时间表!中国芯片去美化产业链形成在即

我国的半导体产业正处于高速发展阶段,每个细分领域都有龙头企业在卡位研发,技术的进步日新月异。就今年的业界推进情况来看,几乎所有环节(除了光刻机),都已经有28nm技术的国产设备和材料处于生产线验证阶段。

来源:君临研究中心

中芯国际最终还是被美帝盯上了。

其实,在国内做科技产业的,都应该明白——

在当前的形势下,任何一家做出点成绩的公司,最终都将光荣的上美帝的黑名单。

只是时间的早晚而已。

中国的科技产业,终归是要建立起来一条完全去美化的芯片产业链,才是最终的出路。

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先下结论。

本次中芯黑名单事件,跟过去的一样,要二分来看。

1)对中下游的手机品牌商和芯片制造厂,短期是风险,长期是机会。

2)对于上游的设备厂和材料厂则是空前的机会,短期是机会,长期是更大的机会。

首先,由于中高端业务缺乏技术配套,短期内不能做了,手机品牌商和芯片制造厂在全球市场的竞争力无可避免会下降,导致份额的减少,股价的下滑。

但中芯们也不会坐以待毙。

可以参考屏幕制造商们(京东方、TCL华星光电)的竞争策略——

加大对低端业务的资本开支,依靠价格战抢夺市场份额,并通过规模优势形成挤压效应,逐渐垄断低端业务。

低端芯片业务,指的是制程较为成熟的晶圆产线,毛利率虽然不如台积电垄断的高端业务,但市场规模仍然相当大。

以下图为例,2019年全球晶圆代工行业产能分布,40nm以上的成熟制程占了总产能的78%。

除了台积电和三星以外,目前其它的晶圆制造厂都是以成熟制程为主。

由于技术门槛相对较低,市场被格芯、联电、中芯、华虹、力晶、高塔、世界先进等七八家公司分食。

这个市场格局跟2016年前后,LCD电视面板市场的格局类似。

当时,面板市场的高端领域,AMOLED为三星一家独大。

这跟台积电垄断高端芯片制造的情形如出一辙。

而在低端的LCD面板,群雄激战,LGD第一(20.6%),三星第二(18.3%),台湾的群创第三(16.3%),京东方仅仅排名第四(15.4%),TCL的华星光电排名第五(12.7%)。

经过四年惨烈的价格战,所有日韩的制造商们都在巨大的亏损压力下,被迫退出了市场。

京东方和TCL分别跃居第一和第二。

随着价格战结束,行业蛋糕集中到头部企业手中,利润率开始回升。

在稳定的现金流支撑下,本土龙头们将可以逐渐集中精力,发动对高端业务的挑战。

我们国家虽然拥有体制支持,A股的融资成本也便宜,但对于企业来说,长久之计依然是拥有一个现金奶牛业务的支撑。

可以预计,中芯国际一旦向上突破的雄心受挫,短期的战略将必然转向对低端芯片市场的整合。

高筑墙,广积粮,缓称王。

这就是中芯国际,以及中国的科技产业龙头们应该做的。

当然,在战略重心转向低端市场整合的过程中,也需要对高端技术保持一定的跟进。

就如京东方,虽然这五年的重心是低端的LCD面板市场,但同时也维持了对OLED面板的技术攻关。

所谓研发创新,终究是“钱+人才+时间”三位一体的较量。

当钱到位了,人才也充沛了,接下来就是保持对时间的耐心等待。

相对于中下游品牌商和制造厂的短期风险,黑名单对本土的上游设备厂和材料厂则是空前的利好。

短期是机会,长期是更大的机会。

第一,国内产业链对设备和材料将形成强烈的饥渴,几乎不用担心销量问题,天花板完全被打开。

第二,需求+融资+政策+人才全部到位,成长环境前所未有的好。

需要的,同样只是时间。

7月中芯国际科创板上市的时候,大量的机构和战略投资者参与,其中29个战略投资者获配8.4281亿股,占总发售量的一半。

这群战略投资者里,除了国家大基金二期、上海集成电路产业投资基金等著名的产业基金外,还有一个特殊的战投者:青岛聚源芯星股权投资合伙企业。

这个企业是14家A股半导体公司出资成立的,注册于青岛,是这次中芯国际科创板上市第三大出资人,出资额高达22亿。

14家公司包括——

材料公司:上海新阳(供应湿电子化学品)、沪硅产业(供应大硅片)、中环股份(供应大硅片)、安集科技(供应抛光液)、江丰电子(供应溅射靶材);

