基于SWOT分析國內半導體裝備行業在新形勢下的發展戰略

周杰

21世紀以來，隨著我國半導體產業的發展，半導體設備制造和半導體器件生產行業在一些細分領域取得了實質性突破。但當前我國半導體行業仍然發展不平衡，且與國外領先技術仍有一定差距。本文通過SWOT分析，剖析我國半導體裝備行業的發展狀況、資源配置和機遇與挑戰，并對我國半導體行業如何把握發展趨勢和突破瓶頸提出建議。

一、國內半導體裝備行業概述

（一）半導體設備

半導體設備用于生產制造半導體器件，業內稱為“機臺”。本文討論的半導體設備主要針對晶圓工藝流程中的FEOL（前道工序，Front End of Line）展開。FEOL涉及半導體設備的核心工藝，如刻蝕、化學氣相沉積、物理氣相沉積、外延生長、離子注入和光刻等。半導體裝備行業的企業以FEOL相關設備制造廠商為中心，向上下游產業鏈展開。覆蓋設備廠商的子系統、零部件等上游供應商、下游設備使用方fab（晶圓廠）以及相關的原材料供應商等。

（二）半導體行業發展規律

半導體器件的發展自發明以來遵循著摩爾定律，這就逼迫各家半導體設備制造商不斷提高設備性能，并與fab共同開發新的工藝制程，始終保持競爭力。

半導體行業起伏具有周期波動性，自1990年以來已經經歷了八到九次波動。每個周期平均持續14至15個季度。通常周期的上升期長于下降期，以此造就了半導體行業起伏式上升成長。每次回調對于領先的企業是一次技術沉淀、自我調整的時機，幫助在下一個周期繼續引領市場。對于技術相對落后的企業也是一次找準方向和努力追趕的機會，為爭取跟隨下一波市場上行時獲得更多的份額。

（三）國內半導體行業發展

國內半導體行業起步較晚，目前在關鍵設備和工藝上與國際先進水平仍有較大差距。設備本土化比例逐年提高，但仍處在較低水平。同全球市場一樣，國內行業發展同樣遵循半導體行業周期性波動的發展規律。但國內半導體行業受政策和龐大的國內市場帶來的慣性影響，波動略滯后國際市場，且呈現出較明顯的市場下行回調時間較短的特征。

二、國內半導體裝備行業機會與能力識別

（一） 國內半導體裝備行業的資源優勢

21世紀以來半導體行業在國內受到了廣泛關注，中國半導體裝備業已經得到了一定發展，具有了一定規?；A。近十年來Fab大規模興建，主要遍布江浙滬一帶和北京周邊地區。內資以華虹宏力集團、中芯國際、華潤集團和長江存儲等為代表。也有不少國外廠家紛紛在國內設廠擴建如美資大連英特爾、韓資無錫海力士和西安三星等。

目前國內晶圓加工廠已建成超70家，約大部分為較低工藝要求的8寸晶圓大線寬工藝，能滿足5G、汽車、物聯、MCU（微控制單元）和傳感器等應用場景，迎合技術發展趨勢和終端市場動向。2022年全球計劃新建fab 29家，其中約一半在中國?？梢妵鴥劝雽w產業具有一定的規模和發展勢頭，正以高于全球平均的速度發展。

發展半導體行業僅有fab規模優勢只發展晶圓加工業也是不行的，國產半導體設備的研發和投產也同樣重要。中國半導體裝備業正式大踏步發展始于“02專項”的成立。經過十多年的耕耘。我們在不少晶圓加工的前道工藝核心設備上有質的突破。不少國產機臺已經用于國內fab大規模投產，更有個別機臺在幾道工藝上接近國際領先水平。正是在此背景下，半導體廠國產化率逐步提高。2021年半導體設備整體招標采購國產化率達到 20%，預計2022年可突破25%。其中去膠、封裝和清洗在所有半導體工藝設備類型中國產化比例最高，都超過40%。晶圓加工中非常關鍵的干法刻蝕國產化率也達到約30%。其中上海中微公司和北方華創公司在不同技術路線上的刻蝕設備均在14納米及以下的先進制程上分別通過驗證進入量產。薄膜沉積方面北方華創公司的PVD（物理氣相沉積）設備和沈陽拓荊公司的PECVD（等離子體增強化學氣相沉積）設備都實現量產，在國內fab大批量裝備投產。

