中國半導體在三個領域打破了國外壟斷|半導體行業觀察

01-28

n 十五年前，在集成電路領域有那麼一句話，那就是「n n n 除了水和空氣，其他做晶元的東西都需要進口n n n 」。誠然，中國大陸在集成電路領域落後於歐美日韓等先進國家。n

n 在CCTV2昨晚的《中國大陸財經報道》中指出，n n n 全球有50%以上的彩電，70%以上的智能手機和平板都是由中國大陸製造的，但是應用在這些電子產品的晶元，則90%以上依賴進口。中國大陸每年進口晶元總額超過2000億美元。n n n 因此對中國大陸來說，需要從集成電路領域進行建設創新。n

n 從2014年以來，中國大陸已經在晶元製造、設計和封測等多個領域進行投資建設，並取得了不錯的效果。但在材料和設備領域，由於受限於其他國家的出口限制，中國大陸在半導體材料和設備方面只能受制於人，有很多高端設備並不能獲取得到。但是在一些中國大陸企業家的努力下，中國大陸在設備和材料領域都有了新的突破。n n n 下面就為大家介紹三家在設備和材料領域打破了國外壟斷的中國大陸企業：n

n 集成電路的主要環節n

n 安集微電子：CMP研磨液打破外國壟斷n

n 在晶元生產過程中，有一道重要的工序叫做化學機械拋光（英語：Chemical-Mechanical Polishing），又稱化學機械平坦化（英語：Chemical-Mechanical Planarization，縮寫 CMP），而當中要用到一種化學添加劑，也就是研磨液。n

n 研磨液是平坦化工藝中研磨材料和化學添加劑的混合物，研磨材料主要是石英，二氧化鋁和氧化鈰，其中的化學添加劑則要根據實際情況加以選擇，這些化學添加劑和要被除去的材料進行反應，弱化其和硅分子聯結，這樣使得機械拋光更加容易。在應用中的通常有氧化物磨料、金屬鎢磨料、金屬銅磨料以及一些特殊應用磨料。n

n 安集微電子有限公司就是聚焦在這一塊研發的公司。該公司成立於2004年，是一家集研發、生產、銷售為一體的高新技術企業，致力於高增長率和高功能集成電路材料的研發和生產，是目前國內規模最大的專業從事高功能集成電路材料公司之一。擁有世界一流技術團隊、研發中心和生產基地。目前，安集公司已與全球數十家客戶進行了各階段合作，其中包括多家世界著名晶元企業。安集成功研發、具有自主知識產權的產品已成功運用於國內外晶元製造行業。n

n n 在2007年以前，研磨液這種材料全部依靠進口。一桶200升的研磨液，價格可高達7000美元，相當於當時石油價格的60倍。n n

n n 而安集微電子CEO王淑敏和其團隊經過13年努力下，終於在2017年成功研發出更高品質的研磨液，不但給客戶帶來高達60%的成本降低，也讓中國大陸在研磨液這個領域打破了國外的壟斷，為中國大陸半導體的崛起奠定了基礎。n n

n 需要說明一下，到目前位置，全球也只有六七家公司能生產研磨液。所以安集微電子的這個突破是值得我們為之讚頌的。n

n 安集微電子公司董事長兼首席執行官王淑敏表示，在晶圓拋光過程中，除了需要快速、準確地磨掉多餘的部分，還需要在高速研磨過程中，精確地停下來，這是一個難點，也是研磨液所能解決的問題之一。另外她還表示，安集正在瞄準國內目前最先進的14nm工藝研發產品，推出其配套的研磨液。n

n 江豐電子：金屬靶材的破局者n

n 在說靶材之前，先說一個概念，濺射。n

n 濺射則屬於物理氣相沉積技術的一種，是製備電子薄膜材料的主要技術之一，它利用離子源產生的離子，在高真空中經過加速聚集，而形成高動能的離子束流，轟擊固體表面，離子和固體表面原子發生動能交換，使固體表面的原子離開固體並沉積在基底表面，被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料，稱為濺射靶材。n

n n 一般來說，濺射靶材主要由靶坯、背板等部分構成，其中，靶坯是高速離子束流轟擊的目標材料，屬於濺射靶材的核心部分，在濺射鍍膜過程中，靶坯被離子撞擊後，其表面原子被濺射飛散出來並沉積於基板上製成電子薄膜;由於高純度金屬普遍較軟，而濺射靶材需要安裝在專用的機台內完成濺射過程，機台內部為高電壓、高真空環境，因此，背板主要起到固定濺射靶材的作用，且需要具備良好的導電、導熱性能。n n

n 金屬靶材的金屬原子被一層層濺射到晶元上，再利用特殊的工藝把它們切割成金屬導線。晶元的信息傳輸全靠這些金屬導線。n

n 和研磨液一樣，這在之前也是由國外壟斷的市場。11年前，這個市場國內一片空白，也是依賴於進口，但經過江豐電子的多年努力後，中國大陸半導體也在這個領域取得了突破。而這樣一個靶材的價格也高達上萬美元。n

n 寧波江豐電子材料股份有限公司創建於2005年，是國家科技部、發改委及工信部重點扶植的一家高新技術企業，專門從事超大規模集成電路晶元製造用超高純度金屬材料及濺射靶材的研發生產，填補了國內的技術空白，打破了美、日國際跨國公司的壟斷格局。n n n 據介紹，一般的金屬能達到99.8%的純度，而靶材則要求其純度能達到99.999%，這是人類能得到的最純的金屬。江豐電子董事長姚立軍表示。n

