半导体周报(国科龙晖整理)-0108
1.行业新闻及动态
（1）半导体设计
中国电科网通超高频射频识别芯片实现批量交付。近日，中国电科网络通信研究院研发的超高频射频识别芯片陆续交付用户。据悉，该款芯片是国内首款完全符合特定标准的射频识别芯片，已成功应用于标识牌系统中，为个人信息标识、相关信息存储提供安全保障。
华为基站拆解：美国芯片占比低至1%。对中国华为的5G小型基站进行了拆解，发现中国国产零部件在成本中占到55％，这一比例比原来的大型基站高出7个百分点，美国零部件在大型基站中的占比为27％，在此次拆解的小型基站中的占比仅为1％。由此可见，因中美对立，以电子零部件为中心，华为进一步推进了转为采用国产零部件。
英特尔13代酷睿移动版发布：24核心，5.6GHz，多线程性能提升49％。在美国当地时间周二的CES展会上，英特尔正式发布了第13代英特尔酷睿移动处理器家族，作为该系列的旗舰产品，性能出众的英特尔酷睿i9-13980HX将会成为英特尔首款用于笔记本电脑的24核处理器。
OPPO自研手机AP芯片或于2023年Q3量产。目前OPPO正在研发一款智能手机的应用处理器，计划在2023年第二季度tape out（设计完成初次尝试流片），并在第三季度量产，该芯片将采用台积电4nm工艺，外挂联发科5G调制解调器。
龙芯宣布两款物联网芯片流片成功。龙芯中科官方宣布，面向物联网领域研制的两款主控芯片，龙芯1C102和龙芯1C103已经流片成功/各项功能测试正常，符合设计预期。龙芯1C102采用龙芯LA132处理器核心是一款面向嵌入式领域定制的芯片产品，该芯片集成Flash、SPI、UART、I2C、RTC、TSENSOR、VPWN、ADC等功能模块，在应用方面，龙芯1C102主要面向智能家居、其他物联网设备。
苹果三大产品线砍单，供应链承压。据日经新闻报道，苹果以需求减弱为由，通知中国大陆供应商本季减产AirPods、Apple Watch和MacBook元件，法人认为，苹果砍单三大产品线，立讯精密受到影响最大，广达、仁宝、精元、新普等中国台湾厂商同步警戒。
（2）半导体制造及封测
分析师：台积电 3nm 工艺良率在 60% 至 80% 之间。专门研究半导体的分析师和专家估计，目前台积电的 N3 良率可能低至 60% 至 70%，或者高至 75% 至 80%。相比之下，三星代工在早期阶段的 3GAE 工艺良率在10% 到 20% 不等，而且没有改善。
台积电客户大砍单，明年首季营收将季减15%。据DigiTimes报道，台积电的主要客户如联发科，AMD·，英特尔与英伟达等大厂开始修改对该公司的订单。DigiTimes表示，台积电wafer bank（客户寄放库存）堆放已达新高/粗估首季营收将季减15%，若非2023年再涨6%/营收跌幅恐扩大。
华润微重庆两大项目迎新进展。华润微电子重庆12英寸晶圆制造生产线以及先进功率封测基地实现通线。华润微电子重庆12英寸晶圆制造生产线项目总投资75.5亿元，项目建成后预计将形成月产3-3.5万片12英寸中高端功率半导体晶圆生产能力，并配套建设12英寸外延及薄片工艺能力。
传台积电2023年资本支出将增长至400亿美元。2023年1月3日消息，作为全球半导体产业景气风向标的台积电将在1月12日举行法说会，业界传出消息称，前一季法说会才刚刚下修 40 亿美资本支出的台积电，因中国台湾及海外工厂的扩产，2023年资本支出或将增长至400亿美元，有望再创历史新高。
消息称高通骁龙 8 Gen 3 芯片将由台积电与三星共同代工。据台湾地区工商时报报道，晶圆代工龙头台积电 3 纳米制程技术已经进入量产。据半导体专家研究，台积电 3 纳米良率最高可达到 80%，外媒援引消息透露，高通下一代骁龙 8 Gen 3 将向三星和台积电采购，而台积电占大部分的芯片组/原因可能是两者之间的良率差距。
（3）半导体设备及材料
