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国产半导体设备制造业分析——我们还有哪些短板

发布时间:2018-04-24 来源:EEWORLD订阅号 类型:产业分析 人浏览
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材料 半导体 生产设备

导  读:

?半导体生产设备和材料,是半导体产品的最上游。全世界每年销售的生产设备和材料,加起来总共800多亿美元左右,如果仅仅从规模上来看,其实并不大,就算有个国家占据了全球50%的生产设备和材料的份额,一年销售额也就是400亿美元多点。

半导体生产设备和材料,是半导体产品的最上游。全世界每年销售的生产设备和材料,加起来总共800多亿美元左右,如果仅仅从规模上来看,其实并不大,就算有个国家占据了全球50%的生产设备和材料的份额,一年销售额也就是400亿美元多点。这两个领域主要是技术门槛高,同时是制高点,因此可以起到控制他国集成电路发展速度的作用。


具体来说,根据国际半导体产业协会SEMI的统计,2016年全球半导体设备出货额412亿美元,全球半导体材料出货额443亿美元。


而据国际半导体产业协会(SEMI) 2018年1月26日公布的数据,2017年全球半导体设备商出货金额达到560亿美元,比起上一年大幅增长接近40%,创下历史新高。很遗憾的是,由于全球新建的12英寸晶圆厂在逐渐向中国集中,因此半导体设备采购额增长,很大程度上来自中国,在这个领域,我们处于受制于人的局面。


我们看下Gartner 2016年的全球十大半导体设备制造商排名,当然里面并没有中国公司出现,只有三个国家的公司上榜了,美国,日本和荷兰。



世界前三名是美国应用材料,美国Lam Research,荷兰ASML。接下来是第四名日本的东京电子,第五名美国的KLA Tencor。前十名的门槛为4.97亿美元,可以看出其实世界十强的门槛并不高,但就是这么低的门槛,也就是30多亿人民币,我国仍然没有一家企业入围,但是这也从侧面说明,我国有企业进入世界前十的日子已经不会太远。


世界十强里面,只有美日荷三个国家的企业入围。


美国三家应用材料,Lam Research(科林研发)和KLA Tencor,营收共计153.56亿美元,可以看出美国这三家就占了全球份额的接近37%。


其次是日本有五家,东京电子,Screen semiconductor(迪恩士),日立先端科技尼康和日立国际电气,合计84.76亿美元。占全球20.6%,仅次于美国。


但是注意,日本虽然有五家,但是只有东京电子体量比较大,营收为48.61亿美元,比其他四家加起来还要多。


尤其是曾经在半导体设备制造盛极一时的尼康,现在年营收下滑到只有7.32亿美元了,日立国际电气也在2016年出现营收大幅下滑。


与此同时日本半导体设备制造的领头羊东京电子发展势头不错,日本迪恩士增速更是前十强中最高,因此东京电子,迪恩士,日立先端科技三家是日本的代表公司。


然后是荷兰有两家,没错荷兰居然有两家,一家就是大名鼎鼎的ASML,排名全球第三。


另外还有一家ASM International,两家合计55.88亿美元,占了全球的13.55%。


前十名只有美日荷,因此美国、日本、荷兰是世界半导体装备制造的三大强国。


当然,上面的数据只是设备的收入,实际上这些厂家除了卖设备以外,还有服务收入,比如说你工厂的设备出问题了,那么就只能找厂家来解决,这个可是要收费的。


因此如果全部收入加上的话,营收和利润是下面的图里面这样。以第一名的应用材料为例,设备收入为77.37亿美元,而总营收为108.25亿美元,可见服务收入也是很大的。实际上,凡是购买国外先进设备的中国公司,都应该知道洋人服务费收取的高昂,工程师按小时计费,备件贵的惊人,利润率甚至比卖设备更高。



那么我们关心的问题来了,中国的情况如何呢?


