海内外半导体产业现状剖析：“芯痛”缘故原由是什么？？磁吸轨道灯怎么选

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海内外半导体产业现状剖析：“芯痛”缘故原由是什么？

2022-08-27    

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　　中国当前的半导体质料产物多用于中低端装备，如发光二极管（LED）照明装备、面板等，现在海内半导体下游需求90％以上来自于LED照明行业。我国在基础领域手艺成熟，与外洋差距不大，甚至某些手艺赶超外洋、领先全球。然而在高端芯片领域，海内外差距较大。从芯片设计、晶圆加工到封装测试，我国产业链的各个环节均有不足之处，这就导致了终端产物性能无法和外洋制备的芯片相匹敌。

　　本文将从制备工艺和检测装备两个方面，对海内外半导体产业现状举行详细对比。

　　制备工艺差距导致最终产物无法实现小而精的要求

　　半导体行业具有较长的产业链，从上游的质料提纯到单晶硅的制备再到下游的光刻和封装，甚至到最后出厂前的测试，每一步都环环相扣，牵一发而动全身。这一套工艺流程必须保证每一步的产物具有高性能，才气保证最后的终端产物可用于高端电子装备。我国在整条半导体芯片产业链中，最上游的原质料纯度不够、中游的高周详制备手艺欠缺，从而导致下游产物无法到达国际水平。本节内容将详细论述晶圆制造产业中外延手艺和光刻工艺两概略害环节中我国的劣势。

　　1．晶圆制造的外延装备有待提高

　　晶圆制造是指行使二氧化硅作为原质料制作单晶硅，需要熔炼炉、化学气相沉积（CVD）装备、单晶炉和切片机等装备。晶圆制造的制品是单晶硅片或者单晶硅薄膜。

　　在单晶硅棒材的生产企业中，中芯国际、中环股份均是海内该领域的佼佼者。随着我国国产电子装备市场的快速扩张，半导体行业下游对上游质料的需求量将连续增大，海内必须尽快扩大棒材的生产直径。然则在生产装备方面，我国现在仍依赖入口，中环股份所用的单晶炉入口于德国，由于外洋入口的熔炉可保证炉壁质料不会在单晶硅制备历程中释放其他元素而导致单晶硅不纯。

　　外延法是生长单晶硅薄膜的要害手艺，也是晶圆制造的主要工艺之一。上游环节中单晶硅片的制备方面，海内外差距正在急剧缩小，而在外延手艺方面，海内外半导体制备工艺却在逐步拉开差距。此部门将针对晶圆制造中的外延手艺举行海内外对比。

　　外延装备差距大――国产CVD装备的海内市场占有率低

　　外洋生产装备垄断全球

　　爱思强是德国化学沉积装备领域的领先企业，拥有气相沉积晶体生长的先进手艺，其产物是多种高端半导体产物的制备基础。相较下美国半导体装备公司的优势则在于物理气相沉积装备、检测装备、离子注入机等。就晶圆制备装备而言，排名第一的应用质料全球市占有率为19％左右，拥有12000项专利，每年的研发投入跨越15亿美元，而海内半导体装备龙头企业北方华创的研发支出每年却不到1亿美元。

　　北方华创是中国的AMAT，正发力于缩小PVD装备的差距

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　　北方华创是我国生产半导体装备的主要企业，其主导产物有CVD、PVD、刻蚀机、氧化炉等，均是我国入口价值对照高、手艺难度较大的装备。但北方华创在海内市场的占有率不足2％，这是由于我国半导体企业所用装备险些都从外洋入口。在薄膜制备方面，我国PVD装备是国产化率希望较快的一类装备，正在起劲缩小与蓬勃国家的差距。

　　气相沉积装备手艺壁垒主要集中在温度控制系统上

　　影响CVD工艺的参数较多，温度是其要害参数之一。随着圆片尺寸的增大以及对膜厚平均性的要求越来越高，稀奇是新器件新工艺的生长，对控温精度要求越来越高，许多工艺要求温度上下浮动控制局限不跨越0．5°C。CVD工艺中气流要求为层流，但有时会泛起湍流或局部漩涡，从而引起局部温度颠簸。基板加热系统的设计也成为CVD装备研发的难题之一，样品托板的选择也要配合加热系统。装备真空度是另一影响产物性能的要害点，种种镀膜手艺都需要一个特定的真空环境。

