中國為什麼造不出晶片

寫晶片之前先講個笑話。

（轉）有親戚問我，中國為什連個晶片都生產不出來呢？

我問，你希望兒子將來做什麼？

他說準備考公務員。

在《2017中國集成電路產業現狀分析》一文中指出：

目前，中國在集成電路的四個主要環節上，材料方面全面落後、製造上也落後了一到兩代，設計方面(即產品)在高端差距較大，中國唯一能趕上接近的就是封裝領域，但它的技術含量最低。

還有很多報導以「中國在封測領域即將登頂」來看好中國集成電路產業的發展情況。

封裝領域究竟是個什麼概念？

蘋果手機全球數百家企業配套，其中日本占34%的價值，中國數十萬工人組裝才占百分之幾。

雖然有點難為情，但不得不說一句大實話，中國在晶片製造這條產業鏈上全面落後。

晶片設計

這個步驟就像是在設計建筑前，先決定要幾間房間、浴室，有什麼建築法規需要遵守，在確定好所有的功能之後在進行設計，這樣才不用再花額外的時間進行後續修改。

晶片設計也需要經過類似的步驟，才能確保設計出來的晶片不會有任何差錯。

晶片設計會用到EDA工具，其中包含數字的仿真，綜合，時序，後端P&R，DFT,模擬的電路圖，版圖，仿真。

晶片後端DRC, LVS, 高端工藝還有老化，ESD等。

這個軟體目前來講，國外的Cadence，synopsis，mentor非常強，國內是華大九天。

但華大九天也只能做其中的一小部分，跟國外對手在速度，健壯性，可靠性上還有差距。

最重要的還是晶片設計人才的缺口較大。

比較一致的說法是需要10—20萬專業人才，實際不足2萬。

還有層次和經驗問題，設計需要長期積累和專注精神，晶片從設計到流片到驗證到產化到客戶反饋是一個過程，通常走完需要約5年時間才有較好的經驗積累。

由於多方面原因，目前國內的工作環境並不樂觀。

準備材料：矽提純

晶片的基板是由沙子製成的，這個基板叫做「矽晶圓」。

在製造這些晶圓的過程中，要將矽提純並熔化，從多晶矽到單晶矽，多晶矽的純度是98%，單晶矽的純度是9個9。

千足金是3個9，萬足金是4個9，但是對比就能看出單晶矽的純度要求有多高。

目前我國的技術只能將粗矽提純到99.999%左右，形成多晶矽，經日商越信越半導體、日商勝高科技Sumco、德國Siltronic等進行提純到99.9999999%後，再將高純矽高價賣給中國，來滿足中國越來越多的產線需求。

（註：有一項「三氯氫矽還原法(西門子法)」的關鍵技術中國還沒有掌握，由於沒有這項技術，我國在提煉過程中70%以上的多晶矽都通過氯氣排放了，不僅提煉成本高，而且環境污染非常嚴重。

）

經過高速旋轉提純後單晶矽錠直徑約為300毫米，重約100kg。

矽原片尺寸越大，效益越高，20世紀50年代初期只有不到25毫米。

Intel 研製200毫米矽錠的工廠耗費了15億美元，後來為研製和生產300毫米矽錠而建立的工廠又耗費了大約35億美元。

單晶矽錠柱需要切斷，粗研磨，腐蝕，研磨。

切割後的單晶矽錠稱之為晶圓，就是晶片的基板。

研磨部分，前工程部分叫CMP，主要是美國和日本企業能做；國內的是43所，天津的華清海科，另外江豐也在研發中。

而這部分研磨需要的化學劑，國內目前知道的是安集微電子可以提供部分。

研磨劑分Poly、Oxide、Nitride，Slurry等, 日本企業諸如Fujimi 在這些領域，擁有極強的技術能力。

同時在CMP工藝中，特殊氣體，也是非常關鍵的一環，目前一部分已經可以實現國產供貨，如NF3，SF6，WF6，CF4，SiH4等等。

這裡面不得不提ISMI和SEMATECH，這兩個組織規定了晶圓和氣體的規範，除非得到了這兩個組織的認可，否則產品基本不可能走出國門。

而這兩個組織起源是美國的SIA,後來日本成長起來加入進去，拆分成了ISMI和SEMATECH。

美國十大國家實驗室專攻半導體標準的Albany就是由ISMI託管，其地位與美國菸草協會，槍枝協會齊平，Albany的先進十二寸與十八寸計劃就投資破160億美元員工2700人。

