日前，國(guó)內(nèi)最大的晶圓代工廠中芯國(guó)際官網(wǎng)轉(zhuǎn)載了《浦東時(shí)報(bào)》的一篇文章，在文章的開(kāi)頭寫到：“位于浦東張江哈雷路上的中芯南方集成電路制造有限公司（中芯南方廠）內(nèi)，一顆顆芯片正“新鮮出爐”，“新”在于芯片生產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)首條14納米生產(chǎn)線。該工廠也是目前中國(guó)大陸芯片制造領(lǐng)域的最強(qiáng)者中芯國(guó)際最先進(jìn)的生產(chǎn)基地?！?/p>
文章進(jìn)一步指出：“在去年三季度，該工廠第一代14納米FinFET工藝已成功量產(chǎn)。按規(guī)劃達(dá)產(chǎn)后，中芯南方廠將建成兩條月產(chǎn)能均為3.5萬(wàn)片的集成電路先進(jìn)生產(chǎn)線。12納米技術(shù)也已開(kāi)始客戶導(dǎo)入，下一代技術(shù)的研發(fā)也穩(wěn)步開(kāi)展。新生產(chǎn)線將助力未來(lái)5G、物聯(lián)網(wǎng)、車用電子等新興應(yīng)用的發(fā)展?！?/p>
無(wú)獨(dú)有偶，國(guó)內(nèi)另一家在晶圓代工方面有深入研究的華虹集團(tuán)也在近日舉辦的供應(yīng)商大會(huì)上披露，公司在14nm上取得了重大進(jìn)展，而更先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的先導(dǎo)工藝研發(fā)也正在加快部署。
這兩家國(guó)內(nèi)領(lǐng)先晶圓廠的宣布，標(biāo)志著我國(guó)晶圓代工產(chǎn)業(yè)又邁進(jìn)了一個(gè)新階段。
篳路藍(lán)縷：二十五年追逐的結(jié)果
如果從909工程立項(xiàng)開(kāi)始算起，目前中國(guó)大陸的兩大晶圓廠已經(jīng)對(duì)業(yè)界領(lǐng)先的廠商有了二十五年的追逐。而翻看1996年的臺(tái)積電，他們當(dāng)時(shí)1um以下工藝的營(yíng)收占比已經(jīng)達(dá)到了9.3%，而到中芯國(guó)際成立的2000年，臺(tái)積電營(yíng)收已經(jīng)做到了1662億新臺(tái)幣，凈利潤(rùn)也做到了651億新臺(tái)幣，同比增長(zhǎng)也分別高達(dá)127.3%和165.1%。
臺(tái)積電在1996年到2000年的營(yíng)收排行
從以上的數(shù)據(jù)可以看到，即使國(guó)家投入了大量的人力物力，甚至從臺(tái)灣和國(guó)外招攬了不少專家，但中國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)與當(dāng)時(shí)的世界領(lǐng)先水平有著不小的差距。但后來(lái)的華虹集團(tuán)（先進(jìn)工藝主要是由旗下的華力微電子推動(dòng)）和中芯國(guó)際卻都在這個(gè)追逐中快速成長(zhǎng)，和領(lǐng)頭羊的差距也從曾經(jīng)的遙遙無(wú)期，到現(xiàn)在可以看到領(lǐng)頭羊的尾燈。而這都是國(guó)內(nèi)芯片制造人才多年鉆研的結(jié)果。
以中芯國(guó)際為例，從2010年4月成立，當(dāng)年八月開(kāi)始動(dòng)工，到次年九月，中芯國(guó)際已經(jīng)在上海建了三座八英寸晶圓廠，這在當(dāng)時(shí)創(chuàng)造了全球最快的建廠記錄。而在2002年九月，中芯國(guó)際北京兩座12英寸工廠動(dòng)工；2003年，中芯國(guó)際又收購(gòu)了摩托羅拉在天津設(shè)立的八英寸芯片廠。
雖然在建廠方面，中芯國(guó)際走得比較快，但在工藝方面，則相對(duì)慢半拍，這有一部分原因與當(dāng)時(shí)一些眾所周知的原因有關(guān)。