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　　2.我国光刻精度低影响集成电路的高效率

　　上游的晶圆片产物会运送到芯片制备企业举行晶圆加工。晶圆加工是指在晶圆上制作逻辑电路的历程，需要镀膜、光刻、显影、刻蚀、离子注入等工艺历程，需要CVD沉积装备、光刻机、刻蚀机、离子注入机、扩散炉等装备。其中光刻工艺的差距是导致我国半导体芯片性能不足的要害缘故原由，我国在这方面的劣势可以归罪于光刻装备和掩膜版精度不够以及光刻胶的性能差。

　　焦点装备光刻机手艺落伍

　　光刻机是半导体集成电路制造的焦点装备，我国芯片生长受限的一个主要缘故原由在于光刻机手艺落伍。放眼全球，能够制造出光刻机的国家屈指可数，包罗荷兰、美国、日本、中国。其中荷兰的阿斯麦(ASML)公司占有着无法撼动的龙头职位，垄断了全球80%的光刻机市场。我国无论从产物照样手艺上都存在着滞后性，不得不从外洋入口价钱高昂的制品。

　　但我国手艺也在不停突破。2022年11月长春景机所在光源和物镜系统方面取得历史性突破，“极紫外光刻要害手艺研究”也顺遂通过测试。这对于我国生长新一代集成电路制造装备是里程碑般的功效，代表国产22-32nm光刻装备指日可待。我国在追赶外洋先进手艺的同时将新手艺产业化的蹊径仍任重而道远。

　　焦点质料光刻胶自给不足

　　光刻胶是光刻环节所用到的焦点质料。光刻胶的生产手艺指标卡控十分严酷，产物需确保剖析度、显影时间、异物数目、附着力、阻抗等参数均到达指标，其因素多样、工艺手艺庞大且手艺难题众多。因此，外洋企业在配方、生产工艺手艺等方面一直强势垄断。光刻胶着名的生产厂家多为日美企业，其中日本合成橡胶、东京日化、罗门哈斯、信越化学、富士电子，这5家日本公司占有了全球87%的市场份额。

　　在光刻胶研发上，我国起步晚，生产能力主要集中在PCB光刻胶、TN/STN-LCD(扭曲向列型液晶显示器/超扭曲向列型液晶显示器)光刻胶等中低端产物。在高端产物上，往往面临由于手艺壁垒高被垄断的困局。因此，中国光刻胶企业手艺的生长也是半导体崛起的主要环节。

　　要害工具掩膜版精度不够

　　日本凸版印刷TOPPAN、大日本印刷、美国Photronics等几家外洋企业，现在掩膜版水平可做到十几到几十纳米，但海内几家着名企业如华润微电子、无锡中微掩模、苏州制版等现在的制备水平普遍还处在0.13μm以上的级别。由此可见，海内水平还需进一步提高才可与外洋企业比肩。

　　检测装备差距

　　集成电路(IC)的封装是IC生产线的最后环节，在封装历程及出厂前都要举行严酷的测试和筛选。我国的封装水平较高，然则检测装备却依然依赖入口。现在半导体检测装备依然被外洋巨头所垄断，前道检测市场中美商科磊(KLA-Tencor)占有了52%的市场份额;后道检测市场则主要由美国泰瑞达(TERADYNE)、爱德万、Xcerra所垄断。其中Xcerra是全球第三大后道测试装备的生产商，其ATE检测优势在模拟芯片的测试。

　　国产装备中，涉足前道检测装备的公司有上海睿励和精测电子，上海睿励主要以膜厚检测为主，精测电子则以面板检测为主;后道检测方面，长川科技是后道检测装备领军企业，并已实现了规模化的入口替换，但现在检测装备主要应用于低端器件——电源治理芯片，而针对存储芯片和模拟芯片领域的检测装备仍处于空缺阶段。

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