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上海华虹宏力半导体制造有限公司 刘亦军 部长:当前中美贸易摩擦新形势下集成电路发展与材料国产化

[所属分类:行业新闻] [发布时间:2018-8-17] [发布人:管理员] [阅读次数:] [返回]

尊敬的干院士、各位领导、各位嘉宾、各位专家大家上午好,这个题目是协会领导给我的命题,我不知道是不是能讲得好。中国改革开放四十年来,中国的科技取得了令人瞩目的成绩,当然值得我们肯定,但是我们也应该看到我们存在短版和不足。中兴通讯事件惊醒梦中人,面对现在中美贸易摩擦,我觉得我们需要的是冷静和智慧,而不是情绪。最好的应对是坚持党的领导、坚持改革开放,加强研发投入,保护知识产权,推进和建设更高水准的市场经济环境,下面开始我的报告。
    首先介绍一下我们公司情况,华虹是华虹集团旗下的一个公司,主要是做特色工艺晶圆代工,其卓越质量体系满足汽车电子芯片生产的严苛要求,在上海有三座八英寸的生产线,工艺节点10 nm,月产能是17.2万片。同时我们在无锡有投资100亿美元12英寸的项目,都有参与,分三期建设,目前一期正在建设当中。预计2019年9月份试生产,主要是服务于智能终端以及通讯、物联网、汽车电子。
    先简单介绍一下全球半导体产业的概况。17年已经过去了,我们回顾一下17年发生一些的大事。首先全球半导体总营收是达到4197亿美元,成长22.2%,存储芯片DRAM+NAND Flash收入增加64%,占全球半导体总营收的31%。最新消息可能在18年占存储芯片总营收的38%,成为一个最大的产品种类。全球的晶圆代工产值573亿美元,台积电达到321.6亿美元,市占率56%。我们17年进口的芯片是2601亿美元,其中近七成是CPU、FPGA、DSP、存储器高端芯片。有一个统计数据美国向中国出口的是60亿美元的芯片,名列出口第四。实际上美国大部分芯片是通过美国海外分支机构向中国销售,根据美国13家半导体领先企业的年报,在中国销售总额达到709.7亿美元。面对如此巨大的一个市场需求,很遗憾,芯片,尤其高端芯片这一块,我们处于买方市场。甚至对那些高端的芯片美国对中国是禁止销售。
    这是2018年截止第一季度各大半导体公司的一个汇总,这里面是前十五名。从这张表上可以看到三方面信息,第一个是三星首次超越了英特尔成为世界上最大的半导体公司,可以看这里,而且是在18年第一季度是明显超越了英特尔。我们知道英特尔是从1992年开始就成为全球最大的半导体企业,这是第一方面。第二方面我们可以看这些前十五名的半导体公司集中在哪些地区,主要以美国、韩国、日本、台湾为主。第三方面这个表里面没有一家是中国大陆的半导体公司,中国最大的半导体是华为旗下的,2017年营收大概300亿人民币左右,也就是最多60亿美元。我们对标海外的优秀企业,像博通和高通在18年一季度,博通收入是45.9亿美元,显然是我们海思的三倍以上,所以这张表是三个问题。
    下面讲一下摩尔定律以及各工艺节点的一个情况。摩尔定律已经为半导体发展提供了50年的发展动力,现在可能更大的需求在于如何平衡性能和产品之间的关系。这张表只是罗列一下九十纳米到七纳米之间,每一个亿门级它的单位成本,单位是美元。显然是28nm这个是最低的,也就是说大家都知道,大家都在讲28nm是一个长寿命的供应节点,28nm是有史以来最成功的一个、最挣钱的供应节点。在国内28nm可以量产,但是由于种种原因,并没有很大的量产。这张图表只是说明这个半导体产业投资供应结点以及风险,这几者之间的一个关系。
