝、功率器件、微機(jī)電系統(tǒng)和半導(dǎo)體照明等半導(dǎo)體領(lǐng)域的8-12英寸批式和單片清洗機(jī)產(chǎn)品線。

實(shí)際上，根據(jù)北方華創(chuàng)2017年披露的2016年年報(bào)，其自研的12英寸清洗機(jī)到2016年底的累計(jì)流片量已突破60萬片，收購Akrion之后，北方華創(chuàng)的實(shí)力進(jìn)一步加強(qiáng)。

3. 中微半導(dǎo)體

中微半導(dǎo)體是尹志堯創(chuàng)辦，他之前是全球最大的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備商應(yīng)用材料公司的副總裁，回國創(chuàng)辦中微。

中微的產(chǎn)品，主要是三大領(lǐng)域，一個(gè)是LED芯片的MOCVD機(jī)臺(tái)，這個(gè)是LED芯片制造的核心設(shè)備，以致于衡量芯片廠家的制造能力，都是用它有多少M(fèi)OCVD機(jī)臺(tái)來衡量，機(jī)臺(tái)數(shù)量越多的產(chǎn)能越大。國產(chǎn)MOCVD設(shè)備從2012年底研發(fā)成功，到2016年開始完成批量驗(yàn)證，目前處于迅速上升的態(tài)勢。經(jīng)過不斷洗牌，中微半導(dǎo)體已占據(jù)領(lǐng)先地位，目前國產(chǎn)MOCVD市場份額已呈現(xiàn)增長局面。

中微半導(dǎo)體的另外一個(gè)領(lǐng)域，主要是其最早開始研發(fā)，具有多年經(jīng)驗(yàn)的介質(zhì)刻蝕機(jī)，這個(gè)目前是用在集成電路芯片制造上面，目前已經(jīng)可以做到22nm及其以下，且中微半導(dǎo)體的14nm也在產(chǎn)線進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)在推進(jìn)5nm的聯(lián)合研究。

目前總體而言，中微處于比較好的發(fā)展態(tài)勢，MOCVD機(jī)臺(tái)已經(jīng)經(jīng)受住了量產(chǎn)的考驗(yàn)，將會(huì)迎來大批量出貨時(shí)期，其多年來集中力量攻關(guān)的等離子體介質(zhì)刻蝕機(jī)，已經(jīng)在國際大廠部署多年，同時(shí)目前也開始進(jìn)入最先進(jìn)的5nm制程的預(yù)研。

4. 上海微電子公司

上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司是一家掌握了高端光刻機(jī)相關(guān)技術(shù)且具有高端投影光刻機(jī)生產(chǎn)能力的企業(yè)。于今年3月份，與全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)ASML簽署了戰(zhàn)略合作備忘錄。公司主要從事半導(dǎo)體裝備、泛半導(dǎo)體裝備、高端智能裝備的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售及技術(shù)服務(wù)。旗下產(chǎn)品可應(yīng)用于集成電路前道、先進(jìn)封裝、FPD面板、MEMS、LED、Power Devices等制造領(lǐng)域。

總結(jié)

目前，中國半導(dǎo)體設(shè)備已有了一定的基礎(chǔ)，雖然設(shè)備總量不大，但一直并保持著高速增長的態(tài)勢。但需要認(rèn)清的是，目前我國的技術(shù)實(shí)力與國外相比仍存在較大的差距，尤其與市占率超80%的設(shè)備企業(yè)如ASML、應(yīng)用材料等相比，實(shí)力偏弱且絕大部分設(shè)備廠商無法滿足國際已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的制程，較難進(jìn)入國際代工巨頭的產(chǎn)線。

當(dāng)然，在落后的局面下，我國半導(dǎo)體設(shè)備也在奮起直追，并取得了一定成績，在國內(nèi)產(chǎn)線上已經(jīng)進(jìn)行了一部分國產(chǎn)替代。半導(dǎo)體設(shè)備是我國發(fā)展半導(dǎo)體集成電路的基石，我們要把握好先行條件，率先推進(jìn)，爭取早日完成進(jìn)口替代。