日前，央視財(cái)經(jīng)頻道播出的《感受中國制造》第五集《中國“芯”力量》介紹了中國在半導(dǎo)體設(shè)備和半導(dǎo)體原材料上取得的成績(jī)和進(jìn)步。其中，最引人矚目的莫過于中國企業(yè)在刻蝕機(jī)上取得的成績(jī)——16nm刻蝕機(jī)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)并在客戶的生產(chǎn)線上運(yùn)行，7－10nm刻蝕機(jī)設(shè)備可以與世界最前沿技術(shù)比肩。

相對(duì)于中國在光刻機(jī)上與ASML的巨大差距，在刻蝕機(jī)上國內(nèi)企業(yè)不僅可以滿足本國企業(yè)的需求，還能夠進(jìn)入國際市場(chǎng)上與應(yīng)用材料、科林等國際巨頭一爭(zhēng)長短。而這背后，是一群科技人才放棄美國優(yōu)越的待遇選擇回國，并耗費(fèi)十多年時(shí)間持之以恒的付出和努力換來的成績(jī)。

半導(dǎo)體設(shè)備和原材料是最大短板

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大體上可以分為IC設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體設(shè)備制造、原材料、代工生產(chǎn)、封裝測(cè)試幾個(gè)部分。其中，封裝測(cè)試是目前發(fā)展勢(shì)頭最好的部分，國內(nèi)封測(cè)廠商的領(lǐng)頭羊長電科技在大基金等國內(nèi)資本的扶持下收購新加坡星科金朋后，一舉躋身全球封測(cè)廠商前5位，并有望在5年內(nèi)趕超或接近中國臺(tái)灣的日月光等封測(cè)大廠。

雖然封測(cè)和境外廠商差距較小，晶圓代工和IC設(shè)計(jì)就相對(duì)來說弱一些。就晶圓代工而言，國內(nèi)有中芯國際和華力微等一批代工企業(yè)，而且發(fā)展勢(shì)頭也非常好，中芯國際也是全球前5的代工廠商，但在市場(chǎng)份額上，中芯國際只有臺(tái)積電的十分之一左右，在技術(shù)上也有2代的差距，與臺(tái)積電、Intel的差距非常明顯。

在IC設(shè)計(jì)上，論商業(yè)化而言，海思和展訊的銷售額位列Fabless廠商前10位，但能夠取得這個(gè)成績(jī)很大程度得益于ARM的技術(shù)授權(quán)。就自主性來說，國內(nèi)也有申威和龍芯，申威26010被用于神威太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)，在TOP500刷榜，龍芯多種芯片分別被用于北斗衛(wèi)星、數(shù)控機(jī)床、特種裝備、網(wǎng)安產(chǎn)品和PC、服務(wù)器，不過龍芯和申威目前在民用市場(chǎng)很難與X86、ARM抗衡。

相比較之下，原材料和半導(dǎo)體設(shè)備就更弱一些。雖然在PECVD、氧化爐等設(shè)備上國內(nèi)已經(jīng)取得技術(shù)突破并且開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段，但在很多方面，與國外廠商的差距非常大，有的甚至完全依賴進(jìn)口。

就以生產(chǎn)芯片所有的晶圓（硅片）來說，目前市場(chǎng)上在使用的硅片有 6 英寸、 8 英寸、12 英寸晶圓，而晶圓尺寸越大就可以切出更多晶片，進(jìn)而降低成本，除少數(shù)特殊領(lǐng)域外，采用大尺寸晶圓已經(jīng)是大勢(shì)所趨。

然而，就是這樣一款生產(chǎn)芯片的原材料，國內(nèi)每月需要的12英寸晶圓不少于45萬片，但這些晶圓完全依賴進(jìn)口，日本越新、SUMCO、Siltronic、MEMC／SunEdison占據(jù)了超過80％以上的市場(chǎng)份額。即便是 8 英寸晶圓，國產(chǎn)化率也僅為10％。

還有很多原材料也被國外壟斷。比如光刻膠，光刻膠由感光樹脂、光引發(fā)劑、添加劑、溶劑等組成，在光刻這個(gè)步驟中使用，能夠?qū)⒀谀ぐ迳系膱D形轉(zhuǎn)移到晶圓表面頂層的光刻膠中。目前，半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)也基本被JSR、信越化學(xué)、 TOK、陶氏化學(xué)等國際巨頭壟斷。

