2015年7月,中國發(fā)布《中國制造2025》行動(dòng)綱領(lǐng),力爭通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo):
第一步,2015年-2025年,力爭用十年時(shí)間,邁入制造強(qiáng)國行列;
第二步,到2035年,制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國陣營中等水平;
第三步,新中國成立100年時(shí),制造業(yè)大國地位更加鞏固,綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國前列。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是該戰(zhàn)略里的核心產(chǎn)業(yè)。根據(jù)《中國制造2025》的規(guī)劃,2020年半導(dǎo)體核心基礎(chǔ)零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料應(yīng)實(shí)現(xiàn)40%的自主保障,2025年要達(dá)到70%。然而,截至2019年,實(shí)際國產(chǎn)化比例僅為15.7%,預(yù)測2024年才能達(dá)到 20%。
中美貿(mào)易摩擦,尤其是美國對(duì)華為和中芯國際的制裁,將造成提升國產(chǎn)化比例更為艱難,但也加強(qiáng)了中國建設(shè)自主半導(dǎo)體生態(tài)的緊迫感。
好消息是,此刻正是中國投資半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),進(jìn)而調(diào)整中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的好時(shí)機(jī)。
半導(dǎo)體行業(yè)有一個(gè)被稱為“硅周期”的周期,每隔三到五年就會(huì)重復(fù)一次繁榮到蕭條。半導(dǎo)體市場目前正在繁榮波段。
據(jù)SEMI(國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì))預(yù)測,2020年半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備市場較2019年會(huì)增長15%,增至549億美元(約人民幣3843億元),創(chuàng)下歷史新高。存儲(chǔ)芯片泡沫破滅帶來的下降行情預(yù)計(jì)在2021年見底反彈,之后以每年約5%-6%的速度增長。5G,以及新冠疫情對(duì)在線經(jīng)濟(jì)的需求都是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)下一輪增長的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。
新國際形勢下,科爾尼認(rèn)為,中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要想加速國產(chǎn)化,就需要在多個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)整之前的發(fā)展策略。
01芯片代工與內(nèi)存芯片:
聚焦成熟工藝,吸納高端人才
半導(dǎo)體代工和內(nèi)存芯片原本是中國期望以撬動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的兩個(gè)重要支點(diǎn)。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈包括原材料與設(shè)備、設(shè)計(jì)、制造、封測四大環(huán)節(jié)。在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域,中國已經(jīng)涌現(xiàn)了諸如華為海思等具有國際競爭力的企業(yè),下一步的發(fā)展邏輯應(yīng)該抓住半導(dǎo)體代工,繼而帶動(dòng)更上游的原材料和設(shè)備,這也是為什么中國國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(下稱“大基金”)一期投資主要以半導(dǎo)體制造和設(shè)計(jì)為主。
