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28纳米芯片设备禁运传闻被引爆,市占率6%国产设备打响攻坚战

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撰文 / 唐煜 郑亚红

编辑 / 赵艳秋

28nm设备被禁亦真亦假

最近的这个周末,一则“台积电南京扩产受阻、28nm半导体设备被卡脖子”的消息在网上盛传。而AI财经社从几位行业核心人士处获悉,这条信息并未从可信渠道获得证实,应该是一则假消息,但情况也比较复杂。

该信息有两个关键点:一是美国选准28nm半导体技术,严禁美国公司直接向中国出口相关设备,同时也禁止从第三方转移相关设备进入中国市场,为此,台积电、联华电子从中国台湾转移至大陆的设备就未获得美国许可;消息中的28nm技术在半导体业界被称为“黄金线”,是区分成熟制造技术和先进制造技术的节点。此前,美国只阻止14纳米、7纳米、5纳米等先进半导体设备出口中国。二是称28nm技术主要影响汽车芯片生产,这直接关系到国内的新能源车、自动驾驶技术发展。

“台积电受阻”、“28nm”和“新能源车”,几个热词最终将这则传言引爆了。

中国电子专用设备工业协会秘书长金存忠告诉AI财经社,这则谣言在网上传得很厉害,但消息的源头还未找到。AI财经社登录美国商务部网站后,也并没有查询到相关信息。半导体行业人士顾文军则在朋友圈表示:“据我了解,这是个假消息。之所以出现上述谣言,可能是因为有一些外资和台资企业做相关申请时,超出了原来简短的审批周期,以为不被批准。”

不过,情况也比想象中要复杂。国内某芯片制造厂高层刘卓告诉AI财经社,因为疫情打乱了整个生产链,再加上设备交货周期本来就长,全世界都在抢设备,导致设备的交付晚了几个月。但从另外一个角度,有些打压“只做不说,有些则只说不做,因此见仁见智”。

设备行业资深人士周翼在看到这则消息后分析,尽管未有明文禁令,但根据他的了解,几个月以来,美国三大半导体设备供应商应用材料、LAM和KLA都没有从美国本土向中芯国际发过货,“媒体也已经报道过了。”今年3月,知情人士告诉AI财经社,美国应用材料公司虽然在申请出口许可证,“但其设备,甚至连一个零部件都不能从美国发货给中芯国际。”



图/视觉中国

但周翼也提到一点,有些设备比如刻蚀机、CVD(化学气相沉积)不会区分是28nm还是45nm设备。但有些设备,用于28nm及以下那些更先进的芯片,比如光刻机、原子刻蚀机、外延炉等,这些设备美国一直在管控。还有一些设备,比如腐蚀机、建设台、退火炉,这些是“大路货”,可以买到,更不要说,扩散炉、清洗机,国内已经做得很好。

对国内汽车产业影响有限

“现在28nm尤其吃香,产能也相对更紧张。”一位资深芯片人士称,28nm芯片技术应用非常广,从中低端手机应用处理器,到各类消费电子、电源管理芯片都在使用这种技术。

那么,如果28nm对汽车产业影响几何?汽车芯片设计人士王玮明确告诉AI财经社,目前汽车界芯片荒并不是由半导体设备“被卡”造成的,再加上新能源汽车本身产量小,因此对汽车产业影响有限。6月22日,工业和信息化部党组成员、副部长王江平表示,加强经济形势跟踪研判,重点对下半年芯片短缺等问题开展深入分析。



图/视觉中国

王玮对AI财经社称,对于汽车而言,目前用量最大的是不那么先进的芯片技术,包括125nm、90nm、55nm、40nm,“对28nm及以下的精细工艺,需求没有那么迫切。”金存忠也告诉AI财经社,现在进口的汽车芯片大部分都在65nm左右,汽车芯片不太用28nm,因为太贵。

王玮进一步解释,汽车对28nm的依赖主要集中在智能系统上,比如自动驾驶、大屏幕娱乐等,这类系统非常依赖“算力”,又要尽量控制耗电量,28nm是性价比最优的选择。

AI财经社了解到,目前具备制造车规级28nm芯片的主要是台积电和中芯国际,上海华虹有车规级工艺,但制程还达不到28nm。

不过,对于整个国内产业来说,28纳米半导体设备如果被卡脖子,国内芯片制造龙头企业会进一步受阻。此前,华为芯片就是卡在了芯片制造上。

国产半导体设备能顶上来吗?

半导体制造非常复杂,每一块小小的芯片背后,都是一条生产线上几百台半导体设备合力的成果。针对28nm设备,如果遇到问题,国内企业能顶上来吗?据AI财经社了解,国内企业近几年在某些单点产品上有了突破,整体市占率为6%,但增长很快。

半导体设备可以划分为六大主要类型,仅光刻机和刻蚀机两类设备就能占到整体成本的50%。



图/视觉中国

AI财经社获悉,国内主要有北方华创、中微半导体、屹唐半导体、盛美半导体几家头部国产设备企业。其中,前两家为上市公司,屹唐半导体则走在IPO的路上。中国电子专用设备工业协会秘书长金存忠告诉AI财经社,这些企业的营收额都能做到10亿元以上,“在半导体设备领域,营收达不到10亿,基本上是成不了气候的。”10亿俱乐部之下的第二梯队还有沈阳芯源等几家。

据了解,由海归人士带队的上海中微公司,刻蚀机设备已经打入了台积电的产线;北方华创是一家国企,能制造包括刻蚀机在内的10多种半导体设备,是目前品种最丰富的企业;屹唐半导体主要做去胶设备,目前在国内市占率能达到90%;盛美半导体则主要针对清洗设备,也由海归人士创办。

