半導體零件產業現況及對我國發展的建議

2022-03-08 1075

積體電路產業扶持政策與本意見不一致的，以本意見為準。「一案一議」項目如需執行本意見相關政策的，應在簽訂協議中統一註明，不得重複享受。

摘要：半導體產業是建構我國戰略科技實力的核心支撐產業，而半導體零件是決定我國半導體產業高品質發展的關鍵領域。儘管我國半導體產業正處於加速發展階段，但國內半導體零件產業仍面臨國產化率低、長期扶持和投入不足、企業自主創新能力弱、上下游合作不暢等諸多問題。機制。本文將全面總結全球半導體零件產業的發展特性與重點企業，研究國內外市場規模與發展格局，針對目前國內半導體零件產業面臨的主要問題提出相關發展建議。

01簡介

半導體零件是指在材料、結構、製程、品質及精度、可靠性、穩定性等方面滿足半導體裝備和技術要求的零件。如O-Ring密封圈、EFEM（傳輸模組）、RF Gen射頻電源、ESC靜電吸盤、Si矽Ring等結構件、Pump真空幫浦、MFC氣體流量計、精密軸承、ShowerHead氣體噴頭。半導體設備由數千個零件組成，零件的性能、品質和精度直接決定了設備的可靠性和穩定性，也是我國半導體製造能力向高端躍升的關鍵基礎要素。國內半導體零件產業起步較晚，我國半導體零件產業整體水準較低，高階產品供給能力不足，產品可靠性、穩定性、一致性差的問題日益突出。在全球宏觀政治經濟日趨複雜、「打壓遏制」戰略背景下中國高科技產業崛起的「時代」現象更加凸顯，這不僅制約了中國高檔高端半導體產業的發展，為中國數位經濟、國計民生經濟和安全也帶來了不可低估的風險。

02 半導體零件的主要分類及主要特點

(一)半導體零件主要分類

半導體零件是半導體設備的關鍵零件。根據不完全統計，業界半導體零件的分類尚未形成標準，主要有以下幾種分類方法。

依典型IC設備腔體內部製程，零件可分為五類：電源供應器及射頻控制、氣體輸送、真空控制、溫度控制、傳輸裝置。電源及射頻控制類包括射頻產生器及匹配器、DC/AC電源等。真空控制類包括乾泵/冷泵/分子泵等真空泵、控制閥/擺閥等閥門、壓力表和O型圈密封圈。溫度控制包括加熱板/靜態杯、熱交換器和提升部件。傳動裝置包括機械手臂、EFEM、軸承、精密軌道、步進馬達等。

根據半導體零件的主要材料和功能，可分為十二類，包括矽/碳化矽零件、石英零件、陶瓷零件、金屬零件、石墨零件、塑膠零件、真空零件、密封件、過濾零件、動零件、電控零件等零件。其中，各類零件還包括多個細分產品，如真空零件，包括真空表（測量製程真空）、真空壓力表、氣體流量計（MFC）、真空閥門、真空幫浦等關鍵零件。

根據半導體零件的服務對象，半導體核心零件可分為精密機器零件和一般外購零件兩類[1]。精密機器零件通常由各半導體設備公司的工程師設計，然後外包加工，只會用於自己公司的設備，例如工藝室、傳動室等，比較容易國產化，一般在其表面處理、精密加工等技術要求高；通用外購件是指經過長期驗證並得到眾多設備廠、製造商廣泛認可的一些通用件。它們更加標準化，會被不同的設備公司使用，也可以作為生產線的備用零件和消耗品。例如矽結構件、O型環密封圈、閥門、儀表、泵浦、面板、燃氣噴頭等，由於通用性和一致性強，國產化難度較大，需要通過設備和認證。

