基于SWOT分析国内半导体装备行业在新形势下的发展战略

周杰

21世纪以来，随着我国半导体产业的发展，半导体设备制造和半导体器件生产行业在一些细分领域取得了实质性突破。但当前我国半导体行业仍然发展不平衡，且与国外领先技术仍有一定差距。本文通过SWOT分析，剖析我国半导体装备行业的发展状况、资源配置和机遇与挑战，并对我国半导体行业如何把握发展趋势和突破瓶颈提出建议。

一、国内半导体装备行业概述

（一）半导体设备

半导体设备用于生产制造半导体器件，业内称为“机台”。本文讨论的半导体设备主要针对晶圆工艺流程中的FEOL（前道工序，Front End of Line）展开。FEOL涉及半导体设备的核心工艺，如刻蚀、化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长、离子注入和光刻等。半导体装备行业的企业以FEOL相关设备制造厂商为中心，向上下游产业链展开。覆盖设备厂商的子系统、零部件等上游供应商、下游设备使用方fab（晶圆厂）以及相关的原材料供应商等。

（二）半导体行业发展规律

半导体器件的发展自发明以来遵循着摩尔定律，这就逼迫各家半导体设备制造商不断提高设备性能，并与fab共同开发新的工艺制程，始终保持竞争力。

半导体行业起伏具有周期波动性，自1990年以来已经经历了八到九次波动。每个周期平均持续14至15个季度。通常周期的上升期长于下降期，以此造就了半导体行业起伏式上升成长。每次回调对于领先的企业是一次技术沉淀、自我调整的时机，帮助在下一个周期继续引领市场。对于技术相对落后的企业也是一次找准方向和努力追赶的机会，为争取跟随下一波市场上行时获得更多的份额。

（三）国内半导体行业发展

国内半导体行业起步较晚，目前在关键设备和工艺上与国际先进水平仍有较大差距。设备本土化比例逐年提高，但仍处在较低水平。同全球市场一样，国内行业发展同样遵循半导体行业周期性波动的发展规律。但国内半导体行业受政策和庞大的国内市场带来的惯性影响，波动略滞后国际市场，且呈现出较明显的市场下行回调时间较短的特征。

二、国内半导体装备行业机会与能力识别

（一） 国内半导体装备行业的资源优势

21世纪以来半导体行业在国内受到了广泛关注，中国半导体装备业已经得到了一定发展，具有了一定规模基础。近十年来Fab大规模兴建，主要遍布江浙沪一带和北京周边地区。内资以华虹宏力集团、中芯国际、华润集团和长江存储等为代表。也有不少国外厂家纷纷在国内设厂扩建如美资大连英特尔、韩资无锡海力士和西安三星等。

目前国内晶圆加工厂已建成超70家，约大部分为较低工艺要求的8寸晶圆大线宽工艺，能满足5G、汽车、物联、MCU（微控制单元）和传感器等应用场景，迎合技术发展趋势和终端市场动向。2022年全球计划新建fab 29家，其中约一半在中国。可见国内半导体产业具有一定的规模和发展势头，正以高于全球平均的速度发展。

发展半导体行业仅有fab规模优势只发展晶圆加工业也是不行的，国产半导体设备的研发和投产也同样重要。中国半导体装备业正式大踏步发展始于“02专项”的成立。经过十多年的耕耘。我们在不少晶圆加工的前道工艺核心设备上有质的突破。不少国产机台已经用于国内fab大规模投产，更有个别机台在几道工艺上接近国际领先水平。正是在此背景下，半导体厂国产化率逐步提高。2021年半导体设备整体招标采购国产化率达到 20%，预计2022年可突破25%。其中去胶、封装和清洗在所有半导体工艺设备类型中国产化比例最高，都超过40%。晶圆加工中非常关键的干法刻蚀国产化率也达到约30%。其中上海中微公司和北方华创公司在不同技术路线上的刻蚀设备均在14纳米及以下的先进制程上分别通过验证进入量产。薄膜沉积方面北方华创公司的PVD（物理气相沉积）设备和沈阳拓荆公司的PECVD（等离子体增强化学气相沉积）设备都实现量产，在国内fab大批量装备投产。

