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助推产业链高质量发展·创投实录|晶升股份:以核心技术为基石,引领半导体晶体材料生长设备领域高质量发展

分类:
助推产业链发展
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来源:
2023/09/18 17:08
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  中国是全球最大的半导体市场,芯片销售规模约占全球的1/3。随着人工智能、大数据、云计算、物联网、汽车电子及消费电子等领域的飞速发展,信息技术需求日益增加,作为电子信息产业命脉的半导体产业也进入以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料为代表的第三代。第三代半导体技术在现代科技和经济发展中扮演着重要角色,是推动和提升“中国智造”水平的重要支撑,然而实现技术和产业化突破仍面临着一些挑战,首先便是材料、制备和工艺的突破。“作为半导体制造和工艺重要环节之一,生长单晶是制造高质量半导体器件的基础,而晶体生长设备先不先进、稳不稳定、与制造工艺适不适配等对材料制造性能的优劣产生决定性影响。”有着十多年半导体级晶体生长设备制造经验的南京晶升装备股份有限公司(简称“晶升股份”)是中国长晶设备本土龙头企业,创始人之一、副总经理张小潞介绍说,他认为:”晶体生长设备是半导体产业上游的‘起点’设备,生长的晶体品质对芯片制造及下游应用具有重要决定作用。”

  近年来随着国内新能源、光伏等应用领域逐渐在全球建立主导地位,也促进了中国半导体产业向自给自足、自主可控的本土化方向发展,设备国产化率和市场空间得到大幅度提升。晶升股份十多年前就布局和深耕晶体生长设备领域,是国内少数可实现设备技术验证并批量供应晶体生长设备的上市公司。

 

 

  视时而动 从0到1

  2010年前后,有着全球领先工业制造企业工作经验的李辉在关注市场变化和行业发展中敏锐发现——中国,虽为全球第一的制造业大国,但在半导体产业上却没有形成可以支撑从独立设计、制造到封装的产业链,特别是处于上游的半导体晶体生长设备产业几乎一片空白,市场需求严重依赖进口,长期上将难以支撑我国新兴产业特别是信息技术产业的发展与取得国际竞争优势。意识到其重要性结合对未来价值的前瞻判断,李辉毅然决定踏入行业。2012年,在志同道合的伙伴以及投资人的支持下,李辉创办了南京晶升能源设备有限公司(“晶升股份”前身)。

 

 

  国内半导体产业链起步较晚,晶体生长设备及半导体材料制造产业也因具有极高准入门槛,涉及多学科、多领域知识综合应用等特点,发展相对滞后,专业人才更是可遇不可求。为了克服起步阶段的人才、资金等困难,李辉带领团队一边寻找吸纳专业人才,一边加强与国外顶尖技术专家的磨合与协作,将最先进的热场设计和晶体生长控制技术,移植到蓝宝石材料的晶体生长中,实现设备在机械设计、生长工艺、热场设计等核心技术上的突破。同年,首款产品蓝宝石单晶炉问世。

  “2012年,在全球泛半导体的产业中蓝宝石材料因适用于LED衬底材料、消费电子和军事等,发展欣欣向荣,不过因技术所限,当时的国产设备只能达到30公斤左右。我们首款蓝宝石单晶设备起步便达85公斤,使蓝宝石材料在机械加工过程中的利用率更高,且与国外同类产品相比,售价低了近一半,因此获得了不小的行业反响,也让公司在业内有了一席之地。”张小潞回忆道。

 

 

  蓝宝石单晶设备在市场端的成功,缓解了公司经营压力,也让团队有更多时间打磨热场设计、晶体生长工艺等核心能力和积累产业应用经验,也才有了后期可用于300-420KG级大尺寸蓝宝石单晶生长的SET300等产品。2014年,随着《国家集成电路产业发展推进纲要》的发布,“大尺寸硅片国产化”被列为国家重点科技专项,晶升股份迎来了重大发展机遇期。

 

  技术开路 匠心研发

  想要改变芯片全靠进口的现状,其原料硅片的生产必须率先实现国产化。在硅片制造环节中,拉晶、研磨、抛光工艺、质量控制等大尺寸硅片制造的关键环节,能够生长出合格晶体设备的重要性不言而喻。2015年底,在国家政策的引导及合作伙伴的支持下,晶升股份基于高温高真空晶体生长设备的技术同源性,聚焦12英寸硅单晶半导体长晶设备的研发,推进国产替代。

  日拱一卒,功不唐捐。2016年,首台12英寸半导体级单晶硅炉研制成功,晶升股份也与沪硅产业子公司上海新昇展开深入合作,作为其半导体级单晶硅炉产品国内唯一供应商协作实现首根12英寸晶棒在年底的成功下线。2018年,设备结构设计具有高稳定性、高可靠性的12英寸半导体级单晶硅炉通过上海新昇验收,至此,12英寸半导体级单晶硅炉打破国内空白的历史,实现国产量产。

  “12英寸半导体级单晶硅炉实现国产量产不仅对公司,对产业中重要技术和设备实现国产替代都具有重要意义。”尽管研发不易,但张小潞认为此次突破对推动我国半导体材料端的“自主可控”进程意义更加深远。“如今,晶升股份的半导体级单晶硅炉主要应用于 8-12 英寸半导体硅片制造,可据不同客户关于产品技术规格及晶体生长工艺需要,依据热场结构、长晶控制系统策略、视觉识别系统、磁力线强度及分布、氧化物过滤系统等主要产品构成要素,提供到28纳米制成阶段‘晶体生长设备+工艺’的定制化解决方案。”

