两大本土晶圆厂宣布14nm,国内代工跨进新阶段

芯片新制造综合
半导体行业观察
穆梓
2020-01-17 · 17:00
[ 亿欧导读 ] 14nm的重大突破,标志着我国晶圆代工产业又迈进了一个新阶段。但量产和良品率始终是需要突破的关键。
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日前,国内最大的晶圆代工厂中芯国际官网转载了《浦东时报》的一篇文章,在文章的开头写到:“位于浦东张江哈雷路上的中芯南方集成电路制造有限公司(中芯南方厂)内,一颗颗芯片正“新鲜出炉”,“新”在于芯片生产线是国内首条14纳米生产线。该工厂也是目前中国大陆芯片制造领域的最强者中芯国际最先进的生产基地。”

文章进一步指出:“在去年三季度,该工厂第一代14纳米FinFET工艺已成功量产。按规划达产后,中芯南方厂将建成两条月产能均为3.5万片的集成电路先进生产线。12纳米技术也已开始客户导入,下一代技术的研发也稳步开展。新生产线将助力未来5G、物联网、车用电子等新兴应用的发展。”

无独有偶,国内另一家在晶圆代工方面有深入研究的华虹集团也在近日举办的供应商大会上披露,公司在14nm上取得了重大进展,而更先进技术节点的先导工艺研发也正在加快部署。

这两家国内领先晶圆厂的宣布,标志着我国晶圆代工产业又迈进了一个新阶段。

筚路蓝缕:二十五年追逐的结果

如果从909工程立项开始算起,目前中国大陆的两大晶圆厂已经对业界领先的厂商有了二十五年的追逐。而翻看1996年的台积电,他们当时1um以下工艺的营收占比已经达到了9.3%,而到中芯国际成立的2000年,台积电营收已经做到了1662亿新台币,净利润也做到了651亿新台币,同比增长也分别高达127.3%和165.1%

图1

台积电在1996年到2000年的营收排行

从以上的数据可以看到,即使国家投入了大量的人力物力,甚至从台湾和国外招揽了不少专家,但中国芯片制造产业与当时的世界领先水平有着不小的差距。但后来的华虹集团(先进工艺主要是由旗下的华力微电子推动)和中芯国际却都在这个追逐中快速成长,和领头羊的差距也从曾经的遥遥无期,到现在可以看到领头羊的尾灯。而这都是国内芯片制造人才多年钻研的结果。

以中芯国际为例,从2010年4月成立,当年八月开始动工,到次年九月,中芯国际已经在上海建了三座八英寸晶圆厂,这在当时创造了全球最快的建厂记录。而在2002年九月,中芯国际北京两座12英寸工厂动工;2003年,中芯国际又收购了摩托罗拉在天津设立的八英寸芯片厂。

虽然在建厂方面,中芯国际走得比较快,但在工艺方面,则相对慢半拍,这有一部分原因与当时一些众所周知的原因有关。

相关资料显示,在中芯国际的第一个工厂还在建设的时候,该公司创始人张汝京就希望从美国进口0.18微米工艺的生产设备。即使这不是美国最先进的工艺(当时0.13微米的工艺已经量产),但张汝京还是大费周章,才能把这些工艺引进来。这种情况一直延续到0.13微米、90纳米和65纳米的工艺上。因为过去一直遵守承诺,中芯国际到45纳米的时候赢得了合作伙伴和美国政府的认可。

但到了28nm之后,中芯国际又在这里被“困”了。

据了解,中芯国际提供了包含传统的多晶硅(PolySiON)和后闸极(Gate last)的高介电常数金属闸极(HKMG)与High-KC制程。按照他们的说法,这是他们在2013年第四季度推出的技术。但其实在很长一段时间以内,中芯国际在28nm只是提供多晶硅的制程。虽然公司表示在2017年2季度就开始推出28nm HKMG制程,但从官网在2018年1月的报道我们可以看到,直到当时,中芯国际的28nm HKMG良率只做到40%,这离能被大家接受的大规模量产还有一段距离。