表1-1總結了大量設備和生產線中使用的主要組件產品和半導體裝置。

表 1-1。主要服務的主要零件和半導體設備

（資料來源：網路資訊整理）

（二）半導體零件產業主要特點

半導體零件產業通常具有技術密集、跨學科融合、市場規模小而分散的特點，但在價值鏈中發揮重要作用。一般來說，設備零件約佔設備總支出的70%左右。以蝕刻機為例，十大關鍵零件佔設備總成本的85%。它是半導體產業生存與發展的關鍵支撐，其水準直接決定我國半導體產業創新的基礎水準。

A.技術密集，對精度和可靠性要求高。

與其他行業的基礎零件相比，半導體零件由於用於精密半導體製造，具有精度高、批量小、品種多、尺寸特殊、工藝複雜、要求極其苛刻等特點。由於半導體零件的特殊性，企業往往會考慮強度、應變、耐腐蝕性、電子特性、電磁特性和材料純度等複合功能需求。同樣的零件，如果可能用在傳統產業，但在半導體產業，關鍵零件在原料純度、原料批次一致性、品質穩定性、控制精度、邊緣倒角、去毛邊、表面粗糙度及控制等方面，特殊表面處理，潔淨水洗，真空無塵包裝，交貨期要求較高，它造成了非常高的技術壁壘。例如，隨著半導體加工的線寬變得越來越小，光刻製程對控制最小污染物的要求極為嚴格。不僅嚴格控制顆粒物，還嚴格控制過濾器產品的金屬離子析出，這對半導體過濾器零件的生產製造提出了很高的要求。目前，半導體濾波器元件的精度要求達到1奈米甚至以下，而其他產業的精度要求在微米級。同時，半導體過濾器也需要確保一致性，以及耐化學性和耐熱性、較強的抗脫落性，從而達到半導體製造所需的可重複的高性能、一致的品質和超純的產品清潔度等高要求。

B.學科交叉融合，對複合型技術人才要求高。

半導體零件種類繁多，覆蓋面廣，產業鍊長。其研發、設計、製造和應用涉及材料、機械、物理、電子、精密儀器等交叉學科和多學科融合，因此對複合型人才的需求很大。以半導體製造中用來固定晶圓的靜電吸盤為例。以氧化鋁陶瓷或氮化鋁陶瓷為主要材料，但同時需要添加其他導電材料，使整體電阻率滿足功能要求，這需要很好地了解陶瓷的導熱性、耐磨性和硬度。為了獲得滿足半導體製造技術規範的基本原料；其次，陶瓷內部有機加工結構要求精度高，陶瓷層與金屬基體的結合需要滿足均勻性和高強度的要求。因此，靜電吸盤的結構設計和加工需要精密加工的技能和知識。而靜電吸盤的表面處理要達到0.01微米左右的鍍層，同時要耐高溫、耐磨，使用壽命在三年以上，因此，對錶面處理技術的掌握和應用要求比較高。可見，複合型、交叉型技術人才是半導體零件產業的基本保障。

C、碎片化現像明顯。國際領導企業主要採取跨產業多產品線開發和併購策略。

與半導體設備市場相比，半導體零件市場更加細分、碎片化。單一產品市場空間較小，技術門檻較高，純半導體零件企業較少。國際領先的半導體元件企業通常採取跨產業多產品線的發展策略，而半導體元件往往只是這些大型元件製造商的業務之一。例如，MKS Instruments 在氣壓計/反應器、射頻/直流電源、真空產品和機械手臂領域擁有主要市場份額。除了半導體應用之外，MKS 儀器還廣泛應用於工業製造以及生命與健康科學。持續的併購整合也是國際領先的半導體元件企業擴大規模的主要手段。例如，國際領先的工業設備公司阿特拉斯科普柯，瑞典）自2014年收購Edwards後，不斷拓展半導體真空幫浦業務。 2016年，阿特拉斯收購了真空技術領域的另一家領導企業德國萊寶，並於2017年成立了獨立的真空技術部門。此次收購包括低溫泵營運公司和布魯克斯在 Ulvac Cryogenics 50% 的股份，進一步增強了其真空業務在半導體領域的全球競爭力。