 

  市场崛起 优势凸显

  2016年,以碳化硅等为代表的第三代半导体材料兴起,被国家列为重点发展产业,当年也被定义为“第三代半导体发展元年”,产业发展迎来“黄金时代”。

  在硅半导体领域建立了核心竞争力后,晶升股份积极布局,启动第三代化合物半导体碳化硅单晶炉的研发。“相较于硅半导体,碳化硅处于一个更加封闭的生态系统,当下游应用需求起来、产业愈加精细化分工,国内碳化硅衬底片厂商将更需要本土设备供应商的支持。碳化硅长晶生长属于黑匣子生长模式,其长速慢、良率低的特性,导致其在工艺生长过程中对温度及压力等方面的控制精度要求高,碳化硅衬底厂要提升产能,就要购买大量单晶炉,对于公司而言,也是铸造优势,实现小步快跑发展的机遇。”张小潞说,董事长李辉当时就敏锐捕捉到碳化硅将成为公司业务的新风口,于是内部成立专项组,外部引进人才,促成2018年首台碳化硅单晶炉产品的正式交付。

 

 

  晶升股份的碳化硅单晶炉包含PVT感应加热/电阻加热单晶炉、TSSG单晶炉等类别产品,其中物理气相传输法(PVT法)碳化硅长晶炉在高精度传动、高精度温度及压力等控制技术、晶体生长可视化监测技术及气路系统优化设计技术等方面具有优势,可有效提升产品良率,缩短晶体生长周期,主要应用于 6-8 英寸碳化硅单晶衬底制备。

  ”由于碳化硅材料的特性以及生长工艺的发展的现阶段的局限性,目前国内碳化硅单晶炉长晶方式以更为成熟的PVT法为主之外,还有液相外延法(LPE法),具有质量高、易扩径、易实现稳定的 P型掺杂、长晶过程可观测等特点。晶升已有LPE液相炉成功交付客户,液相法(LPE法)有望成为未来制备尺寸更大、结晶质量更高、成本更低的碳化硅单晶生长方法。“张小潞介绍说,据悉,公司已向多家客户交付了8寸碳化硅单晶炉设备。

  根据晶升股份第三轮问询回复意见及其他市场公开信息测算,目前国内碳化硅衬底的产能约25.8-40万片/年,未来2-5年,有望实现倍数增长。而依据方正证券的测算,预计2026年全球碳化硅衬底需求约629万片,整个行业都将持续供不应求状态。

 

  从炉到链 科创上市

  半导体材料及专用设备行业技术壁垒高、研发周期长、资金投入大、下游验证周期长,因此,目前国内只有少数企业可实现晶体生长设备技术验证并批量供应。

  晶升股份基于多年研发经验及工艺积累,凭借“晶体生长设备—工艺技术—晶体材料”产业链上下游技术协同优化的能力,在现有晶体生长设备业务基础上,结合行业发展、全产业链实际应用以及客户不断提升的需求等,进行产品种类的丰富和技术的迭代,获得下游先发客户认证的优势,形成了企业发展的“护城河”。

  2020年,晶升装备为了应对未来碳化硅衬底和半导体硅片的扩产,提升公司研发、生产和服务能力启动融资。2021年,公司作为行业佼佼者吸引了南京市创投基金的关注,并获得数千万元资金支持和资源助力。2023年4月,晶升股份在上交所科创板上市。

  对于所投企业的成功上市,创投集团投资二部总经理应爱玲表示:“晶升股份具备在设备设计、晶体生长工艺及控制技术等方面的优势,解决了半导体级单晶硅生长过程中晶体直径‘控得稳’、液面距离‘测得准’、晶体拉速‘锁得住’、工艺窗口‘卡得进’等核心难题,具有成长空间。我们希望通过投资和投后赋能,成为重点领域科创企业的‘源头活水’,帮助企业协调资源,更好地推动发展。”

 

  谋略未来 芯的突破

  秉承“诚信开放、激情敬业、合作互爱、谦虚进取”的价值观,晶升股份十多年来坚持自主创新、研发先行,保持企业的国际视野和创新活力。如今公司拥有员工总数183人,取得发明专利 28 项,实用新型专利 49 项,获得国家级“专精特新”小巨人、江苏省苏南国家自主创新示范区瞪羚企业荣誉,连续两年被评为南京市培育独角兽企业,客户覆盖硅片厂商及碳化硅衬底的国内龙头企业或主流客户,并与沪硅产业(上海新昇)、立昂微(金瑞泓)、神工股份、合晶科技、三安光电、比亚迪、东尼电子等知名企业建立合作,获得客户的重复和批量订单,已在行业中形成较强的企业管理、技术研发和客户资源优势,树立竞争壁垒。

  对于企业上市后的发展,张小潞认为随着中国半导体材料国产化进程加速,中国依旧会在一段时间为全球增速最快的市场,产业链企业在技术、投入、政策、人才、市场和业务合作等方面都面临优化和提升。“晶升股份将以半导体材料需求为导向,持续致力于晶体生长设备的研发生产,扩大现有设备市场占有率,积极布局更多产品线。业务上,也将尝试走出国门积极开拓亚洲和欧洲部分地区市场,成为在中国乃至国际上有一定影响力的晶体材料生长设备专业企业。”

 

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