近20年以来,半导体硅片长期被日本信越、日本胜高(SUMCO)、环球晶圆、德国Siltronic、韩国SK Siltron等少数寡头企业垄断。2019年,行业前五大企业合计销售额占全球半导体硅片行业销售额比重高达92%,我国90%以上的硅片需求依赖进口,基本不在国内生产,目前,硅片垄断局面还在加剧。
11月30日,德国硅片制造商Siltronic AG表示,正与环球晶圆开展深入谈判,后者拟以37.5亿欧元(约合45亿美元)将其收购,双方预期在12月第二周,取得Siltronic监事会及环球晶圆董事会核准后,进行BCA签署。
环球晶董事长徐秀兰指出,双方都认为结合后的事业体会有很好的成效,将更能互补地有效投资,进而扩充产能。
并购前,德国Siltronic为全球第四大硅晶圆厂,市占率约为7%,环球晶则为全球第三大厂,市占率达18%,收购完成后,环球晶在全球硅晶圆市场占有率有望一举跃升至25%,逼近日本胜高的28%,同时意味着全球晶圆市场将呈现日本信越、胜高、环球晶圆、SK Siltron四强争霸的格局,进一步垄断市场。
根据IC Insights的报告,今年仅ADI收购Maxim、英伟达收购ARM、SK海力士收购英特尔存储业务、AMD收购赛灵思四起收购案的交易额就高达1050亿美元,外加Marvell100亿美元收购Inphi、环球晶45亿美元收购德国Siltronic,2020年半导体并购金额已经创下 历史 新高。
去年,韩国SK Siltron为防止日本出口限制,收购杜邦碳化硅晶圆事业部,在区域全球化抬头的当下,各巨头抱团取暖,通过并购来加强各自的优势,以应对快速变化和复杂的局面。
以半导体设备巨头应用材料为例,在2018年之前的几十年内,应用材料长期稳坐全球半导体设备第一供应商的位置,凭借的就是全面且强大的产品线,特别是在具有高技术含量的半导体制造前道设备,该公司具有相当深厚的技术功底。
但从 历史 来看,应用材料正是通过一系列的并购,来加强自己实力的,虽然从1967年-1996年的30年间,应用材料只有一次核心业务相关的并购,但在1997年-2007年十年间,先后发起了14起并购案,不断完善自己的产品构成。
截至目前,应用材料的产品线涵盖了半导体制造的数十种设备,包括原子沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入机、刻蚀机、化学抛光及晶圆检测设备等,预计2020年,应用材料半导体设备的市场份额将从去年的15.9%提高至18.8%。
查阅了近几年的国内半导体海外并购案例,主要有五起:
2013年紫光集团17.8亿美元收购展讯,2014年9.07亿美元收购锐迪科,后合并成为紫光展锐;2015年合肥瑞成18亿美元收购高性能射频功率放大器厂商AMPLEON;2016年中信资本、北京清芯华创投资与金石投资19亿美元收购CMOS传感器厂商豪威 科技 ;
2016年长电 科技 以7.8亿美元收购新加坡封测厂金科星朋;2017年建广资产27.5亿美元收购恩智浦标准件业务,今年6月安世半导体正式注入闻泰 科技 。
其他的海外收购基本都在5亿美元以下,特别是国产替代加速的最近三年,鲜有海外并购的大案例,想着国内半导体厂不差钱,但为何还是买不来?
实际上,国内企业海外并购,特别是半导体海外并购还真不是钱多就能解决的问题,早在1996年,西方42国就签署了集团性限制出口控制机制——《瓦森纳协定》,简单来说,就是成员国内技术转让或出口无需上报,但向非成员国转让需要上报,以此达到技术转让监管和控制的目的。
并且这份协定很与时俱进,以大硅片为例,2019年底修订的《瓦森纳协定》,就新增了一条关于12英寸大硅片技术的出口管制内容,直指中国集成电路14纳米制程工艺,以及上游适用于14纳米工艺的大硅片。
封锁的还不止拉高纯度单晶硅锭的设备和材料,更是从切割抛光好的硅片具体参数上进行了限制,专门针对适用于14纳米制程工艺的各种硅片。所以说,小到具体产品参数都能安排的明明白白,更别说直接并购先进企业,基本没有可能。
如果说美国单方面打压华为是凭借自身实力,那么通过《瓦森纳协定》限制技术出口,就相当于是在全球拉圈子,限制圈内技术出口,圈外想用,就只能用廉价劳动换取圈内输出的高附加值成品,《瓦森纳协定》相当于“金钟罩”。所以并购不来的公司,只有自己造。
实际上,光伏用硅片已经被国内的厂家玩出白菜价,半导体用的硅片之所以被国外垄断,难度在于单晶硅的纯度和内部缺陷的控制,我们做的不好。
