中國(guó)集成電路制造業(yè)如何開(kāi)啟自主模式？

　　集成電路(Integrated Circuit，IC)是資訊時(shí)代的根基已成共識(shí)，但國(guó)內(nèi)一般仍普遍存在對(duì)這產(chǎn)業(yè)的不了解甚至誤解，這對(duì)其成長(zhǎng)帶來(lái)一定的負(fù)面作用，本文希望能發(fā)揮些許科普引導(dǎo)作用。為便于理解，本文內(nèi)容除非必要，將盡量少談產(chǎn)品中復(fù)雜難懂的技術(shù)細(xì)節(jié)，著重論述集成電路產(chǎn)業(yè)和其他制造業(yè)共通的環(huán)節(jié)，希望能讓更多的人，即便不懂技術(shù)細(xì)節(jié)，也能體會(huì)到除了產(chǎn)品不同之外，這個(gè)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)營(yíng)實(shí)際上和其他制造業(yè)并沒(méi)有太大差異，以拉近同這個(gè)行業(yè)的距離。同時(shí)也希望能讓產(chǎn)業(yè)中只專(zhuān)注某一專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)家對(duì)其從事的行業(yè)有進(jìn)一步宏觀的認(rèn)識(shí)。

　　此外，筆者也想表達(dá)自己對(duì)下述事實(shí)的看法：為什么公認(rèn)“世界工廠”的中國(guó)，盡管已有大量的投入，但是國(guó)產(chǎn)集成電路占全國(guó)使用的比例仍然很低?

　　集成電路產(chǎn)業(yè)分類(lèi)

　　依專(zhuān)業(yè)區(qū)分，和整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)相關(guān)的企業(yè)可以統(tǒng)計(jì)如下：無(wú)工廠電路設(shè)計(jì)業(yè)(fabless design company)、掩膜版制作業(yè)、技術(shù)開(kāi)發(fā)服務(wù)業(yè)、晶圓生產(chǎn)業(yè)(foundry)、芯片測(cè)試業(yè)、晶粒封裝業(yè)、廠房設(shè)計(jì)/施工業(yè)、動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)/施工業(yè)、材料生產(chǎn)業(yè)(包括晶圓、靶材、化學(xué)品、氣體等)、廢棄物處理業(yè)，及支援這些企業(yè)的設(shè)備制造業(yè)、軟件開(kāi)發(fā)業(yè)、分析工具開(kāi)發(fā)業(yè)。當(dāng)然也有一些企業(yè)同時(shí)從事數(shù)種上述專(zhuān)業(yè)的，如：IDM業(yè)者(Integrated Device Manufacturer，整合器件制造公司)同時(shí)從事電路設(shè)計(jì)、晶圓生產(chǎn)和芯片測(cè)試，有些也從事晶粒封裝。

　　經(jīng)過(guò)多年的努力，中國(guó)這些企業(yè)已經(jīng)相當(dāng)齊全，只是規(guī)模大多不大，特別是核心的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、材料生產(chǎn)、設(shè)備制造等各企業(yè)的規(guī)模占全球的份額仍然很低，技術(shù)能力和世界最高水平比較仍然存在較大的差距。

　　集成電路制造環(huán)節(jié)

　　上述這些企業(yè)支撐一塊集成電路“一生”從無(wú)到有，再到退出市場(chǎng)的全部歷程。整個(gè)歷程的順序可以分為以下環(huán)節(jié)：

　　·整機(jī)生產(chǎn)業(yè)者依據(jù)終端用戶(hù)要求的整機(jī)產(chǎn)品性能，制定整機(jī)產(chǎn)品的規(guī)格;

　　·整機(jī)設(shè)計(jì)者依據(jù)整機(jī)產(chǎn)品規(guī)格制定所要使用的集成電路規(guī)格;

　　·電路設(shè)計(jì)者依據(jù)電路設(shè)計(jì)規(guī)格選定合適的生產(chǎn)工藝，并依據(jù)其對(duì)應(yīng)的器件規(guī)格(device parameters)設(shè)計(jì)電路;

　　·布圖(layout)專(zhuān)家依據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)應(yīng)的布圖規(guī)格(design rule)為設(shè)計(jì)的電路布圖;

　　·掩膜版制作業(yè)者依據(jù)布圖制作掩膜版;

　　·有時(shí)晶圓生產(chǎn)者會(huì)配合客戶(hù)需要，特別修改、增減原來(lái)選定的生產(chǎn)工藝，是為客戶(hù)定制工藝;

　　·晶圓生產(chǎn)業(yè)者依據(jù)確定的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工程試驗(yàn)批(engineering lot)，供電路設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)規(guī)格做認(rèn)證。必要時(shí)對(duì)電路設(shè)計(jì)、掩膜版、生產(chǎn)工藝等環(huán)節(jié)加以修改，以?xún)?yōu)化產(chǎn)品的良品率(yield);

　　·工程試驗(yàn)批的良品率和可靠性達(dá)標(biāo)后，開(kāi)始小批量生產(chǎn)給客戶(hù)組裝整機(jī)樣品，做產(chǎn)品應(yīng)用的認(rèn)證，必要時(shí)對(duì)上述環(huán)節(jié)加以修改，以?xún)?yōu)化良品率和可靠性(reliability);

　　·整機(jī)樣品的應(yīng)用認(rèn)證達(dá)標(biāo)后，晶圓生產(chǎn)者開(kāi)始大批量生產(chǎn)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的品質(zhì)檢驗(yàn)程序后出貨給整機(jī)組裝廠組裝整機(jī)，銷(xiāo)售給市場(chǎng)的終端用戶(hù);

