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Business

技术、材料——中国芯片制造发展的忧虑

中国的半导体产业在一段时期内仍需要依赖国外材料及设备。

by Jean-François Tremblay
November 25, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 47

 

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Credit: Intel
中国的半导体产业发展在先进材料生产过程中面临诸多阻碍。在中国,国外公司目前仍是先进半导体、材料及零部件的主要生产商。图为美国的英特尔工厂。

去除溶液中尺寸不超过1纳米颗粒的技术将很快成为半导体行业制造新一代芯片的必备技术之一。中国也将掌握该技术。杭州科百特过滤器材有限公司总裁张应民在近期一次会议上表示,科百特已经能够销售可过滤2纳米粒子的系统,并且可以实现1纳米粒子的过滤。张强调,除了中国客户,科百特还有约200 个日本客户,现已达到半导体行业准入标准。他说:“我们绝不仅仅是以价取胜。”中国想要在半导体行业实现更大的发展目标还需要更多像科百特这样的公司。尽管中国目前仍完全需要依赖进口尖端芯片,并且缺乏制造所需的设备及材料,中国仍希望尽快建立起自己的供应商供应链,以满足其快速增长的行业内约一半的采购需求。

当然这并非易事。首先,中国不得不应对美国的出口管制,其进口最先进仪器和材料的能力也会受限。对比日本、美国和欧洲几十年来发展起来的专有技术行业,中国年轻的半导体材料行业显然还处于技术劣势。对于大多数中国材料和零部件生产商来说,要达到半导体行业的严格准入要求也并不是那么简单。

“中国供应商可以生产许多不同的东西,但面对半导体行业极端质量和可靠性的要求往往力不从心。”在中国宁波举办的这场会议上,其中一位邀请嘉宾,半导体市场研究公司VLSI Research欧洲事务总经理John West在发表演讲时这样说。本场学术会议由中国集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟(ICMTIA)和美国电子材料咨询公司(TECHCET)共同举办。

中国为自己的半导体产业发展制定了相当高的目标。例如,中国从两年前制造设备生产45-65纳米范围的芯片开始,希望实现几年内生产最先进的芯片(目前的10纳米生产线)的发展目标。中国还希望掌握生产晶圆级多晶硅的技术; 目前,只有少数中国芯片生产商愿意使用本地制造的硅片。

尽管严重依赖国外供应商,但中国的半导体行业正在快速发展。中国芯片制造商上海华力微电子总裁雷海波在本次宁波会议上指出,中国有12家半导体工厂正在运营,另外还有18家正在建设中。

目前在中国运营的大部分的半导体制造商都是像英特尔、三星及台积电之类的国外巨头公司。但像华力微电子这样的本土后起之秀也正在积极投资。雷表示说,华力正在建设一个64,000平方米的工厂,他说这将是世界上最大的单层芯片工厂。

发展半导体行业是中国政府工作的首要任务。今年早些时候,国营的中国集成电路产业投资基金开始从政府其他部门筹集超300亿美元资金,用于投资国内芯片设计商和制造商以及资金支持国内为半导体行业供应材料、零部件和仪器的公司。因为自身行业规模相对比较小,所以年轻的中国半导体行业需要宽松的资金环境支持参与激烈的市场竞争。

“中国芯片制造企业的研发投入仅为大型跨国公司的二十分之一甚至三十分之一。工业规模较小,因此仅仅利用利润进行再投资是不够的。”中微半导体设备有限公司董事长尹志尧表示。中微半导体设备有限公司是中国一家专注于半导体制造设备的公司。同时,尹总主张将研发低息贷款作为发展中国工业的重要组成部分。

要培养自己的供应商,满足近一半的零部件及材料供应需求,中国半导体制造产业还有很长的路要走。但是中国企业正在取得一些令人瞩目的进步。中国集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟(ICMTIA)秘书长石瑛表示。

