深圳大學(xué)微電子研究院院長(zhǎng)王序進(jìn)：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)

今日，深圳大學(xué)微電子研究院院長(zhǎng)、半導(dǎo)體制造研究院院長(zhǎng)王序進(jìn)進(jìn)行了以《半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)》為題的演講。通過(guò)回顧半導(dǎo)體行業(yè)和摩爾定律發(fā)展歷史，展望未來(lái)先進(jìn)封裝發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，并針對(duì)芯片領(lǐng)域「卡脖子」難題、半導(dǎo)體行業(yè)人才缺口、芯片制造重資產(chǎn)投資、車(chē)規(guī)級(jí)芯片等半導(dǎo)體行業(yè)痛點(diǎn)提出相應(yīng)建議。

王序進(jìn)院士

王序進(jìn)院士提到了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈和芯片「荒」的問(wèn)題。王院士指出，全世界的產(chǎn)能是足夠的。當(dāng)一年前頻頻談?wù)摗感酒摹沟膯?wèn)題時(shí)，王序進(jìn)院士就已經(jīng)判斷出其原因在于半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中有人在囤貨?，F(xiàn)在來(lái)看，芯片「荒」的主要的部分在于汽車(chē)芯片，其中最荒的要數(shù) MCU 芯片。一年前，幾塊錢(qián)的 MCU 甚至炒了幾百塊錢(qián)，幾十塊錢(qián)炒了幾千塊錢(qián)，漲了 100 倍。

王序進(jìn)院士介紹了芯片制造的典型工藝流程，單晶硅片的制造流程包含了，拉單晶、磨外圓、切片、倒角、磨削或研磨、CMP 等多個(gè)環(huán)節(jié)。晶圓制造的前道工藝包括：擴(kuò)散、薄膜沉積、光刻、刻蝕、離子注入等環(huán)節(jié)。王序進(jìn)院士表示，以上所有的工藝都會(huì)牽涉到材料和設(shè)備，這也是中國(guó)的短板。目前中國(guó)的材料、設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率大概沒(méi)有超過(guò) 20%，整體的晶圓制造國(guó)產(chǎn)化率也沒(méi)有達(dá)到 20%。

摩爾定律已經(jīng)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中耳熟能詳，在 1965 年的時(shí)候，英特爾的創(chuàng)始人之一摩爾先生當(dāng)時(shí)提出的一個(gè)愿景，每隔 18～24 個(gè)月，晶體管集成度提高一倍、芯片性能提高一倍。王序進(jìn)院士是在 90 年代開(kāi)始的加入了半導(dǎo)體制造，當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體刻線的線寬進(jìn)入了亞微米時(shí)代。

王序進(jìn)院士打了一個(gè)形象的比喻，當(dāng)線寬在一個(gè)微米以上的時(shí)候，線寬很粗，配線只需要一層，但是當(dāng)線寬低于一個(gè)微米以下的時(shí)候，限制變多了，需要多層的配線。但是多層配線的問(wèn)題在于，層數(shù)高低不平，當(dāng)高度超過(guò)光刻機(jī)鏡頭的景深時(shí)，會(huì)出現(xiàn)成像就不準(zhǔn)確的的問(wèn)題，很多人但是斷言：「光刻機(jī)不行了?！谷欢?992 年，偉大的 IBM 把拋光工藝引入了半導(dǎo)體制造，解決了這個(gè)問(wèn)題。

時(shí)間發(fā)展到 90 年代的后期，這時(shí)半導(dǎo)體又出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題。以前的配線都用的鋁線，當(dāng)線寬刻到 0.25 的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)電阻增大、經(jīng)常斷線的問(wèn)題。這時(shí) IBM 再次提出了新的解決方案，提出了銅互連。

當(dāng)半導(dǎo)體發(fā)展到 2000 年再次出現(xiàn)問(wèn)題。由于線刻低于 65 納米，線太窄、距離太薄，絕緣層開(kāi)始漏電。原先的絕緣層都是以二氧化硅為主，但實(shí)際上最好的絕緣層是空氣。這時(shí)材料發(fā)生了改進(jìn)，把納米孔打進(jìn)二氧化硅也就是玻璃里面，里面的小納米孔越多絕緣性越好，但是強(qiáng)度就越低。

從 90 年代開(kāi)始后，電腦、平板電腦、手機(jī)等逐步出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始發(fā)展，由于智能手機(jī)尺寸越來(lái)越小，需要的芯片也越來(lái)越小，從產(chǎn)品方面也進(jìn)一步推動(dòng)摩爾定律的發(fā)展。

當(dāng)摩爾定律進(jìn)入了幾十納米以下的時(shí)候，因?yàn)樵O(shè)備越來(lái)越貴，能夠參與其中的玩家越來(lái)越少。王序進(jìn)院士表示，目前真正能最大量產(chǎn)用的是浸潤(rùn)式光刻 DUV。其極限線寬達(dá)到 38nm，通過(guò)雙重曝光多重曝光，可以把線刻的再細(xì)。