    我们可以看到以28nm为起点,每1k的产能需要的投资是1亿美元,一般来说一条生产线是50k,也就是说要做28nm,也就是投资50亿美元。如果10nm,那就是84亿美元。下面7nm有分三种状态,7nm是DOV、EUV这两个,7nm这一块台积电拥有一个精湛的工艺技术,他能够用DOV技术生产7nm。但是7nm的问题在于光刻程序会明显增加,我们可以看到如果是用DOV它的光刻程序是要77,而如果用EUV只要57。这两者之间到底有什么意义呢?因为也就是说产品迭代、飞速发展的时间,他们这个概念对客户来说非常关键,不仅是成本的问题,更是时间效益的问题。这里仅仅是假设它是一个,而我们现在可以知道的是10nm、7nm它的光刻程序至少80到100个程序,如果继续用DOV显然没有经济效益。7nm早期用EUV,最大的问题是wph值很低,所以目前已经量产的能够做到的125片每小时,应该很快能够以一定的量产达到250wph。那么这个设备非常昂贵,设备差不多五千万一台,那么EUV的单台价格超过一亿美元,其实真正的使用成本远远超过一亿美元。单单这个运输成本就要几百万美元,更何况整个配套设施仍然超过一亿美元,这是世界上先进工艺结点的一个投资以及发展的路径。
    回到今天的主题,半导体材料国产化。半导体材料我这里不一一讲了,主要是硅片和光罩,以及光阻,以及其他的化学品。另外一个这上面是指晶圆制造的材料,还有一个是后段封装的材料,后段封装材料我今天不讲了,下面依次介绍一下晶圆制造所涉及的关键材料。
    首先看一下,2017年硅片制造的半导体材料市场达到278亿美元,它分别是硅片、特气、光照及其他的,我不一一罗列。那么最重要还是是在于硅片这一块占到三分之一。在这个市场上日本是绝对领先者,市场份额高达52%,在制造所需要的十九种材料当中日本有十四种,位于全球第一。相对来说国产半导体材料比重不到5%,一方面说明我们比较弱,另外一方面前景比较光明,成长空间比较大。
    重点讲一下硅片市场。17年硅片出货量高达118.1亿平方吋,创历史新高,销售是87.1亿美元,按照MSI的一个分布,12英寸占到64%,8英寸占26%,剩下是小尺寸。五大供应商占据了全球硅片市场90%,那么制造高端的大硅片技术主要在三个方面,一个是硅纯度,第二个平整度,第三个良率。目前国内至少有九个硅片项目正在进行,投资规模超过500亿人民币,如果上述项目实现量产,我个人认为会8英寸会出现产能过剩。但是届时具备量产12寸的厂家可能不会太多。
    这张图表显示了全球硅晶圆的历史趋势。可以看到蛮有趣的现象,也就是说大硅片、各尺寸硅片随着工艺节点是同步前进的。我们可以看在1978年的时候出来4英寸的,到了八十年代初出了5英寸的,然后到84年的时候6英寸,那么直接看在2000年左右3英寸开始成为主流,然后这条曲线按照斜率应该70度左右,快速上升。所以刚才提到在整个硅片销售尺寸里面它占到64%,未来会更多。有统计数据显示在2018年的时候12寸硅片总的全球需求量每个月是560万片,到2020年的时候可能达到660万片。
    这张图表显示了12英寸主要用途在哪里,我们可以看最上面,这一块占到很大比重,现在这两张表的差异,最上面是由于中国在12寸的需求,当然这里面有爬坡的过程。看这一面对照为什么有差异呢,是在于FH这一块竞争非常激烈,良率这一块不好控制,最新的消息是三星已经是量产96成,相对我们国内企业来说竞争压力是非常巨大的。
    下面一个领域是光罩。大家以前很少做,光罩全球收入是37亿美元。大家可能不太清楚,其实全球三大半导体企业,英特尔、三星、台积电他们所用的光罩并不是外购的,他们是自营的光罩工厂,从这张表可以看到17年这三家光照的金额达到三分之二,剩下的三分之一是属于公开市场,被三家公司所垄断。国内光罩几乎是空白。
电子特气按照工艺不同应用,可以分为掺杂、外延、离子注入、刻蚀、气相沉积气体。16年的气体市场规模是36.8亿美元,中国大概是7亿美元。电子特气从生产提纯到运输存在一个比较高的技术壁垒,国内718所跟其他一些公司也实现了一部分。