03 半導體元件市場規模及發展格局

（一）全球半導體元件市場規模及格局

全球半導體零件市場根據服務對像不同主要分為兩部分。首先，全球半導體設備製造商定製或採購的零件及相關服務。根據VLSI統計，10年半導體設備子系統市場銷售額近2020億美元，其中維護和支援服務佔46%，零件產品銷售額佔32%，更換和升級佔22%。二是全球半導體廠商直接採購的作為消耗品或備件的零件及相關服務。根據新謀數據[2]，2020年中國大陸8吋、12吋晶圓線第一線設備零件採購額超過1億美元。中國的製造能力約佔全球的12-15%。考慮到先進技術帶來的高附加價值零件採購需求，全球8吋、12吋晶圓線第一線設備的零件採購額至少超過10億美元。因此，當這兩個部分加起來時，全球半導體零件市場預計可達20億至25億美元甚至更多。

雖然半導體零件市場整體規模僅佔全球近5億美元半導體市場規模的不到500%，但零件價值通常是其自身價格的數十倍，具有很強的產業輻射能力和影響力。此外，半導體元件關鍵技術體現了一個國家產業和半導體裝備的技術水平，具有非常重要的戰略地位。其技術進步是下游數位經濟和資訊應用產業技術創新的前提。

根據VLSI資料[3]，ZEISS（光學鏡頭）、MKS儀器（MFC、射頻電源、真空產品）、Edwards（真空幫浦）、 Advanced Energy（射頻電源）、Horiba (MFC)、VAT（真空閥）、Ichor（模組化氣體輸送系統和其他組件）、Ultra Clean Tech（密封系統）、ASML（光學組件）和 EBARA（乾泵）。

表 2-1。全球10大半導體元件製造商排名

（資料來源：各公司年報、網路資訊整理）

根據圖2-1的VLSI數據，過去50年，前十大供應商的市佔率總和趨於穩定在10%左右。但由於半導體元件對精度和品質的嚴格要求，就單一半導體元件而言，全球只有少數供應商能夠提供產品，這也導致雖然各地半導體元件行業集中度僅為50%但品類細分集中度往往在80%至90%以上，獨佔效應明顯。例如，在靜電吸盤領域，基本上由美國和日本半導體企業主導（見表2-2），佔據95%以上的市場份額，主要包括AMAT（應用材料）、LAM（磐林）集團）、新光（日本電氣）、TOTO、NTK（日本企業）。

圖 2-1。全球前10大半導體元件廠商市佔率穩定在50%左右（資料來源：VLSI）

表 2-2。主要零件產品全球領導企業名單

（資料來源：江峰電子，網路資訊整理）

（二）中國半導體元件市場規模及格局

目前，我國半導體零件產業尚處於起步階段，整體規模較小。根據芯謀資料[2]，2020年中國本土晶圓廠商（主要包括中芯國際、華虹集團、華潤微電子、長江儲存等）以成本價購買部分8吋、12吋前道設備約430億美元。但由於中國國內晶圓製造產能快速擴張，預計50年新增產能將增加2023%，預計半導體元件需求將維持強勁。根據產線設備及零件採購需求，預計8年我國半導體零件市場規模將超過2023億元，12年將超過2025億元。

儘管國內半導體零件市場快速成長，但國內零件企業的技術能力、製程水準、產品精度和可靠性仍遠遠無法滿足國內設備和晶圓製造商的需求，整體國產化率仍處於較低水平。整體來說，對於採用客製化設計生產的精密機械零件，我國的國產化率比較高。因為國產半導體設備在起步階段，為了盡快實現量產趕上先進水平，往往採用自己設計，然後讓國外（主要是日本、少數韓國）加工商加工模式。由於半導體設備精密加工件對原料、加工方法、表面處理和清潔包裝都有特殊要求，國內加工商無法滿足，另外，由於日本加工技術提供者對該類零件加工有著豐富的經驗，可以在加工過程中發現設計和調整存在一些誤差。後來，隨著國內市場的逐步擴大，為了降低成本、確保供應鏈安全，國內少數半導體設備廠商開始逐步培育其他產業的加工商，開始致力於半導體設備精密零件加工。因此，在設備製造商主導的精密機械零件領域，國內零件製造商進步很快。但對於標準化程度較高、高度依賴市場競爭的一般外購件來說，國產化率普遍很低。主要原因是這些通用外購件的設計和生產要求非常高。即使國內產品的樣件能夠達到同等水平，仍需努力確保量產的穩定性。同時，由於國內裝備企業在國產化方面剛剛取得進展，在通用零件採購方面仍處於被動，主要以國內成熟產品為主，不願意大膽嘗試國內新製造的產品[1]。