设备公司:中微公司(供应刻蚀机)、盛美股份(即将科创板上市,供应清洗设备)、徕木股份(供应连接器)、至纯科技(供应清洗设备);

IC设计公司:澜起科技、韦尔股份、汇顶科技、聚辰股份、全志科技。

观乎这份战投股东名单,有没有一种中国芯片产业同仇敌忾,抱团发展的即视感?!

2

踏实基础之后,下一步就是尽快打造出一条较为先进的芯片供应链。

如何定义先进?

现阶段谈5nm、7nm,甚至14nm,都有点不太现实。

28nm还是可以触摸到的。

首先,大家千万别轻视28nm技术,这是当下成熟制程与先进制程的分界点。

虽然比台积电的5nm技术差距甚大,但一旦完全掌握了28nm技术,就意味着市场上绝大部分的芯片需求,我们都不会被卡脖子了。

目前的芯片种类里,除了对功耗要求比较高的CPU,GPU,AI芯片外,其余的工业级芯片其实都是用的28nm以上的技术。

比如电视、空调、汽车、高铁、火箭、卫星、工业机器人、电梯、医疗设备、智能手环、无人机等等,这些驱动芯片的工艺,都是28nm以上的技术。

即使是掌握了最高端技术的台积电,营收中的一半都是来自28nm以上的制程。

所以,能够完全掌控28nm技术,也是一个了不起的进步。

其次,目前不仅中芯国际已经掌握了28nm的量产能力,华虹半导体也在2018年实现了28nm芯片的量产,就量产运营能力而言,我国是有足够储备的。

现在,就看芯片上游的设备和材料,什么时候能够补齐短板了。

接下来,君临将分别从设备和材料两个环节,跟大家分析一下我国芯片供应链的发展水平。

PART ONE 设备端

硅片设备-热处理设备-光刻设备-刻蚀设备-离子注入设备-薄膜沉积设备-抛光设备-清洗设备-检测设备

PART TWO 材料端

硅片-电子特种气体-光刻胶-抛光材料-高纯湿电子化学品-靶材

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PART ONE 设备端

1)硅片设备

制作硅片,是芯片生产的第一道环节,硅单晶炉是制作硅片的主要装置。

晶盛机电是该领域龙头,承担过2项国家科技重大专项,硅单晶炉技术领先,国内高端市场占有率第一。

2019 年公司实现营收 31.09 亿元,其中单晶炉实现营收21.73 亿元,占比近 70%,毛利 8.29 亿元,占比 74.93%。

中环股份、沪硅产业、有研硅股等硅片企业都是其客户。

今年上半年,公司完成了8英寸硬轴直拉硅单晶炉、6 英寸碳化硅单晶炉外延设备的开发。

其中碳化硅单晶炉已经交付客户使用,外延设备、抛光设备完成技术验证,12英寸半导体单晶炉已经在国内知名客户中产业化应用。

此外,公司增加了半导体抛光液、阀门、磁流体部件、16-32 英寸坩埚等新产品的研发和市场开拓力度,产业链配套优势逐步显现。

晶盛机电早年从光伏设备行业起步,逐步进入半导体设备领域,如今又从单一的硅单晶炉设备,向切片、抛光、外延设备等拓展,甚至研发出了第三代碳化硅半导体设备。

小结:技术上完全没问题。

2)热处理设备

热处理设备包括卧式炉、立式炉和快速升温炉(RTP)等,主要是对硅片进行氧化、扩散、退火等工艺处理。

北方华创是该领域龙头,在热处理设备的各个细分领域均有成熟的产品线。

今年上半年,公司在长江存储获得 3 台硅刻蚀、3 台 PVD、2 台炉管及 5 台退火设备订单,其中硅刻蚀设备市占率达 27%。

同时在华虹系获得 3 台硅刻蚀、1 台 PVD 及 2 台退火设备订单;在积塔半导体获得 2 台刻蚀、4 台氧化设备及 1 台退火设备订单。

北方华创不仅是热处理设备的龙头,还是光伏、锂电、半导体的硅刻蚀、薄膜沉积、清洗设备,甚至第三代碳化硅半导体设备的龙头之一。

今年上半年,公司的碳化硅(SiC)长晶炉、刻蚀机、PVD、PECVD 等第三代半导体设备开始批量供应市场;