在半導(dǎo)體設(shè)備方面，ASML占據(jù)了超過70％的高端光刻機(jī)市場(chǎng)，而且最新的產(chǎn)品售價(jià)高達(dá)1億美元，依舊供不應(yīng)求，訂單已經(jīng)排到了2018年。在離子注入機(jī)上，美國應(yīng)用材料占據(jù)70％市場(chǎng)份額，在涂膠顯影機(jī)方面，東京電子占據(jù)90％的市場(chǎng)份額。就銷售額來看，應(yīng)用材料（美國）、科林（美國）、ASML（荷蘭）、東京電子、科磊（美國）位列前五，占半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)份額的66％。

根據(jù)估算，2015年至2020年，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)計(jì)劃投資650億美元，其中設(shè)備投資達(dá)500億美元。而這500億美元中，有480億美元要用來從國外進(jìn)口設(shè)備，換言之，就總金額來說，2015年至2020年間95％的半導(dǎo)體設(shè)備依賴進(jìn)口。

十年磨一劍技術(shù)比肩國際巨頭

本次最讓人振奮的，就是在中國最薄弱的半導(dǎo)體設(shè)備方面取得了令人欣喜的成績(jī)——中微半導(dǎo)體的16nm刻蝕機(jī)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)并在客戶的生產(chǎn)線上運(yùn)行，7－10nm刻蝕機(jī)設(shè)備可以與世界最前沿技術(shù)比肩。

刻蝕機(jī)是芯片生產(chǎn)制造的重要設(shè)備，不少網(wǎng)友會(huì)將光刻機(jī)和刻蝕機(jī)搞混，有的網(wǎng)友甚至將國內(nèi)實(shí)現(xiàn)16nm刻蝕機(jī)量產(chǎn)的新聞?wù)`讀為實(shí)現(xiàn)16nm光刻機(jī)量產(chǎn)。

其實(shí)光刻機(jī)和刻蝕機(jī)是兩種設(shè)備，光刻機(jī)的工作原理是用激光將掩膜版上的電路結(jié)構(gòu)臨時(shí)復(fù)制到硅片上。而刻蝕機(jī)是按光刻機(jī)刻出的電路結(jié)構(gòu)，在硅片上進(jìn)行微觀雕刻，刻出溝槽或接觸孔的設(shè)備。

等離子體刻蝕機(jī)對(duì)加工精度的要求非常高，加工精度是頭發(fā)絲直徑的幾千分之一到上萬分之一。以16nm的CPU來說，等離子體刻蝕的加工尺度為普通人頭發(fā)絲的五千分之一，加工的精度和重復(fù)性要達(dá)到五萬分之一。

中為尹志堯

國內(nèi)能夠在取得刻蝕機(jī)方面取得技術(shù)突破，和尹志堯?yàn)榇淼膸资缓w技術(shù)專家分不開。尹志堯曾經(jīng)擔(dān)任應(yīng)用材料的公司副總裁（應(yīng)用材料是半導(dǎo)體設(shè)備廠商龍頭老大），參與領(lǐng)導(dǎo)幾代等離子體刻蝕設(shè)備的開發(fā)，在美國工作時(shí)就持有86項(xiàng)專利。

在13年前，已經(jīng)60歲的尹志堯放棄美國優(yōu)越的物質(zhì)待遇，回國創(chuàng)業(yè)，尹志堯表示：“給外國人做嫁衣已經(jīng)做了很多事情了，那我們應(yīng)該給自己的祖國和人民做一些貢獻(xiàn)，所以就決心回來了”。

與尹志堯一同回來的是三十位在應(yīng)用材料、科林等國際巨頭有著20—30年半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)制造的經(jīng)驗(yàn)的資深工程師。在回國之際，所有技術(shù)專家承諾不會(huì)把美國公司的技術(shù)，包括設(shè)計(jì)圖紙、工藝過程帶回國內(nèi)，美國方面也對(duì)歸國人員持有的600多萬個(gè)文件和所有個(gè)人電腦做了徹底清查。

在回國之后，尹志堯團(tuán)隊(duì)從零開始，重新研發(fā)申請(qǐng)了專利，終于在2008年，中微半導(dǎo)體的刻蝕機(jī)開始打進(jìn)國際市場(chǎng)。對(duì)于這種情況，國外公司無法接受中國人能在3年內(nèi)做出高性能刻蝕機(jī)，應(yīng)用材料和科林相繼對(duì)中微半導(dǎo)體提起專利訴訟。在中微半導(dǎo)體拿出了關(guān)鍵技術(shù)的專利證據(jù)之后，兩次擴(kuò)日持久的訴訟都以中微半導(dǎo)體獲勝告終。

隨著中微半導(dǎo)體的崛起，2015年美國商業(yè)部的工業(yè)安全局特別發(fā)布公告，由于認(rèn)識(shí)到中國可以做出具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的，而且有大量生產(chǎn)的等離子刻蝕機(jī)，所以決定把等離子刻蝕機(jī)從美國對(duì)中國控制的單子上去掉了。

