中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)如何加速國產(chǎn)化

宋旭軍 葉楠

2015年7月，中國發(fā)布《中國制造2025》行動(dòng)綱領(lǐng)，力爭通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)：

第一步，2015年-2025年，力爭用十年時(shí)間，邁入制造強(qiáng)國行列；

第二步，到2035年，制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國陣營中等水平；

第三步，新中國成立100年時(shí)，制造業(yè)大國地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國前列。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是該戰(zhàn)略里的核心產(chǎn)業(yè)。根據(jù)《中國制造2025》的規(guī)劃，2020年半導(dǎo)體核心基礎(chǔ)零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料應(yīng)實(shí)現(xiàn)40%的自主保障，2025年要達(dá)到70%。然而，截至2019年，實(shí)際國產(chǎn)化比例僅為15.7%，預(yù)測2024年才能達(dá)到 20%。

中美貿(mào)易摩擦，尤其是美國對華為和中芯國際的制裁，將造成提升國產(chǎn)化比例更為艱難，但也加強(qiáng)了中國建設(shè)自主半導(dǎo)體生態(tài)的緊迫感。好消息是，此刻正是中國投資半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而調(diào)整中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的好時(shí)機(jī)。

半導(dǎo)體行業(yè)有一個(gè)被稱為“硅周期”的周期，每隔三到五年就會重復(fù)一次繁榮到蕭條。半導(dǎo)體市場目前正在繁榮波段。據(jù)SEMI（國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會）預(yù)測，2020年半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備市場較2019年會增長15%，增至549億美元，創(chuàng)下歷史新高。存儲芯片泡沫破滅帶來的下降行情預(yù)計(jì)在2021年見底反彈，之后以每年約5%-6%的速度增長。5G，以及新冠疫情對在線經(jīng)濟(jì)的需求都是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)下一輪增長的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

新國際形勢下，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要想加速國產(chǎn)化，需要在多個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)整之前的發(fā)展策略。

芯片代工與內(nèi)存芯片：聚焦成熟工藝，吸納高端人才

半導(dǎo)體代工和內(nèi)存芯片原本是中國期望以撬動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的兩個(gè)重要支點(diǎn)。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈包括原材料與設(shè)備、設(shè)計(jì)、制造、封測四大環(huán)節(jié)。在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域，中國已經(jīng)涌現(xiàn)了諸如華為海思等具有國際競爭力的企業(yè)，下一步的發(fā)展邏輯應(yīng)該抓住半導(dǎo)體代工，繼而帶動(dòng)更上游的原材料和設(shè)備，這也是為什么中國國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（下稱“大基金”）一期投資主要以半導(dǎo)體制造和設(shè)計(jì)為主。

但美國通過制裁中芯國際（中芯國際集成電路制造有限公司）已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了這一進(jìn)程。

中芯國際是中國大陸最大的芯片代工企業(yè)，也是中國大陸目前唯一正在研發(fā)7納米先進(jìn)制造工藝的企業(yè)，但該公司已于2020年12月18日被美國列入禁運(yùn)實(shí)體名單，10納米及以下半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)所需的特定技術(shù)與設(shè)備將禁止向其出口，以防止此類關(guān)鍵的技術(shù)用于中國的軍民融合。

中芯國際等中國芯片代工廠應(yīng)改變策略，收回此前在前沿技術(shù)的投資，穩(wěn)步提高在芯片成熟工藝代工市場的競爭力。

預(yù)計(jì)在汽車、工業(yè)和通信應(yīng)用等領(lǐng)域，對基于成熟工藝的芯片用量將大幅增長。這些行業(yè)使用的芯片并不需要采用14納米以下先進(jìn)工藝，但對高耐熱（散熱）、低延遲、低功耗、高安全性等要求很高，同樣也考驗(yàn)芯片代工廠的能力。中芯國際要想在此領(lǐng)域與臺積電等其他代工企業(yè)拉開差距，需要將已經(jīng)分配到前沿領(lǐng)域的資金撤回，轉(zhuǎn)而加強(qiáng)在成熟工藝上的投資。