但美國通過制裁中芯國際(中芯國際集成電路制造有限公司)已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了這一進(jìn)程。
中芯國際是中國大陸最大的芯片代工企業(yè),也是中國大陸目前唯一正在研發(fā)7納米先進(jìn)制造工藝的企業(yè),但該公司已于2020年12月18日被美國列入禁運(yùn)實(shí)體名單,10納米及以下半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)所需的特定技術(shù)與設(shè)備將禁止向其出口,以防止此類關(guān)鍵的技術(shù)用于中國的軍民融合。
科爾尼認(rèn)為,中芯國際等中國芯片代工廠應(yīng)改變策略,收回此前在前沿技術(shù)的投資,穩(wěn)步提高在芯片成熟工藝代工市場的競爭力。
預(yù)計(jì)在汽車、工業(yè)和通信應(yīng)用等領(lǐng)域,對(duì)基于成熟工藝的芯片用量將大幅增長。這些行業(yè)使用的芯片并不需要采用14納米以下先進(jìn)工藝,但對(duì)高耐熱(散熱)、低延遲、低功耗、高安全性等要求很高,同樣也考驗(yàn)芯片代工廠的能力。中芯國際要想在此領(lǐng)域與臺(tái)積電等其他代工企業(yè)拉開差距,需要將已經(jīng)分配到前沿領(lǐng)域的資金撤回,轉(zhuǎn)而加強(qiáng)在成熟工藝上的投資。
雖然與代工企業(yè)無關(guān),但是有兩個(gè)案例可供參考。
2015年,荷蘭恩智浦2015年以118億美元收購美國飛思卡爾,一躍成為全球第一大汽車半導(dǎo)體廠商,且至今仍保持著領(lǐng)先地位。
另一個(gè)典型例子是瑞薩電子2017年對(duì)Intersil的收購案例。
瑞薩電子在車載半導(dǎo)體和車載微電腦上具有優(yōu)勢,而Intersil則在航天、航空和軍事應(yīng)用的模擬半導(dǎo)體(特別是電壓控制)具有優(yōu)勢。瑞薩電子認(rèn)為,Intersil的能力完全可以轉(zhuǎn)移到車載領(lǐng)域。此外,電壓控制半導(dǎo)體是“匠人領(lǐng)域”,需要極強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)積累,這使得后進(jìn)者很難追趕。通過收購進(jìn)入這一領(lǐng)域,是一個(gè)非常明智的戰(zhàn)略選擇。
存儲(chǔ)芯片是中國另一個(gè)寄予希望的突破口。這是因?yàn)榇鎯?chǔ)芯片量大,每年存儲(chǔ)芯片出貨量占到全球芯片產(chǎn)量的三分之一,其次存儲(chǔ)芯片更加標(biāo)準(zhǔn)和通用,對(duì)生態(tài)要求遠(yuǎn)不如計(jì)算芯片。
但存儲(chǔ)芯片市場格局高度寡頭化,主要被三星、SK海力士、美光等少數(shù)幾家存儲(chǔ)芯片廠家所把持,中國存儲(chǔ)芯片的自給率不到5%。
2016年,中國三大存儲(chǔ)芯片廠商浮出水面,分別是清華紫光集團(tuán)出資的長江存儲(chǔ)科技有限責(zé)任公司(下稱“長江存儲(chǔ)”)、長鑫存儲(chǔ)技術(shù)有限公司(下稱“合肥長鑫”),福建省晉華集成電路有限公司(下稱“福建晉華”)。其中,長江存儲(chǔ)負(fù)責(zé)3D NAND Flash(閃存)芯片,合肥長鑫負(fù)責(zé)移動(dòng)式DRAM(內(nèi)存),福建晉華負(fù)責(zé)利基型DRAM。
截至目前,長江存儲(chǔ)的NAND Flash研發(fā)進(jìn)展順利。該公司在2019年實(shí)現(xiàn)64層3D NAND Flash的量產(chǎn),正在計(jì)劃實(shí)現(xiàn)128層的量產(chǎn);如果成功量產(chǎn)128層3D NAND Flash,該公司將在技術(shù)上與頂級(jí)廠商并駕齊驅(qū),科爾尼預(yù)計(jì),2021年長江存儲(chǔ)的市場份額將達(dá)到8%。
