2002年在北京建立首條生產(chǎn)線后,中芯國際就踏上了一條爭分奪秒、無從喘息的賽道。

芯片設計難,但芯片國產(chǎn)同樣阻力重重。數(shù)據(jù)顯示,雖然中國每年需要的芯片占到全球一半,但能實現(xiàn)國產(chǎn)的不到10%。

以集成電路龍頭企業(yè)中芯國際為代表,我國芯片產(chǎn)業(yè)高端裝備和材料正經(jīng)歷從無到有填補產(chǎn)業(yè)鏈空白的躍進,制造工藝與封裝集成也由弱漸強參與國際競爭。經(jīng)過17年艱難追擊,我國集成電路制造水平與國際先進水平的差距已從2000年相差四五代縮短至如今相差一兩代。

關鍵設備國產(chǎn)化率從1%升至15%

刻蝕機、離子注入機、化學機械拋光機、快速熱退火設備……在這些芯片生產(chǎn)線的關鍵位置,國產(chǎn)設備占據(jù)的席位終于從1%提升到了15%——這是過去七年間,中芯國際國產(chǎn)化設備交出的成績單。當中芯北京總經(jīng)理張昕拿到這份經(jīng)過嚴謹統(tǒng)計計算的數(shù)據(jù)后,他輕吁了一口氣,“苦心經(jīng)營這么些年,總算開花結果了。”

在中芯國際工作多年的老人兒都清晰記得,十多年前中芯國際在京投產(chǎn)時,大到生產(chǎn)線設備,小到螺母、螺絲釘,都是進口的。當時,集成電路生產(chǎn)線上刻蝕機、氧化機、薄膜、光刻、離子注入等關鍵設備,一直都由歐美日少數(shù)公司掌握。

投資一條芯片生產(chǎn)線,動輒要投資幾十億美元,除了廠房、基礎設施建設,購買先進設備是產(chǎn)線投入中的大頭?？墒?國內(nèi)廠商不掌握先進生產(chǎn)設備技術也就意味著,“投資10塊錢,9.8塊錢都花在了國外?！?/p>

除了“別人吃肉自己喝湯”,芯片生產(chǎn)核心設備受制于人,更為嚴重的后果是,整個集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展進程都要受壟斷技術、設備的發(fā)達國家牽制。

“想買設備,一等等上一年半載、甚至兩年,拿錢也得等著,人家得先給美國、日韓那些巨頭供貨。”北方華創(chuàng)副董事長耿錦啟說。對于技術迅速更新的芯片產(chǎn)業(yè)來說,多等兩年,就意味著芯片產(chǎn)品的技術要慢至少一代。

重壓之下,國產(chǎn)設備的攻堅進展卻十分緩慢?！皠偨拥焦タ丝涛g機國產(chǎn)化任務那會兒,我連刻蝕機長什么樣都沒見過。”耿錦啟回憶。

國產(chǎn)設備進芯片生產(chǎn)線,為何這么難?

以等離子體刻蝕機為例,在芯片上進行微觀加工,其每個線條或孔洞的加工精度是頭發(fā)絲直徑的萬分之一左右。而另一款更難做的光刻機,全球90%以上這種設備都由一家荷蘭公司壟斷。光刻機對精密化等技術有著嚴苛要求,該公司光刻機在交付給客戶時,都直接空運上門,并手把手完成安裝調(diào)試,中途稍有不慎,就有可能影響設備使用。

2008年,國家科技重大專項02專項成立,組織“產(chǎn)學研”聯(lián)合開發(fā),由行業(yè)龍頭企業(yè)中芯國際等牽頭,向世界先進的28納米等芯片技術節(jié)點攻關,并推動裝備國產(chǎn)化。北京市作為組織牽頭單位,對項目承擔單位予以資金扶持。中芯國際、北方微電子、七星華創(chuàng)(北方微電子、七星華創(chuàng)后重組為“北方華創(chuàng)”)、中科信公司等產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)站在了一起,開始了聯(lián)盟式的集體攻關。

10年內(nèi)有望躋身全球第一梯隊

在北京經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)中芯國際二期廠房,2.8萬平方米的集成電路車間內(nèi),因大量工作都通過自動化設備完成,只能看見少量的工人。從200多輛搬運“小車”沿屋頂軌道的滑行,才能看出生產(chǎn)的繁忙。

今年,二期的另一座新廠房還將有大批設備進廠,并在明年逐漸實現(xiàn)滿產(chǎn)。滿產(chǎn)后,中芯位于開發(fā)區(qū)的全部生產(chǎn)線將具備12萬片產(chǎn)能,成為整個中國大陸12英寸晶圓生產(chǎn)水平最高、技術最先進、規(guī)模最大的芯片生產(chǎn)基地。