（二） 国内半导体装备行业的资源弱势

环顾整个半导体行业产业链，半导体材料和高端零部件仍大量依赖进口，其中包括如薄膜真空计、分子流量计、射频发生器和真空部件等精密设备，也有氟化橡胶、光刻胶和高纯度特种气体等化学材料。零部件和半导体材料受市场关注较少，国产化进程远没有半导体设备发展得快，国产化的半导体设备中仍大量使用国外进口的子部件和耗材。

作为半导体加工的原材料，硅片在产业链中也占据重要地位。先进半導体制程所需的12寸大硅片，其国内龙头企业上海新昇预计临港新厂投产后设计产能在每月60万片左右。当前国内12寸fab满产的产能需求接近约每月200万片。硅片仍呈现出供不应求的局面。

虽然国内晶圆加工厂建成数量较大，但在70多家fab中12寸在产fab不足1/3。能成熟生产20纳米以下工艺的更是屈指可数。较低端的半导体加工能满足大量生活中的应用场景，帮助科技应用提高生活质量。但是在关键的先进逻辑芯片和存储芯片研发生产上仍与国际先进水平有数年差距。

国产设备方面我们看到不少核心设备已能实现国产和量产，但晶圆加工流程复杂，国产化设备并没有对整体工艺有全面的覆盖，仍有不少核心工艺的相关设备仍处于研发阶段。以最典型的光刻为例，国际上仍是荷兰阿斯麦一家独大。国内光刻机的现状是攻克90纳米，正在积极研发28纳米光刻设备，与行业领先水平差距仍较大。类似的差距不仅仅存在于备受媒体关注的光刻方面，各种特定应用的CVD（化学气相沉积）和ALD（原子层沉积设备）等同样存在一定代差。

设备国产化率虽逐年提高，但发展起点较低，整体比例仍处于较低水平。纵观全球半导体设备市场。排行前五的半导体设备制造公司2021年约占全球市场份额3/4。分别是美国应用材料、荷兰阿斯麦、美国泛林、日本东电和美国科磊。他们分别领跑沉积、光刻、刻蚀和量测，分别占据各个细分工艺的龙头位置。其中来自美国的三家公司约占全球一半份额。反观国产设备制造商前三，2021年北方华创、中微和盛美智能占全球份额不足2%。虽然国内半导体装备业近年呈现出爆发式跳跃式发展，但总体规模仍与国际领跑者有质的差距。

在人才培养和知识储备方面，国内发展多依赖人才引进和生产中摸索积累。高校很难对企业输送半导体装备专向人才，源自国内高校半导体装备相关的专业较少。半导体装备产业发展快投入高的特点限制了高校投入经费、更新教材和建设相关实验室。最终呈现出相关人才的技术积累水平与行业发展需求不匹配。加之近年来非实体的虚拟经济的发展，学生在选择专业和就业时更倾向于金融、IT或虚拟产业而非本质上发展自基于机械制造的半导体装备业，造成了人才发展出现断层迹象。

半导体装备业是一个多学科交叉的行业，涉及机械、电气、物理、化学、通讯和计算机等。各个学科在半导体行业的应用都具有一定深度和相互融合的特点，导致了培养人才周期长。对于一个新入职的半导体行业从业人员来说，需要三到五年补齐非本专业基础知识的缺口，才能在工作中独当一面。但是行业人才缺口大，造成我们看到有不少不得不“半路出家”“拔苗助长”的用人现象，不免在技术探索中出现发展瓶颈和走弯路的情况。