雖然與代工企業(yè)無關(guān)，但是有兩個(gè)案例可供參考。

2015年，荷蘭恩智浦2015年以118億美元收購美國飛思卡爾，一躍成為全球第一大汽車半導(dǎo)體廠商，且至今仍保持著領(lǐng)先地位。另一個(gè)典型例子是瑞薩電子2017年對Intersil的收購案例。瑞薩電子在車載半導(dǎo)體和車載微電腦上具有優(yōu)勢，而Intersil則在航天、航空和軍事應(yīng)用的模擬半導(dǎo)體（特別是電壓控制）具有優(yōu)勢。瑞薩電子認(rèn)為，Intersil的能力完全可以轉(zhuǎn)移到車載領(lǐng)域。此外，電壓控制半導(dǎo)體是“匠人領(lǐng)域”，需要極強(qiáng)的專業(yè)知識和技術(shù)積累，這使得后進(jìn)者很難追趕。通過收購進(jìn)入這一領(lǐng)域，是一個(gè)非常明智的戰(zhàn)略選擇。

存儲芯片是中國另一個(gè)寄予希望的突破口。這是因?yàn)榇鎯π酒看?，每年存儲芯片出貨量占到全球芯片產(chǎn)量的三分之一，其次存儲芯片更加標(biāo)準(zhǔn)和通用，對生態(tài)要求遠(yuǎn)不如計(jì)算芯片。

但存儲芯片市場格局高度寡頭化，主要被三星、SK海力士、美光等少數(shù)幾家存儲芯片廠家所把持，中國存儲芯片的自給率不到5%。

2016年，中國三大存儲芯片廠商浮出水面，分別是清華紫光集團(tuán)出資的長江存儲科技有限責(zé)任公司（下稱“長江存儲”）、長鑫存儲技術(shù)有限公司（下稱“合肥長鑫”），福建省晉華集成電路有限公司（下稱“福建晉華”）。其中，長江存儲負(fù)責(zé)3D NAND Flash（閃存）芯片，合肥長鑫負(fù)責(zé)移動(dòng)式DRAM（內(nèi)存），福建晉華負(fù)責(zé)利基型DRAM。

截至目前，長江存儲的NAND Flash研發(fā)進(jìn)展順利。該公司在2019年實(shí)現(xiàn)64層3D NAND Flash的量產(chǎn)，正在計(jì)劃實(shí)現(xiàn)128層的量產(chǎn)；如果成功量產(chǎn)128層3D NAND Flash，該公司將在技術(shù)上與頂級廠商并駕齊驅(qū)，科爾尼預(yù)計(jì)，2021年長江存儲的市場份額將達(dá)到8%。

相比之下，DRAM芯片的進(jìn)度則有些滯后。

合肥長鑫雖然在2020年實(shí)現(xiàn)了DRAM的量產(chǎn)，但其工藝技術(shù)水平不如全球三大DRAM芯片公司（三星、美國美光、SK海力士），目前對市場影響也很小。

福建晉華采用中方出資，聯(lián)電（UMC）出技術(shù)的模式，但在2018年10月晉華被美國商務(wù)部列入禁運(yùn)實(shí)體名單，目前聯(lián)電也終止了與其的技術(shù)合作，晉華業(yè)務(wù)基本處于停滯狀態(tài)。

紫光集團(tuán)（長江存儲的母公司）日前也宣布進(jìn)軍DRAM，但由于沒有制造封裝方面的專業(yè)知識，自主研發(fā)預(yù)計(jì)需要三到五年的時(shí)間。