（二） 國內半導體裝備行業的資源弱勢

環顧整個半導體行業產業鏈，半導體材料和高端零部件仍大量依賴進口，其中包括如薄膜真空計、分子流量計、射頻發生器和真空部件等精密設備，也有氟化橡膠、光刻膠和高純度特種氣體等化學材料。零部件和半導體材料受市場關注較少，國產化進程遠沒有半導體設備發展得快，國產化的半導體設備中仍大量使用國外進口的子部件和耗材。

作為半導體加工的原材料，硅片在產業鏈中也占據重要地位。先進半導體制程所需的12寸大硅片，其國內龍頭企業上海新昇預計臨港新廠投產后設計產能在每月60萬片左右。當前國內12寸fab滿產的產能需求接近約每月200萬片。硅片仍呈現出供不應求的局面。

雖然國內晶圓加工廠建成數量較大，但在70多家fab中12寸在產fab不足1/3。能成熟生產20納米以下工藝的更是屈指可數。較低端的半導體加工能滿足大量生活中的應用場景，幫助科技應用提高生活質量。但是在關鍵的先進邏輯芯片和存儲芯片研發生產上仍與國際先進水平有數年差距。

國產設備方面我們看到不少核心設備已能實現國產和量產，但晶圓加工流程復雜，國產化設備并沒有對整體工藝有全面的覆蓋，仍有不少核心工藝的相關設備仍處于研發階段。以最典型的光刻為例，國際上仍是荷蘭阿斯麥一家獨大。國內光刻機的現狀是攻克90納米，正在積極研發28納米光刻設備，與行業領先水平差距仍較大。類似的差距不僅僅存在于備受媒體關注的光刻方面，各種特定應用的CVD（化學氣相沉積）和ALD（原子層沉積設備）等同樣存在一定代差。

設備國產化率雖逐年提高，但發展起點較低，整體比例仍處于較低水平。縱觀全球半導體設備市場。排行前五的半導體設備制造公司2021年約占全球市場份額3/4。分別是美國應用材料、荷蘭阿斯麥、美國泛林、日本東電和美國科磊。他們分別領跑沉積、光刻、刻蝕和量測，分別占據各個細分工藝的龍頭位置。其中來自美國的三家公司約占全球一半份額。反觀國產設備制造商前三，2021年北方華創、中微和盛美智能占全球份額不足2%。雖然國內半導體裝備業近年呈現出爆發式跳躍式發展，但總體規模仍與國際領跑者有質的差距。

在人才培養和知識儲備方面，國內發展多依賴人才引進和生產中摸索積累。高校很難對企業輸送半導體裝備專向人才，源自國內高校半導體裝備相關的專業較少。半導體裝備產業發展快投入高的特點限制了高校投入經費、更新教材和建設相關實驗室。最終呈現出相關人才的技術積累水平與行業發展需求不匹配。加之近年來非實體的虛擬經濟的發展，學生在選擇專業和就業時更傾向于金融、IT或虛擬產業而非本質上發展自基于機械制造的半導體裝備業，造成了人才發展出現斷層跡象。

半導體裝備業是一個多學科交叉的行業，涉及機械、電氣、物理、化學、通訊和計算機等。各個學科在半導體行業的應用都具有一定深度和相互融合的特點，導致了培養人才周期長。對于一個新入職的半導體行業從業人員來說，需要三到五年補齊非本專業基礎知識的缺口，才能在工作中獨當一面。但是行業人才缺口大，造成我們看到有不少不得不“半路出家”“拔苗助長”的用人現象，不免在技術探索中出現發展瓶頸和走彎路的情況。

