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消費(fèi)需求占全球44%,中國(guó)大陸成晶圓建廠熱地
關(guān)鍵字: 晶圓半導(dǎo)體中國(guó)市場(chǎng)晶圓生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)自“格隆匯”APP4月26日文章
編者按:當(dāng)前,中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入調(diào)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型關(guān)鍵期,過去的鋼筋水泥無法帶來自主產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)權(quán),中興缺芯之痛,讓國(guó)人不禁唏噓,偌大的國(guó)家,居然連所有人都在使用的芯片都造不出來。與近鄰韓國(guó)相比,我們?cè)诎雽?dǎo)體行業(yè)落后了30年,80年代的韓國(guó)重金砸研發(fā),搞出了存儲(chǔ)器芯片,這兩年經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇,存儲(chǔ)器芯片價(jià)格翻番漲,韓國(guó)人從我們身上賺取了百億美金利潤(rùn),還有高通、博通、英特爾他們。每年,我們進(jìn)口的芯片價(jià)值2000億美金,和進(jìn)口石油的規(guī)模差不多,這每年的2000億美金進(jìn)口額,是中國(guó)現(xiàn)代化的恥辱,是我們“鋼筋水泥”粗放式發(fā)展的帶來的苦果。
慶幸,政府與產(chǎn)業(yè)界人士已然決心改變現(xiàn)狀。大基金二期已經(jīng)成立,國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正煥發(fā)出從未有之勃勃生機(jī)。半導(dǎo)體領(lǐng)域的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)正如火如荼展開,是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。
值難得的歷史性投資機(jī)遇之際,有幸與各位分享半導(dǎo)體的“那點(diǎn)事”。
根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2018 年我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)、制造業(yè)以及封測(cè)業(yè)都實(shí)現(xiàn)了快速的增長(zhǎng)。全行業(yè)合計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售收入6,531.4 億元,同比增長(zhǎng)20.69%。其中制造業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入 1,818.2 億元,同比增長(zhǎng)25.56%,半導(dǎo)體制造業(yè)占我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的比例已經(jīng)達(dá)到27.84%。
提到代工,就不能不提及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料晶圓。
晶圓:芯片的基石
在早期的19世紀(jì)60年代,半導(dǎo)體公司都是采用IDM模型,其中涵蓋設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試所有的芯片生產(chǎn)流程。
隨著技術(shù)的不斷升級(jí)和整體產(chǎn)線建設(shè)的成本不斷提升,整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始向著垂直分工模式發(fā)展。也就是半導(dǎo)體公司不再涵蓋所有的芯片制造環(huán)節(jié),逐步分離出專注于半導(dǎo)體制造各個(gè)環(huán)節(jié)的公司。隨之而來的誕生出各類fabless、foundry和封測(cè)公司等。
從整個(gè)半導(dǎo)體制作的核心產(chǎn)業(yè)鏈來看的話。其中晶圓制造環(huán)節(jié)的收入占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈整體銷量的的51%左右,其附加值遠(yuǎn)超過了其他兩個(gè)環(huán)節(jié)。
“點(diǎn)沙成金”的晶圓代工
