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临港对话:尹志尧、刘明和李炜等业界专家共商半导体发展大计(半导体制造篇)

时间:2021-09-16 作者:顾正书 阅读:
今年的上海临港半导体高峰论坛虽然受到台风的影响,但中国半导体业界重量级演讲嘉宾阵容仍然吸引了500多位现场参会观众,以及超过2000人的在线直播观众。本届高峰论坛除了汇聚以尹志尧、刘明、刘伟平、赵立新和李炜为代表的半导体学术专家和企业家的精彩演讲外,还为知存科技、侠为电子、楷领科技和以芯半导体等初创企业提供了与红杉资本、IDG资本、华登国际和临港科投等投资机构面对面交流的路演平台。
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今年的上海临港半导体高峰论坛虽然受到台风的影响,但中国半导体业界重量级演讲嘉宾阵容仍然吸引了500多位现场参会观众,以及超过2000人的在线直播观众。本届高峰论坛除了汇聚以尹志尧、刘明、刘伟平、赵立新和李炜为代表的半导体学术专家和企业家的精彩演讲外,还为知存科技、侠为电子、楷领科技和以芯半导体等初创企业提供了与红杉资本、IDG资本、华登国际和临港科投等投资机构面对面交流的路演平台。

华登国际董事总经理黄庆和临港新片区集成电路产业联盟主席邱慈云等半导体业界大咖都对本次峰会给予了极高评价,希望临港峰会能够发展成为吸引中国乃至全球半导体业界精英,共同探讨半导体产业未来发展的交流对话平台。

基于先进封装的集成芯片是未来高性能芯片设计首选

中国科学院院士、复旦大学芯片与系统前沿技术研究院院长刘明教授在峰会上发表了题为“集成电路的创新与发展”的主题演讲。半导体设计和制造现在面临一个很大的难题:单纯靠尺寸微缩带给处理器芯片的性能提升只有3%左右,以后的性能提升主要靠什么?

刘院士指出,如果微缩这条路走不下去的话,就只能靠架构并行处理来实现。而采用先进的封装技术,通过集成芯片(integrated chip)是一条可行之路。

传统的封装技术虽然也在进步,但已经成了影响系统性能的瓶颈。反过来,如果用硅精密制造技术取代传统封装,就可以达到性能/互联指数的提升。目前的封装技术也很多,包括芯片堆叠、晶圆级封装、晶体管级异构集成等,精度从毫米进步到纳米,互联密度也大大增强。

目前,基于先进封装的集成芯片已经成为高性能芯片设计和制造的首选。在同等工艺节点下,如果采用先进封装集成芯片,大概能够实现15%的性能提升,相当于一代半导体工艺节点技术的进步。对国产半导体来说,由于先进光刻机设备的使用受到限制,要按现有做法来开发高性能芯片很困难。而基于先进封装的集成芯片是摆脱限制、发展自主高端芯片的必由之路。

解读中微半导体成功之谜

中微半导体董事长兼CEO尹志尧在峰会上发布了题为“打造全方位高质量,有国际竞争力的半导体设备公司”的主题演讲,介绍了中微公司在半导体设备领域的战略布局和技术产品成果。此外,尹志尧还就中微半导体公司在产品质量管理、知识产权管理,公司治理、股权激励及利益分配等方面分享了隐藏在背后的成功之道。

尹志尧指出,现在有两个主要的驱动力使得等离子刻蚀机和化学薄膜沉积设备的重要性越来越凸显。一个是半导体芯片从2D到3D的演变,另一个是先进制造工艺的持续发展。

以存储芯片为例,过去如果是做2D NAND Flash,在整个生产线的设备成本当中,刻蚀机只占20%-25%。但是,现在做一条3D NAND Flash产线,刻蚀设备的占比高达40%-50%。

根据Gartner和中微半导体公布的数据,2018到2020年期间,等离子刻蚀设备、化学薄膜沉积设备和检测设备在集成电路前段设备当中的总体占比已经超过45%,并且很快将超过50%。其中,等离子刻蚀机占比20-25%,中微在该领域的产品已经实现了全面覆盖;化学薄膜沉积设备占比15-17%,在该领域中微和拓荆科技也已实现全面覆盖;检测控制设备占比11-13%,在该领域中微和睿励实现了部分覆盖。