（三） 國內半導體裝備行業的發展機遇

中國人口龐大，隨著科技和生活水平的提高，消費電子產品的市場需求也持續旺盛。以存儲芯片為例，大量應用在電腦、手機和娛樂設備上。2021年中國大陸市場約占全球半導體器件消費總量的35%，但中國制造的半導體器件只占全球總量的7%。據統計2021年中國芯片進口總額約4400億美金，為世界第一大芯片進口國。在政策的扶持下，國內正計劃新建和擴產更多的12寸fab以滿足消費電子內需和先進制程發展需要。國內半導體設備對小線寬，尤其是20納米以下的工藝可實現程度仍很低。強大的內需和較低的產能水平相結合，意味著我們有更大的發展空間。

國內新能源汽車、LED和晶硅太陽能等市場的興起助力半導體行業全面發展。新能源和碳中和助推晶硅太陽能近年來有較大發展，其中異質結路線的發展中國可謂一枝獨秀，逐步形成市場主流的趨勢。其核心工藝有PECVD和PVD，與晶圓半導體工藝類似?？梢詭椭嚓P企業積累設備經驗，甚至在條件成熟時進軍先進制程或提供人才。類似的工藝還有LED制造，通常前道核心工藝有MOCVD（金屬有機物化學氣相沉積）、PECVD、刻蝕以及PVD。這些與IC芯片的制造工藝也有很大的相似性。隨著MicroLED技術的來臨，LED工藝要求提高，與半導體先進制程有了更大的相通相融性。這些行業的蓬勃發展為發展高端半導體裝備業提供了源源不斷的后備力量和技術儲備。

（四） 對國內半導體裝備行業發展的威脅因素

美國曾多次限制中國半導體產業的崛起。如2018年制裁中興，2019年制裁華為。2022年10月美國商務部出臺對華芯片管制新規，其中禁止向中國輸出可用于生產14/16納米以下邏輯芯片，18納米以下的DRAM芯片，128層以上的NAND芯片的半導體設備。并中止了美國企業及美國籍技術人員對具有以上規格芯片生產能力的中國大陸fab的服務。最終矛頭指向了長江存儲和長鑫存儲兩家先進存儲芯片制造廠。蘋果也不得不放棄批量采購長江存儲128層3D NAND閃存的計劃。

半導體加工所依賴的原材料和關鍵零部件同整體設備一樣重要。但目前也有很大比例來自進口，且相當一部分產自美國。同樣會出現受制于人，阻礙發展的局面。

半導體行業發展參考歷史有著周期波動性規律。截至2022年二季度，半導體行業連續成長已經8個季度，行業規模達到歷史之最。三季度行業已經顯示出增長乏力，訂單下降，fab減產的趨勢。預計將有一波持續一年左右的下行周期。國內半導體裝備也同樣會受到影響。

行業人才流動率高，人才流失現象嚴重。行業內薪資待遇的落差大，對先進技術的向往加之工作壓力的對比使人才在工作發展時更向往外資企業，這一現象在設備零部件行業尤其明顯。大量相關專業留學生畢業后不愿意回國發展，面對國內企業的問題及競爭壓力等因素更愿意在國外發展。

三、國內半導體裝備行業的發展戰略建議

（一） 既注重整機發展，也注重零部件和原材料配套產業發展

從國內半導體裝備行業優勢分析可以看出國內半導體整機已開始進入全面發展階段，個別關鍵設備已經接近世界水平。但是半導體原材料和設備關鍵零部件的發展相對整機仍處于滯后狀態。比如12寸大硅片的產能、半導體設備所需的高精度計量設備和射頻相關零部件等。在注重發展半導體整機裝備業的同時，也要關注產業鏈上其他重要環節同步均衡發展。完善整條半導體產業鏈的發展，在受到外部限制時才能反客為主。

（二） 結合外資發展整體產業鏈

目前很少有外資半導體廠商在國內設廠。設備廠商考慮技術保護是一個原因，對于零部件供應商來說投入回報率是另一個重要考慮因素。部分外資先進零部件由于產品種類繁多、每個單一品種市場體量小，所以投資額不高，難以在國內取得好的投資條件?？梢钥紤]從行業協會或聯盟的角度幫助這些在半導體行業某一細分市場上突出的外資企業本地化，更好地融入國內半導體產業鏈，以獨資或合資的性質在中國大陸設廠，甚至開展實驗室或研發項目，最終幫助這些企業在國內落地生根，也幫助國內半導體產業鏈的發展和完善。