世界前十强的门槛是4.97亿美元,而中国2016年营收最高的半导体设备公司收入才9.08亿人民币,按照6.64的平均汇率计算,只有区区1.367亿美元,离世界十强的门槛还差了四倍。


中国半导体制造设备的现状是:星星之火,可以燎原,增速很快。2016年中国半导体设备销售收入总计57.33亿元,同比增长21.5%,其中前十强单位完成销售收入48.34亿元,同比增长28.5%,也就是说,前十强的增速快于整体增速,也就是市场集中度在不断提高,可喜可贺。


我们换成美元算一下,全球市场是412亿美元,中国设备厂家全部加起来才57.33亿元,差不多8.63亿美元,也就是差不多2%左右。


但是我们也要有信心,世界前十只有美国,日本,荷兰三强而已,这个产业玩家并不多,我们只要在里面,就是世界前五的水平,因为韩国的设备产业也比我国强。


目前我国保持超过20%的增速,差不多四年可以翻一倍,也就是到了2020年,我们就可以达到世界的4%了,再继续保持,到2025年就可以超过世界10%了,虽然比例和我国的国力不相称,但总算是世界主流玩家了,任重而道远啊。


另外还有一个,半导体生产设备由于其技术难度高的关系,每一种工艺设备基本都是前三名占据了全球90%的市场份额,可见其研发难度。


我们来盘点下中国半导体设备制造的十强,我们看下这十强里面有哪些有希望的公司。


下图来自中国半导体行业协会。



这里要澄清一下,半导体不只是集成电路,其他如LED发光二极管和光伏电池也是半导体,他们都是硅基的。


在晶圆制造中,总共有七大生产区域,分别是扩散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蚀(Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric Deposition)、抛光(CMP,即化学机械抛光)、金属化(Metalization)


这其中金属化,也就是把集成电路里的各个元件用金属导体连接起来,用到的设备也是薄膜生长设备,所以这两个区域的设备是类似的,应该算成是六大类生产设备。另外几乎每个区域都会用到清洗机,因为生产工艺越来越复杂,几乎每一两步就要对硅片清洗一次。


所以我们说是七大类生产设备:扩散炉,光刻机,刻蚀机,离子注入机,薄膜沉积设备,化学机械抛光机,清洗机半导体晶圆制造中最主要价值最贵的三类是镀膜设备(或者叫沉积设备,包括PECVD,LPCVD,ALD等)、刻蚀设备、光刻机,分别占半导体晶圆厂设备总投资的15%、15%、20-25%,当然这个数只是外界估计值,毕竟我们谁也不知道中芯国际,台积电购买设备的实际价格。当然,我们注意到了,光刻机最贵技术也最复杂,所以我们最关注光刻机。


排名第一位的,中电科电子装备公司,2016年的销售收入仅为9.08亿元。当然从名字我们可以看出来,这是国家队。实际上,中电科装备隶属于中国电子科技集团,集团旗下有一家大名鼎鼎的称霸全球的公司,就是海康威视。


不过中电科装备公司主营业务其实还是光伏部分,在集成电路晶圆制造的七大领域设备中,中电科电子装备公司在离子注入机和CMP(化学机械抛光机)两个领域实现了重大突破。


离子注入机是集成电路制造至关重要的核心装备——主要是将粒子注入到半导体材料中,从而控制半导体材料的导电性能,进而形成PN结等集成电路器件的基本单元。


电科装备目前是国内唯一一家集研发、制造、服务于一体的离子注入机供应商,电科装备在承担了02专项后,在离子注入机研发方面,一年迈上一个新台阶。我们要注意两个词,一个是唯一的一家离子注入机供应商,一个是02专项,实际上如果没有国家02专项的支持,我国离子注入机到现在还是一片空白。


那么电科装备的离子注入机到现在发展到什么水平了呢?如果是研发出来后就停留在实验室,那就让人遗憾了。


2014年,12英寸中束流离子注入机以优秀等级通过国家02专项实施管理办公室组织的验收。2015年,在中芯国际先后完成了55nm、45nm和40nm小批量产品工艺验证,这一年国产首台中束流离子注入机率先实现了量产晶圆过百万片。


到2017年11月,中束流离子注入机已经在中芯国际实现了稳定流片200万片,请注意这个数字在2015年还是刚刚突破百万片。


这个200万片意味着什么呢?2017年第三季度,中芯国际的实际产能为44.8万片。



从2015年的百万片,到2017年的200万片,两年时间国产离子注入机完成了100万片的生产量,而按照中芯国际2017年第三季度的实际产能计算,年产能为180万片左右。


因此我们可以合理估计,在七大类设备中的离子注入机,中芯国际产线的25%-30%左右已经基本实现了国产化。


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