为什么这几家企业能够冲出重围?设备行业资深人士周翼分析,这些公司创始人在行业里的领军地位起到关键作用,比如中微半导体董事长尹志尧,曾是美国第一大半导体设备企业应用材料公司的牛人,在2004年60岁时带着15人的团队回国创业,非常有拼搏精神;北方华创董事长赵晋荣,为人务实,是纯本土人才,过去几十年是从基层工程师一路成长起来的。

此外,政府对突破非常难的半导体设备企业支持力度非常大,才能让这些企业有底气投入研发。比如北方华创2016年营业外收入的6.17亿元中有6.12亿元为政府补助。而这些企业上市后,通过股权激励,也能招到更多优秀工程师。

像屹唐半导体这样的企业,还另辟蹊径,2016年5月,亦庄国投通过屹唐半导体以约3亿美元的总价,成功收购了硅谷的半导体设备公司Mattson Technology。Mattson成立于1988年,总部位于美国加州,是世界著名半导体制造设备供应商之一。这也是中国资本成功收购国际半导体设备公司的第一个案例。

因为华为事件,过去两年,国产半导体设备企业既面对严峻挑战,也迎来了难得的发展机遇。金存忠告诉AI财经社,2020年国产半导体设备销售额突破百亿元,而在2019年,这个数字仅为70多亿元。

国内芯片制造厂高层刘卓对AI财经社说,此前他们基本不用国产半导体设备,但在华为事件之后,考虑到供应链安全,开始购买一些国产半导体设备。目前炉管设备可以实现完全国产替代,在一些节点上,也可以用北方华创和中微的刻蚀机,但很多种类还处在打磨的阶段。

刘卓举例说,目前这些设备精度问题不大,主要是重复性和可靠性问题。金存忠则举例解释称,像光刻机,一个芯片要来回刻好几十次,每一次的成品率必须高于99.99%,才能保证最后这个芯片的成品率达到90%出头。一致性和稳定性很关键。

“在影响良品率的关键环节目前暂没有用国产设备,主要是一致性问题。为了避免这种损失,国产设备现在先用在几十纳米的制程上。”刘卓说。

跟国产设备企业们一起摸着石头过河的过程中,这位资深高管也感受到了一些不同。比如像北方华创、中微公司、沈阳芯源几家纯本土的厂商,因为核心技术都掌握在自己手里,发现问题后现场就能调节,但像一些依赖国外技术的企业,在一些新需求的响应上,速度就不如前面那几家企业灵敏。

“这几年这些企业的进步都很大,但是改进这些问题考验的是综合能力,需要时间来打磨,要想最终全部替代整个生产线,至少也还需要5年的时间。”刘卓介绍说。但资深行业人士周翼预计时间会更长。

“国产大关非过不可”

“无论如何,国产化这关非过不可,没有可退之路。”周翼对AI财经社称。

一位资深人士告诉AI财经社,过去10年,国家通过“02专项”扶持14纳米国产半导体设备,投入将近一两百亿元,目前已经全部验收。“效果最好的是刻蚀机,中微公司和北方华创的刻蚀机,都在中芯国际用上了。”但他坦承,光刻机攻关效果最差,没有做成功。

验收也并不等于设备通过了量产考验,能在实际生产中用,“这是国产设备要解决的一个巨大问题。”验收毕竟只证明设备是可行的,但成品率、无故障时间都有待实践中打磨。



图/视觉中国(国内芯片生产)

这条路极为艰难。在金存忠看来,“关键就是要有一条按照大生产线运转的示范生产线,主要用国产设备,月产可以少一点,5000片也行,但能让大家觉得国产设备可信了。”金存忠认为,这样的一条生产线会成为一个重要的突破口,提升国产设备的信誉度。几位人士称,他们了解,中芯国际在北京正在建设一条非美产线。

设备资深人士周翼进一步补充称,设备企业需要引导线,目的是试错和改进。“美国应用材料就有引导线,应用材料也在这里完成与台积电、英特尔等合作工艺的研发。中国半导体设备厂如北方华创,建设引导线也是当务之急。”但他也坦言,引导线的日常费用很高,应用材料的毛利率在45%,有能力支撑,中国企业至今没有引导线。

这还是一个产业链的问题。国内半导体设备关键零部件没人做或者不达标。有资深人士举例说,MOCVD(金属有机化学气相沉积设备)需要用到温度控制器。一次,一台国产MOCVD装了国产的控制器之后,温度变成零了,导致机器里的蓝宝石晶圆全部报废,幸好上了保险,赔了客户几十万元,类似的惨剧也在其他设备上演过。包括真空管、机械手,看似“简单”,但国内都还不达标。

刘卓则表示,现在没有其他的突破口,除非没有退路,勇往直前。正如一些报道中称,这两年我们面临的外部环境差,但它又是一个千载难逢的机会。“不过,美国设备企业扛不住”,他们还是在想方设法对中国出口设备。

目前,国家层面也在加大对半导体设备的支持。2020年7月,国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》(8号文),在财税、进出口、投融资、科研、人才、知识产权、市场应用、国际合作等八方面就半导体产业发展予以扶持。

国家二期大基金也是推动国产设备发展的一支重要力量。在2019年的一场峰会上,大基金曾表示,将从三个方面重点支持,一是对在刻蚀机、薄膜设备、测试设备和清洗设备等领域已布局的企业保持高强度的持续支持;二是加快开展光刻机、化学机械研磨设备等核心设备以及关键零部件的投资布局,填补空白;三是督促制造企业提高国产装备验证及采购比例,为更多国产设备、材料提供工艺验证条件。

“现在国产设备的市占率是6%,未来就看哪个地方能进一步突破。”金存忠表示。

(文中刘卓、周翼为化名)

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