中國集成電路制造業(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，但國內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(cháng)帶來(lái)一定的負面作用，本文希望能發(fā)揮些許科普引導作用。為便于理解，本文內容除非必要，將盡量少談產(chǎn)品中復雜難懂的技術(shù)細節，著(zhù)重論述集成電路產(chǎn)業(yè)和其他制造業(yè)共通的環(huán)節，希望能讓更多的人，即便不懂技術(shù)細節，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)家對其從事的行業(yè)有進(jìn)一步宏觀(guān)的認識。

　　此外，筆者也想表達自己對下述事實(shí)的看法：為什么公認“世界工廠(chǎng)”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(lèi)

　　依專(zhuān)業(yè)區分，和整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)相關(guān)的企業(yè)可以統計如下：無(wú)工廠(chǎng)電路設計業(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)、芯片測試業(yè)、晶粒封裝業(yè)、廠(chǎng)房設計/施工業(yè)、動(dòng)力系統設計/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)的設備制造業(yè)、軟件開(kāi)發(fā)業(yè)、分析工具開(kāi)發(fā)業(yè)。當然也有一些企業(yè)同時(shí)從事數種上述專(zhuān)業(yè)的，如：IDM業(yè)者(Integrated Device Manufacturer，整合器件制造公司)同時(shí)從事電路設計、晶圓生產(chǎn)和芯片測試，有些也從事晶粒封裝。

　　經(jīng)過(guò)多年的努力，中國這些企業(yè)已經(jīng)相當齊全，只是規模大多不大，特別是核心的產(chǎn)品設計、技術(shù)開(kāi)發(fā)、材料生產(chǎn)、設備制造等各企業(yè)的規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

　　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：

　　·整機生產(chǎn)業(yè)者依據終端用戶(hù)要求的整機產(chǎn)品性能，制定整機產(chǎn)品的規格;

　　·整機設計者依據整機產(chǎn)品規格制定所要使用的集成電路規格;

　　·電路設計者依據電路設計規格選定合適的生產(chǎn)工藝，并依據其對應的器件規格(device parameters)設計電路;

　　·布圖(layout)專(zhuān)家依據生產(chǎn)工藝對應的布圖規格(design rule)為設計的電路布圖;

　　·掩膜版制作業(yè)者依據布圖制作掩膜版;

　　·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)者依據確定的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工程試驗批(engineering lot)，供電路設計者對產(chǎn)品的電路設計規格做認證。必要時(shí)對電路設計、掩膜版、生產(chǎn)工藝等環(huán)節加以修改，以?xún)?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(kāi)始小批量生產(chǎn)給客戶(hù)組裝整機樣品，做產(chǎn)品應用的認證，必要時(shí)對上述環(huán)節加以修改，以?xún)?yōu)化良品率和可靠性(reliability);

　　·整機樣品的應用認證達標后，晶圓生產(chǎn)者開(kāi)始大批量生產(chǎn)，通過(guò)標準的品質(zhì)檢驗程序后出貨給整機組裝廠(chǎng)組裝整機，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)對上述環(huán)節加以修改，以?xún)?yōu)化集成電路的可靠性;

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

　　這其中產(chǎn)品設計和客戶(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)組裝整機在市場(chǎng)上流通，其研發(fā)成果都須要經(jīng)過(guò)不斷的認證，修改及優(yōu)化，這些過(guò)程非常復雜、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)短則數月長(cháng)則數年。其中工程試驗批主要用來(lái)驗證產(chǎn)品是否符合電路設計規格;小批量生產(chǎn)主要用來(lái)驗證可靠性是否達標。在這兩個(gè)時(shí)期產(chǎn)品都還在驗證過(guò)程中，嚴格說(shuō)來(lái)都還不是真正意義上的商品。只有可靠性通過(guò)完整的標準檢驗程序后，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)品設計、生產(chǎn)樣品、認證、生產(chǎn)、出貨、客訴處理等過(guò)程，只是內容的繁簡(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(chǎng)的生產(chǎn)設備。一座裝備齊全有經(jīng)濟規模的先進(jìn)生產(chǎn)工廠(chǎng)，大概包含有四、五十種用途不同上千臺的精密昂貴設備。這些設備牽涉到很多非常專(zhuān)業(yè)深奧的科技，下面僅對涉及到的類(lèi)別做簡(jiǎn)單介紹，具體細節暫不一一闡述：

　　·原子擴散、離子注入退火、和薄膜沉積及生長(cháng)的高溫爐管;

　　·薄膜沉積、刻蝕及去除的氣態(tài)化學(xué)反應設備;

　　·表面除污、薄膜刻蝕及去除的液態(tài)化學(xué)反應槽;

　　·薄膜沉積的固態(tài)物理濺射設備;

　　·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(wú)到有，就是在這些設備之間來(lái)回反復操作數百多次的結果。這些生產(chǎn)技術(shù)的科學(xué)原理都很深奧，設備的設計都很復雜精密，因此負責的工程師都必須學(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，才能做到專(zhuān)業(yè)能力與時(shí)俱進(jìn)不掉隊，合格地執行制造任務(wù)。

　　技術(shù)取得：自力更生為主，技轉、并購為輔

　　由于歷史的緣故，長(cháng)期以來(lái)多數國人在心理上和現實(shí)上默認為技術(shù)的取得是依賴(lài)技術(shù)移轉(技轉)或并購，造成疏于自行開(kāi)發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品經(jīng)驗的累積。

　　技轉和并購確實(shí)可以比較快得到技術(shù)和市場(chǎng)，這對于應用周期長(cháng)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，技轉則意味著(zhù)落后。因為為了保證技轉成功量產(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，技轉或并購的機會(huì )并不常有，更何況現在西方國家對中國技轉和并購的管控越來(lái)越嚴格，要靠技轉先拉近差距再圖趕上的機會(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、并購為輔”!