据尹志尧称,中微开发的四类半导体设备已经达到了国际领先水平,分别是:CCP电容型刻蚀机、ICP电感型刻蚀机、深硅刻蚀机和MOCVD。

中微的刻蚀机在中国大陆3D NAND晶圆厂的市场占有率已经做到了35%。在国内两家最先进逻辑芯片晶圆厂,其市占率已经接近40%。在台湾两家晶圆厂中,一个是逻辑器件晶圆厂,在14nm产线上中微的刻蚀机占比已经达到了24%,排名第二位。在另一家NAND晶圆厂,中微刻蚀机的占比也已经达到37%,排名第二。

“我们不断改进反应器设计和设备性能,从2014年到2021年,我们的刻蚀设备最难做的是高身宽比细孔,从20:1做到40:1,现在可以做到60:1的身宽比,但要做到更高可靠的设备还需要继续努力。”尹志尧说道。

中微半导体近年也开发出了深硅刻蚀机和MOCVD设备。在MOCVD有机金属化合物气相沉积设备方面,中微半导体已经发展到了第三代。据尹志尧介绍,在2018年四季度,中微半导体的MOCVD设备在国际氮化镓基MOCVD市场占有率已经达到了70%以上。

针对中国半导体制造的发展,尹志尧表示:“从半导体产业的发展趋势来看,一定要加大力度发展半导体微观加工设备。现在我们国家对这方面的认识程度还不够,这是严重缺失的领域,还需要大力发展。最近两年美国对中国半导体产业的打压,都是通过限制半导体设备应用来限制中国集成电路产业的发展”。

因为尹志尧及中微在中国半导体设备领域做出的成就和贡献,中微半导体设备(上海)股份有限公司还获得了首届司南科技奖的年度卓越半导体设备供应商奖项。

国产大硅片的发展机遇究竟在哪?

新昇半导体董事长李炜在峰会上发表了题为“从临港出发——中国大硅片发展现状”的主题演讲。他表示,虽然目前第三代半导体很热,但远没有硅片占的比重大,这是集成电路中占比最大的材料(占到了35-38%之间),而且90%以上的芯片和传感器是基于半导体单晶硅片制成,它支撑着整个半导体产业和电子产品市场的发展与革新。他还强调:“硅基材料是电子信息产业链不可或缺的基础,半导体硅片供应的自主可控事关国家安全。”  

李炜把硅片比作半导体行业的粮食。从全球硅片尺寸更新迭代的趋势上来讲,自2008年金融危机以来,300毫米硅片已经占据了主流,而对应工艺制程从0.13μm开始一直到现在最先进的3nm,2nm都是可以的。

据统计,全球300mm硅片2020年出货量约600万片/月,200mm硅片出货量虽然排名第二,但份额远远落后于300mm硅片。尽管由于新冠疫情影响,全球半导体晶圆市场在2019年略有下降,但在2020年又重拾增长。2021年第一季度需求强劲,预计今年将创下全球硅片市场的新出货量记录。

针对国内大硅片市场现状,李炜总结如下:

-国内12英寸/8英寸发展呈现小而散的特点,缺乏国际竞争力;

-虽然12英寸供给端硅片厂商数量增加,但目前12英寸大硅片只有上海新昇实现了正片的规模化供应,其他厂家测试片开始送样、认证、及销售,正片还未通过下游厂商及终端客户双重认证,仍有较长的路;

-8英寸晶圆目前市场供不应求,国内厂商主要以功率半导体为主,市场竞争激烈。

在峰会上,李炜还宣布了新昇立足临港新片区的三步发展战略:

第一步战略目标:已建成25万片/月产能,2021-2022年产能规模将达30万片/月,覆盖28nm及以上工艺节点,兼顾20-14nm工艺节点;

第二步战略目标:2023开始逐步扩产到60万片/月,拟新增的30万片/月产能将以20-14nm工艺节点为主,兼顾10nm及以下工艺节点,大幅度缩小与国际五大巨头的规模差距;

第三步战略目标:建设世界级的半导体硅片产业基地,实现100万片/月的产能目标。

据李炜介绍,在新傲科技成功解决了我国SOI材料的供应问题后,硅产业集团内部大力协同,共同开发300mm SOI技术,解决了NPS顶层硅和高阻衬底禁运问题,确保300mm SOI衬底供应,真正实现了自主可控。另外,硅产业集团自收购Okmetic以来,Okmetic业绩大幅增长,已成为硅产业集团上市公司的排头兵。Okmetic已先后完成三个扩产项目,进一步夯实了业务能力,加强了其在MEMS用高端抛光片和SOI硅片的市场优势。

在本次峰会上,新昇半导体还获得首届司南科技奖的年度卓越半导体材料供应商奖项。

本文是“临港对话”的半导体制造篇,敬请期待“临港对话”续篇:IC设计。

责编:Amy Guan

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顾正书
ASPENCORE资深产业分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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