此外，在用于生產(chǎn)LED照明芯片的MOCVD設(shè)備方面，中微半導(dǎo)體也取得了技術(shù)突破，雖然央視節(jié)目中沒有披露該設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，但明確表明：“已經(jīng)達(dá)到世界頂尖水平的產(chǎn)品”。而且中微半導(dǎo)體的MOCVD設(shè)備還有自己的特色。在此之前，市場(chǎng)設(shè)備大多采用400mm的晶圓托盤，中微半導(dǎo)體做出了700mm的晶圓托盤，這等于是在相同的時(shí)間里，使芯片產(chǎn)量增加了一倍。

這款產(chǎn)品成功打敗了國外壟斷，由于設(shè)備性能的提高，降低了LED芯片的生產(chǎn)成本，LED照明產(chǎn)品的成本，累計(jì)降幅超過50％。目前，這種設(shè)備全球一年出貨量約為100—150臺(tái)，其中的六七十臺(tái)是由中微提供的。如果不是中微半導(dǎo)體將設(shè)備國產(chǎn)化，LED燈的成本不會(huì)是現(xiàn)在的水平。

目前，中微半導(dǎo)體的產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到11億人民幣，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷歐洲、韓國、中國臺(tái)灣、新加坡等地。

原材料上局部實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破

姚力軍曾就職于霍尼韋爾公司，擔(dān)任過霍尼韋爾公司電子材料部門日本生產(chǎn)基地總執(zhí)行官和霍尼韋爾公司電子材料事業(yè)部大中華區(qū)總裁。 2005年姚力軍帶領(lǐng)多名專家回國創(chuàng)業(yè)從事高純度濺射靶材的研發(fā)。

高純度濺射靶材是半導(dǎo)體芯片制造中的關(guān)鍵材料，制作芯片需要的金屬靶材純度則需要達(dá)到更高的99．9999％，目前全球只有四家公司掌握這種材料的制造工藝。

靶材的生產(chǎn)制造要經(jīng)過反復(fù)多次特點(diǎn)方向的變形，對(duì)金屬內(nèi)部的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，這種控制決定了靶材的可靠性和穩(wěn)定性，通過工藝改變了晶體的排列方式，使其適合用來做半導(dǎo)體芯片的方向。

在過去，高純金屬原材料依賴進(jìn)口，在研發(fā)靶材的過程中，姚力軍團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)試圖向美國霍尼韋爾和日本大阪鈦業(yè)購買高純鈦金屬，但國外企業(yè)根本不賣。這使得姚力軍只能自己從零開始研發(fā)高純鈦金屬和相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備。并最終實(shí)現(xiàn)從工藝到大型設(shè)備都是國內(nèi)自主設(shè)計(jì)。

比如焊接設(shè)備，鈦銅等金屬要經(jīng)過700度以上高溫和120兆帕壓力進(jìn)行大面積焊接，整個(gè)過程需要16小時(shí)。雖然工藝還叫焊接，但實(shí)際上，是讓不同金屬在高溫高壓下，通過接觸面上的原子擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)無縫連接，中間不需要任何焊料，這種焊接的強(qiáng)度可以達(dá)到200兆帕，是普通釬焊的10倍以上，只有這樣的焊接才能使材料更純凈。

以前這種加工必須送到日本去代工，加工一爐要5萬元，現(xiàn)在加工一爐只要8000元。再比如超高純鈦熔鑄設(shè)備，能在1800多攝氏度下提純材料，金屬鈦融化提純后，最后凝固成鈦錠，在技術(shù)上國內(nèi)已經(jīng)達(dá)到美國和日本的水平。目前，姚力軍的江豐電子已授權(quán)的發(fā)明專利超過140多項(xiàng)。全球有270家企業(yè)采用了姚力軍的高純度濺射靶材。

雖然國內(nèi)在原材料和半導(dǎo)體設(shè)備上和國外的差距非常大，但隨著晶圓代工、封裝測(cè)試和IC設(shè)計(jì)正逐步向東亞乃至中國轉(zhuǎn)移，以及中國在這方面不斷加大投入，如果外國政府不從中作梗，半導(dǎo)體設(shè)備和原材料向中國轉(zhuǎn)移只是時(shí)間問題。本次國內(nèi)企業(yè)在局部領(lǐng)域取得的技術(shù)突破，就是國內(nèi)逐步實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)備和原材料國產(chǎn)化替代的一部分，隨著時(shí)間的推移，類似的技術(shù)突破將會(huì)越來越多，并最終從量變轉(zhuǎn)化為質(zhì)變。