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2018年中国半导体产业链、半导体国产化分析及2019年全球半导体产业发展趋势[图]

2019年11月11日 13:24:15字号:T|T

    半导体产品种类繁多,不同产品之间设计和功能不尽相同,制造工艺和流程也存在一定差异。

    半导体产业链的下游为半导体终端产品以及其衍生的应用、系统等。半导体产品按功能区分,可以分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器等四大类。据调查数据显示,2018年集成电路、光电子器件、分立器件和传感器的全球市场规模分别为3,933亿美元、380亿美元、241亿美元和134亿美元,占半导体市场整体规模的比例分别约为83.9%、8.1%、5.1%和2.9%。全球集成电路和以LED为代表的光电子器件的销售额合计占所有半导体产品销售额的90%以上,是半导体产品最重要的组成部分。

2018年全球半导体销售额的产品结构占比

数据来源:公开资料整理

    半导体产业链的中游可以分为半导体芯片设计、芯片制造(圆晶制造、圆晶加工)和封装测试。半导体芯片的制造工艺相对复杂,需要的上游设备多样,标杆产品序涂胶显影设备是集成电路制造中光刻环节不可或缺的关键处理设备,主要与光刻机配合进行作业,通过机械手使晶圆在各系统间传输和处理,从而完成晶圆的光刻胶涂覆、固化、显影、坚膜等工艺过程。

    半导体产业链的上游由为设计、制造和封测环节提供软件及知识产权、半导体设备、原材料等生产资料的核心产业组成。其中半导体设备指半导体产品在制造和封测环节所要用到的所有机器设备,广义上也包括生产半导体原材料所需的机器设备。主要有:光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。

    半导体制造技术精细、工艺复杂。随着技术节点的缩小,集成电路的生产步骤也越来越多,任何一步的错误都可能导致最终产品无法使用。以20nm技术节点为例,集成电路产品的硅片制造工艺需要约1000步,若最终产品的合格率需要达到90%,则每一步的加工合格率都需要达到99.99%。因此,集成电路制造对设备的精度和可靠性要求极高。

集成电路产品生产步骤数量

制程节点
65nm
45nm
28nm
20nm
14nm
10nm
7nm
刻蚀步骤数
20
30
40
55
65
110
150
全工艺步骤
- 
- 
 -
1000
>1100
>1300
>1500

数据来源:公开资料整理

    一、半导体设备国产化

    半导体行业是现代经济社会发展的战略性、基础性和先导性产业,是电子信息产业的基础支撑,其产品被广泛地应用于电子通信、计算机、网络技术、物联网等产业,是绝大多数电子设备的核心组成部分。随着经济的不断发展,中国已成为了全球最大的电子产品生产市场,各大半导体制造商纷纷投资建厂,对半导体设备的需求随之增加。测算,到2020年,全球新增半导体设备的市场空间将达到750.4亿美元(约5100亿元人民币),其中中国大陆市场空间将达到1186.5亿美元(约11250亿元人民币),占全球市场的四分之一。

2015-2020年全球各地区半导体设备市场空间(单位:十亿美元)

数据来源:公开资料整理

    二、集成电路设备市场

    集成电路制造行业向中国大陆转移的趋势已十分明显,诸多外资、台资企业均计划在中国大陆新建,但目前集成电路设备生产企业则主要集中于欧美、日本、韩国和台湾等国家和地区。其中起步较早的国际领先企业包括美国应用材料(AMAT)、泛林半导体(LamResearch)、科磊(KLA-Tencor),荷兰阿斯麦(ASML),日本东京电子(TokyoElectron)等。

    在细分领域,尤其是前段晶圆制造设备领域中,龙头集中的则更加明显。集成电路设备自给率较低,进口替代空间广阔。

    2018年半导体设备在中国大陆的销售额估计为128亿美元,同比增长56%,约占全球半导体设备市场的21%,已成为仅次于韩国的全球第二大半导体设备需求市场。但是从供给端来看,根据调查数据显示,2018年国产半导体设备销售额预计为109亿元,自给率约为13%。

