对国产半导体设备产业攻坚的思考

中国半导体业的“痛点”主要是在EDA工具与IP及半导体设备与材料依赖它人，以及技术差距大，缺乏领军人才等。因此要保持清醒，只要“痛点”仍在，产业发展的“命脉”掌握在他人手中，经受各种打压是不可避免。

中国半导体业发展中大量设备依赖进口的事一直揪心，美方经常拿它来要挟我们，然而半导体设备与材料业的突破十分困难，但是又刻不容缓。显然这些“痛点”的解决，非一日之功，有相当大的难度，因为它等于要想在短时期内去挑战西方近百年来积累的工业基础。

先入为主  

站在芯片制造业的立场，有个“先入为主”的问题。众所周知“一代器件，一代工艺及一代设备”。它意味着器件，工艺与设备三者之间的相互依存关系。只要有先进的半导体制造设备，就可以实现器件的量产。而器件的量产可以比喻如“印钞机”，每个代工硅片的售价高达1,000-2,000美元(8寸计)，甚至更高。而一条生产线的月产能可以高达20,000片至100,000片。因此合格的芯片的产值非常高。其中半导体设备的稳定运行，起到基础的保障作用。业界曾比喻现在只要有钱，购到半导体设备，器件就能产出，它表示半导体设备的功能十分强大，已到无法脱离的地步。

从技术角度，一旦器件的制造工艺决定后，相应的半导体设备就被固定下来，即便是同样称作PVD，互相之间不能更替，否则工艺就要重新调整，而其中涉及器件的可靠性等，所以芯片制造商的工艺设备选定是与它的工艺技术来源一致。举个例子，如联电曾从IBM购买铜互连技术，那联电购买的设备必须与IBM同步，即设备制造厂商及型号，包括设备的细节等。而中国的芯片制造业起步晚，如中芯国际等刚开始研发工艺技术时，有的从日本引进技术，而当时自行研发工艺技术时，几乎都采用美国及日本等设备，导致在中国的芯片生产线中进口设备“先入为主”，让国产设备几乎连试错的机会都没有。

除非中国的芯片制造商从器件的工艺研发阶段，就直接采用国产设备，这样的器件量产时就会采用国产设备。但是马上又有另外一个问题，现阶段国产设备的性能要达到基本要求，及在国内芯片制造商中能有足够的信任度。实际的情况，由于国产设备的研发投入少，加上试错机会不多，它的实用性出现这样或那样的问题是显见的，而芯片制造商不太可能在已经量产的生产线中，为了帮助国产设备去进行耗时、费钱的试错过程。从那个方面讲是不科学的。因此这样复杂的问题久而久之，导致只要进口设备尚有可能，国内半导体设备的机会就不会多。这就是现阶段国产设备所面临的现状。

半导体设备与工艺合一  

在上世纪80年代时，购买的半导体设备，如刻蚀机，它仅负责设备的硬件功能，如刻蚀速率，刻蚀均匀性等。而设备买来之后，必须由客户自行研发制程工艺来满足量产器件的需要。这样的结果，问题十分严重，因为如若没有设备厂的共同配合，单靠客户来研发制程工艺几乎是不可能的，所以经常会拖了器件量产的后腿。

随着设备与工艺合一的呼声日益增高，为了推动半导体业进步。设备业首先跨出非常艰难的第一步。它开始研发工艺制程在设备上的实现，众所周知，这是两个学科，需要的人材不同，同时必须兴建工艺试验线，然而要维持一条工艺试验线，从设备釆购，到试验线的运行维护等方面化费很高，但是这条艰难之路最终让设备制造商打通，如今出售的设备都是绑定某种工艺的实现，能在客户生产线上立即投入使用，它给整条芯片生产线流片成功起到保证作用，由此半导体设备的价值也由每台几十万美元，已经上升至几百万美元，甚至更高，体现它的价值所在。这也是半导体设备业跨界成功的体现。

需要试错的机会  

半导体设备的研制过程一定从样机，经过多次的改型，才逐渐成为产品销售。对于任何新的产品，试错过程是必须的，因为刚开始的样机必定故障较多，离开通常设备的最低要求，MTBF平均无故障时间大于200小时尚有差距，而试错的过程就是要及时发现问题，经过多次改型后，达到设备的出厂要求。