晶圓廠就是從事將沙子原料(石英)轉(zhuǎn)化成“芯片”的點(diǎn)金工作。在接受到芯片設(shè)計(jì)廠商的訂單后,首先需要將晶圓給制作出來,其次還需要按照設(shè)計(jì)圖的要求,通過光刻等一系列的操作將其制作成最終的芯片。其整體的制作時(shí)間長(zhǎng),工藝復(fù)雜,生產(chǎn)過程不能收到任何差錯(cuò)。所以只要在集成電路生產(chǎn)的地方發(fā)生小小的地震對(duì)于整體生產(chǎn)線的影響是非常之大的。
總體上晶圓代工廠商主要負(fù)責(zé)兩大塊:
1)晶圓(Wafer)的制作:
芯片設(shè)計(jì)師類似于房屋設(shè)計(jì)師,將電路設(shè)計(jì)圖交由建筑工人將房子蓋出來。而蓋房子需要地基,制作芯片同樣需要晶圓,用來安置所有電子元件的基板就是晶圓(Wafer)。
晶圓的制作可以想象成部隊(duì)的練兵,將沙子中的多晶硅通過一系列殘酷嚴(yán)格的訓(xùn)練,最終得到高純度99.9999%的單晶硅。具體的技術(shù)方法如下:
在得到高純度的單晶硅后,晶圓廠會(huì)使用切割工具,將晶柱切成一片片的薄片,宛如薄薄的火腿片一樣,再經(jīng)過拋光后,就變成了晶圓(Wafer),也就是晶片的基板。
8英寸(200mm)和12英寸(300mm)所對(duì)應(yīng)的就是高純度單晶硅切成薄片后的晶圓直徑。而從面積大小上看,12英寸相比8英寸可以使用的面積更大,使用效率幾乎提升了2.5倍左右。但生產(chǎn)更大尺寸的晶圓,制造的難度與晶圓的大小也是成正向相關(guān)的。
2)光罩制作 (光蝕刻與微影成像):
在完成了晶圓制造之后,還需要進(jìn)行下一輪的關(guān)鍵制造。在藍(lán)色晶圓部分上面搭建電路結(jié)構(gòu),這就像在地基上面搭建房屋一樣,通過金屬濺鍍、涂布光阻、蝕刻技術(shù)和光阻去除等一層層的搭建起來。
種種的技術(shù)疊加在一起,理解起來有點(diǎn)困難。其實(shí)之前有看過一種通俗的解釋比較好,就相當(dāng)于你拿著噴漆,覆蓋不同形狀的硬紙板在晶圓上,一層一層將噴涂在晶圓上,搭建一層又一層的電路。然后在噴涂的過程中,通過各種方法,消除多余的漆,最后留下需要的部分,最終切割形成芯片。
龍頭占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)
晶圓代工的銷量每年仍然呈現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)步上升的態(tài)勢(shì),2018年全球晶圓代工行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模710億美金,其中純晶圓代工產(chǎn)值576億美金,IDM晶圓代工產(chǎn)值134億美金,其中純晶圓代工占比已經(jīng)全球晶圓銷量的80%,純晶圓代工仍然為市場(chǎng)主流的晶圓制造方式。
就像芯片制程的發(fā)展一樣,隨著芯片向著更小的7nm進(jìn)階,建設(shè)每條晶圓長(zhǎng)線將耗費(fèi)十億至百億美金的投入 ,晶圓代工的現(xiàn)代制程已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)資本和技術(shù)雙重密集型的時(shí)代,純晶圓代工未來仍然是主流的發(fā)展方向。
2018年大陸半導(dǎo)體市場(chǎng)為1,550億美元,而產(chǎn)出為238億美元, IC自給率為15.3%,高于2013年前的12.6%。可以說的是中國(guó)的IC整體自供率而且,預(yù)測(cè)到了2023年之時(shí),這一比率將提升至20.5%。相比于中國(guó)作為半導(dǎo)體最大的市場(chǎng)來說,IC整體的自供率還是處于較低的水平。
中國(guó)晶圓代工市場(chǎng)增速一枝獨(dú)秀,正在加速進(jìn)行追趕。2018年中國(guó)純晶圓代工需求增長(zhǎng)41%,中國(guó)在純晶圓代工的市場(chǎng)份額也從17年的14%增長(zhǎng)到了19%,可以看出中國(guó)半導(dǎo)體晶圓市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度超過了世界上任何其他地區(qū),并且政府也在繼續(xù)高速推進(jìn)IC設(shè)計(jì)發(fā)展計(jì)劃,以支持國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
中國(guó)大陸成為全球晶圓建廠熱地。
中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值占全球的比例只有20%(包括外資在華產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)),本土企業(yè)占比僅11%,而中國(guó)的消費(fèi)需求占全球的比重是44%。因此,在國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)口機(jī)遇下,中國(guó)大陸迎來建廠高潮。