（三） 国内半导体装备行业的发展机遇

中国人口庞大，随着科技和生活水平的提高，消费电子产品的市场需求也持续旺盛。以存储芯片为例，大量应用在电脑、手机和娱乐设备上。2021年中国大陆市场约占全球半导体器件消费总量的35%，但中国制造的半导体器件只占全球总量的7%。据统计2021年中国芯片进口总额约4400亿美金，为世界第一大芯片进口国。在政策的扶持下，国内正计划新建和扩产更多的12寸fab以满足消费电子内需和先进制程发展需要。国内半导体设备对小线宽，尤其是20纳米以下的工艺可实现程度仍很低。强大的内需和较低的产能水平相结合，意味着我们有更大的发展空间。

国内新能源汽车、LED和晶硅太阳能等市场的兴起助力半导体行业全面发展。新能源和碳中和助推晶硅太阳能近年来有较大发展，其中异质结路线的发展中国可谓一枝独秀，逐步形成市场主流的趋势。其核心工艺有PECVD和PVD，与晶圆半导体工艺类似。可以帮助相关企业积累设备经验，甚至在条件成熟时进军先进制程或提供人才。类似的工艺还有LED制造，通常前道核心工艺有MOCVD（金属有机物化学气相沉积）、PECVD、刻蚀以及PVD。这些与IC芯片的制造工艺也有很大的相似性。随着MicroLED技术的来临，LED工艺要求提高，与半导体先进制程有了更大的相通相融性。这些行业的蓬勃发展为发展高端半导体装备业提供了源源不断的后备力量和技术储备。

（四） 对国内半导体装备行业发展的威胁因素

美国曾多次限制中国半导体产业的崛起。如2018年制裁中兴，2019年制裁华为。2022年10月美国商务部出台对华芯片管制新规，其中禁止向中国输出可用于生产14/16纳米以下逻辑芯片，18纳米以下的DRAM芯片，128层以上的NAND芯片的半导体设备。并中止了美国企业及美国籍技术人员对具有以上规格芯片生产能力的中国大陆fab的服务。最终矛头指向了长江存储和长鑫存储两家先进存储芯片制造厂。苹果也不得不放弃批量采购长江存储128层3D NAND闪存的计划。

半导体加工所依赖的原材料和关键零部件同整体设备一样重要。但目前也有很大比例来自进口，且相当一部分产自美国。同样会出现受制于人，阻碍发展的局面。

半导体行业发展参考历史有着周期波动性规律。截至2022年二季度，半导体行业连续成长已经8个季度，行业规模达到历史之最。三季度行业已经显示出增长乏力，订单下降，fab减产的趋势。预计将有一波持续一年左右的下行周期。国内半导体装备也同样会受到影响。

行业人才流动率高，人才流失现象严重。行业内薪资待遇的落差大，对先进技术的向往加之工作压力的对比使人才在工作发展时更向往外资企业，这一现象在设备零部件行业尤其明显。大量相关专业留学生毕业后不愿意回国发展，面对国内企业的问题及竞争压力等因素更愿意在国外发展。

三、国内半导体装备行业的发展战略建议

（一） 既注重整机发展，也注重零部件和原材料配套产业发展

从国内半导体装备行业优势分析可以看出国内半导体整机已开始进入全面发展阶段，个别关键设备已经接近世界水平。但是半导体原材料和设备关键零部件的发展相对整机仍处于滞后状态。比如12寸大硅片的产能、半导体设备所需的高精度计量设备和射频相关零部件等。在注重发展半导体整机装备业的同时，也要关注产业链上其他重要环节同步均衡发展。完善整条半导体产业链的发展，在受到外部限制时才能反客为主。

（二） 结合外资发展整体产业链

目前很少有外资半导体厂商在国内设厂。设备厂商考虑技术保护是一个原因，对于零部件供应商来说投入回报率是另一个重要考虑因素。部分外资先进零部件由于产品种类繁多、每个单一品种市场体量小，所以投资额不高，难以在国内取得好的投资条件。可以考虑从行业协会或联盟的角度帮助这些在半导体行业某一细分市場上突出的外资企业本地化，更好地融入国内半导体产业链，以独资或合资的性质在中国大陆设厂，甚至开展实验室或研发项目，最终帮助这些企业在国内落地生根，也帮助国内半导体产业链的发展和完善。