硅片供应商上海合晶拟科创板IPO。近日上交所正式受理了上海合晶硅材料股份有限公司科创板上市申请，上海合晶是中国少数具备从晶体成长、衬底成型到外延生长全流程生产能力的半导体硅外延片一体化制造商，主要产品为半导体硅外延片。公司致力于研发并应用行业领先工艺，为客户提供高平整度、高均匀性、低缺陷度的优质半导体硅外延片。
（4）其它
机构：美国制裁收效甚微，但会成为中国芯片制造自给自足剂的催化剂。据Seeking Alpha报道，美国的半导体制裁被证明是促进中国增长的催化剂。它指出，由于ASML没有证据表明美国对中国的制裁正在奏效，中国芯片生产放缓更多是由于新冠疫情封锁，而非美方制裁。
分析师：芯片过剩将持续至秋季，但汽车芯片依旧短缺。《日经亚洲评论》报道指出，根据日经指数对分析师调查结果的平均估计，智能手机芯片供应过剩问题预计要到今年第四季度才会缓解，个人电脑芯片供应过剩预计将在第三季度达到顶峰，然后逐渐缓解，数据中心芯片的供过于求可能会持续到今年第一季度。
2023年下半年半导体复苏恐受限。晶圆代工报价或下跌10%，电子终端产品需求不振，半导体产业从去年下半年开始持续受高库存问题干扰。市场原先预期，今年下半年半导体市场景气有望复苏，不过，外资投行今日发布报告称，半导体市场下半年复苏恐受限，预计今年晶圆代工报价将下滑约10%。
2022年1-11月份我国集成电路产量2958亿块，同比下降12%。据工业和信息化部运行监测协调局数据显示，2022年1-11月份，我国电子信息制造业生产出现放缓，出口增速回落，企业营收持续增长，投资保持较快增速。
2.本周话题：半导体设备——清洗设备
清洗是半导体制程的重要环节，也是影响半导体器件良率的最重要的因素之一。清洗是晶圆加工制造过程中的重要一环，为了最大限度降低杂质对芯片良率的影响，在实际生产过程中不仅需要确保高效的单次清洗，还需要在几乎所有的制程前后都进行频繁的清洗，在单晶硅片制造、光刻、刻蚀、沉积等关键制程工艺中均为必要环节。
1) 硅片制造过程中，经过抛光处理后的硅片，需要通过清洗过程来确保其表面的平整度和性能，进而提升在后续工艺中的良率。
2) 晶圆制造过程中，晶圆经过光刻、刻蚀、离子注入、去胶、成膜以及机械抛光等关键工序前后都需要进行清洗，以去除晶圆沾染的化学杂质，减少缺陷率，提高良率。
3) 芯片封装过程中，芯片需要根据封装工艺进行TSV(硅穿孔)清洗、UBM/RDL(凸点底层金属/薄膜再分布技术)清洗以及健合清洗等。
清洗贯穿半导体制程过程
资料来源：盛美股份招股书、安信证券研究中心
硅片在进入每道工序之前表面必须是洁净的，需经过重复多次的清洗步骤，除去表面的污染物。芯片制造需要在无尘室中进行，在芯片的制造过程中，任何的沾污现象都将影响芯片上器件的正常功能。沾污杂质具体指半导体制造过程中引入的任何危害芯片成品率以及电学性能的物质。具体的沾污物包括颗粒、有机物、金属和自然氧化层等，此类污染物包括从环境、其他制造工艺、刻蚀副产物、研磨液等。上述沾污杂质如果不及时清理均可能导致后续工艺的失败，导致电学失效，最终会造成芯片报废。
半导体制程中沾污的种类、来源以及主要危害
资料来源：盛美股份招股书，安信证券研究中心
清洗步骤数量是芯片制造工艺步骤占比最大的工序，约占所有芯片制造工序步骤的30%以上。伴随半导体制造技术节点的进步，清洗工序的数量和重要性将继续提高。在半导体芯片工艺技术节点进入28nm、14nm以及更先进等级后，工艺流程的延长且越趋复杂，产线成品率也会随之下降。造成这种现象的一个原因就是先进制程对杂质的敏感度更高，小尺寸污染物的高效清洗更困难。解决的方法主要是增加清洗步骤。每个晶片在整个制造过程中需要甚至超过200道清洗步骤，晶圆清洗变得更加复杂、重要及富有挑战性。
22nm以下的制程中光刻和清洗工艺是重中之重
资料来源：盛美半导体
根据清洗的介质不同，清洗技术可以分为湿法清洗和干法清洗两种。湿法清洗是指利用溶液、酸碱、表面活性剂、水及其混合物，通过腐蚀、溶解、化学反应等方法，使硅片表面的杂质与溶剂发生化学反应生成可溶性物质、气体或直接脱落，以获得满足洁净度要求的硅片。干法清洗是指不依赖化学试剂的清洗技术，包括等离子体清洗、气象清洗等。晶圆制造产线上通常以湿法清洗为主，是目前市场上的主流清洗方法。