电子化学品这一块比较复杂。半导体用的光刻胶是技术门槛最高的,主要是被TSI、GLK、默克等国际巨头垄断。光刻胶的主要成分是高分子树脂,它的成分比较复杂,技术难度、生产控制比较难,原材料是依赖于进口。从媒体公开的信息来看,南大光电、上海新阳、苏州晶瑞双氧水最近打破了垄断,水准达到国际G5纯度水平,同时从三菱化学获得了制造高纯硫酸的生产技术,预计19年7月可以投产。据统计到2020年可能国内市场需要高纯电子级的硫酸需要30万吨,差距还是蛮大的。
    另外国内企业浙江凯圣实现了氢氟酸和硝酸的国产替代,刚才提到光刻胶是非常难以攻破的一个门类,我们搞集成电路知道三大短版。一大短版是光刻机,第二是光刻胶,第三是大硅片。
    这边简单介绍一下光刻胶情况,我们看这一列,2017年全年二类的总的销售额,全球销售额是1.12亿美元。PF是4.8亿美元,AF是7.2亿美元,显然权重是在AF这一块。黄颜色标出来是中国市场,中国市场看两块,一个是KF,一个是AF,两者几乎相当,和世界的趋势好像有一点背离,这也是从侧面折射出中国在集成电路制造方面相对处于弱势地位。
    下面介绍一下研磨液和抛光电,研磨液主要由研磨的浆料、表面活性剂等成分组成,其中最主要的原材料是二氧化硅浆料,它的进气程度达到18到20厘米,蛮可惜的是国内没有生产,完全依赖于国外进口。目前安集微电子实现了部分的国产替代。
抛光垫2017年全球市场的需求是25亿美元,陶瓷化学占据了80%左右的市场份额。比较好的消息是鼎辉股份的抛光产品,目前通过了国内芯片制造企业的一个认证,未来可逐渐替代进口。
高纯靶材。半导体的高纯靶材对于金属材料的纯度以及内部微光结构有着极其苛刻的要求,市场规模,半导体这一块大概10亿美元,日本的日矿金属市场份额到了30%,它甚至放弃了一些低端的。国内江丰电子改变了中国半导体靶材完全依赖进口的局面,产品已经打入主流的国际市场,需要重视的是目前部分高纯原材料还依赖进口。
    这边介绍一下国产半导体材料一个综述,首先产业规模比较小,我们从2017年材料企业的销售收入这个角度来分析,江丰电子是5.5亿,晶瑞是5.35亿,上海新阳是4.72,南大光电是1.77。江丰电子5.5亿元人民币的营收在中国半导体十中名列第二,第一是浙江金瑞泓,这说明我国半导体材料还处于起步阶段。第二个是产品同质化,企业之间往往通过降价方式赢得市场,由此企业未能从这些产品生产中获得长期回报,也无力继续长期发展所需要的资金、技术、人才。第三供应链存在短版,关键原材料严重依赖进口。我这里不一一列举,目前来说国产半导体材料仅在部分品种实现了单点突破,尚不具备面向先进工艺的成套供应能力。自由竞争的市场是非常残酷,领先者往往凭借技术、价格、经验、甚至是现金流打败市场的新进者。从这个角度而言中国半导体企业需要做好长期不懈奋斗的准备。
    这里举一个例子,刚才提到28nm工艺节点,国内12寸是有这个生产能力,但是海外一家公司他马上打起价格战。原来28nm的价格是在五千美元一片代工成本,听说国内有这个生产工艺了以后,立马价格到3600左右。而国内的28nm的生产成本也就是在5000美元,越做越亏。所以说这是一个很残酷的,不得不面对的一个市场。
    本来因为话题主要是半导体的材料这一块,那么我觉得还是稍微讲一下半导体设备这一块。半导体装备和材料是相辅相成,在2017年的时候也提到总的半导体材料的产值达到469亿,而设备这一块是高达570亿,两者加起来超过一千多亿美元,占整个半导体产业的25%左右。所以简单介绍一下,这张表只是罗列了半导体设备供应商的前几名,我们可以看到应用材料是独占鳌头,在2017年营收超过100亿美元。纵观全球半导体设备市场技术壁垒市场提高,被日本、美国、荷兰等巨头高度垄断。