　　·從市場(chǎng)大量使用過(guò)程中得到真正的可靠性的反饋，必要時(shí)對(duì)上述環(huán)節(jié)加以修改，以?xún)?yōu)化集成電路的可靠性;

　　·新產(chǎn)品出現(xiàn)，原來(lái)產(chǎn)品逐漸退出市場(chǎng)。

　　這其中產(chǎn)品設(shè)計(jì)和客戶(hù)定制工藝的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程就是集成電路技術(shù)最核心的研發(fā)作業(yè)。一塊集成電路要能合格地被用來(lái)組裝整機(jī)在市場(chǎng)上流通，其研發(fā)成果都須要經(jīng)過(guò)不斷的認(rèn)證，修改及優(yōu)化，這些過(guò)程非常復(fù)雜、牽涉到的專(zhuān)業(yè)非常多、使用的工具非常精密和昂貴、全部花的時(shí)間合起來(lái)短則數(shù)月長(zhǎng)則數(shù)年。其中工程試驗(yàn)批主要用來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合電路設(shè)計(jì)規(guī)格;小批量生產(chǎn)主要用來(lái)驗(yàn)證可靠性是否達(dá)標(biāo)。在這兩個(gè)時(shí)期產(chǎn)品都還在驗(yàn)證過(guò)程中，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)都還不是真正意義上的商品。只有可靠性通過(guò)完整的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)程序后，才能成為可以銷(xiāo)售的商品。

　　這個(gè)過(guò)程和其他制造業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品是一樣的——在成為商品大批量生產(chǎn)前，也同樣必須經(jīng)過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)樣品、認(rèn)證、生產(chǎn)、出貨、客訴處理等過(guò)程，只是內(nèi)容的繁簡(jiǎn)和技術(shù)專(zhuān)業(yè)因產(chǎn)品不同而異。

　　集成電路制造生產(chǎn)設(shè)備與科技

　　在整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)中，資金投入最多的是晶圓生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)設(shè)備。一座裝備齊全有經(jīng)濟(jì)規(guī)模的先進(jìn)生產(chǎn)工廠，大概包含有四、五十種用途不同上千臺(tái)的精密昂貴設(shè)備。這些設(shè)備牽涉到很多非常專(zhuān)業(yè)深?yuàn)W的科技，下面僅對(duì)涉及到的類(lèi)別做簡(jiǎn)單介紹，具體細(xì)節(jié)暫不一一闡述：

　　·原子擴(kuò)散、離子注入退火、和薄膜沉積及生長(zhǎng)的高溫爐管;

　　·薄膜沉積、刻蝕及去除的氣態(tài)化學(xué)反應(yīng)設(shè)備;

　　·表面除污、薄膜刻蝕及去除的液態(tài)化學(xué)反應(yīng)槽;

　　·薄膜沉積的固態(tài)物理濺射設(shè)備;

　　·高真空、高電壓的離子注入機(jī);

　　·精密光學(xué)成像的曝光機(jī);

　　·精密拋光的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī);

　　·成像、成形后的檢驗(yàn)機(jī)臺(tái);

　　·器件和產(chǎn)品的電性量測(cè)機(jī)臺(tái)等。

　　一塊集成電路“一生”從無(wú)到有，就是在這些設(shè)備之間來(lái)回反復(fù)操作數(shù)百多次的結(jié)果。這些生產(chǎn)技術(shù)的科學(xué)原理都很深?yuàn)W，設(shè)備的設(shè)計(jì)都很復(fù)雜精密，因此負(fù)責(zé)的工程師都必須學(xué)有專(zhuān)精，加上在專(zhuān)業(yè)上以“工匠精神”經(jīng)年累月積累經(jīng)驗(yàn)，才能做到專(zhuān)業(yè)能力與時(shí)俱進(jìn)不掉隊(duì)，合格地執(zhí)行制造任務(wù)。

　　技術(shù)取得：自力更生為主，技轉(zhuǎn)、并購(gòu)為輔

　　由于歷史的緣故，長(zhǎng)期以來(lái)多數(shù)國(guó)人在心理上和現(xiàn)實(shí)上默認(rèn)為技術(shù)的取得是依賴(lài)技術(shù)移轉(zhuǎn)(技轉(zhuǎn))或并購(gòu)，造成疏于自行開(kāi)發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)的累積。

　　技轉(zhuǎn)和并購(gòu)確實(shí)可以比較快得到技術(shù)和市場(chǎng)，這對(duì)于應(yīng)用周期長(zhǎng)的技術(shù)或產(chǎn)品或許值得，但是對(duì)于變化快的技術(shù)或產(chǎn)品，技轉(zhuǎn)則意味著落后。因?yàn)闉榱吮ＷC技轉(zhuǎn)成功量產(chǎn)，技術(shù)來(lái)源者提供的技術(shù)或產(chǎn)品一定是已經(jīng)成熟量產(chǎn)有些時(shí)候了的，而不是還在優(yōu)化并即將推出的下一代。如果技術(shù)接受方不能很快地接受、吸收、消化、創(chuàng)新、迎頭趕上，來(lái)源者將繼續(xù)維持領(lǐng)先的地位，要得到未來(lái)新的技術(shù)和產(chǎn)品都必須重新再談。

　　進(jìn)一步講，技轉(zhuǎn)或并購(gòu)的機(jī)會(huì)并不常有，更何況現(xiàn)在西方國(guó)家對(duì)中國(guó)技轉(zhuǎn)和并購(gòu)的管控越來(lái)越嚴(yán)格，要靠技轉(zhuǎn)先拉近差距再圖趕上的機(jī)會(huì)已越來(lái)越不容易。因此，技術(shù)取得必須“以自力更生為主，技轉(zhuǎn)、并購(gòu)為輔”!