2013-2018年中国大陆半导体设备销售额

数据来源:公开资料整理

    中国电子专用设备数据包括集成电路、LED、面板、光伏等设备。实际上,我国LED、光伏等泛半导体设备国产化率较高,而集成电路设备国产化率更低。

    对应巨大的需求缺口,中国半导体设备进口依赖的问题突出,不断扩大的中国半导体市场规模严重依赖于进口,中国半导体产业自给率过低,进口替代的空间巨大。

国内主要半导体设备制造商及产品种类

企业
设备种类
北方华创
硅刻蚀机、PVD、氧化炉/LPCVD、ALD、清洗
机、退火炉、合金炉、单片退火
中电科装备
离子注入机、CMP
沈阳拓荆
PECVD
芯源微
均胶机(TRACK)、显影机、清洗设备
天津华海清科
CMP
上海微电子装备公司
光刻机
上海中微
介质刻蚀机
上海盛美
CMP、镀铜、清洗机
上海睿励
光学检测(OCD、膜厚)
长川科技
测试机、分选机
晶盛机电
晶体生长加工设备

数据来源:公开资料整理

    涂胶显影设备包括涂胶机、喷胶机和显影机。涂胶/显影机作为光刻机的输入(曝光前光刻胶涂覆)和输出(曝光后图形的显影),主要通过机械手使晶圆在各系统之间传输和处理,从而完成晶圆的光刻胶涂覆、固化、显影、坚膜等工艺过程,其不仅直接影响到光刻工序细微曝光图案的形成,显影工艺的图形质量对后续蚀刻和离子注入等工艺中图形转移的结果也有着深刻的影响,是集成电路制造过程中不可或缺的关键处理设备。公司生产的涂胶/显影机可与光刻机设备联机作业或者独立作业,工艺范围涵盖LED芯片制造、集成电路制造后道先进封装制程以及前道的PI、Barc、SOC、SOD、I-line、KrF、ArF等制程工艺。

    喷胶机是一种能够覆盖不规则表面晶圆的光刻胶涂覆设备,可以有效、均匀地涂覆带有沟槽图形的晶片表面。该设备主要应用于厚胶膜的涂覆工艺。独特的喷涂工艺可以处理特殊形状(如长方形、菱形等)的衬底,针对某些轻薄易碎的衬底,喷胶机在处理时也有其优势,可以保证衬底完整不碎裂。

    清洗机是将晶圆表面上产生的颗粒、有机物、自然氧化层、金属杂质等污染物去除,以获得所需洁净表面的工艺设备。从工艺应用上来说,清洗机目前已广泛应用于集成电路制造工艺中的成膜前/成膜后清洗、等离子刻蚀后清洗、离子注入后清洗、化学机械抛光后的清洗和金属沉积后清洗等各个环节。

清洗机原理示意图

数据来源:公开资料整理

    去胶机用于曝光后清除光刻胶。在半导体制造工艺中,光刻胶只是起到图形转移的媒介作用,因此在完成图形转移后,需要将光刻胶完全去除,以避免残留的光刻胶影响后续工艺质量。

去胶机原理示意图

数据来源:公开资料整理

    湿法刻蚀主要是利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。芯源微生产的单片式湿法刻蚀机,主要应用于前道晶圆加工环节中干法刻蚀后残留物的去除,以及后道先进封装环节微米级以上(大于3um)图形的转移。

湿法刻蚀原理示意图

数据来源:公开资料整理

    2019年第二季度,全球半导体销售额为982亿美元,同比下降16.8%,2019年上半年全球半导体市场销售额同比下降14.5%;预测2019年全年,全球半导体销售额将下滑13.3%。

    预测,2019年全球半导体收入为4290亿美元,同比2018年的4750亿美元下滑9.6%。

2012-2020年全球半导体行业市场销售额及增速

数据来源:公开资料整理

    2019年,全球半导体需求市场将出现下滑,其中,美国地区将下滑27.3%,欧洲地区下滑6.1%,日本地区下滑9.7%,亚太地区(除日本)将下滑9.8%。

2018-2019年全球半导体市场规模区域分布及预测

数据来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2020-2026年中国半导体封装材料行业市场供需规模及发展趋势分析报告

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