湿法清洗
湿法清洗采用液体化学试剂和DI水氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。通常采用的湿法清洗有RCA清洗法、稀释化学法、IMEC清洗法和单晶片清洗等。
1) RCA通用清洗法：RCA清洗法依靠溶剂、酸、表面活性剂和水，在不破坏晶圆表面特征的情况下通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。在每次使用化学品后都要在超纯水（UPW）中彻底清洗。
2) 化学稀释法：在RCA清洗的基础上，对SC1、SC2混合物采用稀释化学法可以大量节约化学品及DI水的消耗量。并且SC2混合物中的H2O2可以完全去掉。稀释APMSC2混合物（1:1:50）可以有效地从晶片表面去除颗粒和碳氢化合物。强烈稀释HPM混合物（1:1:60）和稀释HCI（1:100）在清除金属时可以像标准SC2液体一样有效。采用稀释HCI溶液的另外一个优点是，在低HCI浓度下颗粒不会沉淀。采用稀释RCA清洗法可以使全部化学品消耗减少86%。稀释SC1,SC2溶液及HF补充兆声搅动后，可以降低槽中溶液使用温度，并优化了各种清洗步骤的时间，因此导致槽中溶液寿命加长，使化学品消耗量减少80-90%。实验证明采用热的UPW代替凉的UPW可以使UPW消耗量减少75-80%。此外，多种稀释化学液体由于低流速或清洗时间的要求可大大节约冲洗用水。
3) IMEC清洗法：①第一步，去除有机污染物，生成一薄层化学氧化物以便有效去除颗粒。通常采用硫酸混合物。②第二步，去除氧化层，同时去除颗粒和金属氧化物。Cu,Ag等金属离子存在于HF溶液时会沉积到Si表面。其沉积过程是一个电化学过程，在光照条件下，铜的表面沉积速度加快。③第三步，在硅表面产生亲水性，以保证干燥时不产生干燥斑点或水印。通常采用稀释HCL/O3混合物，在低pH值下使硅表面产生亲水性，同时避免再发生金属污染，并且在最后冲洗过程中增加HNO3的浓度以减少Ca表面污染。
4) 单晶片清洗：大直径晶片的清洗采用上述方法不好保证其清洗过程的完成，通常采用单晶片清洗法。其清洗过程是在室温下重复利用DI-O3/DHF清洗液，臭氧化的DI水（DI-O3）产生氧化硅，稀释的HF蚀刻氧化硅，同时清除颗粒和金属污染物。根据蚀刻和氧化的要求采用较短的喷淋时间就可获得好的清洗效果，不会发生交叉污染。最后冲洗不是采用DI水就是采用臭氧化的DI水。为了避免水渍，采用浓缩大量氮气的异丙基乙醇（IPA）进行干燥处理。单晶片清洗具有或者比改良的RCA清洗更好的清洗效果，清洗过程中采用DI水及HF的再循环利用，降低化学品的消耗量，提高晶片成本效益。
干法清洗
干法清洗采用气相学法去除晶片表面污染物。气相化学法主要有热氧化法和等离子清洗法，清洗过程就是将热化学气体或等离子态反应气体导入反应室，反应气体与晶片表面发生化学反应生成易挥发性反应产物被真空抽去。在CI包容环境中退火是一种典型的热氧化过程，在氧化炉中进行，氩（Ar）溅射通常在溅射淀积前现场进行。干法清洗的优点在于清洗后无废液，可有选择性的进行局部处理。另外，干法清洗蚀刻的各向异性有利于细线条和几何特征的形成。但气相化学法无法有选择性的只与表面金属污染物反应，都不可避免的与硅表面发生反应。各种挥发性金属混合物蒸发压力不同，在低温下各种金属挥发性不同，所以在一定的温度、时间条件下，不能将所有金属污染物完全去除，因此干法清洗不能完全取代湿法清洗。实验证明，气相化学法可按要求的标准减少的金属污染物有铁、铜、铝、锌、镍等，另外，钙在低温下采用基于CL离子的化学法也可有效挥发。工艺过程中通常采用干、湿法相结合的清洗方式。
半导体主要清洗技术
资料来源：盛美招股说明书、安信证券研究中心
