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“难度不亚于两弹一星”,国产半导体设备业面临多项挑战

第一财经 2019-12-08 17:42:02

半导体设备市场呈现高垄断状态,且垄断性逐年提升。

“难度不亚于做两弹一星。”中微公司董事长兼首席执行官尹志尧这样评价半导体设备产业。

12月8日,在首届临港新片区投资论坛上,尹志尧提到了半导体设备行业目前所面临的主要挑战,包括技术难度大、市场高度垄断、研发周期长、耗资巨大等问题。

集成电路产业不仅覆盖设计、制造、封测上下产业链,还有EDA软件、设备和材料等产业。近几年,各地此起彼伏的“造芯热”也离不开半导体设备。如果没有光刻机、刻蚀机等生产设备,芯片生产根本无法开展。

“集成电路领域最大的差距在于EDA(电子设计自动化)和设备,这些才是集成电路自主可控的终极追求。”太平洋电子首席分析师刘翔在一份研报中指出。

中微半导体被认为是科创板最强芯片股,主要从事半导体设备的研发、生产和销售,该公司研发了大量具有自主知识产权的核心技术,并应用于刻蚀设备和 MOCVD 设备。

市场高度集中

中国目前很多科创企业都处在一个不对称竞争的国际环境里,半导体设备市场也呈现高垄断状态,且垄断性逐年提升。

赛迪顾问数据显示,从2014年到2018年,全球半导体设备供应商TOP10市占率从78.6%上升到81.0%,主要是日本和美国的企业。中国的设备企业想要进入分一杯羹,挑战非常大,但是一旦国外设备商断供,将会带来巨大隐患。

与半导体其他领域类似,中国半导体设备需求大,但自给率低。在全国各地新建产线的推动下,2018年中国半导体设备需求激增,市场规模达128.2亿美元,同比增长47.1%,是全球设备产业增长速度的近5倍,但是国产设备的自给率只有12%。

经历40年的激烈竞争,国际半导体工艺设备高度集中,形成了三大国际设备公司为主导的形势,生产线准入门槛很高。

要从被少数企业垄断的市场中突围十分不易,更何况是耗资巨大的半导体产业。尹志尧指出,微观加工设备的开发和生产需要大量研发经费和资金支撑。“过去15年,中微在上市之前经历了9轮融资,融资额达40亿人民币。如果没有大量的资金投入,不可能做出核心设备。”

即使中微每年投入3亿研发,也只是美国对手的1/20,存在非常严重的不对称竞争。他呼吁,仅仅企业自己投入资本金不够,还需要低息贷款以及政府研发补贴的支持。

他指出,美国应用材料公司年销售172.5亿美元,年研发经费20.2亿美元;美国泛林半导体年销售110.8亿美元,年研发经费11.9亿美元;东京电子年销售106.2亿美元,年研发经费9.1亿美元。

尹志尧多次强调半导体设备的重要性,指出目前我国集成电路出现资金一头大、股本金一头大和芯片生产投资一头大的问题。

目前国内投资芯片的设备市场是国际设备市场的10%,不足以支撑设备公司发展,设备产品必须打到外线去。尹志尧表示,中国大陆2018年半导体设备采购同比增长59%,超过中国台湾,但在国内的芯片生产厂的投资中,外国的芯片生产例如英特尔、海力士等在中国的投资占了一半,国内投资只占国际设备总采购量的10%左右,这意味着中国厂商必须要打到外线去,背后挑战也巨大。

“半导体设备需要我们给予更大的关注。”赛迪顾问股份有限公司副总裁李珂在2019年世界半导体大会上也这样呼吁。

技术难度大

除了市场竞争,半导体行业本身综合多个学科,技术难度大。

尹志尧表示,微观加工纳米结构已经接近物理极限,目前台积电提出的原子水平加工需要集成50多个学科的知识和技术,难度不亚于做两弹一星。“做这个设备需要50个学科。半导体工业关键核心零部件之一的磁悬浮分子泵在国际上只有两三家能做,每一件事情都需要长期的技术积累。”

半导体设备不仅要能做出非常精细的加工,最重要的是均匀性、稳定性、重复性、可靠性、洁净性。他指出,等离子体刻蚀已刻出人头发丝直径几千分之一到上万分之一的细孔,孔直径的准确度、均匀性和重复性已可达到头发丝的几万到10万分之一。一台刻蚀机每年加工多余百万万亿个又细又深的接触孔,几乎百分之百的孔要被完全打开。

而目前先进制程如5纳米的芯片需要1000个工艺步骤,要保证每一步骤的合格率都达到99.99%有很大挑战,“做到99.9%的合格率也不行”,如果每一步合格率为99.9%,1000个步骤后最终合格率只有36.77%

历经千辛万苦开发出的样机只完成了开发生产设备的一小部分,只有在80多个方面不断努力,才能达到最终目的。

当天,尹志尧还提到其他挑战,包括需要有完整的知识产权?;ぬ逑?;设备需要的关键材料零部件都要由国际一流公司,甚至百年老店供应;微观器件产业竞争激烈,不断要求设备提高输出量,降低价格等等。

此外,他表示,设备市场周期性的波动远高于微观器件产业和传统产业,很难预测,“根据Gartner 2004年到2009年芯片设备市场预测及实际表现来看,两者常常大相径庭,甚至对下一年的预测也经常有趋势性的错误,这意味着企业要覆盖较多的产业,以保证公司持续发展”。

不过,受中兴、华为事件影响,国产半导体设备也迎来新的契机。根据 SEMI(国际半导体产业协会) 数据,2017 年中国大陆半导体设备销售额约占全球的 15%,预计 2020 年占比将超过20%,约 170 亿美元。

以中微半导体所在的刻蚀机行业为例,尹志尧表示,目前刻蚀机市场已经超过了光刻机市场,“长期以来刻蚀机市场约为30到50亿美金,2015年以后突然涨起来,现在已经涨到120亿,以后要超过1000亿。我们中微主要是做刻蚀机和薄膜的,有点误打误撞,目前等离子体刻蚀机的投资占了整个设备投资的20%。”

在业内人士的呼吁下,半导体设备行业也正受到重视。今年10月,备受关注的国家集成电路产业投资基金(以下简称“国家大基金”)二期落地,该基金管理机构华芯投资在今年一次半导体论坛上曾透露了大基金未来投资布局及规划。首先,将继续支持龙头企业做大做强,提升成线能力。

大基金首期主要完成产业布局,二期基金将对在刻蚀机、薄膜设备、测试设备和清洗设备等领域已布局的企业保持高强度的持续支持,推动龙头企业做大最强,形成系列化、成套化装备产品。大基金将加快开展光刻机、化学机械研磨设备等核心设备以及关键零部件的投资布局,保障产业链安全。

责编:宁佳彦

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