王序進(jìn)院士介紹到，工藝制程在 45nm 以上的芯片確實(shí)有 45nm 的線寬，但低于 38nm 的芯片，其線寬是通過(guò)摩爾定律幾十年線寬和集成度相關(guān)關(guān)系換算的結(jié)果。王序進(jìn)院士說(shuō)到，其實(shí) 28nm 以上，特別是 28nm 的芯片是性價(jià)比最好的芯片，28nm 以上的芯片可以滿足我們?nèi)鐣?huì) 90% 以上的需求。

28nm 以下的芯片存在最大的問(wèn)題是——成本。每個(gè)節(jié)點(diǎn)成本基本高出 50%，但性能卻并不如原來(lái)也能提高 50%，能夠提高 10% 的性能就已經(jīng)不錯(cuò)。王序進(jìn)院士表示，雖然有人炒作甚至到零點(diǎn)幾個(gè)納米，其實(shí)摩爾定律已經(jīng)到極限了。

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，開(kāi)發(fā)一個(gè) 7nm 芯片需要花 2 億美金；開(kāi)發(fā) 5nm 芯片需要花 4 億美金；開(kāi)發(fā)一個(gè) 3nm 芯片需要花費(fèi) 6 億美金，性價(jià)比不好造成的客戶越來(lái)越少。某公司高級(jí)副總裁曾披露一個(gè)信息：7nm 芯片的客戶比 10 納米少，5nm 芯片的客戶比 7 納米少，3nm 芯片大家都在打樣，還沒(méi)有真正的大客戶。

王序進(jìn)院士分享了近 30 年的半導(dǎo)體歷程。80 年代時(shí)，最牛的前十位的公司幾乎都在日本，但后來(lái)日本的公司越來(lái)越少。這其中的原因除了美國(guó)打壓日本半導(dǎo)體之外，還有日本在技術(shù)路線上的選擇犯了錯(cuò)誤。

有句話叫做努力不如選擇，一方面，日本由于工程師的原因在新一批工藝的采用上，落后了三個(gè)節(jié)點(diǎn)。另一方面，在設(shè)計(jì)方面，以前設(shè)計(jì)版圖打印出來(lái)靠人眼睛看，日本人不相信機(jī)器，相信自己的眼睛。王序進(jìn)院士分享了一個(gè)笑話：「到 0.5 微米線寬的節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，日本某某公司（世界上最大的做存儲(chǔ)器的公司），設(shè)計(jì)出來(lái)的芯片，打著版圖打印出來(lái)放體育場(chǎng)里面看三個(gè)月。」而美國(guó)在 1 微米以上就開(kāi)始布局 EDA 制圖。所以日本在 EDA 上面沒(méi)有建樹(shù)。從這個(gè)經(jīng)歷中也可以看到，中國(guó)要發(fā)展半導(dǎo)體，一定要注意選擇正確路徑、正確的工藝、正確的發(fā)展。

半導(dǎo)體最新的數(shù)據(jù)顯示，目前排名前十的企業(yè)都是國(guó)外的企業(yè)。因?yàn)槭艿浇K端需求的影響，頭部的企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)下行。馬克思說(shuō)的資本主義一定會(huì)出現(xiàn)周期性經(jīng)濟(jì)危機(jī)，每隔 8~12 年都會(huì)出現(xiàn)一次經(jīng)濟(jì)危機(jī)，每一次危機(jī)走出來(lái)就靠科技創(chuàng)新，靠新的產(chǎn)品。

王序進(jìn)院士提到，半導(dǎo)體也存在硅循環(huán)，剛好是大經(jīng)濟(jì)周期的一半，大經(jīng)濟(jì)周期是 8~12 年，硅周期是 4~6 年。不巧的是，在 2022、2023 年時(shí)，大小周期同頻了。王序進(jìn)院士預(yù)測(cè)相較從前，這次如果要走出危機(jī)，可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間。雖然有電動(dòng)車(chē)的需求，但是電動(dòng)車(chē)的影響面還是不夠，還不足以推動(dòng)整個(gè)的芯片產(chǎn)業(yè)。

王序進(jìn)院士分享到，海外的設(shè)備龍頭企業(yè)一般是經(jīng)過(guò)整合以后的集團(tuán)大公司同時(shí)做好多個(gè)產(chǎn)品，但是中國(guó)除了北方華創(chuàng)算一個(gè)大設(shè)備龍頭，剩下的大部分都是游擊隊(duì)——做一個(gè)、兩個(gè)的單一產(chǎn)品。要避免這種游擊隊(duì)小規(guī)模，半導(dǎo)體設(shè)備需要整合。