在湿法清洗的技术路线下，清洗设备可以分为单片清洗设备、槽式清洗设备、批式旋转喷淋清洗设备和洗刷器等，其中单片和槽式清洗设备是目前主流的清洗设备。单片清洗是将每一片晶圆送至各个腔体进行单独喷淋式清洗，这样容易控制清洗质量，也可以提高单片晶圆不同位臵的清洗均匀度，但是缺点是清洗效率低下。槽式清洗是将多片晶圆（100-200片）放入清洗槽中，集中起来清洗，此类清洗设备效率高且成本底，但是缺点是浓度较难控制，可能产生交叉污染。
目前，单片清洗在集成电路制造的先进工艺中已逐步取代槽式清洗成为主流，主要原因包括：（1）单片清洗能够提供更好的工艺控制，提高产品良率；（2）在更大尺寸的晶圆和更先进的工艺对于杂质更敏感，槽式清洗出现交叉污染会危及整批晶圆的良率，会带来高成本的芯片返工支出；（3）单片槽式组合清洗技术的出现，可以在提高清洗能力及效率的同时，减少硫酸的使用量，帮助客户有效降低成本。
单片清洗设备槽式清洗设备
资料来源：盛美半导体
清洗设备情况
资料来源：盛美招股说明书、安信证券研究中心
2019年全球单片清洗设备占比高达74.6%
数据来源：华经产业研究院、开源证券研究所
市场规模
半导体设备分为晶圆制造设备、封装设备、测试设备，各占比例为87%、5%、8%。其中晶圆制造设备又分为光刻、刻蚀、沉积等多个工序环节，每个晶片在整个制造过程中需要超过200道清洗步骤，占所有芯片制造工序步骤30%以上，是所有芯片制造工艺步骤中占比最大的工序。根据Gartner数据，2018年全球半导体清洗设备市场规模为34.2亿美元，2019和2020年受全球半导体行业景气度下降以及新冠疫情的影响，全球半导体清洗设备市场规模有所下降，分别为30.5亿美元和25.4亿美元。预计2021年随着全球半导体行业的复苏以及全球半导体设备市场规模提升的拉动，半导体清洗设备市场将呈现逐年增长的趋势，2024年全球半导体清洗设备市场规模将达到32亿美元。
2020年清洗设备价值量占半导体设备投资份额
数据来源：华经产业研究院、开源证券研究所
全球半导体清洗设备市场规模（单位：亿美元）
资料来源：Gartner、安信证券研究中心
从结构来看，单片清洗设备是目前市场的绝对主流，根据Gartner的数据，2019年单片清洗设备、槽式清洗设备、批式旋转喷淋清洗设备和洗刷器等类型清洗设备的市场份额分别为22.76亿美元、5.52亿美元、0.13亿美元和2.08亿美元，占比分别为74.63%、18.10%、0.44%和6.83%。随着集成电路特征尺寸的进一步缩小，单片清洗设备在40nm以下的制程中的应用会更加广泛，未来的占比有望逐步上升。根据东京电子的预测，单片清洗将长期占据主要市场份额。
全球清洗设备细分市场份额（亿美元）
资料来源：Gartner
除了受益于半导体行业景气周期上行，半导体工艺升级也将为清洗设备带来新增长机遇，随着芯片先进制程的进步以及芯片结构的复杂化，清洗设备市场有望量价提升。
1) 随着半导体技术的不断进步，半导体器件集成度不断提高，清洗的步骤大幅提高。90nm的芯片清洗工艺约90道，到了20nm清洗工艺达到215道。随着芯片进入16nm以及7nm以下，清洗工艺的道数将会加速增长。
2) 另一方面半导体晶圆的尺寸却不断扩大，主流晶圆尺寸已经从4英寸、6英寸，发展到现阶段的8英寸、12英寸。此外，半导体器件的结构也趋于复杂。例如存储器领域的NAND闪存，根据国际半导体技术路线图预测，当工艺尺寸到达14nm后，目前的Flash存储技术将会达到尺寸缩小的极限，存储器技术将从二维转向三维架构，进入3D时代。3DNAND制造工艺中，主要是将原来2DNAND中二维平面横向排列的串联存储单元改为垂直排列，通过增加立体层数，解决平面上难以微缩的工艺问题，堆叠层数也从32层、64层向128层发展。3D存储技术的提升，在清洗晶圆表面的基础上提出了更高的要求，即在无损情况下清洗立体内部沾污，对清洗设备提出了更高的要求，清洗设备的单台价值将不断上升。
竞争格局