如上所述，中國內(nèi)存產(chǎn)業(yè)目前面臨的最大挑戰(zhàn)是如何加強(qiáng)實(shí)力。如果能夠收購全球三大DRAM公司中的任何一家，就能夠切實(shí)進(jìn)軍并掌控DRAM產(chǎn)業(yè)，但在當(dāng)前國際形勢下，此類跨國收購幾無可能。此前，紫光集團(tuán)意圖收購美光和鎧俠株式會社，并計(jì)劃出資西部數(shù)據(jù)公司，但這些計(jì)劃都因各國當(dāng)局阻撓而沒有成功。

因此，最具現(xiàn)實(shí)意義的路線是加強(qiáng)技術(shù)人才招聘，此前韓國三星就曾以高薪將日本技術(shù)人員招聘至公司，提升了整體的技術(shù)水平。

設(shè)備企業(yè)：尋找收購或合作契機(jī)

半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)大致可分為“光刻設(shè)備企業(yè)”、“鍍膜沉積/刻蝕等其他設(shè)備企業(yè)”等。這是因?yàn)樵谥饕O(shè)備中，光刻設(shè)備所需要的技術(shù)尤其特殊，全球市場上的玩家玩法也完全不同。

在國產(chǎn)光刻機(jī)領(lǐng)域中，上海微電子（上海微電子裝備集團(tuán)股份有限公司）一枝獨(dú)秀。 其產(chǎn)品主要采用ArF、KrF和i-line光源，目前只能達(dá)到90nm制程，且主要用于IC的后道封裝和面板領(lǐng)域，比最先進(jìn)一代設(shè)備落后了20年到30年，上海微電子今后要想在全球范圍內(nèi)提高自己的地位，從外部引進(jìn)技術(shù)必不可少。

例如，上海微電子可以從尼康和佳能引進(jìn)技術(shù)，具體技術(shù)引進(jìn)對象包括i-line、KrF、干法ArF和沉浸式 ArF。如果要獲取EUV（極紫外光刻）技術(shù)，則需要ASML的技術(shù)支持，但是作為全球龍頭企業(yè)的它們，無論是收購，技術(shù)合作還是人才招聘，都是極其困難的。所以可以從EUV之外的ArF設(shè)備廠商進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)和學(xué)習(xí)。

尼康在沉浸式ArF光刻設(shè)備的全球市場份額不到10%，在干法ArF光刻設(shè)備的全球市場份額約為30%，但目前，由于開發(fā)成本的縮減，相關(guān)工程師在尼康的機(jī)會也在逐步減少。佳能在i-line和KrF方面具有技術(shù)優(yōu)勢（它已經(jīng)退出了ArF之后的技術(shù)開發(fā)）。通過吸收這兩家公司的技術(shù)和人才，可以獲取從i-line到沉浸式ArF的技術(shù)開發(fā)能力。

通觀整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)，設(shè)備的客戶黏性很大，一旦簽約，很難被替換。在迅速崛起的中國半導(dǎo)體市場，如果能夠提供從i-line到沉浸式ArF的全線服務(wù)，構(gòu)筑自己的優(yōu)勢定位，就能與客戶公司一起積累技術(shù)知識，最終具備在全球范圍內(nèi)競爭的技術(shù)能力。過去，ASML也是很早就進(jìn)入到還在起步期的韓國和中國臺灣半導(dǎo)體市場，伴隨著其成長而鞏固了市場地位。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科爾尼認(rèn)為，中國光刻設(shè)備行業(yè)下一步可考慮通過部門收購或者人才招聘引進(jìn)的方式獲取相關(guān)技術(shù)。

半導(dǎo)體行業(yè)不乏收購非一級梯隊(duì)企業(yè)，而使買賣雙方都獲益的案例：例如，2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)后，日本內(nèi)存芯片企業(yè)爾必達(dá)因現(xiàn)金流出現(xiàn)問題進(jìn)入破產(chǎn)重組，美國公司美光趁機(jī)于2013年收購了爾必達(dá)。當(dāng)時(shí)這一收購雖然在日本國內(nèi)引發(fā)大量負(fù)面評論，但如今，爾必達(dá)的廣島工廠已成功轉(zhuǎn)型為美光科技內(nèi)存業(yè)務(wù)的核心生產(chǎn)基地，擔(dān)負(fù)最前端產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)。迄今為止， 美光已向該工廠投入了數(shù)千億日元，且計(jì)劃繼續(xù)投入同樣規(guī)模的資金，并通過招聘應(yīng)屆畢業(yè)生等措施擴(kuò)充約500名工程師的崗位。