晶圓還要進行數以百千萬的生產步驟才製成晶片，最重要最複雜的就是光刻環節。

就單項技術工藝來說，光刻環節是最為複雜，成本最為高昂的。

因為光刻模板、透鏡、光源共同決定了「印」在光刻膠上電晶體的尺寸大小。

準確地使用光，利用光刻技術將設計好的電路圖轉印到晶圓上是整個過程的關鍵。

其中光刻膠必不可少。

光刻膠是一種對光線、溫度、濕度十分敏感的材料。

目前光刻膠市場上的參與者多是來自於美國、日本、韓國等國家，包括陶氏化學、杜邦、富士膠片、信越化學、住友化學、LG化學等等，中國公司在光刻膠領域也缺少核心技術，但國內已經有公司在研發。

最後一個環節是封裝測試，測試合格的晶圓會被切割成一個個獨立的處理器晶片單元，裝置到板子上用蓋子密封。

至此，晶片製造完成。

在這一系列生產過程中會涉及到各種各樣的設備。

從晶圓前段製程設備、後段封裝測試設備以及其他前段設備，其他前段設備包括光罩╱倍縮光罩製造、晶圓製造以及晶圓廠設施等設備。

在這些生產商中，中國廠商在市場上的地位可以忽略。

全球前十大半導體設備生產商中，有美國企業 4 家，日本企業 5 家，荷蘭企業1 家。

分別是美國的應用材料，荷蘭的ASML,日本的Tokyo Electron,美國的LAM Research, 日本的DNS,日本的愛德萬測試，美國的Teradyne, 日本的日立高科技，日本的尼康。

這些設備，有的還得採用一個很關鍵的部件，真空傳送腔，據說目前只有美國和日本兩家公司能做。

真空腔必須5061+鈦64合金，無裂縫一次性高壓環境下鍛造成。

這部分國產的鍛造能力，還不能滿足真空腔的設計要求。

而且現在真空傳送腔是美國管製品，屬於戰略關鍵物資。

2018年，中芯國際向荷蘭晶片設備製造商 ASML購買了一台EUV光刻設備，價值1.2億美元。

這也幾乎花掉了中芯國際2017年的所有利潤，該公司去年的凈利潤為1.264億美元。

而且這是國內唯一一台高端EUV光刻機。

這時特別提一句，被各路媒體讚譽為「中華之光」的華為專攻的是晶片製造產業中的設計這條路子。

經常看到相關報導與「自主研發」一詞相關聯，為避免大家被誤導，特別解釋一下：業界認為只有具備獨立的微架構研發能力的企業才算具備了CPU研發能力，而是否使用自行研發的指令集無關緊要。

令大家引以為傲的華為麒麟980晶片買了ARM公司架構授權，並進行一番修改。

打個比喻，晶片比作一棟大樓，造樓的基礎方式是鋼筋混凝土結構，這個核心方案ARM公司擁有版權，繞不過去，其它方案不是說沒有，但都沒這個好用。

華為買了鋼筋混凝土又買了大樓圖紙，但對大樓結構、運行的原理覺得有某些部分不適合自己於是就動手重新改了一番。

誠然，華為自主微架構也在研發之中，但給技術穿馬甲的行為是無法被稱為自主研發。

總的來看，中國在晶片這在晶片設計領域人才匱乏；在高純矽原材料上未掌握技術還要靠外國企業二次加工；在高精度光刻機等尖端技術領域還面臨著技術封鎖；在封測業迎頭趕上，但高精尖測試設備還是要靠外國企業。

悲觀地說，中國還是以低技術含量的硬體組裝、外觀設計產業為主。

晶片之路，任重而道遠。