這些都是我國在半導體零件核心產品上仍無法實現「自主可控」的主要原因。根據國內主流主機廠數據顯示，每年日運轉收到的零件（包括維修更換和故障更換零件）達2,000多個，但國內市場佔有率僅8%左右。美國和日本分別佔59.7%和26.7%。事實上，高端零件市場主要由美國、日本和歐洲供應商佔據；低階零件市場主要由韓國和中國台灣供應商佔據。靜電吸盤是晶圓廠關鍵的非消耗零件，單價高達數萬甚至數十萬美元。目前國內尚無企業能夠製造相關成熟產品，就連靜電吸盤所用的氮化鋁陶瓷原料也遠遠達不到要求的技術指標，對外依存度達99%以上。此外，雖然我國真空幫浦產業規模已達近200億元，但半導體用乾式真空幫浦仍需進口愛德華茲等企業的高階產品。然而，近年來，隨著國內半導體產業新增產能和擴張速度的加快，以及因COVID-19大流行造成物流運輸服務受阻，國外零件交貨持續延遲，一些國內半導體零件高成長潛力的企業有機會加速國產半導體零件的替代方案。例如江峰電子的噴頭及腔體加工業務、科百特的過濾器業務、通嘉宏銳的乾式真空幫浦業務等。表2-3總結了部分中國半導體元件不同領域企業。

表 2-3。國內主要半導體元件企業

（資料來源：網路資訊整理）

04 半導體零件國產化的主要問題

（一）對零件重視不夠，產業扶持政策不到位

半導體零件產業總規模達數十億。與半導體核心產業鏈相比，體量較小，產品品種規格多樣，龍頭企業少，產業集中度低，存在的技術問題分散，未得到足夠重視許久。自2014年我國將推動半導體產業發展上升為國家戰略以來，隨後至少有30多個地方政府出台了支持半導體產業發展的政策[9]，但無論是國家層面還是地方層面，政策重點更多關於設計、製造、測試、設備、材料、半導體零件行業很少涉及。在資本方面，零件企業很少受到資本的青睞。國家積體電路產業投資基金目前對半導體零件的投資不到100億元。截至2020年底，以半導體零件為主的上市公司總市值（不到30億元）僅佔所有半導體產業鏈企業總市值（超過1兆元）的3%。

（二）創新能力相對落後，核心技術差距明顯

由於零件產業長期以來沒有受到重視，只能庸俗成長，因此國內大部分零件企業進入半導體產業主要是以提供維修更換服務、清洗服務為主，整體研發、創新能力較差相對落後，長期停留在低端生產水平水平並抄襲國外產品，核心技術差距明顯。根據國內某上市半導體零件公司招股書顯示，研發人員僅15人，2016年至2018年研發投入總額不足20萬元，年均研發投入強度不足5%。此外，我國半導體零件產業創新能力不足也體現在業界標準體係不完善、基礎製程研究投入嚴重不足、製程技術取得途徑匱乏、科研與生產缺乏緊密結合等。限制了半導體裝置的結構設計技術、可靠性技術、製造技術與製程、基礎材料性能研究的創新發展。

