研究札记:半导体设备

肇万研究   2021-08-16 本文章423阅读

半导体设备是半导体制造的基石,贯穿整个制造过程。半导体制造过程,分为芯片设计环节、晶圆制造环节和封装测试环节。半导体制造的各个环节对设备的应用是不一样的,其中芯片设计环节所用设备不多,芯片制造和芯片封测环节是主要的设备应用环节,制造设备投资一般占集成电路制造领域资本性支出的70%-80%。


  • IC设计是将客户需求转换成可行的逻辑电路、并最终刻画在光掩膜板上的过程,主要包括:逻辑设计、物理设计和光罩制作。逻辑设计和物理设计主要通过计算机生成,光罩制作是将电路版图刻画到光掩膜板上,所以光罩制作环节需要用到半导体设备,即掩膜制版机。


  • 晶圆制造是将光罩上的电路图刻蚀到硅晶圆上,是半导体的前道生产工序。主要包括氧化、镀膜、光刻、刻蚀、离子注入、CMP曝光、清洗等几大工艺,涉及到的设备包括:氧化炉、CVD/PVD设备、光刻机、刻蚀机、离子注入机以及CMP抛光设备和清洗机等。


  • 封装测试是半导体的后道生产工序。主要包含背面减薄、贴膜、划片、装片、键合、塑封、电镀、退货、切筋成型和测试打印10个工序,涉及到的设备主要有划片机、贴膜机、引线机、键合机、检测设备等。


刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备是集成电路前道生产工艺中最重要的三类设备。晶圆制造设备分为氧化炉、薄膜沉积设备、光刻机、刻蚀设备、离子注入机、检测设备等,合计约占设备投资总额的80%。根据Gartner 分析,按全球晶圆制造设备销售金额占比类推,刻蚀设备(包含清洗设备)、光刻设备、薄膜沉积分别占晶圆制造设备价值量约28%、20%和20%。



中国大陆半导体设备市场规模加速增长目前已成为全球最大的半导体设备销售市场2020年,全球半导体设备市场规模达711.9亿元,其中,中国半导体设备市场销售额达187.2亿美元,占全球设备市场份额从2013年的10.69%上升至26.30%。根据SEMI数据,至2021年,中国半导体设备销售额预计为2161亿元;其中,中国大陆销售额预计为1151亿元、中国台湾销售额预计为1010亿元。国内巨大的市场需求为国产设备提供了发展机会。



全球半导体设备行业呈高度垄断的竞争格局,以国外厂商为主导。 半导体设备行业有较高的资金、技术壁垒,从目前的竞争格局来看,国外化工龙头企业长期以来处于垄断地位。根据 VLSI Research 统计,全球前五大半导体设备制造厂商,占据了全球半导体设备市场 64.77%的市场份额。阿斯麦在光刻机设备方面形成寡头垄断;应用材料、东京电子和泛林半导体是提供等离子体刻蚀和薄膜沉积等工艺设备的三强;科天半导体是检测设备的龙头企业。

目前中国半导体设备的自给率低,整体国产化率仅12%,其中,前道设备中含金量最高的关键九类设备的国产化率不到10%,甚至在高端工艺中的国产化率近乎为0,国产化能力亟待提升。


全球晶圆厂扩产,半导体设备需求规模上升。根据SEMI数据,近两年全球预计建设29座晶圆厂,其中中国大陆8座、中国台湾8座。从产能来看,12寸厂22座、4/6/8寸厂共7座,新增产能折合8寸约为260万/月。

国产替代趋势叠加晶圆厂扩产,国产半导体设备商还有很大的增长空间。

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