2017年到2020年的四年間,全球預(yù)計(jì)新建62條晶圓加工產(chǎn)線,其中中國(guó)大陸將新建26座新晶圓廠,成為全球新建晶圓廠最積極的地區(qū),整個(gè)投資計(jì)劃占全球新建晶圓廠的42%,成為全球新建投資最大的地區(qū)。
國(guó)內(nèi)晶圓廠規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)一覽:
如果我們從晶圓代工廠總部所在地區(qū)來看的話,其實(shí)大陸市場(chǎng)還有這較長(zhǎng)的路需要穩(wěn)步前行。目前臺(tái)灣地區(qū)仍然是全球晶圓代工的主要地區(qū),臺(tái)積電占據(jù)了全球59%的市場(chǎng)份額,與臺(tái)積電的相比,中國(guó)大陸的廠商還存在著不小的差距,但未來的發(fā)展值得期待。
中芯國(guó)際:中國(guó)大陸的后起之秀
目前芯片的制程越來越小,投資額越來越高。一條14nm先進(jìn)制程的半導(dǎo)體代工廠投資額高達(dá)120-150億美元。未來5納米技術(shù)水平預(yù)計(jì)只有三星、臺(tái)積電、英特爾有能力實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),這三家企業(yè)可以承擔(dān)如此巨大的資本開支,其他企業(yè)已無力跟進(jìn),先進(jìn)制造產(chǎn)能將快速集中。
14nm的先進(jìn)制程已經(jīng)成為關(guān)鍵的賽道。在14nm的產(chǎn)線可以說是一個(gè)集資金和技術(shù)密集型的關(guān)鍵賽道,下一個(gè)技術(shù)焦點(diǎn)是10nm、7nm。這也將成為大陸廠商的市場(chǎng)機(jī)會(huì)所在。
陣營(yíng)份額分類:晶圓代工領(lǐng)域可劃分成兩大陣營(yíng),跨國(guó)企業(yè)集團(tuán)以及大陸本土業(yè)者:臺(tái)積電、聯(lián)電以及其他跨國(guó)企業(yè)均在大陸擁有晶圓廠,而GF也正在四川成都興建12英寸晶圓廠進(jìn)程中,至于中芯國(guó)際(SMIC)以及華虹半導(dǎo)體(HHGrace)等則是大陸本土的晶圓代工廠商。
從技術(shù)和制程等方面來看大陸晶圓代工廠商。中芯國(guó)際是世界領(lǐng)先的集成電路晶圓代工企業(yè)之一,已經(jīng)成為晶圓代工第二梯隊(duì)的領(lǐng)頭羊企業(yè),能夠提供0.35微米到28納米不同技術(shù)節(jié)點(diǎn)的晶圓代工與技術(shù)服務(wù),并且14nm已經(jīng)開始進(jìn)入到客戶的驗(yàn)證階段。
中芯國(guó)際14納米技術(shù)研發(fā)已經(jīng)到達(dá)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),良率達(dá)95%。截至2017年,中芯國(guó)際是FinFET相關(guān)技術(shù)專利的全球五大專利權(quán)受讓人之一,16/14納米關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)FinFET專利申請(qǐng)數(shù)量位列全球第五,對(duì)FinFET技術(shù)有充足的積累。各項(xiàng)先進(jìn)制程也在不斷的追趕當(dāng)中。
結(jié)語
獨(dú)立掌握半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)命運(yùn),不僅事關(guān)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展,還事關(guān)產(chǎn)業(yè)安全,沒有本土自產(chǎn)的芯片,科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的命運(yùn)就會(huì)被外方掐住,對(duì)國(guó)力的提升,人民收入水平的提高構(gòu)成重大威脅。我們期待著中國(guó)大陸可比肩臺(tái)積電的龍頭早日成功,雖前路艱難曲折,但舉國(guó)之力,科創(chuàng)板的大力發(fā)展,必將加速我國(guó)半導(dǎo)體制造業(yè)的發(fā)展。
- 原標(biāo)題:半導(dǎo)體制造,國(guó)產(chǎn)化如火如荼
- 責(zé)任編輯:連政
- 最后更新: 2019-04-27 11:27:43
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