國產(chǎn)鍍膜沉積/刻蝕設(shè)備領(lǐng)域的主要公司是北方華創(chuàng)科技集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱“北方華創(chuàng)”）。

北方華創(chuàng)是2016年，由北方微電子（生產(chǎn)CVD、PVD和刻蝕設(shè)備）和北京七星華創(chuàng)（生產(chǎn)七星/清洗設(shè)備和質(zhì)量流量控制器）并購重組成立的公司，并于2017年收購了美國清洗設(shè)備公司 Akrion Systems，擁有較為豐富的設(shè)備產(chǎn)品線。

另外，中微半導(dǎo)體設(shè)備（上海）股份有限公司已經(jīng)成功生產(chǎn)出5nm的蝕刻機(jī)，并開始獲得臺積電及長江存儲等公司的刻蝕設(shè)備訂單。

和光刻設(shè)備行業(yè)類似，中國在鍍膜沉積/刻蝕等領(lǐng)域也不具備國際最先進(jìn)技術(shù)。也就是說，它們無法處理需要精細(xì)加工的關(guān)鍵工藝，因此開發(fā)能夠處理這些工藝的干式蝕刻技術(shù)和ALD設(shè)備就成為當(dāng)務(wù)之急。

外部合作仍然是技術(shù)強(qiáng)化的較好選擇，如與日立高新或愛發(fā)科（ULVAC）合作。

日立高新的半導(dǎo)體部門在對精密度有極高要求的柵極蝕刻設(shè)備方面擁有超過10%的市場份額，但是該公司可能會因?yàn)闃I(yè)務(wù)優(yōu)化出售半導(dǎo)體部門。愛發(fā)科擁有PVD和金屬CVD/ ALD設(shè)備。這兩家公司雖然都沒能進(jìn)入全球第一梯隊(duì)，但它們在技術(shù)上都有過人之處。

近年來，刻蝕和鍍膜沉積等關(guān)鍵工序中，上下游工序連接性的重要性不斷被提高，如果一家公司能同時(shí)擁有刻蝕和鍍膜沉積的高水準(zhǔn)設(shè)備，則會是一大優(yōu)勢。和光刻設(shè)備行業(yè)一樣，如何利用自己的優(yōu)勢，提前進(jìn)入還在成長期的中國市場，建立自己的競爭優(yōu)勢，是一個(gè)關(guān)鍵戰(zhàn)略。

材料企業(yè)面前的兩大趨勢

半導(dǎo)體材料大致可分為前端晶圓制造材料和后端封裝材料，其中，晶圓材料主要有硅片、光掩膜、光刻膠、拋光液等。封裝材料主要有層壓基板、引線框架、焊線、熱接口材料等。

晶圓是制造半導(dǎo)體的關(guān)鍵材料。隨著半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，晶圓整體向大尺寸發(fā)展，晶圓尺寸從早期的2英寸、4英寸，發(fā)展為現(xiàn)在的6英寸、8英寸和12英寸。

8英寸與12英寸是目前晶圓主要的尺寸。2020年之前，中國境內(nèi)主要以8英寸晶圓廠為主，隨著大基金的持續(xù)投入和地方政府的配套資金支持，多個(gè)12寸晶圓廠項(xiàng)目落地中國大陸。

SEMI的數(shù)據(jù)顯示，2017年-2020年間全球投產(chǎn)的半導(dǎo)體晶圓廠為62座，其中有26座設(shè)于中國大陸，占全球總數(shù)的42%。

