挑战之下，本土设备厂商如何破浪前行？
来源:芯谋研究发布时间:2023-05-301772浏览
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|从ECD电镀设备看半导体国产化之路
电化学沉积ECD设备市场现状通常而言，电化学沉积工艺的生产应用，可分为前道晶圆制造和后道先进封装两大领域。在前道集成电路芯片生产过程中，电化学沉积( ECD )设备主要运用于大马士革铜互连工艺，实现不同金属层的连接。从制造过程来看，半导体器件制造中需要铺设大量铜线，电化学沉积( ECD )是最快速且最具成本效益的方法。铜线作为导线互相连接以形成完整电路。要使电路正常工作，金属就要完全填充布线的特征部位，包括通孔和沟槽，要做到不留缝隙或孔洞，否则就会影响电路的可靠性和功能性。在后道封装环节中，2.5/3D封装、球栅阵列、芯片级封装（CSP）和晶圆级封装（WLP）等先进封装中倒装芯片、扇出、扇入和混合键合等应用高度依赖电化学沉积( ECD )设备。它主要用于晶圆封装工艺中微凸点制作、铜重分布层、硅通孔填充等。虽然铜是最常见的电镀金属，但金、镍、银和锡也可以通过ECD工艺沉积。在半导体芯片制造过程中，沉积设备占据整个产品线比例的30%。目前电化学沉积( ECD )设备提供商主要以美商为主，市占率几乎达到90%以上，中国此领域的先进装备尚处于起步阶段。这也是目前半导体设备在国产化方面为数不多的空白点之一。在晟盈半导体（SWAT）之前，仅有少数几家在研究领域针对150mm（6英寸）及以下尺寸晶圆有较成熟设备，但目前还主要集中于MEMS、MMIC、激光LD等芯片的应用，而针对200mm～300mm（8～12英寸）集成电路应用的ECD设备还在开发当中。适用于大尺寸集成电路产线的ECD设备开发难度大，除了严苛的工艺性能控制之外，在高可靠性、高产能方面也有着较高的门槛，且设备在正式进入产线以前需要经过长时间的验证，导致国内厂商在该领域中很难找到突破口。这也正是为什么晟盈半导体（SWAT）交付ECD电镀设备的消息能够引起业界的高度关注。
国际市场经验驱动本土厂商发展国产ECD设备的成功交付，带来了什么信号？从市场侧来看，国内ECD设备市场增长潜力巨大。中国是全球第一大半导体消费市场，产业长期向好。根据国家发改委数据显示，2023年中国数字经济规模将达到52万亿元，2032年将达到100万亿元。随着数字经济持续壮大，半导体产业将发挥越来越重要的作用。加之，近年来中国半导体产业在努力完善产业链，补齐短板，政策与市场双重驱动，给产业链上游的设备与材料领域发展提供了极大的机遇。从产业侧来看，当前新型市场需求的快速扩张引发了产业格局的变化，集成电路设计企业、晶圆制造厂商、终端企业都有布局半导体封装测试的趋势，先进封装领域新创企业也层出不穷。在国际贸易关系不确定性增加叠加疫情导致供应链不稳定性提升的背景下，主要封测厂商持续加大对本土设备材料厂商的支持力度，有力促进了本土封测设备材料厂商技术和规模提升。但是电化学沉积技术终究具有较高的技术门槛，没有丰厚的技术与经验积淀根本不可能在短时间内取得成绩。以晟盈半导体（SWAT）为例，他们的关键团队有着丰富的半导体设备开发的成功经验，曾经主导ECD设备研发、生产，成功地使新设备进入国际一流半导体公司（台积电、三星、英特尔，IBM）并成为这些公司新产品生产的主流设备。在这台金凸块全自动电化学沉积(电镀)设备交付之前，晟盈半导体（SWAT）已实现多台电化学沉积设备在铜互连(RDL)及铜柱（Pillar）应用并转量产验证，获得了国内多家先进封测公司的信任。由此我们也可以窥见半导体设备企业发展的关键要素，这些也将成为驱动中国本土半导体设备制造能力快速发展的硬实力。