12 寸硅刻蚀机、金属 PVD、立式氧化/退火炉、湿法清洗机等多款高端半导体设备也相继进入量产阶段,研发成果有种下饺子的感觉。

小结:技术上完全没问题。

3)光刻设备

光刻是晶圆生产的核心环节,包括光刻机和涂胶显影机。

我国的光刻机技术比较落后,最先进的上海微电子也只能量产90nm的沉浸式光刻机。

据报道,上海微电子将在2021年完成首台28nm国产光刻机的交付。

为了加快我国光刻机技术的进步,各方群策群力。

据悉,张江高科参与了上海微电子的A轮融资,投资成本为2.23亿元。

业内预测,考虑在不同市值和不同IPO摊薄比例的情景下,张江高科有望获得26.6亿元到54.9亿元之间的税后投资收益(所得税率按25%)。

对我国光刻机技术形成瓶颈制约的,主要是光学精密元器件的落后。

该领域的龙头是茂莱光学,目前已获科创板IPO受理,主要产品包括精密光学器件、高端光学镜头和先进光学系统三大类业务,覆盖深紫外DUV、可见光到远红外全谱段。

茂莱光学是上海微电子的核心供应商之一,2017-2019年,茂莱光学实现营业收入分别为1.52亿元、1.84亿元及2.22亿元,复合增长率达20.82%。

根据招股书,2019年公司实现了大视场大数值孔径显微物镜系列产品、高精度快速半导体制造工艺缺陷检测光学系统的量产。

同时,也在不断突破紫外光学的加工和镀膜、大口径高精度透镜加工等各类技术,推进大口径干涉系统、光刻机光学系统、车载激光雷达等高端镜头和系统的国产化研发。

除了在半导体业务的开拓,公司在AR/VR、自动驾驶等领域,也成功进入了微软、脸谱、谷歌旗下自动驾驶平台的供应链体系。

在涂胶显影机领域,芯源微是行业龙头。

在国内的涂胶显影设备市场上,日本东京电子垄断了90%的份额,芯源微的市占率为5%左右,是我国唯一能突破28nm技术的公司。

公司自2018年实现量产突破,前道 I-line 涂胶显影机在长江存储上线进行了工艺验证,前道 Barc(抗反射层)涂胶设备在上海华力通过了验证。

2019年又陆续获得了青岛芯恩、上海积塔、中芯国际、昆明京东方、厦门士兰等多个客户的设备订单,截至目前已累计销售 800 余台套。

近年公司也开始切入湿法清洗设备领域,跟盛美股份,至纯科技和北方华创等展开竞争。

小结:光刻机是主要瓶颈,茂莱光学的深紫外DUV光学技术正在研发中。

4)刻蚀设备

刻蚀是硅片进行光刻之后最重要的流程,包括硅刻蚀、金属刻蚀和介质刻蚀设备等。

目前,我国的刻蚀设备是比较先进的,中微公司的第二代电介质刻蚀设备已广泛应用于28到7nm后段制程以及10nm前段制程,北方华创的硅刻蚀机也在14nm工艺上取得了重大进展。

中微公司是该领域的龙头,2020 年上半年公司实现营业收入 9.78 亿元,同比增 22.14%,实现归母净利润 1.19 亿元,同比增 291.98%。

其中,刻蚀设备营收约 6.13 亿元,同比增长约72.53%,在整体营收中占比超过一半。

公司是国内半导体设备研发投入强度最大的公司之一,最新定增融资约100亿元,用于研发7nm 以下制程的 CCP 刻蚀设备、介质刻蚀设备、高端 MEMS 等离子体刻蚀设备、先进3nm技术的多晶硅刻蚀、3D NAND 多层台阶刻蚀、ALE 原子层刻蚀设备、CVD 设备等。

