国产半导体设备机遇之下,盛美上海如何破局

国产半导体设备机遇之下,盛美上海如何破局
2021年09月16日 08:59 半导体行业观察

近日,国际半导体产业协会(SEMI)发布的最新报告显示,2021年第二季度,全球半导体设备出货金额达到了创纪录的249亿美元,环比增长5%,同比增长48%。从地区来看,中国大陆是最大的半导体设备市场,销售额同比增长79%,达到82.2亿美元,是全球市场增长的主要动力。

半导体专用设备市场与半导体产业景气状况紧密相关,随着半导体市场规模持续增大,半导体设备市场增长迅猛。据SEMI预计,2021/2022年全球半导体设备销售额将达到953/1013亿美元。可以预期,随着全球集成电路制造业不断向中国大陆转移,以及中国大陆大量晶圆厂的扩建和产能开出,未来中国市场对半导体设备的需求量有望迎来井喷式增长,巨大的市场空间和扩产空间给国产设备带来了前所未有的发展机遇。

然而,纵观行业发展现状,半导体设备由国际巨头寡头垄断已久。根据中国电子专用设备工业协会(CEPEA)的统计数据,2020年国产半导体设备自给率约为17.5%。如果仅考虑集成电路设备,国内自给率仅有5%左右,在全球市场仅占1-2%。

国产半导体设备供需存在较大差距

(图源:SEMI、国盛证券研究所)

国产半导体设备整体较为落后的局面仍未改变,但局部有所突破。从市场角度来看,国内在清洗设备、炉管设备、干法去胶设备、刻蚀设备、抛光设备、镀铜设备等环节逐渐取得突破。在整个替代的过程中,已经有一批企业迈出了坚实的步伐,取得了一定的成果。

从亚化咨询《中国半导体晶圆厂设备国产化季度报告》数据中能够看到国产半导体设备国产化率的进展。其中,清洗设备国产率达到20%,属于国产化率较高的细分赛道之一。

中国半导体设备及材料国产化率预测

国产清洗设备率先“突围”

清洗设备是晶圆厂新建产线中至关重要的设备之一,针对不同工艺的需求对晶圆表面进行无损伤清洗,从而去除半导体制造过程中的颗粒、金属污染、有机物等杂质,直接影响着集成电路的成品率,重要程度不言而喻。

根据Gartner统计数据, 2020年随着全球半导体行业复苏,下游需求旺盛,清洗设备市场规模重回增长正轨,全年达到33.41亿美元,预计2022年达到43.24亿美元。

清洗设备方面,国内的单片湿法设备厂商中,盛美上海走在前列。盛美上海是中国大陆少数具有一定国际竞争力的半导体专用设备提供商,坚持差异化竞争和创新的发展战略,向全球集成电路制造、先进封装及其他客户提供定制化的设备及工艺解决方案。

回顾盛美上海在清洗设备和技术上的发展历程,2008年盛美上海实现技术突破,成功研发出拥有自主知识产权的SAPS(空间交变相位移)兆声波清洗技术。

SAPS技术有效解决了硅片表面兆声波能量分布均匀性的世界性难题,通过让兆声波发生器与硅片在半波长范围内进行交叉式运动,保证能量在硅片上的每一个点都实现完全均匀分布,从而让硅表面得到充分均匀的清洗。

也正是凭借这项技术,帮助盛美上海成功打开局面,2009年盛美首台12英寸单片清洗设备进入海力士(无锡)工厂,2011年盛美上海获得海力士韩国总部的量产订单,并在2013年获得多台重复订单,使其成为中国本土高端半导体设备突破韩国市场的首家企业。

SAPS兆声波清洗设备(图源:盛美上海官网)

目前,该技术已申请75余件国内外发明专利,依托该技术开发的高端单片兆声波清洗设备进入了国际一流集成电路生产线,客户群包括集成电路芯片制造、硅片制造、先进封装和科研机构,与国际同类非兆声波清洗设备相比,单步清洗的产出成品良率更高。

其后,盛美上海相继在2015年和2018年研发了全球独创的TEBO(时序能激气穴震荡)兆声波清洗技术和Tahoe单片槽式组合清洗技术,半导体清洗设备业务规模随之迅速扩大。

据了解,TEBO解决了兆声波对图形硅片破坏的另一大难题。因为兆声波会导致液体中的气泡爆炸,把图形硅片表面的小结构打坏,70nm以下都不能幸免。最终,这个问题被盛美上海的TEBO独家专利技术完美解决。

