2022年,对中国半导体产业来说,或许是一个“苦尽甘来”的年份。
2月7日,位于张江科学城的上海微电子公司举行首台2.5D/3D先进封装光刻机发运仪式,代表了行业同类产品的最高水平。
与此同时,今年一季度,ASML向大陆销售了23台光刻机,出货量刷新了过往的纪录。
从充满了动荡和制裁的环境中艰难脱离,中国半导体产业似乎又回到正常的发展轨道了。
但问题是:光刻机,救不了中国半导体。
或许是因为光刻机太特别,以至于我们已经把它当成了半导体行业的救命稻草。
但实际上,光刻机不过是漫长的芯片生产线上的一个小环节而已。
一条生产线上少说也有几十上百种设备,只搞定光刻机,还是无法从根本上解决问题。
只把视线集中在光刻机上,就会不知不觉就陷入了一种“失焦”的状态——忽略了那些和光刻机一样重要,却没那么出名的半导体设备。
工欲善其事,必先利其器。
半导体行业更是信奉“一代设备一代芯片”,半导体设备的水平决定了芯片的水平。
当你还在操心“中国芯”的时候,内行的关注重点早就放在了诸如中微公司、北方华创、芯原微这样的企业上了。
要问芯片怎么样,先问半导体设备怎么样。
6月28日——7月3日,谷川产业研究院《半导体设备专题研究》限时免费,通过对我国半导体产业“卡点”和“堵点”的深度解析,以专业的产业研究为产业链招商赋能。
半导体设备有多复杂?
半导体制造是个极度复杂且漫长的生产过程。
台积电、中芯国际这样的大型晶圆厂,往往会划分七个独立区域来完成芯片制造的不同工序,不同区域需要的设备和材料也各不相同。
七个区域分别是:扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化。
具体来看,每个区域又需要以下设备来完成相应工艺。
所以,半导体设备至少也有20多种,光刻机不过只是其中一个而已。
还是那句话,“一代设备一代芯片”。
除了光刻机,其他设备也要达到足够先进的水平,才能满足高级制程工艺芯片的生产需要。
以中芯国际位于天津的T3 12寸集成电路生产线项目为例, 一条月产1万片12寸晶圆的生产线,需要:
扩散设备22台,CVD设备42台
涂胶去胶设备15台,光刻机8台
刻蚀设备25台,离子注入设备13台
PVD设备24台,研磨抛光设备12台
清洗设备17台,检测设备50台
测试设备33台,其他设备17台
不难发现,半导体行业是一个不折不扣的重资产行业——钱都用在买设备上了。
而上述这些晶圆处理设备,又是设备中最为重要的组成部分,大约占设备投资总额的80%。
国内半导体设备发展情况
如果只是设备种类多,倒也不值得大惊小怪。
但是随着芯片的制程工艺走向物理极限,台积电、三星这样的大厂开始试制5nm制程芯片,工艺复杂度越来越高,工序也越来越多。
尤其是当制造工艺达到了22nm以下,传统的沉浸式光刻技术已经无能为力,必须使用多重曝光技术,工艺步骤一举突破1000步。
工序变多了,工艺变复杂了,为了保证产能,就必须要在生产线上安装更多设备。
因此,在同样的产能下,先进工艺生产线需要的设备数量,远远高于非先进工艺的生产线。
目前,国产晶圆厂绝大多数产品的工艺制程相对落后,即便是中芯国际这样的头部企业,14nm/28nm制程产品也仅仅占比14.6%。
占大多数的,仍然是45nm以上制程的产品。
不难推断,国内晶圆厂确实缺乏高端、先进的生产设备,整体水平相较于台积电、三星等头部企业,还是比较落后。
在外部封锁越来越严苛的当下,国内半导体设备产业一天不能提供足够先进的设备,国内晶圆厂就一天没办法生产足够先进的芯片。
看完课程之后,你就会对中国的半导体设备行业现状有一定了解:
首先,中国半导体装备的产业链很完整。扩散、光刻、刻蚀、薄膜生长……半导体产业中的各种核心设备,我们都有布局。
然后,中国半导体整体落后国外1至2代,部分产品落后3代以上。
落后不要紧,偏科更要命。
虽然我国目前的水平还比不上美国、日本,但是产业的完整程度和它们比起来并不弱。
如何追赶?
如今,集成电路的工艺制程已经越来越逼近物理极限,每前进一小步都十分艰难。所以,对手的研究速度已经相对放缓。
客观来看,这是一个留给中国半导体产业的窗口期,短暂又宝贵。
只要坚持下去,迟早有一天能够追上。
另一方面,美国的制裁就像一根弹簧:你强它就弱,你弱它就强。
一台半导体设备,如果我们不能生产,制裁和封锁就会如影随形。如果我们有了,对方瞬间就会知趣地解除限制。
这也是ASML近期增加对大陆出货量的原因。
我们已经从事实上具备了相应的光刻机生产能力,继续实施出口管制措施已然毫无意义。
如今,摆在中国半导体装备企业面前的问题只剩一个——如何尽快追赶先进水平。
中国半导体设备产业的发展速度和研发实力都很强,对于这方面我们不必过分担心。
企业最缺的其实是机会。
半导体行业是绝对的重资产行业,晶圆厂在采购设备时必然会慎之又慎,肯定要在能力范围内,选择业内最尖端的技术。
所以,晶圆厂往往倾向于购买已成熟的国外设备,国产设备很难进入采购名单。
台积电、三星之类的大厂不买国产设备,国内晶圆厂看了之后,大多数也会选择求稳,转身去购买进口设备。
因此,国产半导体设备的市场占有率,即使在国内市场上也不太好看。
这个现象带来的负面影响非常严重。
如果国产半导体设备不被采购,就连投入生产的机会都没有,自然也就没有在实践中快速改进的机会。
虽然美国的封锁给中国的半导体厂商提供了一些机会——受到禁令影响的中国晶圆厂很难再采购国外设备,只能选择和国产厂商合作。
但是,这个比例仍然很低。
而且,一旦国产半导体设备开始有替代进口的倾向了,外国巨头就又会上门求合作。
他们的套路无外乎“我的产品便宜给你用,大家成立合资公司,你就不要自主研发了。”
这样的合作无疑是有诱惑的,毕竟自主研发既耗钱又耗时间,谁都想躺着挣钱。
如果产业链上下游不能形成合力,国产化替代可能又会半途而废。
所以,各地在针对半导体设备行业进行产业链招商的过程中,想依赖“砸钱”解决问题绝非易事,产业引导和政策支持才是关键。
更重要的是加强部门间协调配合,完善产业政策工具配合机制,提升产业政策的实施效果。
正如前文所说,中国的半导体设备产业链很完整,各个领域也都取得了一定突破,和国外的整体差距正在逐渐缩小。
光刻机救不了中国半导体,但是中国人的智慧和汗水可以。