小结:技术上完全没问题。

5)离子注入设备

硅片刻蚀后,需要将一些特殊的杂质离子注入到硅衬底去,这就是离子注入机。

离子注入机是半导体晶圆制造设备中,难度和单价仅次于光刻机的关键设备,此前由美国AMAT 和 Axcelis 两大公司垄断约 70%份额。

我国该领域的龙头是万业企业旗下的凯世通,背后大股东是上海浦东科技投资公司,我国顶级的科技创投势力之一。

凯世通2009年成立,早期主要从事光伏行业的离子注入设备研发,出货量排名世界第一。

近两年,公司开始切入半导体领域,全力推进“高能离子注入机关键技术研究及样机验证”的研发工作。

2019年,凯世通的晶圆离子注入机已获得国内12英寸晶圆厂和主流存储器芯片厂的产线验证,产品在束流强度指标上表现优秀。

另外,中国电子科技集团旗下的电科装备也已经研制出了大束流28nm高能离子注入机,并在中芯国际12英寸生产线现场进行使用。

小结:技术上完全没问题。

6)薄膜沉积设备

薄膜沉积工艺,分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和外延三大类。

北方华创的PVD设备已经用于28nm生产线中,14nm工艺设备也已实现重大进展。

沈阳拓荆的PECVD设备已在中芯国际40-28nm产线使用,ALD设备也在14nm工艺产线通过验证。

小结:技术上完全没问题。

7)抛光设备

晶圆制造的后期,需要对硅片表面进行平坦化处理,这就用到了抛光机。

该领域的龙头是华海清科,目前处于科创板上市辅导中。

华海清科成立于2013年,实际控制人为清华大学,核心团队成员来自清华大学摩擦学国家重点实验室。

根据中国国际招标网的信息,今年上半年,华海清科在华虹半导体(无锡)项目获得3台CMP,累计获得5台CMP订单,在该产线的CMP 市占率是38%。

此外,华海清科还中标上海新昇1台CMP设备,在长江存储的CMP设备份额为14.9%。

华海清科还参与了国家02专项项目——“28-14nm抛光设备及工艺、配套材料产业化”项目,是我国在抛光设备领域的领军企业。

小结:技术上完全没问题。

8)清洗设备

几乎所有工艺流程都需要清洗环节,这就用到了清洗设备。

盛美半导体是该领域的龙头,目前科创板上市申请已获受理,并已在2017年美国纳斯达克上市。

在国内的国产清洗设备市场中,盛美占据80%左右的市场份额,其余20%则由北方华创、芯源微和至纯科技三家公司瓜分。

除了盛美,北方华创的清洗设备也能满足28nm技术节点的需求。

作为行业龙头,盛美半导体在2009年就研发出了第一款兆声波清洗技术SAPS,并进入到SK海力士的无锡生产线。

此后,陆续研发出了TEBO、Tahoe等全球领先的半导体清洗技术,技术节点正向5nm、3nm等先进制程工艺不断突破。

公司的前五大客户分别是长江存储、华虹集团、海力士、长电科技和中芯国际。

小结:技术上完全没问题。

9)检测设备

测试设备包括工艺检测设备、硅片测试设备和晶圆中测设备等,晶圆中测设备又包括探针卡、探针台和测试机等,种类繁多。

该领域的龙头是赛腾股份,公司通过收购日本Optima进入半导体检测设备领域,客户包括了三星、SK 海力士、台积电等顶级大厂。

目前世界芯片检测设备由美国科磊、应用材料、日本日立三家公司垄断,合计市占率高达75%。

我国的国产化率在5%以下,赛腾股份瞅准机会,2019年9月以1.6亿元收购了日本Optima株式会社67.53%股份。

Optima的规模虽然不大,2018年实现收入1.79亿元、净利润3070.55万元。

但由于发展时间较早,在晶圆边缘检测、晶圆正面/背面检测、宏观检测、针孔检测等晶圆缺陷检测设备上有成熟的产品线,技术储备对国内来说是稀缺的。

通过母公司的穿针引线,目前其设备正陆续进入到国内的半导体产线中。

截至2020年上半年,Optima的主要国内客户包括上海新昇、中环半导体、西安奕斯伟硅片等。

小结:技术上完全没问题。

4

PART TWO 材料端

1)硅片

硅片是制作芯片的基底,也是占半导体材料市场比重最大的环节。

在国际市场上,日本的信越化学、住友胜高、德国的世创、台湾的环球晶圆为全球四大龙头,市场合计占比80%以上。

我国的龙头是沪硅产业、中环股份,虽然规模尚小,但12英寸大硅片已完全能满足28nm技术需求。

其中以沪硅产业规模最大,目前已完成了上海新晟、新傲科技、Okmetic三大子公司布局,产品覆盖中芯国际、台积电等知名企业,预计2021-2022年12英寸大硅片产能可达60万片\月。

