从芯片制造再谈半导体设备和材料

最近的行情主要以震荡为主，量能也逐渐缩小下来，盘面具有连续赚钱效应的板块主要是汽车产业链和光伏产业链。科技股从7月中旬那一波牛市消失开始一直调整，时间和幅度都比较充分了， 最近也有企稳的迹象。上周开始股票ETF转为集中净申购，股票ETF净申购规模最高的是华夏国证半导体芯片ETF ，达到16.2亿份。这说明已经有资金开始盯上了半导体产业链了，半导体行业的逻辑也是足够强大，第一，外围对我国频频掐脖子，只能加速国产替代进程，第二，目前我国的半导体产业同我国在全球产业链的地位严重背离，半导体没有核心技术，科技强国难以实现，第三，疫情不会改变全球半导体产业景气度上升的趋势，半导体产业核心公司在未来业绩有望改善。半导体芯片行业最强的风口当然是半导体材料和设备，因为这是制造芯片的基石。本文将从芯片制造生产线的角度重新梳理一下半导体材料和设备，主要以上市公司为主。
目前全球市场上芯片线生产主要分为7nm\14nm\28nm三种，14nm、7nm搭建的可行性几乎为零，目前没有探讨的意义，并且28nm仍属于目前主流制程之一，那么28nm的生产线需要哪些设备和材料呢？这里主要探讨芯片制造的上游，下游的封装和测试的几个核心主要是长电、华天、通富微电 、精测电子 等。



1. 硅片制造：制作芯片的基底，硅片技术基本满足要求。

半导体硅片是制作芯片的基底，芯片制程越先进，对硅片质量的要求就越高。目前沪硅产业12英寸大硅片已可用于28nm制程的芯片制造，中环股份 轻掺杂12英寸大硅片也已经进入28nm的技术节点。

拉晶炉是制作硅片的核心装置，南京晶能已成为沪硅产业12英寸大硅片生产线的拉晶炉国产供应商，可满足28nm及以上制程的硅片制作。

晶盛机电 承担国家科技重大专项“300mm硅单晶直拉生长装备的开发”，拉晶炉、切割机已供货中环股份，研磨机已供货沪硅产业。

2. 热处理设备有卧式炉、立式炉和快速升温炉（RTP），技术基本满足要求。

热处理主要包括氧化、扩散、退火工艺等环节，热处理氧化是在硅片表面形成氧化膜，高温热扩散是将杂质元素掺入硅衬底中，退火是修复离子注入后硅片的晶格缺陷。

热处理设备主要是卧式炉、立式炉和快速升温炉（RTP）。

目前国内的北方华创 、Mattson（屹唐半导体）已经能够生产28nm及以上制程的热处理设备。

3. 光刻设备有光刻机和涂胶显影机，目前仍受到限制。

光刻是晶圆生产核心环节，在整个硅片加工成本中占到1/3。

光刻的工艺流程大致是用涂胶机将光刻胶涂覆在硅片表面，然后用光刻机将电路图形曝光在硅片上，再用显影机进行显影，去掉不需要的光刻胶。

光刻主要使用光刻机和涂胶显影机。

上海微电子是国内技术最先进的光刻机厂商，但目前只能量产90nm光刻机，据报道，2021年上海微电子将完成28nm国产光刻机的交付。

涂胶显影机方面，芯源微 的前道Barc涂胶设备可以满足28nm工艺。

4. 刻蚀环节设备主要是刻蚀机和去胶设备，基本满足要求。

刻蚀是有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程，被光刻胶覆盖的硅片部分会受到保护而不被刻蚀，没有覆盖的部分将被刻蚀掉。

早期的刻蚀是用液体化学试剂的湿法刻蚀，3μm之后的工艺大多采用等离子体干法刻蚀。根据被刻蚀材料的种类，刻蚀设备可分为硅刻蚀、金属刻蚀和介质刻蚀设备三大类。

北方华创的硅刻蚀机在14nm工艺上取得重大进展，中微公司 第二代电介质刻蚀设备已广泛应用于28到7nm后段制程以及10nm前段制程。

刻蚀之后使用去胶设备将表面遗留的光刻胶去除。屹唐半导体的去胶设备已经进入了5nm生产线。

5. 离子注入环节主要是注入机，基本满足要求。

晶圆制造中需要将杂质离子（如硼离子、磷离子）掺入被刻蚀后的特定硅片区域中，从而形成PN结、电阻、欧姆接触等。离子注入是使带电粒子（离子）高速轰击硅片并将其注入硅衬底的方法。