相比之下,DRAM芯片的進(jìn)度則有些滯后。
合肥長鑫雖然在2020年實(shí)現(xiàn)了DRAM的量產(chǎn),但其工藝技術(shù)水平不如全球三大DRAM芯片公司(三星、美國美光、SK海力士),目前對(duì)市場影響也很小。
福建晉華采用中方出資,聯(lián)電(UMC)出技術(shù)的模式,但在2018年10月晉華被美國商務(wù)部列入禁運(yùn)實(shí)體名單,目前聯(lián)電也終止了與其的技術(shù)合作,晉華業(yè)務(wù)基本處于停滯狀態(tài)。
紫光集團(tuán)(長江存儲(chǔ)的母公司)日前也宣布進(jìn)軍DRAM,但由于沒有制造封裝方面的專業(yè)知識(shí),自主研發(fā)預(yù)計(jì)需要三到五年的時(shí)間。
如上所述,中國內(nèi)存產(chǎn)業(yè)目前面臨的最大挑戰(zhàn)是如何加強(qiáng)實(shí)力。如果能夠收購全球三大DRAM公司中的任何一家,就能夠切實(shí)進(jìn)軍并掌控DRAM產(chǎn)業(yè),但在當(dāng)前國際形勢下,此類跨國收購幾無可能。此前,紫光集團(tuán)意圖收購美光和鎧俠株式會(huì)社,并計(jì)劃出資西部數(shù)據(jù)公司,但這些計(jì)劃都因各國當(dāng)局阻撓而沒有成功。
因此,最具現(xiàn)實(shí)意義的路線是加強(qiáng)技術(shù)人才招聘,此前韓國三星就曾以高薪將日本技術(shù)人員招聘至公司,提升了整體的技術(shù)水平。
02設(shè)備企業(yè):尋找收購或合作契機(jī)
半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)大致可分為“光刻設(shè)備企業(yè)”、“鍍膜沉積/刻蝕等其他設(shè)備企業(yè)”等。這是因?yàn)樵谥饕O(shè)備中,光刻設(shè)備所需要的技術(shù)尤其特殊,全球市場上的玩家玩法也完全不同。
在國產(chǎn)***領(lǐng)域中,上海微電子(上海微電子裝備集團(tuán)股份有限公司)一枝獨(dú)秀。其產(chǎn)品主要采用ArF、KrF和i-line光源,目前只能達(dá)到90nm制程,且主要用于IC的后道封裝和面板領(lǐng)域,比最先進(jìn)一代設(shè)備落后了20年到30年,上海微電子今后要想在全球范圍內(nèi)提高自己的地位,從外部引進(jìn)技術(shù)必不可少。
例如,上海微電子可以從尼康和佳能引進(jìn)技術(shù),具體技術(shù)引進(jìn)對(duì)象包括i-line、KrF、干法ArF和沉浸式ArF。如果要獲取EUV(極紫外光刻)技術(shù),則需要ASML的技術(shù)支持,但是作為全球龍頭企業(yè)的它們,無論是收購,技術(shù)合作還是人才招聘,都是極其困難的。所以可以從EUV之外的ArF設(shè)備廠商進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)和學(xué)習(xí)。
尼康在沉浸式ArF光刻設(shè)備的全球市場份額不到10%,在干法ArF光刻設(shè)備的全球市場份額約為30%,但目前,由于開發(fā)成本的縮減,相關(guān)工程師在尼康的機(jī)會(huì)也在逐步減少。佳能在i-line和KrF方面具有技術(shù)優(yōu)勢(它已經(jīng)退出了ArF之后的技術(shù)開發(fā))。通過吸收這兩家公司的技術(shù)和人才,可以獲取從i-line到沉浸式ArF的技術(shù)開發(fā)能力。
通觀整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè),設(shè)備的客戶黏性很大,一旦簽約,很難被替換。在迅速崛起的中國半導(dǎo)體市場,如果能夠提供從i-line到沉浸式ArF的全線服務(wù),構(gòu)筑自己的優(yōu)勢定位,就能與客戶公司一起積累技術(shù)知識(shí),最終具備在全球范圍內(nèi)競爭的技術(shù)能力。過去,ASML也是很早就進(jìn)入到還在起步期的韓國和中國臺(tái)灣半導(dǎo)體市場,伴隨著其成長而鞏固了市場地位。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),科爾尼認(rèn)為,中國光刻設(shè)備行業(yè)下一步可考慮通過部門收購或者人才招聘引進(jìn)的方式獲取相關(guān)技術(shù)。