在新产品的研发方面,目前公司已开展“20-14nm”的国家02 专项研发进度,正在认证或研发过程中的产品规格超过 30 种,包括应用于 14nm 逻辑芯片、19nm DRAM 芯片及 128 层 3D NAND 产品等。

今年上半年的营收增长为 30.53%,亏损主要是由于产能扩张仍处于早期阶段的原因,未来随着规模效应的实现,盈利问题不大。

小结:技术上完全没问题。

2)电子特种气体

半导体生产中几乎每个环节都要用到电子特气,因此被称为半导体制造的“血液”和“粮食”。

电子特气的纯度直接决定了产品的性能、集成度和成品率,这是仅次于硅片的第二大晶圆制造材料。

国际市场上,美国空气化工、普莱克斯、德国林德、法国液化空气、日本大阳日酸等五大公司控制着全球90%以上的市场份额,形成寡头垄断的局面。

在国内市场,虽然国产化率还不高,但国产替代速度是比较快的,本土具有竞争力的企业包括华特气体、南大光电、昊华科技、雅克科技、金宏气体等。

目前,华特气体的部分产品已批量供应7nm、14nm等晶圆产线,部分氟碳类产品已被台积电7nm以下工艺使用。

公司研发出的20种进口替代产品已实现规模化生产,其中Ar/F/Ne混合气、Kr/Ne混合气、Ar/Ne混合气、Kr/F/Ne混合气4种光刻气产品2017年在国内市场占有率位居第一,高达60%。

华特气体也通过了全球最大光刻机供应商ASML公司的产品认证,并为中芯国际、华虹宏力等一线企业供货。

相对来说,南大光电的产品以磷烷、砷烷等混合气体为主,市场集中在LED、面板等行业,半导体特种气体仍处于开拓阶段。

昊华科技的产品以含氟电子气体(三氟化氮、六氟化硫)为主,市场集中在电力、军工、光伏领域,半导体特种气体仍处于开拓阶段。

雅克科技通过收购成都科美特切入氟碳类气体行业,市场集中在电力行业,并小规模为台积电、美国intel、美国TI等企业供货。

小结:技术上完全没问题。

3)光刻胶

光刻胶是配套光刻机使用的特殊材料,市场规模不大,却是摩尔定律得以不断推进的关键材料之一。

国际市场上,光刻胶由日本的TOK、JSR、富士胶片、信越化学、住友化学,美国的陶氏化学等六大公司垄断。

国内的光刻胶企业包括北京科华、上海新阳、晶瑞股份、南大光电、苏州瑞红、恒坤股份等,目前技术进步很快,处于你追我赶的阶段。

本土龙头是北京科华,这是国内目前唯一能匹配荷兰ASML光刻机产线供货的光刻胶公司,彤程新材通过受让北京科华 33.70%的股权为其第一大股东。

科华的光刻胶产品涵盖KrF、I-line、G-line、紫外宽谱等各细分领域,客户包括中芯国际、华润上华、杭州士兰、吉林华微电子、三安光电、华灿光电、德豪光电等。

另外,上海新阳也在 IC 制造用 ArF 干法、KrF 厚膜胶、I 线等高端光刻胶领域取得重大突破,在建的19000吨/年ArF(干法)光刻胶项目预计2022年达产。

晶瑞股份的i 线光刻胶已取得了中芯国际天津、扬杰科技的供货订单,在上海中芯、深圳中芯、吉林华微等大厂进行测试;KrF 光刻胶完成中试验证。

小结:技术上问题不大,过1-2年将可实现28nm产线的落地。

4)CMP 抛光材料

抛光液和抛光垫是配合抛光设备使用的,是CMP抛光工艺的关键材料。

国际市场上,抛光垫由美国陶氏化学(约80%份额)、美国卡博特、日本东丽等三家公司垄断,抛光液由美国的卡博特(约36%份额)、陶氏杜邦、VSM、日本日立、富士美等五家公司垄断。

