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

今日，深圳大學(xué)微電子研究院院長、半導(dǎo)體制造研究院院長王序進進行了以《半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)》為題的演講。通過回顧半導(dǎo)體行業(yè)和摩爾定律發(fā)展歷史，展望未來先進封裝發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)，并針對芯片領(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、車規(guī)級芯片等半導(dǎo)體行業(yè)痛點提出相應(yīng)建議。

王序進院士

王序進院士提到了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈和芯片「荒」的問題。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摹沟膯栴}時，王序進院士就已經(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)在來看，芯片「荒」的主要的部分在于汽車芯片，其中最荒的要數(shù) MCU 芯片。一年前，幾塊錢的 MCU 甚至炒了幾百塊錢，幾十塊錢炒了幾千塊錢，漲了 100 倍。

王序進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 等多個環(huán)節(jié)。晶圓制造的前道工藝包括：擴散、薄膜沉積、光刻、刻蝕、離子注入等環(huán)節(jié)。王序進院士表示，以上所有的工藝都會牽涉到材料和設(shè)備，這也是中國的短板。目前中國的材料、設(shè)備的國產(chǎn)化率大概沒有超過 20%，整體的晶圓制造國產(chǎn)化率也沒有達到 20%。

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

王序進院士打了一個形象的比喻，當(dāng)線寬在一個微米以上的時候，線寬很粗，配線只需要一層，但是當(dāng)線寬低于一個微米以下的時候，限制變多了，需要多層的配線。但是多層配線的問題在于，層數(shù)高低不平，當(dāng)高度超過光刻機鏡頭的景深時，會出現(xiàn)成像就不準(zhǔn)確的的問題，很多人但是斷言：「光刻機不行了?！谷欢?，1992 年，偉大的 IBM 把拋光工藝引入了半導(dǎo)體制造，解決了這個問題。

時間發(fā)展到 90 年代的后期，這時半導(dǎo)體又出現(xiàn)了一個問題。以前的配線都用的鋁線，當(dāng)線寬刻到 0.25 的時候會出現(xiàn)電阻增大、經(jīng)常斷線的問題。這時 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)問題。由于線刻低于 65 納米，線太窄、距離太薄，絕緣層開始漏電。原先的絕緣層都是以二氧化硅為主，但實際上最好的絕緣層是空氣。這時材料發(fā)生了改進，把納米孔打進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，但是強度就越低。

從 90 年代開始后，電腦、平板電腦、手機等逐步出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)開始發(fā)展，由于智能手機尺寸越來越小，需要的芯片也越來越小，從產(chǎn)品方面也進一步推動摩爾定律的發(fā)展。

當(dāng)摩爾定律進入了幾十納米以下的時候，因為設(shè)備越來越貴，能夠參與其中的玩家越來越少。王序進院士表示，目前真正能最大量產(chǎn)用的是浸潤式光刻 DUV。其極限線寬達到 38nm，通過雙重曝光多重曝光，可以把線刻的再細。

王序進院士介紹到，工藝制程在 45nm 以上的芯片確實有 45nm 的線寬，但低于 38nm 的芯片，其線寬是通過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。王序進院士說到，其實 28nm 以上，特別是 28nm 的芯片是性價比最好的芯片，28nm 以上的芯片可以滿足我們?nèi)鐣?90% 以上的需求。

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

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，開發(fā)一個 7nm 芯片需要花 2 億美金；開發(fā) 5nm 芯片需要花 4 億美金；開發(fā)一個 3nm 芯片需要花費 6 億美金，性價比不好造成的客戶越來越少。某公司高級副總裁曾披露一個信息：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，還沒有真正的大客戶。

王序進院士分享了近 30 年的半導(dǎo)體歷程。80 年代時，最牛的前十位的公司幾乎都在日本，但后來日本的公司越來越少。這其中的原因除了美國打壓日本半導(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，落后了三個節(jié)點。另一方面，在設(shè)計方面，以前設(shè)計版圖打印出來靠人眼睛看，日本人不相信機器，相信自己的眼睛。王序進院士分享了一個笑話：「到 0.5 微米線寬的節(jié)點的時候，日本某某公司（世界上最大的做存儲器的公司），設(shè)計出來的芯片，打著版圖打印出來放體育場里面看三個月?！苟绹?1 微米以上就開始布局 EDA 制圖。所以日本在 EDA 上面沒有建樹。從這個經(jīng)歷中也可以看到，中國要發(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)都是國外的企業(yè)。因為受到終端需求的影響，頭部的企業(yè)已經(jīng)開始出現(xiàn)下行。馬克思說的資本主義一定會出現(xiàn)周期性經(jīng)濟危機，每隔 8~12 年都會出現(xiàn)一次經(jīng)濟危機，每一次危機走出來就靠科技創(chuàng)新，靠新的產(chǎn)品。

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

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