好消息是，中國晶圓廠的激增將促使全球晶圓生產(chǎn)向中國轉(zhuǎn)移，根據(jù)IC Insight統(tǒng)計(jì)，2018年中國大陸晶圓產(chǎn)能243萬片/月（等效于8寸晶圓），占全球晶圓產(chǎn)能12.5%。預(yù)計(jì)到2022年，中國大陸晶圓廠產(chǎn)能將達(dá)410萬片/月，占全球產(chǎn)能17.15%。

但晶圓的國產(chǎn)化比例僅有5%-10% 左右，特別是供尖端領(lǐng)域使用的12英寸晶圓，才剛剛初步形成商業(yè)化供給。

中國不僅有必要建立自己的大型晶圓廠，保證相應(yīng)的產(chǎn)量、質(zhì)量和成本水平，還應(yīng)加快整合中國境內(nèi)8 英寸與12英寸的晶圓廠，建成有競爭力的大型晶圓廠商。

2016年，晶圓行業(yè)排名第六的中國臺灣環(huán)球晶圓（GlobalWafers）收購了全球第四大半導(dǎo)體晶圓供應(yīng)商SunEdison Semiconductor（SEMI），一躍成為行業(yè)第三。

當(dāng)時(shí)，晶圓行業(yè)50%的市場份額是由信越化學(xué)和SUMCO這兩家日本企業(yè)所占據(jù)。通過合并，臺灣環(huán)球晶圓打破了寡頭壟斷的局面。

封裝材料包括電子特氣、CMP拋光材料、光刻膠等，在中國似乎都有供應(yīng)商，但還未對全球巨頭構(gòu)成威脅，其中一個(gè)原因可能是材料比設(shè)備和器材更難進(jìn)行逆向工程， 很難后來者居上。

在這種情況下，必須抓住當(dāng)前封裝材料領(lǐng)域的兩個(gè)重要趨勢。

第一大趨勢是，人們將越來越看重材料與關(guān)鍵工藝（光刻、刻蝕、鍍膜沉積）之間的契合度，材料設(shè)計(jì)若考慮到了前后工藝影響，將更有價(jià)值。這意味著，通過收購和整合國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)，獲取豐富的產(chǎn)品線將變得非常重要。特別是蝕刻和沉積這兩種工藝是同時(shí)進(jìn)行的，如果能同時(shí)提供這兩種材料，提出相應(yīng)的建議，對提升材料公司的競爭力很有幫助。

美國材料廠商Entegris（英特格）對Versum的整合意圖就是典型案例。Entegris擅長生產(chǎn)鍍膜沉積用氣體，為了業(yè)務(wù)互補(bǔ)，它曾經(jīng)計(jì)劃收購在蝕刻用氣體有優(yōu)勢的Versum，并一度與其達(dá)成初步的整合協(xié)議，但后來默克公司開出更好的條件“搶走”了Versum，如果Entegris和Versum能夠整合，就會造就一家具有強(qiáng)大跨工藝能力的材料企業(yè)。

第二大趨勢是，材料企業(yè)正在擺脫“按照客戶提出的規(guī)格書開發(fā)材料”的主流工作方式，主動(dòng)參與到從生產(chǎn)工藝開發(fā)及規(guī)格書確定的過程中，根據(jù)需要與設(shè)備商進(jìn)行合作。例如，材料廠家Versum與Lam Research（全球第三大半導(dǎo)體設(shè)備公司）合作，解決了3D閃存研發(fā)中的一個(gè)較大的技術(shù)難題。

中國的材料廠家也需要與北方華創(chuàng)等設(shè)備廠家多開展協(xié)作。由于材料研究人員往往對設(shè)備缺乏基本了解，因此，最好能在公司內(nèi)部建立相應(yīng)的制度和知識庫，以掌握最基本的知識，才好與外界進(jìn)行合作。

（摘編自《財(cái)經(jīng)》）