都是被美国、日本两国的少数几个企业把持,主要是由于市场规模不大,技术门槛高,并且晶圆厂为了生产质量的稳定,不愿意轻易更换供应商。

结果就是行业格局的高度集中,新进入者难以找到发展的机会。

抛光液领域的龙头是安集科技,产品已在14nm技术的芯片产线实现规模化应用,10-7nm技术节点正在研发中,中芯国际、长江存储、台积电、三安光电均为公司客户。

公司目前拥有抛光液总产能13314.34吨/年,在建产能16100吨/年,在抛光液中使用的CeO2磨料的专利数量位居全球第一。

公司 2020 年上半年营业收入为 1.92 亿元,同比增长 48.56%,发展迅猛。

抛光垫领域的龙头是鼎龙股份,2020年上半年抛光垫营收 0.21 亿元,同比增加 2145.96%,开始进入早期放量阶段。

公司上半年在国内多个晶圆厂长江存储、武汉新芯、中芯国际、合肥长鑫等取得重大进展,抛光垫产品已获得大客户的量产验证。

就技术而言,2020 年上半年推出了DH3110/DH3310 等应用于先进制程的产品,匹配于28nm 技术节点的抛光垫产品已经成熟,研发进度已推进到 14nm 阶段。

小结:技术上完全没问题。

5)高纯湿电子化学品

超净高纯试剂是指主体成分纯度高于99.99%的化学试剂,主要用于芯片的清洗、蚀刻等制造领域。

这个领域的集中度相对较低,欧美、日韩、台湾、中国大陆都有企业能够生产,我国的主要厂家包括上海新阳、晶瑞股份、江化微、浙江凯圣和江阴润玛等。

其中,龙头是上海新阳,其超纯电镀硫酸铜电镀液已成功进入中芯国际、海力士的28nm工艺制造过程。

晶瑞股份也是重要的供应商,超纯双氧水、超纯氨水及在建的高纯硫酸等主导产品已达到G5等级,其它高纯化学品均普遍在G3、G4等级。

小结:技术上完全没问题。

6)靶材

在晶圆制造和测试封装两个环节需要使用靶材,目前芯片工艺中,45-28nm主要使用纯铜铝和铜锰合金靶材。

当芯片制程在20nm以下,尤其是小于7nm时,钴靶材在填满能力、抗阻力和可靠度三方面优势明显。

国际市场上,日本的日矿金属、东曹和美国的霍尼韦尔、普莱克斯四家企业占据80%的份额。

国内企业主要有阿石创、隆华科技、有研新材和江丰电子等。

其中,阿石创、隆华科技产品主要用于面板、触控,江丰电子产品在半导体、太阳能光伏和面板领域均有覆盖,有研新材主要生产半导体靶材。

龙头是江丰电子,目前已可量产用于90-7nm半导体芯片的钽、铜、钛、铝靶材,其中钽靶材在台积电7nm芯片中已量产,5nm技术节点产品也已进入验证阶段。

有研新材的靶材营收规模不及江丰电子,但也能生产8-12英寸的铝、钛、铜、钴、钽半导体用靶材,客户覆盖中芯国际、台积电、联电等芯片企业。

小结:技术上完全没问题。

5

总结

我国的半导体产业正处于高速发展阶段,每个细分领域都有龙头企业在卡位研发,技术的进步日新月异。

许多环节,虽然媒体上都表示技术难度很大,大部分市场被跨国巨头垄断,国产化率很低。

但实际上,就今年的业界推进情况来看,几乎所有环节(除了光刻机),都已经有28nm技术的国产设备和材料处于生产线验证阶段。

目前的瓶颈,主要就在光刻机。

光刻机由于只有上海微电子一家在做,进度较慢,不过其也预告将在2021年完成首台28nm国产光刻机的交付。

相信通过1-2年左右的努力,我国完成一条28nm的芯片去美化产业链是完全可以实现的。

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