表2-4 國內半導體元件主要技術困難點

（資料來源：中芯國際[4]、江峰電子[6]、網路資訊處理）

（三）工匠供給不足，缺乏有效激勵機制

目前，我國半導體產業人才缺口已達數十萬人。儘管近年來我國在半導體人才培養方面推出了一系列支援措施，但大量半導體人才培養主要集中在設計、製造、設備和材料方面，對半導體零件人才培養仍缺乏重視及其他基礎產業。在教育體制改革的基礎學科、專業設置、在職認證、工程教育、技術等方面缺乏統籌規劃和執行，零散的專業基礎和職業技能課程嚴重不足，而且還缺乏崇尚求精、求實、創新、善於設計、善於工匠精神的關鍵指導[5]。此外，半導體零件產業也面臨嚴重的人才激勵機制不到位的問題。雖然國內半導體產業人員整體薪資水準較之前有了明顯提升，但對於零件企業所需的機械加工、精密儀器、表面處理等行業，員工薪資普遍明顯低於國內半導體行業人員薪資水準。水平。根據國內某半導體零件公司招股書顯示，其上市前僅有15名研發人員，核心技術人員年薪僅75,000萬元，一般研發人員年薪僅30,000萬元。薪資水平低下導致半導體零件企業人才流失嚴重，造成基礎零件產業後繼無人的惡性循環。

（四）產業鏈環節脫節，上游支撐力不足

半導體元件需要經過嚴格、複雜的驗證程序，才能透過大規模生產線驗證並大規模銷售。因此，零件製造商需要與下游設備和製造商充分合作。目前，我國半導體零件線上驗證程序複雜、流程較長。製造商、設備製造商和國內半導體零件製造商之間的協調程度不高，缺乏有效的溝通和互動。導致雙方都不掌握對方的工藝參數和配套能力，國內替代能力不足。此外，在長期的產品迭代過程中，現有的國外零件廠商已經形成了大量的know-how。但在後續的仿製和試製過程中，國內廠商只能做到外觀相似。由於缺乏經驗和關鍵技術，它們在初步驗證中被淘汰，無法進入大規模應用[5]。此外，國內半導體元件廠商無法獲得原材料和生產設備等配套環節的支持，這也影響了其產品的競爭力。半導體零件一般是加工精度要求較高的多種產品，生產這些零件對原料和加工設備要求較高，價格昂貴。由於長期以來形成的「重主機、輕配套」觀念的影響，我國工業在零部件上下游配套領域投入嚴重不足，導致我國在原材料、產量等方面與國外存在差距。例如，我國半導體金屬零件常用的高精度加工中心在加工精度、加工穩定性、幾何靈活性等方面都落後於國外。例如，高端金屬零件製造的原料鋁合金、鎢、鉬以及高純度石英砂，基本上被美國和日本企業壟斷。原料的壟斷供應使得下游材料供應商/加工商/使用者陷入被動。主要石英玻璃材質（管/棒/錨具）也來自美國、德國、日本公司。長期以來，上游加工設備和原料的缺乏，導致我國大部分半導體零件企業的營運處於較低的技術水準。原料和製程裝備水準不高，先進設備缺乏且不配套，無法保證產品品質的一致性，影響產品品質的提升。

（五）製造條件有限影響高階升級

由於半導體製造過程經常處於高溫、強腐蝕環境下，因此大約有一半的半導體零件需要進行表面處理，以提高其耐腐蝕性。例如，半導體蝕刻設備的等離子蝕刻室處於高密度、高腐蝕、高活性的等離子體環境中。腔室及其部件容易被等離子體腐蝕。為了延長這些零件的使用壽命，常在鋁基材（鋁及鋁合金）表面採用陽極處理。等離子體可有效減少對型腔及其他鋁基材的腐蝕。而我國日益嚴格的環保要求，對於大多數表面處理技術如噴砂、噴塗、電鍍、陽極氧化等有控制的發展，產生了一些高端表面處理技術，例如微弧氧化、高端面噴塗、Y2O3陶瓷塗層等，國內差距一直較大，也直接影響零件的性能和產品質量，雖然中國廠家可以根據圖紙成型閥門零件、噴頭氣體噴頭、陶瓷零件等零件，由於無法解決材料和表面處理的問題，其發展受到基礎的製約。此外，半導體元件的一些尖端技術受到「禁運」的限制，國內企業缺乏圖紙和精密數據，阻礙了其向高端技術的演進。例如，MKS生產的低壓真空計一直需要申請出口許可證才能購買[6]。