而反观台积电,因为一贯以来有着“在制程上做到绝对领先”的理念,他们在2011年就开始了28nm工艺投产,并在接下来的几年实现了迅速爬坡。财报显示,在中芯国际推出28nm HKMG的那一季度,台积电28nm已经贡献了公司27%的营收。值得注意的是,台积电的10nm在这个季度已经为公司带来了1%的营收,到了次季度,这个比例上升到10%,到2018年Q1更是飙升到19%。

图2

台积电2017年Q2的营收分布

至于14nm,中芯国际联席CEO梁孟松曾在2019年Q2的财报会议上表示,“中芯国际第一代FinFET 14nm工艺已经进入客户验证阶段,产品可靠度与良率进一步提升”。

再看华力微电子,从该公司研发副总裁邵华先生在2019年的SEMICON China上的介绍得知,他们自2010年1月建厂以来,到2019年已经投入了80亿美元进行研发,公司也有张江和康桥两个厂。特别是康桥厂二期,更是承担了华力微28nm到14nm等先进工艺的生产任务。按照邵华当时的说法,华力微已经可以提供28nmLP工艺,而到2019年年底则会量产HKC/HKC+,同时也在开发22nm ULP和14nm FinFET等。

而华虹供应商大会上的消息也显示,他们28nm工艺也都全线量产(包括28nm LP、28nm HK和28nm HKC+)、22nm研发快速推进,14nm则如开头所说,获得了重大进展。

综上所述,虽然与全球领先厂商有差距,但对于这两家本土晶圆代工供应商来说,也同时进入了一个新阶段。因为自28nm之后,HKMG和FinFET是接下来工艺节点演进的一些需要关注的重要技术,这两家厂商的双双突破,证明了他们在这两个技术上有了深刻的掌握。

打下了基础,能让他们更踏实地继续往前迈进。

内忧外患:进一步提高的必要性

诚然,无论是中芯国际还是华力微电子,他们未来在工艺上每前进一步都是很艰难的。因为随着制程的微缩,带来的技术难度是指数级增长的,同时要投入的成本也是巨大的。但综合考虑内部和外部的情况,发展先进共有又是必然的。

首先看一下外部情况,在过去的2019年,美国政府针对包括华为在内的多家中国企业所做的种种行为,已经打破了技术无国界这个说法。包括日经在线在内的多家外媒也都曾传言美国将会推动阻碍国际领先晶圆厂给华为等中国厂商服务。虽然这种说法遭到了当事方的否认,但无可否认,这也许会成为美国政客手中的一枚“棋子”。

还有一点就是,现在多家国际知名媒体也言之凿凿地说,美国政府将限制相关厂商给国内晶圆厂供货,这就倒逼国内设备行业的发展。但在国外厂商遥遥领先的前提下,一些新的设备如果想找大陆以外如台积电这样的先进晶圆厂配合,这是一个极高难度的事情。但为了让设备往前走,如果要有先进工艺一起配合推进,也许能获得更好的效果。这个能最终执行好,就必然能达到双赢。

来到内部,一方面,正如最近的新闻所说,以华为为代表的一些国内厂商因为忌惮美国的“禁令”,已经开始陆续向以中芯国际和华虹等国内厂商寻求帮助。以华为为例,除了相对较落后的工艺外,他们对14nm、7nm和5nm等先进工艺有更多的需求。再加上大数据、AI和5G等应用的兴起,要求更多更高性能的芯片,国内也有很多厂商正在朝着这个目标前进。对他们来说,如果国内有信得过的制造工艺合作伙伴,他们必然会将其列为合作首选。但这也同样需要时间。

第三,三星和台积电这些领先厂商已经又往前走了一大步,国内厂商要想获得与他们同台竞技的机会,就更需要加快步伐。

最新消息显示,台积电的5nm工艺已经达到了50%的良率,公司也计划在Q2推动这个工艺的量产。三星方面则在GAAFET上取得了突破,并计划在未来十年投入上千亿美元去与台积电争夺晶圆代工龙头的位置。这些领导厂商在先进工艺制程、EUV光刻机、未来先进材料方面也有研究,也是他们的核心竞争力所在,也值得国内厂商所学习的。

但对于这两家本土厂商来说,未来在工艺发展路线上,是每个节点都去研发,或者根据需要跳过某些节点,而跃进到某个新阶段,这也是一个需要思考的问题,让我们期待他们下一个十年。

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