（三） 發展和留住人才，產學研結合

針對目前半導體裝備行業人才缺失和高校人才輸送乏力等現象。企業內可以策劃更全面的人才培養發展規劃，使每個人才在本企業內能得到不斷成長。行業內上下游合作關系的企業間可以推出一系列交叉技能論壇，使不同企業的技術人員能更好認識配套設備以及上下游的產品特點，更全面地認識產業鏈。另外，企業可以牽頭與高校之間建立相關人才培養機制，引入高年級學生走進企業進行輪崗實習。實習表現好的畢業生可以延續實習進入企業就業，高校也可以借助企業的設備安排一系列的實驗項目進行產學研合作。幫助產業人才、研發和生產有機地融合發展。

（四） 把握行業脈搏，適時合理布局發展

半導體行業發展的波動性可以看作一把雙刃劍，雖然每次回調會使企業放慢發展腳步，但卻是行業中相對落后者的追趕機會。2022年三季度正處于進入下行區間的拐點，產業投資放緩、設備出貨預期調低、fab產量下降及各家企業預算收緊等。各個半導體裝備企業正可以抓住這個機會脫離繁忙重復的生產活動，將更多的資源投入到技術創新和產品研發中。在不久之后的行業上行趨勢中爭取得到用戶驗證，以縮短與世界先進水平的差距。

合理布局還體現在注重平衡發展。各家半導體企業需要有自己獨立的定位和發展方向，發展自身的核心價值，而非同質化發展或借鑒他人的經驗成果。2010年前后太陽能行業就經歷過一波多晶爐廠家群起群落的場面。其中一項主要原因就是當時多數企業沒有自身核心價值，技術方向雷同，只想借著行業勢頭分一杯羹，導致低價同質化產品泛濫市場過度飽和，市場技術趨勢稍有變化就全部遭到淘汰。對于行業健康發展需要分散投資，多方向研發既幫助行業全面發展，也防止全局性風險的發生。對于業內企業也要善于將自身優勢和行業需求結合，發展獨特的核心價值。

除了橫向的合理布局，縱向也可以形成產業梯隊。以先進集成電路工藝設備做技術引領，同時發展第三代半導體、LED、顯示面板和太陽能面板等泛半導體產業，形成產業梯隊，也滿足市場多元化需求。企業根據自身特點深耕所處細分行業，進行人才、技術和資金積累，為轉型研發更高端工藝做準備，而非貿然跨越式發展。

（五） 學習鄰國經驗，克服外部困難

當前中美之間產生一定貿易摩擦，美國針對中國正在發展的半導體裝備和制造業連續進行制裁。這些手段美國也曾同樣運用在1980年代的日本。1986年日本已經發展成為當時全球第一大半導體生產國，其DRAM市場份額約占全球80%?！稄V場協定后》日元大幅升值直接導致了日本半導體產業開始近20年衰落。21世紀以后日本更注重產業鏈細分領域，不再固守DRAM市場，開始發展技術含量更高的SoC和鉆研半導體材料方向。如今信越化學和三菱住友在硅晶圓片和光刻膠領域的技術和市場份額都名列前茅。更是發展出東京電子這樣跨硅晶圓半導體和顯示面板行業的半導體工藝設備巨頭。

從日本半導體產業的發展史我們可以得到一些啟發。破除當前的封鎖局面，需要更全面的發展和一定時間的技術沉淀。首先，需要全面認識半導體產業鏈，找準國內當前技術水平在每個環節的定位。半導體企業結合自己的背景和特點，適當瞄準有發展價值行業細分領域進行鉆研，與競爭對手形成差異化的競爭。其次，找準市場發展趨勢和技術路線。特別國內市場內需龐大，足以支撐起一些市場需求導向的產品應用路線。作為技術追趕者，既保證當前模仿的技術得到市場應用，也為將來技術路線創新和制定行業標準做資源儲備。

（作者單位：上海人大人創新創業研修學院）