    这里举个例子,前一段时间应用材料有一个庆典,庆典它的一个产品。它的PVD占到市场份额80%以上。CVD这一块有一个工业平台,问世已经25年,到2018年的时候总的全球销售超过5000台,这是通过一个长期不懈的努力得到一个成绩。那么随着工业技术不断进步,对工艺设备的性能和稳定性提出越来越高的要求,需要厂商投入大量的研发资金。在这个设备行业里面,平均投入是10%到15%左右,以应用材料为例,每年研发支出超过15亿美元,这种持续高研发的投入使其拥有超过12000项的专利,从1992年开始,一直是世界上最大的发展设计厂商。相对而言国内的龙头企业北方华创年研发的支出大概是8000多万美元,差距巨大。
    还要提到一下这一家公司不可小看,看一下KLA-Tencor,在芯片制造里面它需要各种各样的良测设备,包括健康测量,颗粒测量、瓶颈度测量,包括光照测量。这家公司在这个测量领域处于绝对垄断地位。离开了它整个芯片制造就像失去眼睛的人一样,无从着手。这里面内在的一个原因和半导体有一点相近,因为半导体设备需要精密的组件,精密的组件又需要精密的设备来制造,因为产业链的协调发展、协同发展是半导体设备取得突破的一个关键。目前来看半导体设备,尤其高端半导体设备,即便是国产设备,它的关键实现部分国内替代,按照最新统计,到2018年年底最多是份额占到1%到2%的份额。但是即便是这样,那些国产设备的很多零部件严重依赖进口。
    下面讲一下研发投入和技术进步,只有技术进步才是经济增长长期可持续的动力,我是很赞同这个说法。事实上在现实生活中也认证了这句话的力量,讲这句话的是2008年诺贝尔获得者保罗,我们看一下这张统计表,2017年统计全球领先的研发投入,可能今年18年超过300亿美元,事实上它的市值已经达到全球第一,它的创始人个人财富达到全球第一,远远超过比尔盖茨。第二名是谷歌公司,清单里面有一家公司是默克,昨天的演讲嘉宾里面来自于默克,它的研发投入超过100亿美元。在中国华为是唯一进入这个榜单,所以在我心目中华为是最伟大的中国企业。不仅是它旗下最大的海思半导体,对标一下我们国内行业巨头,美的集团研发投入比例最新是3.8%,格力电器3.7%,海尔是2.7%,差距还是蛮大的。
    我们回到半导体行业,看一下他们的情况,刚才有提到前十五名的一个排行榜,可以看到17年的时候三星它的自主支出是125亿美元,出于种种原因他不愿意告诉这个真实数据,应该远远超过125亿美元。第二名英特尔超过120亿美元。我们再看一下研发投入占它的营收比例,全球的。英特尔占到22.4%,那么高通是高于33%。我们刚才看到像格力、海尔他们才是百分之二点几。
   简单来讲,只有加大研发投入才能真正做到材料的国产化,没有捷径可言。离开中国集成电路的发展,半导体材料的发展无从谈起。而半导体制造这一块是高投入、高风险、慢回报的行业,需要大量资本和研发投入,和一流人才队伍。中国在建有20多条、甚至30条的生产线,它的离散度比较高,所以这个带来一定的问题。比如说海外全球的集成电路行业呈现是产业集群的效应,比如说美国硅谷、日本九州、韩国水源、台湾新竹,所以这方面还需要国家的一个产业引导。
    关键材料对终端产品性能影响极大,如果质量有问题会给客户带来巨大损失。昨天提到保险,其实保险这一块是很好建议,但是事实上对很多客户来说保险是难以弥补他巨大的经济损失,因为失去了市场。大量的芯片分析表明,大多数可靠性缺陷是跟制造相关的,影响良率的缺陷和影响可靠性的缺陷有着高度的相关性。从这一点来说,对国产材料这一块在质量规格方面应该是没有任何可妥协、协商的空间,只能是要求越来越高。
    我们华虹一直致力于我们国产材料的进程,也是重点企业,以及批量采购的国产材料超过二十家,近几年国产材料采购金额20%增长速度在提升,并且在产能满载的情况下完成的。需要指出的是,尽管有些国产材料经过认证,但是实际使用中出现问题也是层出不穷。简单讲我们国产材料企业和国外企业相比,整体水平还有差距,任重道远。
    今天的报告就讲这些,谢谢大家。

 
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