第一，需要有领先的技术，半导体技术需求正在发生日新月异的变化，企业需要紧跟市场需求变动提前研发新的技术。第二，产品要有较高的可靠性和稳定性，半导体生产对设备可靠性和稳定性要求很高，新设备研发、生产、交付和维护每个环节都要保证设备的可靠性和稳定性。第三，设备要有高性价比，集成电路芯片越来越复杂、价格越来越便宜，设备一定要做到成本低、产能大，才能更具市场竞争力。ECD设备起步于封装市场对于前沿技术需求的渴望，拥有稳定且更宽的市场拓展空间。晟盈半导体（SWAT）总经理刘震球博士认为，进一步智能化和互联互通是工业和社会发展的大趋势，中国具有庞大的市场、而且在新技术推广应用上领先于其它经济体。半导体集成电路在该发展趋势中居关键地位，ECD设备也是集成电路制造的关键设备。晶圆级ECD设备的第一梯队一直是几家美国公司，为了适应半导体产业国际发展方向，中国半导体生产设备必须实现本土化。对此，刘震球博士针对晟盈半导体（SWAT）的发展制定了两步走的方案：第一步，从后道先进封装进行开局，同步进行前道晶圆生产ECD工艺的研发。这一步已于今年顺利实现。第二步，实现在前道晶圆生产ECD工艺的国产替代，首台样机计划于2024年中交付国内FAB厂进行生产验证。
半导体下行周期，本土设备企业如何生存实现半导体设备本土化的过程充满了挑战。行业正处于下行周期，同时又叠加全球经济放缓及地缘政治等宏观背景，中国本土半导体设备企业面临着极大的生存挑战。最突出的两大挑战来自于市场和供应链：一方面，中国半导体设备市场的供应链不够完善；另一方面，遭遇半导体行业下行周期，客户战略调整导致订单数量下滑。挑战之下，本土设备企业如何生存呢？巩固好原有领域的城池是首要任务。通过长期不懈努力，本土设备厂商在成本和服务商已经具备了与国外厂商同台竞争的能力，性价比也往往更高，市场对国产设备越来越认可。本土设备厂商应该紧抓国产化的机遇，以技术实力和服务能力巩固好原有领域的城池。晟盈半导体（SWAT）就明确了本土化支撑的三大支柱：丰富的半导体行业经验团队、具备定向的测试实验室、本地化专业团队向客户提供服务。目前晟盈半导体（SWAT）已拥有120余名员工，350台以上装机量，超过200台为ECD电镀设备。从国际设备厂商的经验来看，单一设备的市场容量有限，企业想要做大做强，必须拓展产品线。在横向产品线拓展上，本土设备厂商需要有前瞻性的产品战略思维，加快新产品布局与产品迭代，为客户持续提供具有差异化竞争力的产品。在大尺寸堆叠集成芯片领域，晟盈半导体（SWAT）的ECD Stratus P300已经成功交货，也就是开篇所提到的那款ECD平台。在Chiplet晶圆级封装技术领域，晟盈半导体（SWAT）的P300也已经找到成熟应用节点。在本土产业链缺失的高级深孔电镀领域，晟盈半导体（SWAT）的新平台P300+也已问世。在纵向产品线拓展上，沿着产业链上下求索会有更多思路。晶圆制造设备与后道封测设备在技术上有着一定的相通性。作为前道环节，晶圆制造设备产业链价值更高，占据半导体设备份额超过80%，市场更为广阔。由于技术密集度高，国际设备厂商寡头垄断，相比于后道封测设备，晶圆制造设备的国产化程度更低，国产化形势也更为紧迫。在后道设备上积累了丰富经验的晟盈半导体（SWAT）计划将布局延展向前道晶圆制造领域，走向更大的市场。在刘震球博士看来，本土企业晟盈半导体（SWAT）走向晶圆制造领域是极具底气的，晟盈半导体（SWAT）有能力复制以前的成功经验，在中国研发、生产晶圆制造设备，成为国内领先的半导体设备公司，以满足国内半导体发展的需求。
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