中电科旗下北京中科信的12英寸离子注入机已进入中芯国际 生产线，工艺覆盖至28nm。万业企业 旗下凯世通的离子注入机已突破3nm工艺，主要参数均优于国外同类产品。

6. 薄膜沉积环节主要是PVD、CVD设备 ，基本满足要求。

绝缘薄膜（如SiO2）、半导体薄膜（如多晶硅）、导电薄膜（如金属）是芯片中的重要物质，薄膜沉积是各类薄膜形成的最主要方式。

薄膜沉积工艺分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和外延三大类。PVD多应用于金属薄膜的沉积，CVD可应用于绝缘薄膜、半导体薄膜和导电膜层的沉积，外延是在硅片表面生长单晶薄膜的工艺。另外，ALD属于CVD的一种，是目前最先进的薄膜沉积技术。

北方华创的PVD设备已经用于28nm生产线中，14nm工艺设备也已实现重大进展。沈阳拓荆的PECVD设备已在中芯国际40-28nm产线使用，ALD设备也在14nm工艺产线通过验证。

7. 化学机械抛光环节设备主要是抛光机和抛光垫，目前仍受限制。

晶圆制造需要对硅片表面进行平坦化处理，不然会严重影响芯片的结构及良率。化学机械抛光（CMP）结合了化学作用与机械作用，使硅片表面材料与研磨液发生化学反应的同时，在研磨头的压力作用下进行抛光，最终使硅片表面实现平坦化。

华海清科和中电科45所均参与02专项项目——“28-14nm抛光设备及工艺、配套材料产业化”，研发300mm晶圆28-14nm“干进干出”CMP整机设备及结合配套材料的成套工艺。

目前华海清科的抛光机已进入中芯国际生产线，同时中电科45所8英寸设备正在被中芯国际验证。

抛光垫国内龙头是鼎龙股份 ，目前公司八寸和十二寸主流OX/W/Cu/STI/Poly等制程产品布局较为完善，应用于成熟制程领域的DH3000/DH3002/DH3010系列产品在持续开拓市场，应用于先进制程领域的产品DH3201/DH3410成功投产，并进一步推出DH3110/DH3310丰富产品线

8. 清洗设备已经基本满足要求。

几乎所有工艺流程都需要清洗环节，清洗步骤占半导体工艺所有步骤的1/3，最多可达到200次。

清洗机是将硅片表面的颗粒、有机物、金属杂质等污染物去除，以获得所需洁净表面的工艺设备。

北方华创、盛美半导体、至纯科技 、芯源微的清洗装备均可实现国产替代，其中盛美半导体是国内唯一进入14nm产线验证的清洗设备厂商。

9. 前道、后道量测基本满足要求。

晶圆制造中的前道量测可分为工艺检测和晶圆检测。

工艺检测设备可对每道工艺后的晶圆进行无损的检查和测量，以保证关键工艺参数满足指标，保证芯片的成品率。

晶圆检测设备包括硅片测试设备和晶圆中测设备。硅片测试设备主要包括厚度仪、颗粒检测仪、硅片分选仪等；晶圆中测设备主要包括探针卡、探针台和测试机等。

赛腾股份 收购日本Optima进入半导体检测设备领域，Optima客户包含三星、SK 海力士、台积电 等。中科飞测的几款前道检测设备实现国产设备零的突破，进入中芯国际、长江存储等国内大厂。

后道测量国内主要以长川科技 、华峰测控 ，精测电子等为主。

上述就是半导体芯片制造所需要的半导体材料和设备，目前国内独立搞一条28nm的生产线还有一定困难，不过目前各个领域发展迅速，最近一两年应该就可以了。

关于半导体产业链，个人认为四季度是有机会的，尤其是设备和材料。以上都是个人看法，不作任何投资依据，股市有风险，投资需谨慎，盈亏自负，风险自担。如果不看好，也烦请不要说风凉话，可以说出你的理由，如果不错大家给你点赞。市场会证明一切，码字不易，希望各位兄观看之余帮忙点赞，尤其是收藏的老师，最好都能给主贴点赞。同时也希望在这个帖子里面一起学交流的老师，能给这个帖子加油，送点积分，不在乎多少，这是一种态度，表明对我劳动成果的支持。谢谢各位老铁了。