TEBO清洗技术适用于28nm或以下的图形硅片清洗,于2017年成功装机至华虹集团。在产品结构从2D向3D的技术转型过程中,基于TEBO的清洗设备可应用于FinFET、DRAM、3D NAND等更复杂的3D结构产品及与之匹配的3D封装,来提高客户产品的良率。3D结构将成为后摩尔时代芯片发展的主流,为未来数十年半导体芯片技术路线提供巨大的发展空间,盛美在TEBO专利上的布局为公司在该领域成为全球清洗技术龙头保驾护航。2020年9月盛美已向一家领先的中国集成电路厂商交付了第二代TEBO设备,用于在生产环境中进行评估。

2018年,其Tahoe技术研发成功,使得其半导体清洗设备领域的技术和产品线更加丰富。半导体工艺的清洗过程中,通常要用到硫酸,相对于单片而言,单片+槽式的组合清洗设备Tahoe更好的解决了硫酸用量大、处理难的问题,可以节省80%以上硫酸用量,减少对环境带来影响的同时为企业节省大量采购成本及废液处理成本。

整体来看,盛美上海坚持差异化竞争和创新的发展战略,通过多年的技术研发和工艺积累,成功研发出SAPS/TEBO单片兆声波清洗技术、Tahoe单片槽式组合清洗技术,可有效解决晶圆制造过程中产生的有机沾污和颗粒等清洗难题,并大幅减少浓硫酸等化学试剂的使用量,在帮助客户提高生产良率,降低生产成本的同时,满足节能减排的要求。

目前在国内的国产清洗设备市场中,盛美上海占据80%左右的市场份额,是目前国内市场份额最大、产品最全的清洗设备企业,承担着清洗设备国产化的重任。

发力“电镀设备”与“立式炉管”

除清洗设备外,电镀设备也是盛美上海主要的业务方向之一,目前,盛美上海有用于后道先进封装与前道铜互连电镀设备,分别于2018年和2019年取得了长电科技和华虹集团的订单。今年3月,盛美上海重磅推出了高速铜电镀技术,支持铜、镍(Ni)和锡银(SnAg)电镀的互连铜凸点、重布线层,还有高密度扇出先进封装产品的翘曲晶圆、铜、镍、锡银和金电镀。

盛美半导体设备(上海)股份有限公司董事长王晖博士表示:“公司推出的高速电镀技术,该设备可以解决传质的难题,获得更好的凸点顶部轮廓,还能在保持高产能的同时提升高度均一性,使盛美的电镀铜技术成功进入全球前三的第一梯队。”

上个月,盛美上海又新发布了Ultra ECP GIII电镀设备,以支持化合物半导体SiC、GaN和砷化镓(GaAs) 的晶圆制造和晶圆级封装。该系列设备配备了全自动平台,支持6英寸平边和V型槽晶圆的批量工艺,同时结合了盛美上海的第二阳极和高速栅板技术,可实现最佳性能。

UltraECPGIII水平式电镀设备

(图源:盛美上海官网)

王晖博士表示:“随着电动汽车、5G通信、RF和AI应用的强劲需求,化合物半导体市场正在蓬勃发展。一直以来,化合物半导体制造工艺的自动化水平有限,并且受到产量的限制;此外,大多数电镀工艺均采用均匀性较差的垂直式电镀设备进行。盛美新研发的Ultra ECP GIII水平式电镀设备克服了这两个困难,以满足化合物半导体不断提升的产量和先进性能需求。”目前,该设备已取得了国内化合物半导体制造商的两个订单。

此外,2018年盛美上海在湿法工艺的基础上,开始干法设备的研发,并于2020年推出了立式炉管设备Ultra Furnace,进一步丰富了公司的产品线,扩大了产品覆盖的市场领域。首台立式炉设备优化后可实现高性能低压化学气相沉积(LPCVD)。

目前立式炉产品已覆盖常压/低压合金退火、高温氧化/退火,氮化硅/氧化硅/多晶硅低压化学气相沉积等应用。盛美研发团队正在开发原子层沉积(ALD)立式炉管设备,预计该设备将于明年上半年推向市场。

立式炉管设备Ultra Fn(图源:盛美上海官网)

王晖博士指出,“随着新的工艺技术推出面向市场后,盛美基本在立式炉设备上会全面开花,这也标志着盛美正式从湿法设备进入干法设备领域,明年将重点进行高端立式炉设备的研发。”