05 我國半導體零件產業發展的建議

（一）重視頂層設計，引導產業發展

長期嚴重依賴美國、日本等先進國家的半導體零件產業，需要更重視頂層設計。建議透過制定專門的半導體元件產業發展規劃、規劃或路線圖，確定產業發展的中長期戰略框架，並在不同時期根據國內外發展情況制定相應的政策和方案，以有序推進。也引起了全社會尤其是半導體元件產業市場化資本的關注。

（二）設立產業專項，激發創新活力

要實現半導體零件產業的快速發展與繁榮，最根本的是增強自主創新能力。目前，中國半導體零件產業僅靠模仿和追蹤技術，無法實現半導體供應鏈的全面保障，只能透過自主創新。雖然部分零件企業已獲得02專案支援[7]，但仍需進一步努力。建議在國家科技計畫中單獨設立半導體零件專案產業，聯合國內半導體零件龍頭企業、國家級技術研究院或籌建的零件創新平台，聚集優勢瞄準突破點和主攻方向，堅持自主創新創新研發，著力攻克一批關鍵核心技術產業基地，建立以企業為主體、企業、大學、科學研究院所和應用結合的技術創新體系，引導研發國家級半導體元件領域尖端技術、基礎技術和關鍵共通性技術。

（三）彌補政策空白，加強投資引導

半導體零件產業是一個市場充分競爭的產業。由於國內零件企業規模小、數量大、產品利潤薄，新產品、新技術的研發投入無法與國際大企業相比，僅靠市場競爭難以取勝。但在當前國際地緣政治背景下，政府有必要實施相關專案政策引導與支持，幫助國內半導體零件企業快速成長。建議國家和地方財政對國內半導體零件企業自主研發的主要產品給予補貼和支持，加強自主設計產品的智慧財產權保護，首先將半導體零件納入政府採購目錄。鼓勵國內各類產業基金及社會資本積極投資半導體零件企業，透過資本市場協助國內半導體零件企業發展。

4）加大人才引進培養力度，加強人才供給

全面強化半導體零件相關領域工程、研究、複合型人才的培養與引進[8]。鼓勵大型研究機構設立半導體零件領域研究生教育和博士後工作站，依托國家重大工程項目和重大科技項目，培養半導體零件工程技術領軍人才。我們倡議企業、學校、研究機構共同進行職業教育與在職培訓，積極推行校企合作模式共同培養技能人才，透過校企訂單教育、集中培訓、定向培養或委託培養大批半導體零件技術人才，加強人才供給。透過多種方式積極引進海外工程技術領導者和緊缺人才，鼓勵地方政府推出針對半導體元件領域核心技術骨幹和領導企業家的人才政策，不斷完善人才激勵機制，激發企業活力。

（五）推動零件連動，保障自主供應

推動以半導體為基礎的供應鏈零件“聯動”，徹底反向脫節零件產品與設備、製造，透過政府引導，鼓勵國內晶圓廠和設備廠發揮大產線組織協調作用，協同本土零部件廠商透過捷邦1、賽馬，透過多種方式進行定向研究，如加強產業鏈合作，實現主機與基礎件的協調發展。支持國家或地方政府主導的半導體製造或裝備工程項目，優先考慮國產半導體零件產品驗證機會，並給予一定的風險補貼。鼓勵機械、電子、化學等裝備零件生產企業積極拓展和拓展半導體業務，立足自身技術基礎，開發滿足半導體裝備需求的高端產品，進一步鞏固和完善產品佈局，增強自主研發能力。