好消息同樣從南方傳來。中芯國際的14納米芯片明年上半年將在上海投產(chǎn)。14納米,正是目前全球領軍企業(yè)如今已實現(xiàn)量產(chǎn)的先進技術節(jié)點。

“我們和國外最先進水平的差距是一到兩代技術節(jié)點?！北本┙?jīng)濟技術開發(fā)區(qū)投促局副局長李冬明說。

“力爭用10年時間進入全球第一梯隊”——在近日舉行的一場內(nèi)部會議上,中芯國際董事長周子學透露了中芯發(fā)展中的“小目標”。

除了在先進技術節(jié)點、關鍵設備研制上奮起直追外,國內(nèi)芯片制造企業(yè)還在嘗試產(chǎn)業(yè)鏈上下游的一體化“合力”。

長期以來,芯片設計、芯片制造這兩個環(huán)節(jié)相輔相成,“打個比方,一份設計圖,經(jīng)驗豐富的老裁縫在制衣時反復調(diào)整某個剪裁細節(jié),最后做出的衣服效果特別好。老師傅把這些工藝細節(jié)反饋給設計師,下次就能拿出更好的設計圖。”張昕解釋,這些工藝參數(shù)、性能改進細節(jié),在歐美同行中被視為極其重要的知識產(chǎn)權。如若國內(nèi)芯片設計企業(yè)長期依賴境外廠商代工,這些信息都存在流失風險,對提升我國芯片設計能力也將是巨大損失。

近來,在中芯國際位于開發(fā)區(qū)的廠房,正在開辟一塊特殊場地。這里外觀上看起來與普通的產(chǎn)線并無二致,但實際上是一個串起芯片設計、制造環(huán)節(jié)的國產(chǎn)芯片創(chuàng)新中心。在這里,中芯將通過與華為等芯片設計公司合作,實現(xiàn)設計、制造環(huán)節(jié)無縫融合,直至聯(lián)合開發(fā)出優(yōu)質(zhì)芯片產(chǎn)品。

“遵循刻板的芯片代工生產(chǎn)模式,我們很難突破困境,只有抱團合作,才能發(fā)揮合力?！睆堦空f。

光刻機核心零部件尋求突破

在芯片制造設備領域,光刻機被視為當之無愧的“皇冠”。多年來,光刻機國產(chǎn)化這一重大課題卻始終未能攻破,成為中國芯中國造的“扼喉”之痛。不過,星星之火正在點亮,光刻機核心零部件技術正在被各個擊破。

全國范圍內(nèi),圍繞光刻機關鍵零部件、刻蝕機的技術攻關開始陸續(xù)收獲進展:

近日,創(chuàng)始團隊有多年硅谷高端半導體制造從業(yè)經(jīng)驗,在北京經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)成立的東方晶源,其光刻機缺陷檢測及優(yōu)化系統(tǒng)等技術,已進入三星等全球主流芯片巨頭的生產(chǎn)線上進行試用,并將在今年進入中芯國際的產(chǎn)線。

2個月前,從事光刻機光源技術開發(fā)、承擔國家02重大專項“準分子激光技術”的科益虹源,其技術剛剛獲得芯片代工“行業(yè)老大”臺積電的采購。

今年上半年,填補國內(nèi)光刻機關鍵零部件研制空白、清華大學團隊成立的華卓精科的集成電路裝備關鍵零部件生產(chǎn)研發(fā)基地正在北京經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)建設。李冬明向記者透露,華卓精科研制的光刻機雙工件臺,被視為光刻機最關鍵的零部件,這個由國產(chǎn)廠商研制的“超精密技術皇冠上的明珠”研制產(chǎn)線,預計將于2019年上半年投產(chǎn)。

去年下半年,國家02科技重大專項之一“28納米節(jié)點浸沒式光刻機產(chǎn)品研發(fā)”的核心部件“光刻機浸液系統(tǒng)”項目簽約入駐杭州青山湖科技城。

不過,光刻機的整機制造技術仍然沒有一家國內(nèi)企業(yè)攻克。目前,國內(nèi)想要建立一條先進的芯片生產(chǎn)線,仍然必須從光刻機巨頭荷蘭廠商AMSL處采購,并且從下單后,要等待將近2年的交貨期。

芯片的制造過程是沙子變成芯片的過程,然而,“點沙成金”絕非短日內(nèi)就能蹴成的神技?！皬脑O計、加工到設備配套,芯片產(chǎn)業(yè)鏈很漫長,涉及領域很廣,尤其需要經(jīng)驗的積累,不是說砸錢下去就能把差距追平的。”中國工程院院士李國杰認為,中國“缺芯”現(xiàn)象非短期所能改變,必須“要有耐心”。