半導(dǎo)體行業(yè)不乏收購非一級(jí)梯隊(duì)企業(yè),而使買賣雙方都獲益的案例:
例如,2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)后,日本內(nèi)存芯片企業(yè)爾必達(dá)因現(xiàn)金流出現(xiàn)問題進(jìn)入破產(chǎn)重組,美國公司美光趁機(jī)于2013年收購了爾必達(dá)。
當(dāng)時(shí)這一收購雖然在日本國內(nèi)引發(fā)大量負(fù)面評(píng)論,但如今,爾必達(dá)的廣島工廠已成功轉(zhuǎn)型為美光科技內(nèi)存業(yè)務(wù)的核心生產(chǎn)基地,擔(dān)負(fù)最前端產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)。迄今為止, 美光已向該工廠投入了數(shù)千億日元,且計(jì)劃繼續(xù)投入同樣規(guī)模的資金,并通過招聘應(yīng)屆畢業(yè)生等措施擴(kuò)充約500名工程師的崗位。
國產(chǎn)鍍膜沉積/刻蝕設(shè)備領(lǐng)域的主要公司是北方華創(chuàng)科技集團(tuán)股份有限公司(下稱“北方華創(chuàng)”)。
北方華創(chuàng)是2016年,由北方微電子(生產(chǎn)CVD、PVD和刻蝕設(shè)備)和北京七星華創(chuàng)(生產(chǎn)七星/清洗設(shè)備和質(zhì)量流量控制器)并購重組成立的公司,并于2017年收購了美國清洗設(shè)備公司 Akrion Systems,擁有較為豐富的設(shè)備產(chǎn)品線。
另外,中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)股份有限公司已經(jīng)成功生產(chǎn)出5nm的蝕刻機(jī),并開始獲得臺(tái)積電及長江存儲(chǔ)等公司的刻蝕設(shè)備訂單。
和光刻設(shè)備行業(yè)類似,中國在鍍膜沉積/刻蝕等領(lǐng)域也不具備國際最先進(jìn)技術(shù)。也就是說,它們無法處理需要精細(xì)加工的關(guān)鍵工藝,因此開發(fā)能夠處理這些工藝的干式蝕刻技術(shù)和ALD設(shè)備就成為當(dāng)務(wù)之急。
外部合作仍然是技術(shù)強(qiáng)化的較好選擇,如與日立高新或愛發(fā)科(ULVAC)合作。
日立高新的半導(dǎo)體部門在對(duì)精密度有極高要求的柵極蝕刻設(shè)備方面擁有超過10%的市場份額,但是該公司可能會(huì)因?yàn)闃I(yè)務(wù)優(yōu)化出售半導(dǎo)體部門。愛發(fā)科擁有PVD和金屬CVD/ALD設(shè)備。這兩家公司雖然都沒能進(jìn)入全球第一梯隊(duì),但它們?cè)诩夹g(shù)上都有過人之處。
近年來,刻蝕和鍍膜沉積等關(guān)鍵工序中,上下游工序連接性的重要性不斷被提高,如果一家公司能同時(shí)擁有刻蝕和鍍膜沉積的高水準(zhǔn)設(shè)備,則會(huì)是一大優(yōu)勢。和光刻設(shè)備行業(yè)一樣,如何利用自己的優(yōu)勢,提前進(jìn)入還在成長期的中國市場,建立自己的競爭優(yōu)勢,是一個(gè)關(guān)鍵戰(zhàn)略
03材料企業(yè)面前的兩大趨勢
半導(dǎo)體材料大致可分為前端晶圓制造材料和后端封裝材料,其中,晶圓材料主要有硅片、光掩膜、光刻膠、拋光液等。封裝材料主要有層壓基板、引線框架、焊線、熱接口材料等。
晶圓是制造半導(dǎo)體的關(guān)鍵材料。隨著半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高,晶圓整體向大尺寸發(fā)展,晶圓尺寸從早期的2英寸、4英寸,發(fā)展為現(xiàn)在的6英寸、8英寸和12英寸。