盛美上海的布局

除了上述三大系列产品和技术之外,盛美上海近期又新公布了边缘湿法刻蚀设备,进一步拓宽了盛美上海在湿法设备的覆盖面。

边缘湿法刻蚀设备(图源:盛美上海官网)

一直以来,制造商都是使用干法刻蚀工艺来解决边缘薄膜和污染物去除的问题,湿法刻蚀区别于干法工艺,避免了产生电弧和硅损伤的风险,同时还能通过1-7mm可变的晶圆边缘薄膜刻蚀/切割精度、良好的均匀性、可控的刻蚀选择性和较低的化学品消耗量,来降低总体拥有成本。首台用于量产的边缘刻蚀产品已于今年第三季度出货。

王晖博士表示:“该新设备使用湿法刻蚀方法来去除晶圆边缘的各种电介质、金属和有机材料薄膜,以及颗粒污染物,可有效解决这种边缘良率降低的问题。同时整合背面晶圆清洗的功能,进一步优化了工艺和产品结构,可做到更高效精准的晶圆对准,以实现精准边缘刻蚀,从而提高良率及产能。”

盛美上海经过多年持续的研发投入和市场开拓,陆续开发了单片SAPS兆声波清洗、单片TEBO兆声波清洗、单片背面清洗、单片刷洗、自动槽式清洗以及Tahoe单片槽式组合清洗等半导体清洗设备、立式炉管设备、用于半导体制造前道领域的电镀铜设备和后道先进封装领域的电镀设备以及无应力抛光设备、湿法刻蚀设备、涂胶设备、显影设备和去胶设备等先进封装湿法设备。

能够发现,盛美上海在不断巩固原有业务的基础上,还在持续的开发新技术,推出新设备,不断丰富产品线布局,提升自身竞争力,向着“具有多产品平台的国际化公司”方向迈进。目前,盛美上海的合作客户包括国际大厂商韩国SK海力士,国内长江存储、华虹集团、中芯国际、合肥长鑫、士兰微、积塔半导体、芯恩、粤芯、晶合、卓胜微、格科微、立昂微、长电科技、通富微电、盛合晶微、上海合晶等都是盛美上海的客户,产品得到了众多国内外主流半导体厂商的认可,并取得了良好的市场口碑。

王晖博士表示:“我们的战略始终是找到半导体制造行业中具有高增长潜力的市场和应用,并且与我们的客户紧密合作,依靠盛美具有原始创新基因的研发团队开发出差异化的先进技术来解决行业难题,满足市场和客户需求。”

与此同时,盛美上海还正在持续扩大产能,以满足在普遍紧张的供应链环境下的强大客户需求。公司计划在今年Q3开始在川沙工厂的第二座大楼进行生产并且已经提高了产能规划,现在的目标是到今年Q4运行效率达到30亿人民币的年产能,预计将在 2022 年进一步提高产能,川沙两座工厂合计产能达到35-40亿人民币左右。此外,盛美在上海临港地区建立的生产和研发中心,其10万平方米的建筑面积可以帮助公司加强内部研发、α样机验证及客户样品演示测试能力,同时实现年产能100亿人民币,现定于2023年初开始初步投入生产。

写在最后

未来10年,中国将成为全球半导体芯片的制造中心。但目前的中国半导体设备的发展还处于初级阶段,无法满足目前国内快速发展的半导体行业的需求,任重道远。

盛美半导体设备(上海)股份有限公司董事长王晖博士表示,未来,只有拥有革命性、颠覆性技术的公司才有可能脱颖而出,跻身全球半导体设备第一梯队。盛美上海将围绕自身的核心优势、提升核心技术及结合内外部资源,立足差异化自主创新研发,通过投资、并购,结合有效、可控的海外业务拓展推进新产品的研发,扩展和建立起湿法工艺和干法工艺设备并举、种类齐全的产品线,不断提升公司的综合竞争力及产品可覆盖的全球市场规模,力争跻身综合性国际集成电路装备企业的第一梯队。

8月17日,从上海证券交易所官网获悉,盛美上海登陆科创板已正式注册通过。

本次登陆科创板,其意义不仅在于加快公司跻身综合性国际集成电路装备企业第一梯队的进程,更是为将来的全球化竞争提供更多可能性。

立足于差异化创新,走差异化产品路线的盛美上海,正在引领国产半导体设备开创新局面,推动全球半导体行业迎来新发展。

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