全球半导体清洗设备高度集中于日本企业。根据Gartner数据，全球半导体清洗设备行业的龙头企业主要是迪恩士(DainipponScreen)、东京电子(TEL)、韩国SEMES、拉姆研究（LamResearch）等等。其中，迪恩士处于绝对领先地位，2020年占据了全球半导体清洗设备45.1%的市场份额，东京电子、SEMES和拉姆研究分别占据约25.3%、14.8%和12.5%。
a) 迪恩士（DainipponScreen）：成立于1943年，总部位于日本东京，是日本半导体专用设备和LED生产设备公司，客户遍及日本、韩国和中国台湾地区。公司产品主要包括半导体设备、显示设备、PCB设备等。半导体设备产品主要有清洗机、蚀刻、显影/涂布等，其中清洗设备在半导体业界具有极高的市占率，2020年全球市占率超过45%，全球第一。
b) 东京电子（TokyoElectron）：成立于1963年，总部位于日本东京，是日本最大的半导体制造设备提供商，主要从事半导体设备的研发、生产和销售，TokyoElectron的产品几乎覆盖了半导体制造流程中的所有工序。其主要产品包括涂布/显像设备、热处理成膜设备、干法刻蚀设备、CVD、湿法清洗设备及测试设备，其清洗设备2020年全球份额达到25.3%。
c) 拉姆研究（LamResearch）：成立于1980年，总部位于美国加尼福尼亚州弗里蒙特，是向全球半导体提供晶圆制造设备和服务的主要供应商之一。该公司的主要产品包括用于制造集成电路的刻蚀设备、气相沉积设备、电镀设备、清洗设备等半导体加工设备。其清洗设备2020年全球份额达12.5%。
全球半导体清洗设备市场企业竞争格局（2020年）
资料来源：Gartner、安信证券研究中心
我国半导体清洗领域的重要参与者包括至纯科技、盛美半导体、北方华创、芯源微等，国内半导体清洗厂商起步比海外虽然较晚，追赶势头强劲：
（1）至纯科技拥有8-12英寸高阶单晶圆湿法清洗设备和槽式湿法清洗设备的相关技术，产品覆盖晶圆制造、先进封装、太阳能等多个下游应用。公司湿法设备有槽式和单片式（8~12反应腔）两种，可以提供到28纳米节点全部湿法工艺，已经切入中芯国际、华虹集团等一线用户，单片式湿法设备已获得国内重要用户多个订单。
（2）盛美半导体是国内半导体清洗设备的龙头，在12寸线清洗设备处于行业领先地位，产品线丰富，清洗设备营收体量国内最大。公司主要产品为集成电路领域的单片清洗设备，其中包括单片SAPS兆声波清洗设备、单片TEBO兆声波清洗设备、单片背面清洗设备、单片前道刷洗设备、槽式清洗设备、单片槽式组合清洗设备等。
（3）北方华创是国内半导体设备龙头，产品线丰富，包括刻蚀机、PVD、CVD、ALD、氧化/扩散炉、退火炉、清洗机，公司通过收购美国半导体设备生产商AkrionSystemsLLC完善了清洗设备产线，目前公司主要清洗设备产品为单片和槽式清洗设备，可适用于技术节点为65nm、28nm工艺的芯片制造。
（4）芯源微目前产品主要产品包括光刻工序涂胶显影设备（涂胶/显影机、喷胶机）和单片式湿法设备（清洗机、去胶机、湿法刻蚀机），公司生产的前道SpinScrubber清洗机设备目前已达到国际先进水平，成功实现进口替代，已经在中芯国际、上海华力、厦门士兰集科等多个客户处通过工艺验证，并获得国内多家Fab厂商的批量重复订单。根据中国国际招标网信息，根从2019年~2021年H1中国主流晶圆厂清洗设备招标采购份额来看，我国半导体清洗设备的国产化率已经维持在10%~20%，突破最快，国产化率超过了其他大部分设备。但是从整体来看，国内企业规模和产品技术实力、知名度等与国际知名企业仍然存在较大差距。未来随着国内半导体产业的发展以及国家政策的大力支持，国产替代趋势正在加速，国内清洗设备企业有望快速成长。
国内清洗设备厂商进展
资料来源：各公司官网、安信证券研究中心
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参考资料：
东方证券：半导体刻蚀设备：多频共振驱动刻蚀市 场，国产替代未来可期；
渤海证券：刻蚀设备国产替代空间广阔，看好长期发展前景；
财通证券：精雕细刻筑产业基石，国产刻蚀机未来可期；
