中國集成電路制造業(yè)如何開啟自主模式？

　　集成電路(Integrated Circuit，IC)是資訊時代的根基已成共識，但國內(nèi)一般仍普遍存在對這產(chǎn)業(yè)的不了解甚至誤解，這對其成長帶來一定的負面作用，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)細節(jié)，也能體會到除了產(chǎn)品不同之外，這個產(chǎn)業(yè)的經(jīng)營實際上和其他制造業(yè)并沒有太大差異，以拉近同這個行業(yè)的距離。同時也希望能讓產(chǎn)業(yè)中只專注某一專業(yè)的專家對其從事的行業(yè)有進一步宏觀的認識。

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

　　集成電路產(chǎn)業(yè)分類

　　依專業(yè)區(qū)分，和整個集成電路產(chǎn)業(yè)相關(guān)的企業(yè)可以統(tǒng)計如下：無工廠電路設(shè)計業(yè)(fabless design company)、掩膜版制作業(yè)、技術(shù)開發(fā)服務(wù)業(yè)、晶圓生產(chǎn)業(yè)(foundry)、芯片測試業(yè)、晶粒封裝業(yè)、廠房設(shè)計/施工業(yè)、動力系統(tǒng)設(shè)計/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)、軟件開發(fā)業(yè)、分析工具開發(fā)業(yè)。當然也有一些企業(yè)同時從事數(shù)種上述專業(yè)的，如：IDM業(yè)者(Integrated Device Manufacturer，整合器件制造公司)同時從事電路設(shè)計、晶圓生產(chǎn)和芯片測試，有些也從事晶粒封裝。

　　經(jīng)過多年的努力，中國這些企業(yè)已經(jīng)相當齊全，只是規(guī)模大多不大，特別是核心的產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(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”從無到有，再到退出市場的全部歷程。整個歷程的順序可以分為以下環(huán)節(jié)：

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

　　·整機設(shè)計者依據(jù)整機產(chǎn)品規(guī)格制定所要使用的集成電路規(guī)格;

　　·電路設(shè)計者依據(jù)電路設(shè)計規(guī)格選定合適的生產(chǎn)工藝，并依據(jù)其對應(yīng)的器件規(guī)格(device parameters)設(shè)計電路;

　　·布圖(layout)專家依據(jù)生產(chǎn)工藝對應(yīng)的布圖規(guī)格(design rule)為設(shè)計的電路布圖;

　　·掩膜版制作業(yè)者依據(jù)布圖制作掩膜版;

　　·有時晶圓生產(chǎn)者會配合客戶需要，特別修改、增減原來選定的生產(chǎn)工藝，是為客戶定制工藝;

　　·晶圓生產(chǎn)業(yè)者依據(jù)確定的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工程試驗批(engineering lot)，供電路設(shè)計者對產(chǎn)品的電路設(shè)計規(guī)格做認證。必要時對電路設(shè)計、掩膜版、生產(chǎn)工藝等環(huán)節(jié)加以修改，以優(yōu)化產(chǎn)品的良品率(yield);

　　·工程試驗批的良品率和可靠性達標后，開始小批量生產(chǎn)給客戶組裝整機樣品，做產(chǎn)品應(yīng)用的認證，必要時對上述環(huán)節(jié)加以修改，以優(yōu)化良品率和可靠性(reliability);

　　·整機樣品的應(yīng)用認證達標后，晶圓生產(chǎn)者開始大批量生產(chǎn)，通過標準的品質(zhì)檢驗程序后出貨給整機組裝廠組裝整機，銷售給市場的終端用戶;

　　·從市場大量使用過程中得到真正的可靠性的反饋，必要時對上述環(huán)節(jié)加以修改，以優(yōu)化集成電路的可靠性;

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

　　這其中產(chǎn)品設(shè)計和客戶定制工藝的開發(fā)和生產(chǎn)過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組裝整機在市場上流通，其研發(fā)成果都須要經(jīng)過不斷的認證，修改及優(yōu)化，這些過程非常復(fù)雜、牽涉到的專業(yè)非常多、使用的工具非常精密和昂貴、全部花的時間合起來短則數(shù)月長則數(shù)年。其中工程試驗批主要用來驗證產(chǎn)品是否符合電路設(shè)計規(guī)格;小批量生產(chǎn)主要用來驗證可靠性是否達標。在這兩個時期產(chǎn)品都還在驗證過程中，嚴格說來都還不是真正意義上的商品。只有可靠性通過完整的標準檢驗程序后，才能成為可以銷售的商品。

　　這個過程和其他制造業(yè)開發(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)過產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)樣品、認證、生產(chǎn)、出貨、客訴處理等過程，只是內(nèi)容的繁簡和技術(shù)專業(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)濟規(guī)模的先進生產(chǎn)工廠，大概包含有四、五十種用途不同上千臺的精密昂貴設(shè)備。這些設(shè)備牽涉到很多非常專業(yè)深奧的科技，下面僅對涉及到的類別做簡單介紹，具體細節(jié)暫不一一闡述：

　　·原子擴散、離子注入退火、和薄膜沉積及生長的高溫爐管;

　　·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;

　　·精密光學(xué)成像的曝光機;

　　·精密拋光的化學(xué)機械研磨機;

　　·成像、成形后的檢驗機臺;

　　·器件和產(chǎn)品的電性量測機臺等。

　　一塊集成電路“一生”從無到有，就是在這些設(shè)備之間來回反復(fù)操作數(shù)百多次的結(jié)果。這些生產(chǎn)技術(shù)的科學(xué)原理都很深奧，設(shè)備的設(shè)計都很復(fù)雜精密，因此負責(zé)的工程師都必須學(xué)有專精，加上在專業(yè)上以“工匠精神”經(jīng)年累月積累經(jīng)驗，才能做到專業(yè)能力與時俱進不掉隊，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)、并購為輔

　　由于歷史的緣故，長期以來多數(shù)國人在心理上和現(xiàn)實上默認為技術(shù)的取得是依賴技術(shù)移轉(zhuǎn)(技轉(zhuǎn))或并購，造成疏于自行開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品經(jīng)驗的累積。

　　技轉(zhuǎn)和并購確實可以比較快得到技術(shù)和市場，這對于應(yīng)用周期長的技術(shù)或產(chǎn)品或許值得，但是對于變化快的技術(shù)或產(chǎn)品，技轉(zhuǎn)則意味著落后。因為為了保證技轉(zhuǎn)成功量產(chǎn)，技術(shù)來源者提供的技術(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，來源者將繼續(xù)維持領(lǐng)先的地位，要得到未來新的技術(shù)和產(chǎn)品都必須重新再談。

　　進一步講，技轉(zhuǎn)或并購的機會并不常有，更何況現(xiàn)在西方國家對中國技轉(zhuǎn)和并購的管控越來越嚴格，要靠技轉(zhuǎn)先拉近差距再圖趕上的機會已越來越不容易。因此，技術(shù)取得必須“以自力更生為主，技轉(zhuǎn)、并購為輔”!