相關(guān)資料顯示，在中芯國(guó)際的第一個(gè)工廠還在建設(shè)的時(shí)候，該公司創(chuàng)始人張汝京就希望從美國(guó)進(jìn)口0.18微米工藝的生產(chǎn)設(shè)備。即使這不是美國(guó)最先進(jìn)的工藝（當(dāng)時(shí)0.13微米的工藝已經(jīng)量產(chǎn)），但張汝京還是大費(fèi)周章，才能把這些工藝引進(jìn)來(lái)。這種情況一直延續(xù)到0.13微米、90納米和65納米的工藝上。因?yàn)檫^(guò)去一直遵守承諾，中芯國(guó)際到45納米的時(shí)候贏得了合作伙伴和美國(guó)政府的認(rèn)可。
但到了28nm之后，中芯國(guó)際又在這里被“困”了。
據(jù)了解，中芯國(guó)際提供了包含傳統(tǒng)的多晶硅（PolySiON）和后閘極（Gate last）的高介電常數(shù)金屬閘極（HKMG）與High-KC制程。按照他們的說(shuō)法，這是他們?cè)?i class="chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-2">2013年第四季度推出的技術(shù)。但其實(shí)在很長(zhǎng)一段時(shí)間以內(nèi)，中芯國(guó)際在28nm只是提供多晶硅的制程。雖然公司表示在2017年2季度就開(kāi)始推出28nm HKMG制程，但從官網(wǎng)在2018年1月的報(bào)道我們可以看到，直到當(dāng)時(shí)，中芯國(guó)際的28nm HKMG良率只做到40%，這離能被大家接受的大規(guī)模量產(chǎn)還有一段距離。
而反觀臺(tái)積電，因?yàn)橐回炓詠?lái)有著“在制程上做到絕對(duì)領(lǐng)先”的理念，他們?cè)?011年就開(kāi)始了28nm工藝投產(chǎn)，并在接下來(lái)的幾年實(shí)現(xiàn)了迅速爬坡。財(cái)報(bào)顯示，在中芯國(guó)際推出28nm HKMG的那一季度，臺(tái)積電28nm已經(jīng)貢獻(xiàn)了公司27%的營(yíng)收。值得注意的是，臺(tái)積電的10nm在這個(gè)季度已經(jīng)為公司帶來(lái)了1%的營(yíng)收，到了次季度，這個(gè)比例上升到10%，到2018年Q1更是飆升到19%。
臺(tái)積電2017年Q2的營(yíng)收分布
至于14nm，中芯國(guó)際聯(lián)席CEO梁孟松曾在2019年Q2的財(cái)報(bào)會(huì)議上表示，“中芯國(guó)際第一代FinFET 14nm工藝已經(jīng)進(jìn)入客戶驗(yàn)證階段，產(chǎn)品可靠度與良率進(jìn)一步提升”。
再看華力微電子，從該公司研發(fā)副總裁邵華先生在2019年的SEMICON China上的介紹得知，他們自2010年1月建廠以來(lái)，到2019年已經(jīng)投入了80億美元進(jìn)行研發(fā)，公司也有張江和康橋兩個(gè)廠。特別是康橋廠二期，更是承擔(dān)了華力微28nm到14nm等先進(jìn)工藝的生產(chǎn)任務(wù)。按照邵華當(dāng)時(shí)的說(shuō)法，華力微已經(jīng)可以提供28nmLP工藝，而到2019年年底則會(huì)量產(chǎn)HKC/HKC+，同時(shí)也在開(kāi)發(fā)22nm ULP和14nm FinFET等。
而華虹供應(yīng)商大會(huì)上的消息也顯示，他們28nm工藝也都全線量產(chǎn)（包括28nm LP、28nm HK和28nm HKC+）、22nm研發(fā)快速推進(jìn)，14nm則如開(kāi)頭所說(shuō)，獲得了重大進(jìn)展。
綜上所述，雖然與全球領(lǐng)先廠商有差距，但對(duì)于這兩家本土晶圓代工供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，也同時(shí)進(jìn)入了一個(gè)新階段。因?yàn)樽?8nm之后，HKMG和FinFET是接下來(lái)工藝節(jié)點(diǎn)演進(jìn)的一些需要關(guān)注的重要技術(shù)，這兩家廠商的雙雙突破，證明了他們?cè)谶@兩個(gè)技術(shù)上有了深刻的掌握。
打下了基礎(chǔ)，能讓他們更踏實(shí)地繼續(xù)往前邁進(jìn)。
內(nèi)憂外患：進(jìn)一步提高的必要性