8英寸與12英寸是目前晶圓主要的尺寸。2020年之前,中國境內(nèi)主要以8英寸晶圓廠為主,隨著大基金的持續(xù)投入和地方政府的配套資金支持,多個(gè)12寸晶圓廠項(xiàng)目落地中國大陸。
SEMI的數(shù)據(jù)顯示,2017年-2020年間全球投產(chǎn)的半導(dǎo)體晶圓廠為62座,其中有26座設(shè)于中國大陸,占全球總數(shù)的42%。
好消息是,中國晶圓廠的激增將促使全球晶圓生產(chǎn)向中國轉(zhuǎn)移,根據(jù)IC Insight統(tǒng)計(jì),2018年中國大陸晶圓產(chǎn)能243萬片/月(等效于8寸晶圓),占全球晶圓產(chǎn)能12.5%。預(yù)計(jì)到2022年,中國大陸晶圓廠產(chǎn)能將達(dá)410萬片/月,占全球產(chǎn)能17.15%。
但晶圓的國產(chǎn)化比例僅有5%-10% 左右,特別是供尖端領(lǐng)域使用的12英寸晶圓,才剛剛初步形成商業(yè)化供給。
科爾尼認(rèn)為,中國不僅有必要建立自己的大型晶圓廠,保證相應(yīng)的產(chǎn)量、質(zhì)量和成本水平,還應(yīng)加快整合中國境內(nèi)8 英寸與12英寸的晶圓廠,建成有競爭力的大型晶圓廠商。
2016年,晶圓行業(yè)排名第六的中國臺(tái)灣環(huán)球晶圓(GlobalWafers)收購了全球第四大半導(dǎo)體晶圓供應(yīng)商SunEdison Semiconductor(SEMI),一躍成為行業(yè)第三。
當(dāng)時(shí),晶圓行業(yè)50%的市場份額是由信越化學(xué)和SUMCO這兩家日本企業(yè)所占據(jù)。通過合并,臺(tái)灣環(huán)球晶圓打破了寡頭壟斷的局面。
封裝材料包括電子特氣、CMP拋光材料、光刻膠等,在中國似乎都有供應(yīng)商,但還未對(duì)全球巨頭構(gòu)成威脅,其中一個(gè)原因可能是材料比設(shè)備和器材更難進(jìn)行逆向工程, 很難后來者居上。
在這種情況下,科爾尼認(rèn)為必須抓住當(dāng)前封裝材料領(lǐng)域的兩個(gè)重要趨勢。
第一大趨勢是,人們將越來越看重材料與關(guān)鍵工藝(光刻、刻蝕、鍍膜沉積)之間的契合度,材料設(shè)計(jì)若考慮到了前后工藝影響,將更有價(jià)值。這意味著,通過收購和整合國內(nèi)外相關(guān)企業(yè),獲取豐富的產(chǎn)品線將變得非常重要。特別是蝕刻和沉積這兩種工藝是同時(shí)進(jìn)行的,如果能同時(shí)提供這兩種材料,提出相應(yīng)的建議,對(duì)提升材料公司的競爭力很有幫助。
美國材料廠商Entegris(英特格)對(duì)Versum的整合意圖就是典型案例。Entegris擅長生產(chǎn)鍍膜沉積用氣體,為了業(yè)務(wù)互補(bǔ),它曾經(jīng)計(jì)劃收購在蝕刻用氣體有優(yōu)勢的Versum,并一度與其達(dá)成初步的整合協(xié)議,但后來默克公司開出更好的條件“搶走”了Versum,如果Entegris和Versum能夠整合,就會(huì)造就一家具有強(qiáng)大跨工藝能力的材料企業(yè)。
第二大趨勢是,材料企業(yè)正在擺脫“按照客戶提出的規(guī)格書開發(fā)材料”的主流工作方式,主動(dòng)參與到從生產(chǎn)工藝開發(fā)及規(guī)格書確定的過程中,根據(jù)需要與設(shè)備商進(jìn)行合作。例如,材料廠家Versum與Lam Research(全球第三大半導(dǎo)體設(shè)備公司)合作,解決了3D閃存研發(fā)中的一個(gè)較大的技術(shù)難題。
中國的材料廠家也需要與北方華創(chuàng)等設(shè)備廠家多開展協(xié)作。由于材料研究人員往往對(duì)設(shè)備缺乏基本了解,因此,最好能在公司內(nèi)部建立相應(yīng)的制度和知識(shí)庫,以掌握最基本的知識(shí),才好與外界進(jìn)行合作。
責(zé)任編輯:tzh
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