在纯度上,光伏用的硅片6个9就够了,但半导体硅片需要11个9,也就是99.999999999%,问题就在这个纯度上面,拉出来的单晶硅锭纯度不够,内部缺陷、应力、翘曲度也跟国外有差距,做出来的芯片良品率就比较低。
所以为了良品率,晶圆厂都愿意愿意花高价买更高质量的硅片,而不愿意花低价买低质量的硅圆片,因为会导致最终芯片的良率,我国生产的硅圆片打不开国际市场就是凭证。
对于单晶硅的提纯和晶体缺陷控制,需要基于长期实践经验的积累和现场错误的总结,这是各个厂商的高度保密的技术,因为这方面的因素,国外硅片厂都没有在国内设厂。
目前,沪硅产业打破了我国12英寸(300mm)半导体硅片国产化率几乎为0的局面,推进了我国半导体关键材料生产技术自主可控的进程;中环股份现也已具备3-12英寸全尺寸半导体硅片产品的量产能力。
总的来说,当下全球市场主流的产品是12英寸,使用比例超过70%,主要应用在智能手机、计算机、人工智能、固态硬盘等高端芯片上。目前4-6英寸的硅片已可以满足国内需求,8英寸也日渐成熟,进入大规模国产替代阶段,但12英寸才刚刚进入初级阶段,还面临EPI、位错等诸多难题待解决,替代之路仍任重道远。
1、上海新升
上海新升半导体由中芯国际创始人张汝京博士成立于 2014 年 6 月,坐落于临港重装备区内,是中国 02 专项 300mm 大尺寸硅片项目的承担主体,总投资68亿元,占地面积150亩。
新升半导体的成立翻开了中国大陆300mm半导体硅片产业化的新篇章,将彻底打破我国大尺寸硅材料基本依赖进口的局面,使我国基本形成完整的半导体产业链。带动全行业整体提升产品能级,同时也将带动国内硅材料配套产业的发展。
2、浙江金瑞泓
浙江金瑞泓科技股份有限公司是一家致力于半导体材料研发与生产的高新技术企业,创建于2000年6月,位于宁波市保税区。2010年,牵头承担 “极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家科技重大专项,并通过国家验收,具备了8英寸硅片月产12万片的大规模产业化能力,掌握了12英寸硅片核心技术。
公司是中国大陆具有硅单晶锭、硅研磨片、硅抛光片、硅外延片、芯片制造的完整产业链的半导体企业。拥有完备的4英寸、5英寸、6英寸及8英寸硅片产品结构。
形成了集成电路与分立器件、轻掺杂与重掺杂、抛光片与外延片并重的特色。硅片年产能达到近800万片,可以生产5000多种技术规格的硅片产品,是中国较大的半导体硅片生产基地。
3、北京有研集团
北京有研科技集团有限公司(简称有研集团)创建于1952年,是我国有色金属行业以创新为引领的综合性工程技术研究开发和高新技术产业培育实体,现为国务院国资委管理的中央企业,注册资金为30亿元。
公司主要从事微电子与光电子材料、新能源材料、有色金属特殊功能材料、有色金属结构材料与制备加工技术、有色金属粉末及粉末冶金、有色金属选矿冶金技术、特种装备研制、有色金属材料分析与测试、有色金属科技情报与软科学、材料计算与模拟仿真等领域的工程化技术研究开发、服务和产业化。
在半导体材料、有色金属复合材料、稀土材料、生物冶金、材料制备加工、分析测试、新能源材料等领域拥有16个国家级研究中心和实验室,承担了一批国家重大科技专项研究课题和国家战略性新兴产业开发项目
4、洛阳麦斯克
洛阳麦斯克电子材料有限公司(简称:MCL)创建于1995年12月。主要产品是生产大规模集成电路级(IC级)4英寸、5英寸、6英寸和8英寸硅抛光片。
MCL是全球性硅片供应商之一。产品主要销往世界各地。如:美国、韩国、新加坡、日本、印度、中国香港等,同时保证国内外知名企业的产品供应。
为了使MCL成为世界上先进的硅片供应商,MCL在成立之初就按照ISO9002标准建立了比较完整的管理体系。并于1998年1月15日通过了SGS YARSHLEY和中国赛宝质量认证中心的管理体系认证。2004年12月通过了SGS审核的TS16949认证,2007年2月又通过了ISO14001认证。
5、上海晶盟
上海晶盟硅材料有限公司隶属于合晶科技股份有限公司,合晶科技股份有限公司成立于1997年,创始团队来自美国硅谷及国内半导体产业,团队成员皆在半导体产业深耕已久。合晶目前已成为全球前十大半导体硅芯片材料供货商之一。主要产品为半导体级抛光硅芯片与半导体级外延片。