誠(chéng)然，無(wú)論是中芯國(guó)際還是華力微電子，他們未來(lái)在工藝上每前進(jìn)一步都是很艱難的。因?yàn)殡S著制程的微縮，帶來(lái)的技術(shù)難度是指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的，同時(shí)要投入的成本也是巨大的。但綜合考慮內(nèi)部和外部的情況，發(fā)展先進(jìn)共有又是必然的。
首先看一下外部情況，在過(guò)去的2019年，美國(guó)政府針對(duì)包括華為在內(nèi)的多家中國(guó)企業(yè)所做的種種行為，已經(jīng)打破了技術(shù)無(wú)國(guó)界這個(gè)說(shuō)法。包括日經(jīng)在線在內(nèi)的多家外媒也都曾傳言美國(guó)將會(huì)推動(dòng)阻礙國(guó)際領(lǐng)先晶圓廠給華為等中國(guó)廠商服務(wù)。雖然這種說(shuō)法遭到了當(dāng)事方的否認(rèn)，但無(wú)可否認(rèn)，這也許會(huì)成為美國(guó)政客手中的一枚“棋子”。
還有一點(diǎn)就是，現(xiàn)在多家國(guó)際知名媒體也言之鑿鑿地說(shuō)，美國(guó)政府將限制相關(guān)廠商給國(guó)內(nèi)晶圓廠供貨，這就倒逼國(guó)內(nèi)設(shè)備行業(yè)的發(fā)展。但在國(guó)外廠商遙遙領(lǐng)先的前提下，一些新的設(shè)備如果想找大陸以外如臺(tái)積電這樣的先進(jìn)晶圓廠配合，這是一個(gè)極高難度的事情。但為了讓設(shè)備往前走，如果要有先進(jìn)工藝一起配合推進(jìn)，也許能獲得更好的效果。這個(gè)能最終執(zhí)行好，就必然能達(dá)到雙贏。
來(lái)到內(nèi)部，一方面，正如最近的新聞所說(shuō)，以華為為代表的一些國(guó)內(nèi)廠商因?yàn)榧蓱劽绹?guó)的“禁令”，已經(jīng)開(kāi)始陸續(xù)向以中芯國(guó)際和華虹等國(guó)內(nèi)廠商尋求幫助。以華為為例，除了相對(duì)較落后的工藝外，他們對(duì)14nm、7nm和5nm等先進(jìn)工藝有更多的需求。再加上大數(shù)據(jù)、AI和5G等應(yīng)用的興起，要求更多更高性能的芯片，國(guó)內(nèi)也有很多廠商正在朝著這個(gè)目標(biāo)前進(jìn)。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，如果國(guó)內(nèi)有信得過(guò)的制造工藝合作伙伴，他們必然會(huì)將其列為合作首選。但這也同樣需要時(shí)間。
第三，三星和臺(tái)積電這些領(lǐng)先廠商已經(jīng)又往前走了一大步，國(guó)內(nèi)廠商要想獲得與他們同臺(tái)競(jìng)技的機(jī)會(huì)，就更需要加快步伐。
最新消息顯示，臺(tái)積電的5nm工藝已經(jīng)達(dá)到了50%的良率，公司也計(jì)劃在Q2推動(dòng)這個(gè)工藝的量產(chǎn)。三星方面則在GAAFET上取得了突破，并計(jì)劃在未來(lái)十年投入上千億美元去與臺(tái)積電爭(zhēng)奪晶圓代工龍頭的位置。這些領(lǐng)導(dǎo)廠商在先進(jìn)工藝制程、EUV光刻機(jī)、未來(lái)先進(jìn)材料方面也有研究，也是他們的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在，也值得國(guó)內(nèi)廠商所學(xué)習(xí)的。
但對(duì)于這兩家本土廠商來(lái)說(shuō)，未來(lái)在工藝發(fā)展路線上，是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都去研發(fā)，或者根據(jù)需要跳過(guò)某些節(jié)點(diǎn)，而躍進(jìn)到某個(gè)新階段，這也是一個(gè)需要思考的問(wèn)題，讓我們期待他們下一個(gè)十年。
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