（三） 发展和留住人才，产学研结合

针对目前半导体装备行业人才缺失和高校人才输送乏力等现象。企业内可以策划更全面的人才培养发展规划，使每个人才在本企业内能得到不断成长。行业内上下游合作关系的企业间可以推出一系列交叉技能论坛，使不同企业的技术人员能更好认识配套设备以及上下游的产品特点，更全面地认识产业链。另外，企业可以牵头与高校之间建立相关人才培养机制，引入高年级学生走进企业进行轮岗实习。实习表现好的毕业生可以延续实习进入企业就业，高校也可以借助企业的设备安排一系列的实验项目进行产学研合作。帮助产业人才、研发和生产有机地融合发展。

（四） 把握行业脉搏，适时合理布局发展

半导体行业发展的波动性可以看作一把双刃剑，虽然每次回调会使企业放慢发展脚步，但却是行业中相对落后者的追赶机会。2022年三季度正处于进入下行区间的拐点，产业投资放缓、设备出货预期调低、fab产量下降及各家企业预算收紧等。各个半导体装备企业正可以抓住这个机会脱离繁忙重复的生产活动，将更多的资源投入到技术创新和产品研发中。在不久之后的行业上行趋势中争取得到用户验证，以缩短与世界先进水平的差距。

合理布局还体现在注重平衡发展。各家半导体企业需要有自己独立的定位和发展方向，发展自身的核心价值，而非同质化发展或借鉴他人的经验成果。2010年前后太阳能行业就经历过一波多晶炉厂家群起群落的场面。其中一项主要原因就是当时多数企业没有自身核心价值，技术方向雷同，只想借着行业势头分一杯羹，导致低价同质化产品泛滥市场过度饱和，市场技术趋势稍有变化就全部遭到淘汰。对于行业健康发展需要分散投资，多方向研发既帮助行业全面发展，也防止全局性风险的发生。对于业内企业也要善于将自身优势和行业需求结合，发展独特的核心价值。

除了横向的合理布局，纵向也可以形成产业梯队。以先进集成电路工艺设备做技术引领，同时发展第三代半导体、LED、显示面板和太阳能面板等泛半导体产业，形成产业梯队，也满足市场多元化需求。企业根据自身特点深耕所处细分行业，进行人才、技术和资金积累，为转型研发更高端工艺做准备，而非贸然跨越式发展。

（五） 学习邻国经验，克服外部困难

当前中美之间产生一定贸易摩擦，美国针对中国正在发展的半导体装备和制造业连续进行制裁。这些手段美国也曾同样运用在1980年代的日本。1986年日本已经发展成为当时全球第一大半导体生产国，其DRAM市场份额约占全球80%。《广场协定后》日元大幅升值直接导致了日本半导体产业开始近20年衰落。21世纪以后日本更注重产业链细分领域，不再固守DRAM市场，开始发展技术含量更高的SoC和钻研半导体材料方向。如今信越化学和三菱住友在硅晶圆片和光刻胶领域的技术和市场份额都名列前茅。更是发展出东京电子这样跨硅晶圆半导体和显示面板行业的半导体工艺设备巨头。

从日本半导体产业的发展史我们可以得到一些启发。破除当前的封锁局面，需要更全面的发展和一定时间的技术沉淀。首先，需要全面认识半导体产业链，找准国内当前技术水平在每个环节的定位。半导体企业结合自己的背景和特点，适当瞄准有发展价值行业细分领域进行钻研，与竞争对手形成差异化的竞争。其次，找准市场发展趋势和技术路线。特别国内市场内需庞大，足以支撑起一些市场需求导向的产品应用路线。作为技术追赶者，既保证当前模仿的技术得到市场应用，也为将来技术路线创新和制定行业标准做资源储备。

（作者单位：上海人大人创新创业研修学院）