半导体芯片产业是一个庞大、复杂的产业链条,产业的各个分支都有很多企业、无数员工不断研发、不断创新支撑着。半导体产业链从大的方向来说分为上游支撑、中游制造下游应用三个环节。上游支撑细分为半导体材料、半导体设备、EDA软件工具等。中游制造可以分为IC设计、晶圆制造、半导体封测三个环节。应用环节可以说渗透到了世界电子产品的方方面面,几乎所有的电子设备都需要用到芯片。
中美事件以来,国人对于芯片的概念已经有了初步的认识,几乎所有人认为中国应该摆脱芯片行业对外国的依赖,每个国人对于中国“缺芯”感到心痛,每个人都在问,中国何时能做到半导体芯片的完全国产化?但是很多人对于中国半导体芯片产业链各环节的国产化情况还不是很了解,现在就来给大家来梳理一下上游支撑环节的国产化情况。
首先介绍下上游支撑环节的国产情况。上游支撑环境可以说是半导体芯片领域最重要的环节,技术壁垒最高,研发复杂程度最大,西方垄断程度最大,也是真正掐我们脖子的地方。
首先是半导体设备这块。半导体设备可以分十一个大块。分别为:
1.去胶设备(国产率80%),这块国产化程度很高,而且已经做到了5nm工艺节点,几乎不用有任何担心。
2.刻蚀设备(国产率20%),这块国产化虽然不高,但是中微公司已经做出了5nm工艺技术,还给台积电供货,国产替代会马上起来,这块也不用担心。
3.热处理(国产率20%),由于国内最先进的制程就是14nm,这块技术已经足够满足中国的需求,但是还需要进一步研发,达到世界先进水平,这一块暂时不用担心。
4.清洗设备(国产率20%),这一块不是很担心,国产化率会起来的比较快。
5.PVD(国产率15%),这一块还得努力,国产化不高,技术水平也不是很好,好在北方华创这家公司比较靠谱,正在突破。
6.CMP(国产率15%),这一块已经有突破,国产化率会提得比较快。
7.CVD(国产率5%),这个技术难度比较大,差距大,国产率低,北方华创承担重任。
8.涂胶显影(国产率1%),技术难度高,国产率很低,差距比较大。
9.光刻机(0%),虽然说目前国产光刻机国产化几乎为0,但是上海微电子已经能量产90nm工艺,28nm的光刻机已经取得进展。但是光刻机是半导体产业链里技术最难的设备,而要达到7nm工艺制程,必须用到EUV光刻机,以目前中国的技术而言,未来几年能突破这一技术难点就很不错了。
10.ALD、离子注入(国产率0%),这一块往往是跟其他设备配套的,目前28nm其实已经够市面上大多数电子产品芯片的制备需求。
从这里可以看出,我们在半导体设备这块的国产化率还不是很高,但是在很多设备上其实已经达到目前主流电子产品芯片的制造要求。但是半导体设备领域里的光刻机是我们的痛点,没有先进的光刻机就不可能制造先进的芯片,关键先进的光刻机不是我们想买就能买到,荷兰为了遵守美国的命令,公然不交付中芯国际已经订下的EUV光刻机,我们对此毫无办法,是我们最应该大力攻破的点。
半导体材料可以细分为硅材料、光刻胶、湿电子化学品、电子特气、光掩模、抛光材料、靶材等。
1.硅材料(高端的国产化不足1%),硅材料是半导体材料里产值最大的一块。目前上海硅产业、中环股份已经能生产12英寸的硅材料,这种材料国产替代起来会很快,估计用不了多久这块的国产化率会显著提升。
2.光刻胶(国产率不足5%),这块是半导体材料里技术含量最高的一种。目前02专项已经重点布局了几个公司攻克,期待有好消息。
3.湿电子化学品(国产率23%),这块还好,稳步进行国产替代。
4.电子特气(国产率不足15%),这一块的产品线很多,不可能有国际所有的气体都是最先进,这种注定需要全球化,不是很担心。
5.光掩模(国产率20%),正在大力推进国产化。
6.抛光材料(国产率5.5%)目前安集 科技 已经突破了先进的抛光液的技术,准备量产,抛光垫由武汉的鼎龙股份突破,马上量产。这块先进的材料会起来,国产化会提升地很快。
7.靶材(产品线多),产品线多,不一而足。
材料这块最重要的是光刻胶的发展。
目前国产率只有0.6%。不过华大九天国产EDA公司将会形成数字全流程化,并且在芯片制造、封装测试系统中不断优化升级,虽然华大九天的技术很好,但是目前华大九天只是解决了产业流程的1/3的最终解决方案,所以完全国产化还任重而道远。
我国各个环节的国产率几乎都很低,但是很多环节技术已经足够,不用很担心。真正让人忧虑的是光刻机和EDA软件这两块,这是真正技术壁垒非常强,我们急需攻破的地方,希望中国芯片完全国产化的一天早日到来。
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