然而要提供试错机会问题是比较复杂，涉及设备制造商与芯片制造商的各自利益。

从国内设备制造商角度有两个需求：一个是产业的现状，设备制造商尚无能力自建工艺试验线，也缺乏半导体工艺能力与人才；另一个是对于设备国产化要支持及信任，要给予充分的机会。

然而从芯片制造商角度认为一个是提供的样机设备应该首先达到接近可用状态，及另一个是作设备调试需要占用大量的人力，财力及物力，这笔费用很高，它不该由芯片制造商来承担。

这样的矛盾在国外可能是这样解决的，通常那些大型设备制造商自建局部工艺试验线，它有两个作用，一个是客户可以拿它的中间制程硅片来实现下步工艺，验证设备的实用性，如要求实现介质刻蚀的深宽比达到1：100等，另一个自行研发的设备作试错过程等。而国外客户的设备下单过程，也经常是以通过某类工艺的实现来作决定。因而设备制造商自建局部工艺试验线是有其必要性。

如今时过境迁，国产设备已上升几个台阶，至少已在光伏、LED等业中得到充分的证实，然而在集成电路设备国产化中尚显不足，但已有质的提高。

因此要解决提供试错机会等问题可能应该以国家资金为主支持下建一条工艺试验线，让国产半导体设备，材料等首先通过该试验线的合格论证，然后再进入有资质的芯片生产线中通过量产化的考核，唯有如此才能进入芯片生产线中的设备釆购序列中。

显然此条工艺试验线的运行模式有待摸索，为什么这么长时间推不动的症结要分解，但是必须从前进中不断地改善与提高。

国产化加速  

现阶段依赖进口设备与材料为主的中国半导体业发展仍在继续，是合乎需要的，但是美国持续利用“实体清单”，“瓦圣纳条约”等控制出口，让中国半导体业的发展受制于它人，不能自主的教训印象深刻。

从中国半导体业发展，只要进口设备仍能持续，产业可能仍希望维持现状为主，真正如任正非那样有远见卓识，有危机感的仅是少数。因为具备“胆识”是首位，然而要有实力更为重要。另外，从每年中国进口IC的金额节节上升，也反映中国离不开全球化的支持。

因为对于中国芯片制造商，它们已经习惯于进口设备模式，相对易于运行。而对于部分设备制造商它们承认差距，觉得现状维持久些，有利于它们的追赶，相反真到国产化逼到眼前时，设备制造商的压力会更大。

因而满足于现状，谨慎地对待设备的国产化可能是现阶段的主流思维，相信只有当美方出口政策收紧，国内芯片生产线感压力，导致设备的国产化不得不提到议事日程上来时，业界才会有紧迫感。这可能就是现状与交织的心态。所以现阶段是千载难逢的好时机，一定要紧紧的抓住。

面对产业发展中的“痛点”，没有退路，也不能存有侥幸，只有勇敢地正面去迎战。尽管困难很大，它涉及工业基础等根本性问题，但是要始于足下，有计划的聚集国内优秀兵力去攻坚克难。

因此首先不能丧失信心，要充分相信自身的能力，中国半导体业处于特定环境下，有优势，也有不足。它的优势能在国家资金为主支持下，以及有巨大的中国市场，加上在危机时刻中国能有统一的意志，团结一心。不足的方面，是西方始终不能理解，十分害怕中国半导体业的强大，会超过它们，所以千方百计要打压中国半导体业的进步，不让我们参与到全球化之中。

要相信全球化与国产化是两个不同路径，在现阶段对于中国半导体业发展都很重要，我们的方针是尽可能用好全球化，同时也决不放弃国产化，“两手”都要硬。虽然国产化的难度大，成本高，但是它是提高竞争力的有效手段之一，显然要充满信心，相信中国半导体业一定能克服各种艰难险阻，通过部分国产化的努力来撕开西方禁运的“缺口”， 中国半导体业发展已到必须猛醒的时刻。

本文转自求是缘半导体联盟

作者:莫大康

浙江大学校友，求是缘半导体联盟顾问。亲历50年中国半导体产业发展历程的著名学者、行业评论家。

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