石秘书长指出,知识产权(IP)保护是企业创新的重要推动力。近年来已经有所进步,半导体行业提交的专利数量也有所增加。她还指出,在化学机械平面化、平滑硅晶片电路处理过程方面,中国已从完全依赖国外抛光液和焊球供应商,到如今可以占据30%的国内市场份额。

中国产业在硅生产方面也取得了进步,江苏鑫华半导体材料科技有限公司总经理田新说。目前中国硅制造商在国内市场仅占2%的份额。中国仍需从国外进口更高纯度的硅。但是他有信心,在政府的大力支持下,随着中国市场需求的快速增长,中国硅的质量水平将会很快提高。

与此同时,中国在生产电子行业所需的特种气体方面也已经取得显著进步,江苏南大光电材料股份有限公司副总裁王陆平说。尽管中国几年前中国仍需依赖进口所有的特种气体,但是现在中国企业已经可以满足国内一半的供应需求。他说,国内现仍依赖于国外制造的进口阀门,这些阀门带有危险性,对电子气体的存储和安全使用至关重要。

虽然进步良多,但现如今中国供应商也只能满足低端市场需求。中国集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟(ICMTIA)秘书长石瑛说。为了提高技术熟练程度,国内公司应当积极和国外公司合资或者联盟,取其所长。“我们需要外国公司参与到我们国内的供应链发展。”她敦促说。

然而,参与的公司最好不是来自美国。美国咨询公司TECHCET董事长Lita Shon-Roy指出,中美贸易摩擦正在让两国公司处于艰难境地。在过去的几个月里,美国对中国半导体材料供应商出口美国的材料征收10%的关税,其中包括氯化钛、氧化锗、镓和铪粉等基本但必需的材料,中国则对美国产品实施贸易制裁作为回击。她说,韩国、日本、台湾和其他地区的供应商正趁机在中国半导体产业中获得新的合作机遇。

不过,国际间合作对帮助中国企业应对美国技术出口限制起到的作用还是有限。VLSI公司的John West指出,美国技术出口限制阻碍了中国从美国进口生产最新一代芯片至关重要的原件和材料。就现在最先进芯片的生产线来说,“目前,进口受限的将是10纳米或者更小级别的材料。”他说。英特尔和三星等顶级厂商已经在开发7纳米乃至更小生产线的芯片。

John West补充说,出口管制会波及到半导体行业必不可少的关键零部件及子系统,像是制程控制器、真空泵、透镜和激光器。他还指出,在美国的出口管制下,很多欧洲的半导体制造设备工具也将无法出售给中国,因为里面有很多美国独有的制造零件。总的来说,关键零部件和子系统是一个价值180亿美元的市场,但由于涉及到高度专业化的行业信息,中国要进入这个市场绝非易事。

John West 说:“掌握设备制造技术又经验丰富的少数人是这些半导体行业公司的核心,”“但基本上这些人的真实姓名都很少被曝光。”他预计说,即便等到他们退休,中国企业也很难说动他们去中国。

鉴于集成电路制造的复杂性,材料、设备工具及零部件供应链会延伸很长且呈现多方向性,一些演讲嘉宾在宁波会议上指出。尽管中国没办法生产最先进的芯片制造工具,但却是稀土金属等材料的关键供应商,这些材料对许多精密仪器还有钨都至关重要,其中钨正日益取代铜成为芯片互连金属。

West说,尽管某些中国企业可能也能够在西方企业林立的半导体市场中占领到份额,但如果没有贸易限制或技术控制,整个行业发展会更好。West指出,半导体行业的研发经费高昂。允许中国自由参与市场,中国就可以在更广阔的芯片制造基础上扩大研发投资。

即便是没有贸易限制,中国要成为高端芯片制造商也是面临诸多障碍,制造这些芯片所需的工具及材料供应也是困难重重。如果没有自主掌握高端市场的能力,中国将在未来很多年内仍会是进口材料及零部件的主要进口国。

英文原文在此

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