n 除了金屬靶材上面打破了美日的壟斷外，姚立軍的江豐電子還打破了他們在材料方面的壟斷。這與姚立軍打造完整靶材產業鏈的出發點密切相關。n

n 根據介紹，在江豐電子做出超高純度鈦（製造鈦靶材的原材料）等原材料之前，中國大陸在這個領域幾乎是一窮二白。而世界上只是有兩個國家三個公司能製造這些產品：一個是美國的霍尼韋爾，另外兩個是來自日本的東邦鈦業和大阪鈦業。他們當時都不肯向江豐電子出售相關原材料，從某個角度看，成為江豐電子打破他們壟斷，成為全球第四個能夠生產這種靶材原材料的公司。在這個過程中，他們還研發出了中國大陸第一台超高純鈦製造設備，這主要是因為美日不出售，進而簡介推動了中國大陸的進步。這台設備一天能夠熔五百公斤金屬鈦，製造等重的鈦碇。這已經達到了美日相關競爭者的水平。n

n 姚立軍認為，美日不把設備賣給中國大陸企業，等於簡介激發和推動中國大陸自主研發。把自己的材料、工藝、設備等抓緊做出來。來打敗對手。n

n 而在江豐電子做出了超高純鈦金屬以後，國外的競爭者也尋求和姚立軍合作的機會，所以歸根到底中國大陸半導體建設，真的是打鐵還需自身硬。n

n 中微半導體：中國大陸第一台等離子刻蝕機的創造者n

n 2015年到2020年，中國大陸半導體產業投資將達到680億美元，而晶元製造設備投資額也達到500億美元。但是我國的晶元製造設備95%依賴於進口，核心設備被國外公司壟斷，如果國產的設備商沒有突破，錢都會讓外國公司掙走了。因此中國大陸亟需本土化的設備製造企業，中微半導體設備就是當中的佼佼者。他們製造的等離子體蝕刻機正是半導體晶元生產不可或缺的設備。n

n 等離子體刻蝕在集成電路製造中已有40餘年的發展歷程，最早70年代引入用於去膠，80年代成為集成電路領域成熟的刻蝕技術。刻蝕採用的等離子體源常見的有容性耦合等離子體(CCP-capacitively coupled plasma)、感應耦合等離子體ICP(Inductively coupled plasma)和微波ECR 等離子體(microwave electron cyclotron resonance plasma) 等。n

n 雖然等離子體刻蝕設備已廣泛應用於集成電路製造，但由於等離子體刻蝕過程中複雜的物理和化學過程到目前為止仍沒有一個有效的方法完全從理論上模擬和分析等離子體刻蝕過程。除刻蝕外，等離子體技術也成功的應用於其他半導體製程，如濺射和等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。當然鑒於plasma豐富的活性粒子，plasma也廣泛應用於其他非半導體領域，如空氣凈化，廢物處理等。n

n 只有通過一層層的刻蝕，才能把晶元做出來。不用問，這又是國外壟斷的領域。n

n 中微半導體設備成立於2004年，是一家面向全球的微觀加工高端設備公司，為半導體行業及其他高科技領域服務。中微的設備用於創造世界上最為複雜、精密的技術：微小的納米器件為創新型產品提供智能和存儲功能，從而改善人類的生活、實現全球的可持續發展。n

n 在去年年初，中微半導體設備有限公司取得了一系列成果：反應台交付量突破400台；單反應台等離子體刻蝕設備已交付韓國領先的存儲器製造商；雙反應台介質刻蝕除膠一體機研製成功，這是業界首次將雙反應台介質等離子體刻蝕和光刻膠除膠反應腔整合在同一個平台上等等等。現在，中微半導體正在進行5nm的刻蝕設備研發。n n n 但中微的人表示，由於這個需要晶元上的均勻度需要達到0.5nm，對設備開發要求就很高。n

n 需要提一下，國外現在可以生產14或16nm的工藝，中國大陸只能生產40或者28，落後兩到三代。n

n 中微半導體設備公司董事長兼首席執行官尹志堯表示，由於工藝進度推進得很快，他們要加快新設備的開發，他還指出，設備的研發要比工藝的推進快5年，因此按照他的觀點，5nm工藝將會在五年後到來。n

n 坦白說，能生產10nm或者7nm的設備，已經與世界先進技術接軌了，何況中微現在已經推進到了5nm。n

n 因為生產一個設備要涉及到方方面面，中微的團隊有來自應用材料、科林等企業的，擁有數十年經驗的專家，且最少需要五十多個精通材料、機器等多方面的專家來支持，才能打造出現在的中微。尹志堯認為其複雜程度不亞於兩彈一星。n

n 另外，MOCVD設備，也是中微研發的方向。n

n 這在以前是美國和德國等公司的自留地，中微進入了這個領域，並研發出了不錯的產品，不但拉低了LED晶元的價格，還打破了美德的壟斷，增加了中國大陸的影響力和實力。這是中微達到國際領先水平，甚至超越世界先進的設備。這種設備一年有100到150台的量，其中的六七十台是由中微提供的。在中微的二代MOCVD設備之前，大家都是用400多毫米的晶圓托盤，而新設備用的是700多毫米的晶圓托盤，在相同的投入和時間裡，晶元產量翻了一番。n

n 尹志堯還提到，由於中微取得了突破，打破了美德的壟斷，美國商業部特意發了一個公告，由於認識到中微在中國大陸可以做出在國際有同樣競爭力的等離子刻蝕機，決定把這個等離子刻蝕機從美國對中國大陸的單子上去掉。n

n 結論n

n 無疑，在現在的國際環境中，中國大陸需要在設備、材料、設計、製造等方面有了突破，才能達到可控。雖然現在有了些成績，但中國大陸廠商仍需要繼續努力。就像王淑敏舉的一個例子：裝載研磨液的桶國內都做不了，還需要全部進口，因此中國大陸半導體的崛起，還有很長的一段路要走，中國大陸廠商需要繼續努力。n

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