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

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

王序進(jìn)院士

王序進(jìn)院士提到了半導體產(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體供應鏈中有人在囤貨?，F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 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。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。王序進(jìn)院士表示，以上所有的工藝都會(huì )牽涉到材料和設備，這也是中國的短板。目前中國的材料、設備的國產(chǎn)化率大概沒(méi)有超過(guò) 20%，整體的晶圓制造國產(chǎn)化率也沒(méi)有達到 20%。

摩爾定律已經(jīng)在半導體產(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)始的加入了半導體制造，當時(shí)半導體刻線(xiàn)的線(xiàn)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，當線(xiàn)寬在一個(gè)微米以上的時(shí)候，線(xiàn)寬很粗，配線(xiàn)只需要一層，但是當線(xiàn)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(xiàn)。但是多層配線(xiàn)的問(wèn)題在于，層數高低不平，當高度超過(guò)光刻機鏡頭的景深時(shí)，會(huì )出現成像就不準確的的問(wèn)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)半導體又出現了一個(gè)問(wèn)題。以前的配線(xiàn)都用的鋁線(xiàn)，當線(xiàn)寬刻到 0.25 的時(shí)候會(huì )出現電阻增大、經(jīng)常斷線(xiàn)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。

當半導體發(fā)展到 2000 年再次出現問(wèn)題。由于線(xiàn)刻低于 65 納米，線(xiàn)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，但是強度就越低。

從 90 年代開(kāi)始后，電腦、平板電腦、手機等逐步出現，互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始發(fā)展，由于智能手機尺寸越來(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。

當摩爾定律進(jìn)入了幾十納米以下的時(shí)候，因為設備越來(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)用的是浸潤式光刻 DUV。其極限線(xiàn)寬達到 38nm，通過(guò)雙重曝光多重曝光，可以把線(xiàn)刻的再細。

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(xiàn)寬，但低于 38nm 的芯片，其線(xiàn)寬是通過(guò)摩爾定律幾十年線(xiàn)寬和集成度相關(guān)關(guān)系換算的結果。王序進(jìn)院士說(shuō)到，其實(shí) 28nm 以上，特別是 28nm 的芯片是性?xún)r(jià)比最好的芯片，28nm 以上的芯片可以滿(mǎn)足我們全社會(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。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。

有數據統計，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 6 億美金，性?xún)r(jià)比不好造成的客戶(hù)越來(lái)越少。某公司高級副總裁曾披露一個(gè)信息：7nm 芯片的客戶(hù)比 10 納米少，5nm 芯片的客戶(hù)比 7 納米少，3nm 芯片大家都在打樣，還沒(méi)有真正的大客戶(hù)。

王序進(jìn)院士分享了近 30 年的半導體歷程。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打壓日本半導體之外，還有日本在技術(shù)路線(xiàn)上的選擇犯了錯誤。

有句話(huà)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)節點(diǎn)。另一方面，在設計方面，以前設計版圖打印出來(lái)靠人眼睛看，日本人不相信機器，相信自己的眼睛。王序進(jìn)院士分享了一個(gè)笑話(huà)：「到 0.5 微米線(xiàn)寬的節點(diǎn)的時(shí)候，日本某某公司（世界上最大的做存儲器的公司），設計出來(lái)的芯片，打著(zhù)版圖打印出來(lái)放體育場(chǎng)里面看三個(gè)月?！苟绹?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，中國要發(fā)展半導體，一定要注意選擇正確路徑、正確的工藝、正確的發(fā)展。

半導體最新的數據顯示，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(kāi)始出現下行。馬克思說(shuō)的資本主義一定會(huì )出現周期性經(jīng)濟危機，每隔 8~12 年都會(huì )出現一次經(jīng)濟危機，每一次危機走出來(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(shí)，大小周期同頻了。王序進(jìn)院士預測相較從前，這次如果要走出危機，可能需要更長(cháng)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，海外的設備龍頭企業(yè)一般是經(jīng)過(guò)整合以后的集團大公司同時(shí)做好多個(gè)產(chǎn)品，但是中國除了北方華創(chuàng )算一個(gè)大設備龍頭，剩下的大部分都是游擊隊——做一個(gè)、兩個(gè)的單一產(chǎn)品。要避免這種游擊隊小規模，半導體設備需要整合。